新工科背景下工程教育人才培养模式的创新性研究

秦璐 ,董羽

(1.南京工程学院 人事处,南京 211167;2.南京航空航天大学a.经济与管理学院,b.机电学院,南京 211106)

随着工业4.0时代的来临,科学技术发展加速,工程、技术和人才的迭代创新逐步成为社会发展的引擎,高校也面临着人才培养模式转型和人才质量提升的紧迫局面。新工科正是国家为了应对新经济发展、新科技革命、新产业需求和新国际竞争而启动的战略性和系统性工程教育改革计划[1],目的是培养在高等工程教育领域的卓越人才,从而助推实现新工科人才培养提质增效最大化,实现人才强国战略。

自2016年中国正式加入《华盛顿协议》,中国工程教育便迎来了春天。统计数据显示,2012-2021年高校工科专业数量从169个增至232个,增设智能制造工程、虚拟现实技术和海洋信息工程等63个新工科专业,而与新兴产业和未来战略性产业相关的航空航天类、生物医学工程类、生物工程类和海洋工程类专业在校生规模仅占工科生总量的2.78%[2]。一言以蔽之,传统工科专业依然占据工学主体地位,人工智能、新能源、互联网等核心技术领域的人才缺口仍然较大,新工科的人才培养容量相对偏小。值得关注的是,国家给予政策支持下的新工科的急速发展与伴随的宏观教育模式、微观教学范式不能及时跟进的矛盾逐渐凸显,从而带来人才培养中存在所学工程技术与现实脱节、工程实践匮乏、工程设计能力不足等弊端。培养人才是高等教育的重要使命,而人才培养质量决定了教育目标的达成。如果只侧重教育理念和学科建设上的革新,不在人才培养、教学质量上下功夫,势必会阻碍新工科的良性可持续发展。可见,新工科建设的稳步推进必须重视人才培养环节、注重人才培养模式的调整等内涵方面的建设,才能真正实现新工科建设的人才强国目标。

一、新工科工程教育人才培养的走向分析

新一代科技革命和产业变革催生了一大批新生产业,新工科背景下高等工程教育的使命是改造传统生产模式和服务业态,加速从科学革命、技术革命到产业革命趋势变革的时间周期,使得高等工程教育的模式真正实现顺应形势的变革。当前,高校培养的工程科技人才需要适应社会需求,不能仅仅满足于对学科内部的单向认知,而是应以解决问题为导向,掌控和驾驭复杂工程情境。新工科工程教育人才培养需扬长避短,遵循工程科技实践的核心理念,在教学内容上注重多学科交融、在教学模式上注重学做贯通、在参与主体上注重多方协同。

(一)在教学内容上注重多学科交融

新工科较之传统工科对于工程科技人才能力结构、素质规格和质量标准都有新的要求,这是由它的面向新经济、产业行业和未来工程技术,旨在解决复杂工程问题等目标属性决定的,新工科培养的人才须具备知识创新、转化应用及服务社会生产和工程实践的复杂工程创新能力。当前,我国高校普遍存在工程人才培养模式趋于同质化,高等工程教育改革中在处理交叉学科、多学科融合问题时缺乏整合性思维。德国物理学家普朗克认为“人类认识的局限性”导致了知识的分门别类,面对经济社会的高速发展和日益增多的社会问题,故步自封的单一学科已经日趋无力,忽视工程师的技术实践、创新能力与专业素养培育,重视学生的结构化与理论化工程专业知识获得,这种有悖于工程教育本质和社会人才需求,偏离了工程实践的培养机制已经没有生命力了。作为组织化的人才培养内容体系,学科在分化、整合和制度化力量交互下催生了不同的专业分支。传统的工程人才培养模式以单一学科专业为主导,缘起于传统的知识生产结构;新工科背景下的工程人才培养模式则是突破学科壁垒,以多学科交叉融合为发展趋势,这也成了新知识增长的引擎,这一理念指明了高等工程教育在教学内容上的走向。工程学科包罗万象,内涵丰富,涵盖科学、技术、通信、管理、社会、人文等多个领域,多学科交叉、多技术渗透、多领域融合是未来工程科技的趋向。新工科背景下的人才培养应具有大工程观,打破旧的学科制度设计、院系组织壁垒,注重交叉融合、互补协作,再造多学科交叉融合的高等工程教育创新发展新样态,培养引领未来社会的高质量科技人才,培养符合行业发展需求的复合创新型人才,从而提升工程人才的跨界整合思维、多学科素养和创新行动力。

(二)在教学模式上注重学做贯通

教学是人才培养的主渠道,教学模式是一定理念指导下较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。传统知识生产模式指导的教学理念下,作为知识生产主要承载者的大学学科,多是应用学科,它因社会需求而生,重理论轻实践的现象普遍存在,尚未适应社会需求的多样化趋势。传统教学模式下,学科专任教师是专业知识的最高权威,老师教、学生学的讲授式工程教学模式主导整个教学。新工科在教学模式上应注重师生平等合作关系、教学探究互动及工程知识在社会问题情境中的实践应用,以方法训练改造基础课程,以跨界集成改造专业基础课程,以聚焦设计改造专业课程,注重培育学生的工程问题思维、创新素质、设计技术和实践能力。新工科工程教学模式培养需遵循以学生为本,实现工程教学从以教为主到学做贯通的教学模式变迁。一方面,推进学生自主学习,改变教与学的角色地位,普及适应新工科高等工程教育衍生的项目式教学、研究性教学等教学情境多元形式,强调教学中的理论与实践结合,单一与交叉融合,探究与体验并重,内容和目标统一,充分对接社会问题、市场需求与工程化实践需要,利用抓住人才培养方案中规定的实验实习课程、学术沙龙、学科竞赛、学术报告会、创新创业项目、科研学术活动、企业实习实训等体验情景教学机会,将学生“做中学”与“学中做”充分融合,学做互促,知行合一,从而助推学生的学习兴趣,提高教学质量效度。

(三)在参与主体上注重多方协同

当前,高等工程教育与产业发展的相对割裂成为工程教育改革的掣肘。经济与教育的发展互为支撑,经济增长理论认为教育主要通过增加劳动力的人力资本、提升经济体的创新能力和推动知识的流动,才能促进经济的增长。高校的发展需要产业界协同创新并提供优质教育资源,才能形成共同体。然而,我国高等工程教育供给侧和产业需求侧之间在一定程度上存在“两张皮”的状况,工程实践与工程理论知识断层,人才岗位认知度不高、胜任度不强,工程伦理知识薄弱,人才所学知识与行业匹配度低等现象不可小觑,影响了教育对经济的贡献,也制约了教育质量的提升。新工科工程教育人才培养应注重人才培养结构和市场外部需求充分对接,应超越浅层次的校企合作,深度推进政、产、学、研多主体的协同合作,聚集内外各种教育资源,构建政校协同、产学融合、校企合作的新工科专业协同育人模式,使得多主体参与到卓越工程科技人才培养中来,从而形成育人共同体[3]。主动协调多主体之间的关系、对接社会各种需求,主动顺应科技与产业革命实践,致力解决国家和人类社会的重大工程技术理论与实践问题,拓展同社会企业和行业协会的协同育人关系,通过产、学、研、企等多主体协同增强高等工程人才培养的市场适应性和社会实用性。

二、新工科工程教育人才培养的路径取向

新工科工程教育人才培养在知识生产模式转型下具有新的内涵和特征,它要求必须以成果导向教育(OBE)理论创新人才培养模式,以人才培养的结果为基础设计人才培养的方案,构建工程教育人才培养体系。

(一)秉持卓越质量观人才培养理念,从狭窄的专业教育走向大工程观教育

高校的办学使命是构建人才的多元结构,大学的实践诉求是塑造人才的创新复合能力。新工科人才培养应秉持卓越质量观人才培养理念,促进人才多元能力结构形成及素质规格优化,力争从单一的纯专业教育走向多元的大工程观教育。首先,优化人才培养结构,精准定位新工科工程人才培养目标。高校应整合社会经济发展需求、高校自身定位、学校发展实际、学校特色优势等各方面条件,全链条参与,力图解决工程科技实践领域的“卡脖子”问题,合力培养高水平卓越工程科技人才,补足新兴产业及重点行业的工程科技人才缺口。其次,在教育实践中坚持知行互促,知行合一。新工科人才集实践、创新、卓越和引领于一体,在工程教育实践中,高校既要关注他们的自主学习能力,又要注重他们的多学科综合知识结构的形成,以知促行、以行促知、学以致用才能培养适应时代的新工科工程教育人才。再次,教育目标是让学生建立“大工程观”。新工科人才培养的理念并不是一味否认工程学科的专业知识价值,而是要让其明确知识是指导与运用工程实践的主要载体这一概念,对标社会需求,贯彻教育特征内涵,尊重学生的个性自由和全面发展,立足全球视野、未来发展的长远定位,深度挖掘学生在动态变化社会中的组织领导力、创造创新力、协调适应力,注重养成批判性思维、勇于创新思维、解决问题意识、团结合作意识、社会责任感、工程伦理道德感、科学与人文统一精神等素质,进而让工程科技人才逐步形成具备主动寻求问题、分析解决问题、设计开发、实践应用、组织协调、创新合作等“大工程观”理念,造就具有竞争力的未来工程领域引领者和实践者。

(二)构建跨学科多元育人体系,从单一狭窄走向多元复合

新一轮科技革命和产业革命的兴起,呼唤适应经济社会产业的人才,从单一狭窄走向多元复合的跨学科多元育人体系成为工程科技人才质量建设的核心动力。首先,重新梳理单一学科为主导的学科系统,以大工程观指导学科组织重建。基于学科发展规律、产业人才培养需求和学生自身发展规律出发,设计多元人才培养体系,助推跨学科多元组织结构的成功转型,促进构建适应社会需求,能够解决复杂工程问题的学科专业群组,为造就具备跨学科思维、“大工程观”理念和复杂工程实践能力的科技领军人才奠定基础。其次,引入通识教育理念,将通识教育和专业教育充分融合,实现育人模式的结构性重组。通识教育以“全人”的素养结构为培养宗旨,和新工科的培养目标在一定范围内不谋而合。疏通大类通识教育课程和专业主干课程结构,分类构建工程科技学科大类课程、专业大类课程,形成通识教育基础课程、专业基础课程、专业主干课程、专业实践课程和创新创业课程等多个课程模块,有针对性加入或者补足工程研究、工程技术和工程实践类课程。在大学低年级阶段,进行通识课程、学科大类基础知识学习。在大学高年级阶段,进行基于“微专业”课程结构的多维度,交叉、开放式发展方向的专业学习。再次,打造工程项目化教学或设置工程实践情境,优化新工科交叉育人内容体系。2017年美国麻省理工学院启动了新工程教育转型计划,改变过去培养工程科学家的目标,专注于培养引领未来产业和社会发展的工程师,主要内容是推进以项目/合作学习为主要特征的学习方式变革。而创建于1997年的欧林工学院,则以项目化课程改革为抓手,重新定义了工程和工程师,被誉为全球工程教育改革典范,成为世界各国效仿的榜样[4]。工程项目化教学是指在教育过程中,将每一个专业项目都看作一个具体的工程,学生基于志同道合、兴趣爱好等自发组建团队,根据工程项目化教学中认定的主题,分工协作,从资料查阅、方案设计、组织实施、运行反馈、项目验收等各个环节协同递进。在项目进行过程中,团队成员自发探究、讨论协作、主动设计、动态检测,各个环节稳步推进,有效提升其工程实践能力。

(三)推行以学生为中心的产教合作命运共同体模式,从单科独进走向交叉综合

利益共生、价值共识、责任共担、情感共鸣、发展共赢,这些特征让产教合作命运共同体有其独特的存在意义和竞争力。产教合作命运共同体在新工科建设中充分发挥其独特作用,能够最大程度地促进新工科人才培养从单科独进走向交叉综合。高校与行政主管部门、行业企业等联合形成产学研联盟,共建实验室、实习实训基地、协同创新中心等。校企联合商讨制定人才培养目标和方案,合作开发和建设课程和教材,合力进行师资培养和科学研究,及时向企业行业进行教育教学各环节的信息反馈。在此过程中,充分吸引行业企业广泛参与到教育活动各环节,促进产业需求与人才培养紧密结合,从根本上推动高等工程教育发展。经济、科技与教育的深度跨界融合,推动了“教与学的革命”,高等教育治理问题面临新的机遇与挑战。首先,以学生为中心,坚持“以学定教”原则设计教学活动。教育者积极创设教学形式和教学主题内容,厚植学生的专业素养、工程思维和通识能力。其次,设置教学情境,创新教学形式。提升教师工程教学业务能力,借助网络、人工智能等新技术布置工程教学场景,列举典型案例、构造实践项目,创新学习方法、变革教学形式,使学生在主动思考和探究中实现知识转化和能力塑造。最后,以评促学,用过程性评价取代水平性评价。新工科工程人才培养中教学质量的过程性评价是一个动态、多变、起伏的过程,驱动教师教学业绩的教育教学评价也相应地从过去的课时工作量、到课率和考试及格率等传统指标,转向师生互动、学生评教、学业成果反馈、教改创新等新指标进行考核,从关注书面考试分数转向偏重课堂参与、小组合作、文献综述、项目设计与实施等的考核。

(四)融合外部资源与内部需求,从推进课内、课外走向内外结合

工程人才培养是利益相关者广泛参与的过程,应向外延伸至社会实践,聚合多方科研、教学和实践资源与合作意向,创生高校、政府、企业、科研院所和行业协会深度交互的新工科人才培养系统[5]。首先,争取政府层面政策支持,巩固好新工科人才培养的多方协同育人机制。充分了解多方协同育人政策,充分调动政府、社会企业行业、高校学生等多主体的参与,从而保障新工科人才培养育人机制的长效运行。其次,高校结合各自定位情况,筹措新工科实施工作机制,做好新工科建设顶层设计。在政府政策的支持下,高校层面要结合自身定位情况,成立新工科人才培养建设领导工作小组,明确相关责任人,统筹好工作分工,制定反馈对策,监督指导,以保障新工科建设稳步推进、形成整体合力,及时解决新工科建设中遇到的问题。再次,促发产教深度融合,构筑产学研用一体化的实践平台。新工科建设的四大宗旨是“服务国家战略”“对接产业行业”“引领未来发展”“以学生为中心”,在教学实践中,逐步构建“专业与工程相互支撑、理论与实践一体化教学、学校与企业高度互补、创新与创业双创融合”的校内外跨专业实践创新平台,可为新工科建设提供有力载体。在教育教学活动安排中,应注重实践教学,丰富各教学环节的投入,关注校外导师制和提高校外导师比例,着力建设实践教学场所、实习实训基地、产品孵化服务等,融入区域经济与产业行业,应对社会需求导向,结合实际实践问题和行业“卡脖子”技术难关,开展项目化教学、案例教学等,推进外部需求和内部资源充分融合,提升新工科高等工程教育人才的工程实践力、社会适应力和可持续发展力。