新工科人才培养的应然与实然——课程视角的问卷调查与文本分析

魏 亚，高蓓蕾

(1.南京理工大学 工程训练中心，江苏 南京 210094，2.南京理工大学 公共事务学院，江苏 南京 210094)

进入21世纪，全球能源与生态危机引发了第四次绿色工业革命，人工智能、新材料技术、清洁能源以及生物技术等新技术快速发展。为应对新经济挑战，服务国家战略、满足产业发展需求，我国大力推进新工科建设，普通高等学校本科专业目录中工科专业从2012年的169个增加到2021年的260个，新增了“人工智能”“复合材料成型工程”“氢能科学与工程”“合成生物学”等91个工科专业[1-4]。尽快培养出一大批适应并引领经济、产业发展需要的高素质工程人才，对实现教育强国、制造强国、创新强国战略具有重要意义。

新工科建设包括两类：一类是在全新领域建立新兴工科专业,另一类是对传统工科专业的理念、内容、标准、方法技术等进行更新改造[5]。无论是哪一类建设，首先都需要明确新工科人才培养的应然要求——新工科工程人才的核心能力素养；其次，还要充分了解工科人才培养的实然状态。

专业是高校人才培养的基本教育单位，是课程的有机集合。课程是教学的基本单位，是落实立德树人根本任务的重要载体。顺应“新业态”要求进行课程体系改革，既是培养未来工程师的主要手段，也是落实新工科建设目标的必由之路[6]。有必要从课程的视角，深入探索现有工科专业人才培养的实然状态与新工科人才培养的应然要求差距几何，从而明确需要重点解决的问题，有的放矢推进新工科人才培养改革。

一、新工科人才培养的应然要求

从2017年复旦共识到“天大行动”再到“北京宣言”，为工程教育创新指明了方向，“工程教育必须瞄准世界一流，加快改革，以‘新工科’的整体面貌迎接多重战略机遇与挑战交织并存的新形势、新任务，为国家经济转型和社会发展提供强有力的人才保障和智力支撑”[7]。

教育部副部长钟登华提出新工科建设要“培养未来多元化、创新型卓越工程人才”“未来的工程人才培养标准应强调以下核心素养：家国情怀、创新创业、跨学科交叉融合、批判性思维、全球视野、自主终身学习、沟通与协商、工程领导力、环境和可持续发展、数字素养”[7]。周开发等根据第四次工业革命背景下的工程发展新趋势，提出了包括个人效能、知识能力、学术能力、技术能力和社会能力等5类核心能力的新工科学生核心能力架构[8]。姜晓坤等认为追求人类与自然之间的和谐发展是新工科人才培养的终极目标，不仅要继续完善知识和智能方面的培养，更要加强品格方面的培养，全面构建起面向新经济的、立体丰富的人才素质结构[9]。林健分析未来工程发展趋势及特征要求，比较国内外具有影响的几种工程人才培养标准，研制了包括学科专业知识、职业素质、复杂工程问题分析、复杂工程问题研究、复杂工程问题解决方案、工程师责任和伦理、沟通与团队工作、工程领导力、终身学习和创新发展等9方面共16条的新工科人才培养质量通用标准[10]。王世斌等提出新工科人才核心素养结构模型，将核心素养分为关键品性和核心能力两大部分，其中关键品性包括道德思想、理想信念、家国情怀、伦理责任四方面素养；核心能力包括通用能力、专门能力、工程能力等3类能力[11]。

国外研究机构和学者对未来工程人才应具备的素质开展了相关研究。美国卢米纳基金会(Lumina Foundation)提出“学位标准”(Degree Qualifications Profile)，用专业知识、整合交叉知识、认知技能、应用与协作学习、公民意识与全球化学习等五方面学习成果作为标准来衡量学士、硕士学位的水平与质量[12]。麻省理工学院 Ancona等研究者提出4-CAP (The Four Capabilities Leadership Framework)领导力模型，认为领导者应具备意义建构(Sensemaking)、建立关系(Relating)、建立和传达愿景(Visioning)、创造性问题解决(Inventing)四个维度的核心能力[13]，并用于指导实施麻省理工学院的“Gordon-MIT 工程领导力培养项目”(Gordon-MIT engineering leadership program)。经济合作与发展组织(OECD)发布《PISA 2018 全球胜任力框架》(PISA 2018 Assessment and Analytical Framework)，指出全球胜任力是一种多维度、需要终身学习的能力，包括审视地区、全球和跨文化问题的能力，理解和欣赏他人不同的看法和世界观的能力，尊重并与他人有效互动的能力，为可持续发展和集体福祉采取负责任行动的能力[14]。

综合以上国内外研究观点，可以明显看出新工科人才培养应更加关注树立学生对自身、对他人、对社会、对国家、对人类、对文明、对人与自然关系的正确认识，培养学生具备专业知识以外的深层次认知能力、应用创新能力，特别是社会合作与终身学习的意识和能力。

因此，从人的个体发展出发到有利于社会发展、领导未来的延展性能力，提出包括知识、能力、社会合作、终身学习4个维度共11个项目的新工科工程人才核心能力素养框架(见图1)，反映新工科工程人才要求。知识维度包括专业知识、整合交叉知识、学科前沿知识；能力维度包括认知能力、交流能力、应用能力、创新能力；社会合作维度包括社会文化共融、协作共享、职业伦理；终身学习维度强调个人的可持续发展能力(见表1)。

二、工科专业人才培养的实然状态

研究选取一所以工科为主的J大学作为样本，从专业课程的视角进行调查分析。调查从两方面入手，一是对校内工科专业教师、校外工程实践领域人员开展认知调查，二是分析工科专业培养方案和课程教学大纲等教学指导性文件文本，以掌握专业人才培养现状。研究结果如下：

1． 工科专业教师与工程实践领域人员对新工科专业人才核心能力素养存在认知差异

就新工科人才核心能力素养19项内容(表1)设计调查问卷，对J大学工科专业教师以及校外工程实践领域人员展开网上调查，分别回收有效问卷183份、204份。参与调查人员对各项内容的重要性按照个人认知进行评分，评分等级从“最低”到“最高”设五个等级，分别计1～5分。不论是工科专业教师，还是工程实践领域人员，两类人员的评价结果同等重要，按1∶1的权重比例计算每项内容的加权平均得分。调查结果(表2)显示，参与调查的工程实践领域人员和高校教师对19项内容的认可度均在80%以上，存在基本共识。两类群体认为重要性排在前10的选项中有4项高度一致，分别是“良好的职业道德与敬业精神”“不断学习和适应发展的能力”“对工程项目或问题所面临的形势进行分析和判断的能力”“良好的协作和共享意识”，充分体现出相关能力素养的重要性，也从侧面反映出毕业生在这些方面可能相对薄弱。

两类群体认为排在后9的选项中也有4项基本一致，分别是“丰富的人文素养”“善于倾听、肯定和接纳他人的观点和意见”“国际视野和跨文化交流的能力”“建立和规划愿景以及传达和实现愿景的能力”。这一结果暴露出不论是高校教师还是工程实践领域的人员，均对工程人才人文素养不够重视，同时也不看重以“国际视野”和“跨文化交流能力”为代表的国际化素养。

而在“热爱祖国，强烈的社会责任感”“关注行业变化与发展趋势的能力”“恰当地表达观点、问题和建议”“解决危机与突发事件的能力”“良好的语言文字表达能力”“创造性问题解决的能力”6项内容重要程度排序上，两类人员存在明显差异。

2． 现有工科专业培养方案和课程大纲并未全面关注到新工科人才核心能力素养要求

专业培养方案是专业人才培养的纲领性文件，规定专业培养目标、毕业要求、课程体系等，通常由专业负责人牵头制订。专业课程教学大纲规定了课程教学目标和教学计划，通常由课程负责人撰写。分析两类材料文本内容，可以发现专业教师在教学实践中关注了学生哪些方面能力的培养，也可进一步推断出新工科人才要求是否落实在教学当中。

首先，采用主题词分析方法围绕19项核心能力素养内容，结合国内外有关新工科人才素质研究内容、中国工程教育专业认证所提出的12项毕业要求等，提取可用以体现能力素养的词语编制主题词表(表3)，作为文本分析依据。

接下来，对收集到的J大学59个本科专业培养方案中“培养目标”和“培养要求”内容，以及1724门专业课程大纲中的“教学目标”内容对照主题词表(表3)逐项进行文本分析。如果在文本中搜索到表中某项目所列出的主题词之一，则认为专业培养目标或课程教学目标覆盖了该项核心能力素养要求，最终可以计算出学校整体的工科专业培养目标与课程教学目标对每项新工科人才核心能力素养的覆盖比例。结果数据显示(表4)，专业普遍重视专业知识的学习、认知技能的发展，而对学生交流能力、可持续发展能力则关注不够。专业课程大纲内容覆盖新工科人才核心能力素养的比例低于专业培养方案，除“专业知识”外，其他10个项目都呈现衰减趋势。结合校内外工程教育与实践人员认知调查结果，可以看出工科专业教学目标与设计仍存在重知识轻能力、重课堂轻实践、重专业技能轻非技术素质培养等问题，具体表现为：

表3 新工科人才核心能力素养主题词表

(1)知识传授方面，专业教师更重视专业知识的传授，对具有新工科特征的整合交叉知识、学科前沿知识的关注度较低。虽然94.92%的专业在培养目标或培养要求中提及整合交叉知识，但只有21.40%的专业课程大纲中有所涉及。对学科前沿知识，只有不到50%的专业培养方案与专业课程大纲文本中提及。

(2)能力培养方面，专业教师更关注认知技能与应用能力；对交流能力的培养关注度不高；而对创新能力，所有专业在培养方案中均有所提及，但只在57.25%的课程大纲中提到。说明专业在制定培养方案时，已开始关注学生综合能力的培养，但在具体课程教学中，大多数教师仍然停留在传统的专业知识传授与应用能力培养。

(3)社会合作方面，三个项目得分呈现两极分化。职业伦理在专业教师与企业工程实践人员的认知判断中，重要性得分均排名第1，但只在88.14%的专业培养目标与18.85%的专业课程大纲中提及。协作共享在专业课程中的受关注程度仅为30.45%。社会文化共融在专业教师与企业工程实践人员的认知调研中，重要性得分均排在最后1名，却在81.36%的专业培养目标中被提及，2.44%的专业课程大纲中提及。这一结果表明，尽管专家学者以及专业负责人认可工程人才具备国际视野的重要性，但很大一部分教师在课程教学中并未予以重视。

(4)终身学习方面，“可持续发展”指标的综合排名第2，说明专业教师与企业工程实践人员均认为“不断学习和适应发展”的能力非常重要。的确，面对日新月益的新技术、新要求，只有通过不断学习来完善知识体系、增加新技能才可以适应并引领行业技术的发展。但与终身学习相关的主题词仅在61.02%的专业培养目标、11.25%的专业课程大纲中提及，说明专业教师在教学中欠缺对学生可持续发展的关注。

表4 专业培养目标与课程教学目标的新工科

综合上述分析可以看出，工科专业教学中还没有很好关注到新工科人才核心能力素养，与应然要求还有相当的距离。体现在四个方面，一是工科专业课程体系的学科交叉融合不足，与学科发展前沿、产业技术发展结合不够紧密。二是专业课程教学中欠缺对学生深层次发展能力，如创新能力、协作共享、可持续发展等能力的培养。三是对学生的工程素质关注不够，需要加强面向真实工业的工程实践教学，让学生在解决复杂工程问题的过程中培养工程意识与工程素质。四是专业教育中对培养学生的国际视野和多元文化交流的能力不够重视，不利于培养具有国际视野的卓越工程人才。

三、推进新工科人才培养改革的路径

推进新工科人才培养改革，高校需要建立适应并引领未来新产业、新经济发展的核心理念，基于新工科人才核心能力素质的明确要求，开展专业人才培养系统性改革，对学生的培养从建构完整知识体系转向全面提升核心能力素养。

1． 横向连通：形成跨学科的工程人才培养课程体系

首先，重构课程不仅仅是打破学科界限，构建多学科的课程，更要建立学科内容的融合。基于新工科人才核心能力素养需要，在专业整体教学内容中融入学科前沿、最新的工程实践成果，实现多学科融合，实现知识传递与创新。其次，建构新的课程体系，更重要的是打破第一课堂与第二课堂的界限。把教师、学生的社会实践、工程实践与专业实践紧密结合起来，有机融合形成人才培养过程，让师生共同面对并协同解决社会、工程实践问题，突破学生从课堂获取知识的单一途径，让学生在实践课堂中增长知识、拓展视野、发展合作交流能力、构建正确的工程伦理观、增强社会责任感、培养终身学习能力。第三，在课程体系中，可以用工程领域的一个或几个现实问题作为牵引，由不同学科教师共同设计课程教学目标与内容，形成从学科基础课到专业课系统构建分析问题与解决问题的过程，实现专业教学中不同学科内容的有效融合。第四，加强通识教育课程建设，作为完善学生知识体系的有效补充。面向人工智能、工业互联网、新材料技术、清洁能源以及生物技术等前沿科技，针对工程伦理、工程质量、工程项目管理以及人文素养等方面，增加通识教育选修课程，可以通过聘请企业兼职教师参与授课，把新技术新要求带进课堂。

2． 教育变革：把人类深层次发展需求落实到课程教学中

课程教学目标的变革，其根本是要在广阔的时代发展背景下、在新工科教育理念指导下的根本性变革，把对人类自身深层次的发展需求如社会敏感性、社会责任感、创造力、沟通与协商、自主终身学习、全球视野等反映在课程教学目标中。专业教师要围绕新工科人才核心能力素养要求对课程教学内容、教学方法、教学评价进行变革。完善教学内容，在课程教学内容补充学科前沿与其他相关学科知识、增加行业技术发展内容，让课程教学内容紧跟时代发展。优化教学方法，通过开展项目式教学、翻转课堂、研究性教学等，激活静态知识，引导学生开展探究性学习。改革教学评价，加强过程考核，围绕课程教学目标中设定的学生核心能力素养设计评价内容与评价方式，激发学生学习的主动性，通过评价环节引导学生自我提升核心能力，并实现学生综合能力素质的动态发展。

3． 纵向贯通：形成系统的工程实践能力培养路径

高校在工科专业培养体系设计中要明确规划工程实践能力的培养路径。其一，打破先理论后实践的课程设置模式，从一年级到四年级，连续设置包含新生项目课程、创新项目训练、工程综合训练项目、服务学习项目、社会实践、课程设计、工程实习、毕业设计在内的工程设计类课程，循序渐进实现培养学生工程设计能力、解决复杂工程问题和社会实践问题的课程教学目标[15]。其二，推进工科高校工程训练中心转变传统工种教学模式，“面向真实工业探索形成适应产业新形态的‘学习工厂’实践教学模式”，指导学生使用多学科知识与技术，解决真实工业生产中的复杂工程问题，“学习先进制造技术与先进生产管理理念，储备各技术领域的技能，在体验真实产品全生命周期过程中，培养工业意识，满足信息化与工业化深度融合形势下制造业对工程人才能力的需求”[16]。其三，构建产学研深度交互、优势互补的实践教学共同体。选聘企业兼职教师参与实践教学，将真实工业问题或项目纳入教学内容。校企合作共建实验室，搭建虚拟仿真实验教学平台，共同开发面向真实工业的虚拟实验教学项目，推进传统课堂与虚拟课堂相融合的混合式教学，为学生学习、理解与应用工程知识解决实际复杂工程问题提供平台。

4． 深化交流：培养具有国际视野的工程人才

新工科人才除了要有工程知识与实践能力，还需要具备国际视野与“全球胜任力”，“能与不同文化背景的人进行开放的沟通、有效的合作，也才能理解自身与外部社会的关联，并在网络世界中发出负责任的言论”[17]。一是增加跨文化及世界问题的通识教育课程，对学生进行全球化思维、人类共同体理念的教育，扩展学生的国际视野。二是积极组织学生参加高水平国际性大学生工程类竞赛，与其他国家大学生团队同台竞技，相互交流与学习。三是加强与国际工程企业合作开展中外校企合作实践育人项目，或在高校学生国际交换学习项目中加强境外工程实习实训，为学生提供与不同国家不同文化背景的人共同工作、沟通交流的平台。

新工科人才培养改革是培养理念变革的过程，更是实践路径探索落实的过程。研究发现高校工科人才培养实然状态仍然停留在传统知识体系构建，与未来工程人才的应然目标还存在一定的距离。重构跨学科课程体系、把人类深层次发展需求落实到专业课程教学目标中、形成系统的工程实践能力培养体系、扩展学生国际视野，是培养适应并引领世界经济产业发展的新时代高素质工科人才的必然路径。