新工科背景下未来技术人才培养目标调整与育人新范式

张力

(东南大学 教务处,南京 210093)

高等教育肩负着国家创新人才培养的历史使命,加快具有敏锐洞察力和前瞻性、世界胸怀和全球视野,能够把握并引领科学技术未来发展的创新人才培养,是实现国家科技强国战略的需要。2020年,教育部为推进新工科建设进一步深化拓展、打破人才培养窠臼,从战略大局出发,推动高等教育加快人才培养体制机制变革,前瞻性培养具有敏锐洞察力并引领未来科学技术创新发展的领军型、国家战略性人才,敏锐判断并抢占未来科学技术发展之先机。经深入调查研究,一些高校培育并建设了一批未来技术学院,着力在重大未来技术领域培养顶尖技术创新人才,探索构建新时代未来技术创新领军人才培养新范式。因此,深入分析现有未来技术学院的培养目标、育人模式等对于新工科背景下其他高校和学科开展未来技术学院建设有着重要意义。

一、未来技术人才培养目标的调整与改革

1.未来技术人才培养目标与未来技术之间的关系

未来技术是面向科技前沿的,具有可能颠覆行业结构、革新行业生产方式的技术。正因为未来技术对经济社会发展的巨大推动作用,它不仅仅关系国家科技自立,还与国家安全和战略、经济社会发展、人民生活改善等国家未来发展息息相关,具有核心战略重要性,涉及计算机与人工智能、量子科学与信息、微电子与集成电路、生命科学与健康、脑结构和功能科学、生物及生物育种、航空航天科学与技术、深地深海深空等诸多科技领域。未来技术的主要特征有以下几方面(如表1所示)。根据未来技术的特征能够看出,未来技术要求培养具有前瞻性和全球视野,能够引领未来技术发展的创新型科技领军人才。其中,“前瞻性”是指对科学技术未来应用的判断和把握,具有敏锐的科技洞察力,能够预见未来科技还未应用而又可能大规模应用的事件；“全球视野”是指科技人才的胸怀和格局,能够把握和深刻认识未来技术领域的国际发展趋势,对未来科技的探索、研发和应用要具有全行业、全局和全球视野；“创新型”是指科技人员运用创新思维和创新能力探索未来技术研发和应用；“科技领军人才”是指在未来技术领域造诣深厚、做出突出贡献,并处于领先地位,能够在未来技术发展上起到引领和带动作用的著名专家和知名学者。

表1 未来技术主要特征

2.未来技术人才培养目标与新工科的关系

为了应对以人工智能为代表的新一轮科技革命和伴随而来的产业变革,我国高等工程教育提出了新工科建设,新的人才培养目标和方案适应新经济产业形态的要求。

新工科体现了全新的学科建设内涵:继承与创新、交叉与融合、协调与共享。新工科必须通过人才培养理念的升华、体制机制的改革以及培养模式的创新应对未来不确定的变革挑战[1]。交叉与融合是工程创新人才培养的着力点,基于多学科交叉、产学研融合,进而将高水平科研优势和产学研资源转化为育人优势。经济全球化的不断深入与创新要素的加快流动使得共建共享、合作互补成为高等工程教育发展的共同选择,以协调推动新工科专业结构调整和人才培养质量提升,以共享推动新工科优质教育资源和教育成果共建共享[2]。就行业和产业发展对工程学科的高度期待和工程学科对国家经济社会发展应当承担的重大使命而言,新工科建设的主要目标可以表述为“主动布局、设置和建设服务国家战略、满足产业需求、面向未来发展的工程学科与专业,培养造就一批具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才”[3]。

未来技术人才正是在研判产业行业未来学科技术发展方向、掌握未来科技人才需求的基础上,对未来技术学院人才培养提出的更高要求。因此,未来技术学院的建设应贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述,特别是在清华大学考察时的重要讲话精神,瞄准未来10～15 年的前沿性、革命性、颠覆性技术,突破常规、突破约束、突破壁垒,强化变革、强化创新、强化引领,培养具有前瞻性、能够引领未来发展的技术创新人才,推动从“中国制造”到“中国创造”的转型升级,为建设高等教育强国、服务高质量发展、实现中华民族的伟大复兴奠定基础。

3.未来技术人才培养目标转型升级

对现有未来技术学院的培养目标和建设方向进行对比分析,结果见表2。从表中纵向分析可以看出,未来技术人才培养标准有三方面要求:一是能够支撑实现未来技术人才培养目标,是培养目标的具体化；二是能够体现办学特色和优势,既要符合学校办学传统和优势,又要有所突破和提高；三是可弹性调整并具有广泛性,一方面未来技术人才能够适应未来社会需求的不确定性,另一方面人才培养过程需要适应科技经济社会的飞速变化,并及时对课程体系和教学内容进行修订[4]。从表中横向对比可以看出,各未来技术学院在人才培养上更加强调前瞻性、批判性的思维,更加侧重人才的动态适应能力和全球胜任力,更加强调德智体美劳全面发展的综合能力,以及培养社会主义事业建设者、可靠接班人[5]。

表2 未来技术学院培养目标和建设方向总结

二、未来技术人才育人模式的新范式

新工科建设探索工科与其他学科交叉融合规律,推动高校机制体制创新,培养未来科技创新领军人才,在坚持六个原则的基础上完成七个任务,其中两个首要任务就是:培养未来关键核心技术领军人才[6]；探索和研发未来关键核心技术,解决关键核心领域“卡脖子”问题,形成国家持续性的创新能力。为了完成这两个关键任务,本文对各个高校的育人模式进行了六个方面的详细研究。

1.科学选才新方法

针对东南大学、清华大学、中国科学院大学、北京航空航天大学、天津大学以及华中科技大学等六个重点研究对象的科学选才方法进行对比分析,发现六所学校中东南大学和华中科技大学采取类似的方法,即从全校的众多报名者中进行笔试和面试遴选出优秀人才进入未来技术学院培养,东南大学遴选出100名,华中科技大学遴选出120名。清华大学则将培养计划唯一定位于钱学森力学班,学生规模为30人。北京航空航天大学从全校科学选鉴有志趣、有潜质的学生分阶段进入,保持每届60人规模,实施超常规培养和动态流转机制。中国科学院大学在遴选未来技术人才的同时,在全校精心遴选一支以两院院士和其他杰出科学家为主的高水平本科生学业导师对学生实施个性化培养。除此之外,天津大学会对入选的未来科技人才进行二次选拔,通过志愿填写主要了解学生的中学学习情况和发展；笔试环节采取开放式测试方式,学校提供一些数学和物理方面的资料,让学生理解以后再进行答题,重点考察其思维与逻辑分析能力,而不是简单记忆和解题技巧；最后的面试由专家队伍与学生进行充分思想交流,考察其创新能力和沟通能力。

2.本研贯通个性化成长新路径

东南大学立足“中国特色、全球视野、面向未来、引领发展”的办学理念,构建了“3+1+X”本研贯通培养体系。华中科技大学立足于未来发展需求,特别突出学校工程医科交叉结合的优势,打通本科和研究生的培养,实行8年制本硕博贯通培养,夯实数学、物理、高等量子等基础学科的基础,以导师课题为引领和依托,学生以兴趣为引导衔接本硕博学习阶段[7]。与华中科技大学类似,北京航空航天大学同样采用8年制的培养方案,本科一、二年级系统修习一流课程,着重强化数理基础、通识素养和学科认知,奠定坚实知识基础,激发空天报国情怀,树立学科交叉融合理念；三、四年级在校内外双导师团的指导下开展进阶式实践研修,完成从创意到创新的两次团队研究项目,探索科技基础到前沿追踪之路,达到要求的学生100%保研；后四年(即博士阶段)任选研究方向,在导师团的指导下深度开展高阶科研项目和科技创新研究,发表高水平论文或取得高水平科研成果,获得博士学位。清华大学立足于“本博贯通”的长周期培养体系,鼓励学生心无旁骛地长期投入重大课题,在导师指导下,设计“同轴聚焦、衔接融通、个性优化、学研相长”的“一人一策”培养方案[8]。中国科学院大学立足于本硕博一贯制培养,通过“本硕博”贯通式培养的课程体系丰富跨学科思维,与部分高校类似都以年级为基础制定成长路径,本科前三年重点强化数理基础训练、“文史哲艺经美”等人文素质培养、专业基础知识学习,本科四年级开始,选拔学生进入未来技术相关的研究生培养阶段,可以提前选择导师和研究生课程,毕业设计直面领域难题或“卡脖子”问题,实现本研衔接[9]。天津大学立足于贯穿本研的科研实践,从第四学期开始启动本研贯通人才培养,建立大师引导的学业导师制度,建立适合学生个性化学习的教学体系和学生管理机制,充分利用共建学院各专业的优质课程资源,鼓励学生在教师指导下个性化发展。

3.革新知识与课程体系

选拔优秀人才制定相应成长路径之后,各高校也进行各自的知识革新,明确本科全阶段课程体系。东南大学整合优化电子信息领域大类平台课程,打造基于未来技术创新项目的研究型课程群。华中科技大学的课程体系在“一方向一方案、一学生一方案”的基础上个性化打造“单人课表”,实施开放与交叉融通相结合的选课制,学生可以跨专业、跨院系、跨层次选课,前三年重视基础学科通识教育,大四进入学科交叉模块学习。与华中科大类似的北京航空航天大学的课程体系同样采用“一生一案”。由导师团队结合学生选定的研究方向,定制柔性培养方案。课程体系由科学基础课、工程基础课、人文科学素养课三个板块组成的核心基础部分,以及学科融合课、创意交流课、项目研讨课、科研项目课四个板块组成的科技进阶部分组成,着重体现课程挑战度,厚实基础、深度交叉,强化大师引领和学术指导。清华大学在广泛调研国内外高水平大学及本校学生的学习时间分配结果的基础上,设计了学分精简、挑战度与宽容度并重的“六类四层”特色体系。中国科学院大学的课程体系依托本科教育“一制三化”(导师制,小班化、个性化、国际化)的“三段式”培养模式以及基础学院完善的核心课程体系,重视数理基础课程的同时增强人文素养“文史哲艺经美”等课程学习,构建包含普及课、研讨课、案例分析课及现场教学实验课的研究型课程体系,以支持多学科交叉融合教育的开展。天津大学的课程体系以新工科建设方案为依据,根据毕业要求一体化设计课程体系,课程按未来领军人才培养要求强调基础性和高阶性,以工科数学分析、量子物理、量子化学、量子计算等高阶课程为基础,提升学业挑战度。专业核心课按多学科交叉人才培养要求进行知识重构,强化共性基础,突出创新要求。专业课程强调知识前沿性,注重学生思想引领。

4.课程教学新模式与教学场景新形式

课程体系确定后,各高校也相继推出了对应的教学模式和教学形式,东南大学坚持“立德树人”根本任务,积极探索人才培养新模式,持续拓展人才培养新平台,做好集成电路英才班计划,与国际顶尖大学、研究机构建立合作探索教学新模式,创办研究联盟、创新班打造教学新场景。华中科技大学坚持聚焦“大工程、大健康”两大国家重大战略方向,增设了创新训练营、暑期学校等教学场景。清华大学坚持“厚植基础”的理念基础,聚焦“力学-X”为核心的基础研究与产业前沿领域,与相关学科顶尖专家、重点实验室、产业合作伙伴一起,融入各方资源,共同建设“未来技术领域重大挑战问题库”,设计基于重大挑战问题的研究性学习体系,学生自主组建“未来技术兴趣团队”,与产业合作伙伴合作组织“未来技术创新挑战赛”等形式[10]。北京航空航天大学坚持学研一体,全部采取小班化研究性教学与学习形式。精心打造为期一年的科研项目课,从服务国家空天战略需求的重大科研项目选取课题,同步给出需要修读的课程和研究方法,采用学生自主探索与导师科学指导相结合的方式完成研究性课程,按照未来空天技术方向,动态设置教研室,设置教研室首席责任教授,紧密衔接科学研究和课程教学。中国科学院大学坚持依托重大科研项目、重大平台,瞄准未来技术发展,革新教学组织形式,鼓励不同专业背景的学生组成研究小组,建立跨学科的学习模式,让学生掌握并熟悉各个学科的基本语言,促进学科专业的沟通交流和交叉融合,邀请高年级学生担任低年级学生的“朋辈导师”,通过高年级同学的指导和帮带形成一种榜样效应,基于重点领域科技研究方向或重大科研项目中的关键科学问题进行讨论、分析或开展科研实践课程,鼓励学生提出解决问题的思路和方法[11][12]。天津大学坚持从知识教育为主体向思维和能力培养为主体转变,围绕“三类五种”项目式教学,开展“四种学习”(浸润式、体验式、探究式、项目式),构建“三个环境”(课堂、书院、实验室),将传统、陈旧的教学场景转变为面向未来的教学场景,鼓励学生面向未来去提出问题、思考问题和解决问题。

5.产教学研协同育人新模式

各大高校都十分重视产教学研协同新模式的落地与实施,东南大学实施“三制”(导师制、书院制、完全学分制)和“五化”(小班化、个性化、国际化、卓越化、本研一体化)的育人创新模式,深入推进研究型学习方式,深化产学研合作。华中科技大学发挥“三大平台”(国家级重大科研平台、产教融合平台和国际学术交流平台)的育人优势,其中,科教协同育人平台有武汉光电国家研究中心和国家数字化设计与制造创新中心；产教融合平台有国家集成电路产教融合创新平台；国际化育人平台依托“高校国际化示范学院推进计划”等国际交流合作项目。清华大学实施产学研协同育人方式,将科研院所作为与高校合作的第一类对象,而将高新技术企业作为第二类伙伴。北京航空航天大学实施以重大科研突破为牵引,全校各类科研实验室面向学生开放,并结合微课纳课授课,将前沿科研成果引入课堂。打造未来科学猜想实验室,将科研成果转化为实践内容。将科研项目与学生科创竞赛紧密结合,鼓励中低年级学生以创意、创新成果参与各类竞赛,高年级直接进入实际科研项目或自选项目的研究,逐步促进学生建立勇攀科研高峰的科研自信心。中国科学院大学实施“产教协同”育人新模式,融合产业需求及科技创新,依托政府、企业和学校的科教优势,发挥企业的实践应用优势,例如引入行业高技术企业参与教育教学全过程。天津大学实施聚焦未来科技的培养体系,体现学科交叉、通专结合、产教学融合、产学企协同育人,例如学生也可以进入国际工程师学院,通过法国工程师的教育模式,充分利用企业俱乐部资源,开展企业工程实践,直接参与企业技术和产品开发,锻炼解决工程技术实际问题的能力。

6.引领学生创新发展新评价体系

围绕人才培养目标,未来技术学院对学生的培养是否合格有综合的评价体系,东南大学采用一流本科教育行动计划结合书院制在内的“三制五化”培养模式,即“导师制、书院制、完全学分制”,以及“小班化、精英化、国际化、卓越化和本研一体化”对学生进行综合评价。华中科技大学采用学分制,所修学分为150分,专业课程经过整合优化,将拓展教学内容的广度和深度,实行淘汰制,学生学习紧迫感强、效率高。清华大学采用以学生创造性成长为中心,由“科研创新挑战问题(X-idea)”“科研导引”“科研进阶(增强版学生研究训练)”等模块构成贯穿大学四年的创新能力提升系统对学生进行综合评价。北京航空航天大学采用为每个学生建立培养质量和发展潜质电子档案的方式,以大数据跟踪、人工智能评测等信息技术,结合专家委员会评议,对人才培养成效进行实时评估。未来空天技术学院实施完全学分制,基本学制为8年,最长不超过10年。各阶段学制弹性、均设出口,学生可通过考核直接进入下一阶段学习,或由动态流转机制分流对学生进行综合评价,具体表现为学生满足八年制本博贯通准出标准且学位论文及相关工作符合学校及学院要求,可授予相关专业博士学位；根据学生个人意愿和选鉴结果,在入学四年后,满足本科准出标准可授予相关专业学士学位；根据学生个人意愿和选鉴结果,在入学六年后,满足硕士准出标准可授予相关专业硕士学位。中国科学院大学监测考核学生培养的各环节,对不合格学生进行淘汰分流,学生也可以自主选择是否继续学习[13]。通过学业成绩、导师综合评估和科研潜能测试等方式综合评价学生的成绩和能力。天津大学采用预警机制,具体表现为:对于一年级第一学期,若在此时间内学生不能适应或满足培养要求,将退回原专业学习；对于一年级第二学期,若在此时间内对学生的综合评价不能满足要求,则对其进行预警；预警过的学生在第二次考察中若仍不能满足要求,则会通过学校的转专业机制转出学院。

三、总结

综上所述,新工科背景下人才培养面临着诸多挑战:注重学科交叉培育创新思维的同时需要进一步强化基础学科(数学、物理、化学、生物等)的教育；工科人才培养既要面向未来颠覆性技术又要聚焦当前“卡脖子”技术难题；更加强化知识与技能的同时还要加大人文素养培养力度；统筹学校人才培养特色与面向社会主义接班人培养总目标的关系,落实德智体美劳全面发展的人才培养方案和课程体系。

随着时代的发展,科技进步日新月异,行业科技需求也在不断变化,新工科背景下的教育综合改革持续调整。引领并适应未来科技发展的人才培养,首先要结合学校自身的学科传统和优势,依托“双一流”建设,精准研判国家经济社会和行业科技发展趋势,统筹优势学科、未来技术和专业建设,推进多学科专业间的深度交叉融合,在课程体系设置、评价体系、产教学研协同育人等方面不断改进革新,才能在未来科技领军人才的培养中获得优势,从而打造引领未来科技发展的高素质人才和创新教学科研高地。