新工科視域下大學(xué)生綜合創(chuàng)新能力提升的教學(xué)設(shè)計探討

陸興發(fā)

（東北電力大學(xué) 工程訓(xùn)練教學(xué)中心，吉林 吉林 132012）

眾所周知，高等工程教育以培養(yǎng)面向未來的工程師或工程專業(yè)人才（Professionals）為終極目標(biāo)，與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)系最緊密、作用最直接，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的孵化器、推進器和加速器，在面向未來的發(fā)展過程中，高等工程教育必須不斷瞄準(zhǔn)和對接新興產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)高素質(zhì)的新型工程科技人才，既是當(dāng)務(wù)之急，更是長遠之策.

目前世界范圍內(nèi)的第四次工業(yè)革命不斷以指數(shù)級速度推進，一日千里，綜合國力的競爭更趨激烈和白熱化.與此相對應(yīng)，世界經(jīng)濟日趨呈現(xiàn)出以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟范式.這種新經(jīng)濟范式要求未來的工程科技人才必須具備更高的跨界整合集成創(chuàng)新能力，以滿足和助力經(jīng)濟的升級轉(zhuǎn)型和持續(xù)發(fā)展.

為適應(yīng)新經(jīng)濟發(fā)展和國家發(fā)展戰(zhàn)略，教育部于2月18日、4月8日和6月9日分別在復(fù)旦大學(xué)、天津大學(xué)和北京相繼組織召開了“高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會”“新工科建設(shè)研討會”“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”，分別形成了“‘新工科’建設(shè)復(fù)旦共識”（“復(fù)旦共識”）、“‘新工科’建設(shè)行動路線”（“天大行動”）、“新工科研究與實踐項目指南”（“北京指南”）.三次探討統(tǒng)一了思想、達成了“共識”，確定了行動路線圖，制定了具體工作指南.自此，全面揭開了我國新工科建設(shè)的浪潮，奏響了面向未來的人才培養(yǎng)主旋律.

1 新工科釋義及其解讀

新工科（Emerging Engineering Education，3E）一詞是“復(fù)旦共識”的一項重要成果，是與傳統(tǒng)工業(yè)密切相關(guān)的“老工科”對應(yīng)的概念體系，它是適應(yīng)并引領(lǐng)面向未來的新經(jīng)濟、新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式的耦合性、創(chuàng)新性的工程學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)體系，其本質(zhì)特征是面向未來，強調(diào)專業(yè)建設(shè)與規(guī)劃的動態(tài)性、靈活性、綜合性、引領(lǐng)性，旨在培養(yǎng)學(xué)生具有面向未來的持續(xù)學(xué)習(xí)力、創(chuàng)新力、設(shè)計力和實現(xiàn)力.

新工科是我國政府繼“雙一流”之后，在高等工程教育領(lǐng)域開展的又一重大的、專項的和前瞻性的“國家行動計劃”，它是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、適應(yīng)國際競爭新形勢以及新經(jīng)濟、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為突出特征的第四次工業(yè)革命的迅猛發(fā)展要求未來工程技術(shù)人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力的緊迫需要，是應(yīng)對復(fù)雜多變莫測未來的未雨綢繆.新工科也是我國立德樹人新要求特別是工程技術(shù)人才隊伍嚴(yán)重短缺的客觀要求.

根據(jù)教育部“天大行動”計劃[1]，“到2020年，探索形成新工科建設(shè)模式，主動適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟發(fā)展；到2030年，形成中國特色、世界一流工程教育體系，有力支撐國家創(chuàng)新發(fā)展；到2050年，形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式，建成工程教育強國，成為世界工程創(chuàng)新中心和人才高地，為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢奠定堅實基礎(chǔ)”.為此，“以應(yīng)對變化、塑造未來為指引，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)同與共享為主要途徑，根據(jù)世界高等教育與歷次產(chǎn)業(yè)革命互動的規(guī)律，面向未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢和新要求，總結(jié)技術(shù)范式、科學(xué)范式、工程范式經(jīng)驗，探索建立新工科范式.推動思想創(chuàng)新、機制創(chuàng)新、模式創(chuàng)新，實現(xiàn)從學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)向以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合，從適應(yīng)服務(wù)轉(zhuǎn)向支撐引領(lǐng).”

新工科的具體建設(shè)目標(biāo)主要有以下四個方面的內(nèi)容：“一是響應(yīng)國家發(fā)展戰(zhàn)略需求，支撐服務(wù)以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢，培養(yǎng)大批新興工程科技人才，在未來全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點，在世界新一輪工程教育改革中發(fā)揮全球影響力，將‘中國理念’‘中國標(biāo)準(zhǔn)’注入‘國際理念’‘國際標(biāo)準(zhǔn)’，擴大我國在世界高等工程教育中的話語權(quán)和決策權(quán)，實現(xiàn)從跟跑并跑到并跑領(lǐng)跑，實現(xiàn)我國從工程教育大國走向工程教育強國；二是推動學(xué)科交叉融合和跨界整合，產(chǎn)生新的技術(shù)，培育新的工科領(lǐng)域，拓展工科專業(yè)的內(nèi)涵和建設(shè)重點，構(gòu)建創(chuàng)新價值鏈，打造工程學(xué)科專業(yè)的升級版，大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新人才，服務(wù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，掌握我國未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán)；三是完善新工科人才‘創(chuàng)意-創(chuàng)新-創(chuàng)業(yè)’教育體系，廣泛搭建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺，努力實現(xiàn)50%以上工科專業(yè)學(xué)生參加‘大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃’、參與一項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事活動，建設(shè)創(chuàng)業(yè)孵化基地和專業(yè)化創(chuàng)客空間，推動產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合和科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用；四是把握新工科人才的核心素養(yǎng)，致力于培養(yǎng)學(xué)生最核心的能力——學(xué)習(xí)而且是快速學(xué)習(xí)新事物的能力.強化工科學(xué)生的家國情懷、全球視野、法治意識和生態(tài)意識，培養(yǎng)設(shè)計思維、工程思維、批判性思維和數(shù)字化思維，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨學(xué)科交叉融合、自主終身學(xué)習(xí)、溝通協(xié)商能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力.”

2 工程訓(xùn)練的獨特功能與核心優(yōu)勢

工程改變世界,行動創(chuàng)造未來.“教育回歸工程、教學(xué)回歸實踐”已成當(dāng)今全球高等工程教育的主流發(fā)展趨勢.新工科作為我國高等教育的又一重大國家行動，無疑精準(zhǔn)把握了國際高等工程教育的發(fā)展趨勢與脈搏，瞄準(zhǔn)了國際高等工程教育的發(fā)展前沿，將高等工程教育的著眼點鎖定在工程創(chuàng)新能力與工程實踐能力方面，這就為高校深入開展工程訓(xùn)練提供了廣闊的舞臺，指明了發(fā)展的方向，切合了高校工程訓(xùn)練的價值所在.

客觀地說，國家自1998年初以來通過實施兩個“項目”（“面向21世紀(jì)的教學(xué)改革項目、世界銀行貸款—中國高等教育發(fā)展項目”）以及2006年的“質(zhì)量工程”（“高等學(xué)校本科教學(xué)與質(zhì)量工程”），國內(nèi)高校的工程訓(xùn)練及其工程訓(xùn)練中心建設(shè)已實現(xiàn)了質(zhì)的轉(zhuǎn)化，有的甚至達到了很高的水平，為高等工科院校開展系統(tǒng)的工程訓(xùn)練奠定了堅實的基礎(chǔ).尤其是以國家原“985”高校為代表的部分高校的“工程訓(xùn)練已經(jīng)遠非傳統(tǒng)意義上的純機械制造與加工訓(xùn)練或單學(xué)科及技能訓(xùn)練，而是由常規(guī)的金工實習(xí)和電子工藝實習(xí)向現(xiàn)代工程實踐教學(xué)的轉(zhuǎn)化，由單機技能培訓(xùn)向局域網(wǎng)絡(luò)條件下技術(shù)集成培訓(xùn)的轉(zhuǎn)化，由操作技能培訓(xùn)向技能與綜合實踐、創(chuàng)新實踐相結(jié)合的轉(zhuǎn)化，是以大工程為背景，以學(xué)生為中心，以工程技能訓(xùn)練位基礎(chǔ)，以培養(yǎng)過程能力為目標(biāo)，以創(chuàng)新思維訓(xùn)練為核心，多元化、開放型工程實踐創(chuàng)新訓(xùn)練”[2].由此可見，現(xiàn)代工程訓(xùn)練在培養(yǎng)大學(xué)生綜合創(chuàng)新能力方面具有獨特的功能與核心的優(yōu)勢[3]：

（1）突出了工程意識和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，建構(gòu)了相對完整的現(xiàn)代“大工程”培養(yǎng)目標(biāo)和方向；

（2）將常規(guī)制造技術(shù)訓(xùn)練、先進制造技術(shù)訓(xùn)練、增材制造技術(shù)訓(xùn)練、綜合創(chuàng)新訓(xùn)練融為一體，系統(tǒng)整合了機械、電子、信息及其系統(tǒng)等方面的知識內(nèi)容，著力強化和突出現(xiàn)代大學(xué)生的工程設(shè)計、制造、管理、創(chuàng)新等的全方位認知與實踐；

（3）突出綜合創(chuàng)新能力，以創(chuàng)新訓(xùn)練為抓手，實施遞進式綜合訓(xùn)練；

（4）超越了傳統(tǒng)金工實習(xí)的范疇，向生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)乃至研究生培養(yǎng)方向轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了從本科生到研究生到博士生的綜合培養(yǎng)通道；

（5）有機整合了教師的啟發(fā)引導(dǎo)與學(xué)生的主動體驗過程，突顯了學(xué)生創(chuàng)新興趣、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，把綜合創(chuàng)新能力訓(xùn)練融入工程訓(xùn)練全過程.

截至目前，國內(nèi)各高校的工程訓(xùn)練中心已經(jīng)成高校開展大學(xué)生工程技術(shù)、工藝實訓(xùn)與工程創(chuàng)新實踐的重要基地，是國內(nèi)各大工科院校中教學(xué)規(guī)模最大、學(xué)生受眾人數(shù)最多的實踐教學(xué)基地，更是在校大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實踐的主要訓(xùn)練和活動基地，是在校大學(xué)生體驗和完成發(fā)明創(chuàng)造和科技競賽作品設(shè)計與制作的第一場所[4].實踐證明，工科學(xué)生對典型工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、設(shè)計、制造的基本、完整的體驗和認識對理解、學(xué)習(xí)和從事現(xiàn)代社會的任何一種高級技術(shù)工作都是必需的基礎(chǔ).這種基礎(chǔ)在大學(xué)低年級不可能通過校外認識實習(xí)獲得，需要通過校內(nèi)工程訓(xùn)練中心的教學(xué)獲得.[4]

3 創(chuàng)新工程訓(xùn)練教學(xué)設(shè)計架構(gòu)，提升學(xué)生綜合創(chuàng)新能力

盡管近20年來國內(nèi)高校的工程訓(xùn)練具有的質(zhì)的飛越，物質(zhì)條件日趨先進、齊全，但現(xiàn)代工程訓(xùn)練的理念就普遍意義而言還遠未建立起來，難以滿足新工科理念下培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的迫切需求，難以滿足新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)發(fā)展對未來工程技術(shù)人才的要求.僅就工程訓(xùn)練的教學(xué)而言還存在諸如知識體系陳舊、缺乏先進性、系統(tǒng)性和前瞻性，綜合創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練嚴(yán)重不足，缺乏真實生產(chǎn)環(huán)境、與實際工程實踐距離甚遠以及師資隊伍結(jié)構(gòu)不合理、嚴(yán)重缺乏工程師型、工匠型師資等嚴(yán)重缺陷.為此，必須以新工科理念為契機和先導(dǎo)，創(chuàng)新工程訓(xùn)練教學(xué)策略，為持續(xù)不斷地提升大學(xué)生的工程實踐能力和綜合創(chuàng)新能力做出不懈的努力.

（1）轉(zhuǎn)變觀念，充分認識現(xiàn)代工程訓(xùn)練對培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新人才的極端重要性.誠如前述，工程訓(xùn)練在培養(yǎng)新工科人才方面具有獨特功能與優(yōu)勢，甚至可以說是完全切合新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)的目的要求.但是，客觀地說除了原“985”高校以外的大部分高校，尤其是一些省屬地方高校的工程訓(xùn)練中心建設(shè)還一直“換湯沒換藥”，掛工程訓(xùn)練之名無工程訓(xùn)練之實，仍然止步或徘徊在“金工實習(xí)”的老路上.對現(xiàn)代工程訓(xùn)練的價值、功能與核心優(yōu)勢認識不清、領(lǐng)悟不透、理解不深.一個不爭的事實是，目前許多高校的工程訓(xùn)練中心屬于學(xué)校的“附屬”部門，是各個學(xué)科專業(yè)的“配角”.有位方能為，位置不清，角色不明，勢必難有作為.因此，必須徹底轉(zhuǎn)變觀念，尤其在高校校級領(lǐng)導(dǎo)層面徹底扭轉(zhuǎn)觀念，做好頂層設(shè)計，秉持立德樹人的政治高度，從培養(yǎng)符合未來國力競爭戰(zhàn)略需求的高素質(zhì)工程技術(shù)創(chuàng)新人才的戰(zhàn)略高度，以“立知立改”的決心和態(tài)度，扭轉(zhuǎn)工程訓(xùn)練中心的附屬地位和配角角色.只有徹底轉(zhuǎn)變觀念，才能真正有效地處理好、建設(shè)好、發(fā)展好工程訓(xùn)練中心.

（2）適應(yīng)新工科建設(shè)和新經(jīng)濟發(fā)展要求，加大投入力度，建立功能完備、設(shè)施齊全先進的真正綜合型、創(chuàng)新型、開放型的多學(xué)科交叉融合的工程訓(xùn)練中心.就目前來看，國內(nèi)高校工程訓(xùn)練教學(xué)中大部分工種仍然以“臨摹”練習(xí)為主，學(xué)生受益面很小，為大部分學(xué)生提供的自主創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練機會很少[5]，多數(shù)高校的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)還僅僅停留在認知層面上[6].即便是在上海這種處于我國發(fā)展水平高端的地方，“總體尚處于由傳統(tǒng)單一的技能訓(xùn)練向現(xiàn)代的工程實踐綜合訓(xùn)練的發(fā)展、提高階段”[7]，根本談不上創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)，最終導(dǎo)致“我國工科大學(xué)畢業(yè)生大多缺乏實踐能力和創(chuàng)新精神，缺乏解決工程實際問題特別是綜合性較強的復(fù)雜的工程技術(shù)問題的能力”[8].為此，必須充分利用新工科建設(shè)的歷史機遇期，從快從速扭轉(zhuǎn)目前高校工程訓(xùn)練中心功能單一的局面，乘勢而為，充分挖掘和整合高校內(nèi)部資源，建設(shè)功能完備、設(shè)備先進，教學(xué)型教師、工程師型教師、工匠型教師結(jié)構(gòu)合理的現(xiàn)代工程訓(xùn)練創(chuàng)新中心.

（3）整備和調(diào)整高校的工程訓(xùn)練教學(xué)計劃，大幅度增加工程訓(xùn)練教學(xué)時數(shù).沒有充足時間保障的計劃無疑是個無效的計劃，形同虛設(shè).不折不扣地按照國家工程訓(xùn)練示范中心“大學(xué)四年不斷線”的建設(shè)基準(zhǔn)，整備和調(diào)整高校工程訓(xùn)練的教學(xué)計劃，保證教學(xué)的集中、連續(xù)、全面和系統(tǒng).現(xiàn)實中，目前相當(dāng)一部分高校的工程訓(xùn)練（實質(zhì)上還是傳統(tǒng)的金工實習(xí)）課程是離散的、間斷的，是填空型的（看某專業(yè)的閑暇見縫插針），況且就是這樣的工程訓(xùn)練（姑且稱為工程訓(xùn)練）其總學(xué)時在某些個別院校才僅僅40余學(xué)時，除了完成教學(xué)大綱的授課任務(wù)外幾乎談不上任何的綜合訓(xùn)練，一個專業(yè)的工程訓(xùn)練課哩哩啦啦抻滿一學(xué)期.如此訓(xùn)練，談何訓(xùn)練，更何談創(chuàng)新！

（4）科學(xué)設(shè)計教學(xué)培養(yǎng)方案，建立以核心課程為主干的教學(xué)體系.目前國內(nèi)高校普遍存在課程繁雜、門數(shù)過多、單門課程學(xué)時偏少（俗稱“少學(xué)時多門數(shù)”），四年大學(xué)學(xué)生除了上課還是上課，幾乎沒有任何自由選擇或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的空間時間.以吉林省某高校2014版培養(yǎng)方案中的某國家特色專業(yè)的培養(yǎng)方案為例，必修課36門，選修課7門（名為選修實為必修），公共實踐教學(xué)環(huán)節(jié)課程4門，專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)課程8門，合計55門課程，平均一學(xué)年13.75門課程；四年總學(xué)時2418學(xué)時，其中必修課學(xué)時2197學(xué)時，選修課學(xué)時221學(xué)時，大部分課程的學(xué)時為18—36學(xué)時，平均43.96學(xué)時.在36門必修課中，政治理論類課程累計312學(xué)時，英語、體育、軍事理論、創(chuàng)業(yè)教育等非專業(yè)類課程累計432學(xué)時，兩項合計學(xué)時744，占必修課總學(xué)時的33.86%（不包括為期一周的入學(xué)教育、為期一周的畢業(yè)教育、為期三周的軍訓(xùn)以及為期三周的金工實習(xí)）；數(shù)學(xué)類、物理類課程累計445學(xué)時，占必修課總學(xué)時的20.25%；除此以外還有多達26項（門）各類必須完成的課外“課程”.試想，在這種安排“滿滿”的教學(xué)設(shè)計架構(gòu)下，學(xué)生哪里有自由想象、自由創(chuàng)新的空間和時間？筆者認為，我們應(yīng)該以新工科建設(shè)為契機，認真重新理順這種不科學(xué)的教學(xué)設(shè)計，真正以學(xué)科專業(yè)的主干課程為核心來設(shè)計培養(yǎng)方案，給學(xué)生提供更大的自由空間和時間.如果我們借鑒世界頂級大學(xué)的美國斯坦福大學(xué)的培養(yǎng)方案似乎可以找到我們的差距之所在.根據(jù)斯坦福大學(xué)電子工程專業(yè)的培養(yǎng)方案[9]，本科生四年取至少180學(xué)分，其中數(shù)學(xué)和科學(xué)課程合計不少于45學(xué)分，技術(shù)課程不少于3學(xué)分，工程學(xué)課程不少于68學(xué)分，其他課程合計不少于60學(xué)分（包括人文科學(xué)、通識教育、語言課程等），各學(xué)期學(xué)分適中，每學(xué)期控制為12—18學(xué)分，近似于每周12—18節(jié)課，而其余時間均為學(xué)生研討、自學(xué)、實踐活動，為學(xué)生自由實踐與創(chuàng)新提供了重要的保障.由此我們也可以診斷出中美大學(xué)生的能力差距之緣由.

大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合創(chuàng)新能力是事關(guān)國家、民族未來生存與振興發(fā)展的關(guān)鍵所在，新工科理念的提出為我國工程教育的理論與實踐探索提供了一個全新的視角，未來對新工科人才的要求既有扎實的專業(yè)技能，又具備溝通交流、團隊合作、綜合創(chuàng)新能力、跨學(xué)科思維等非專業(yè)技能的能力.因此，著力打造和傾力培養(yǎng)大學(xué)生具有工程訓(xùn)練綜合創(chuàng)新能力應(yīng)該而且必須成為高校達成的目標(biāo)和拼搏的方向，這是時代賦予高等院校的神圣歷史使命.

〔1〕“新工科”新在哪兒—光明網(wǎng)-《光明日報》．2017-04-03．http//edu．cnr/list/20170403/t20170403_523690794．shtml．

〔2〕張戈，等．智能制造背景下工程訓(xùn)練中心建設(shè)探究[J]．實驗技術(shù)與管理，2017,34（2）：209-213．

〔3〕吳慶憲．高等工程教育發(fā)展與高校工程訓(xùn)練中心功能定位[J]．南京航空航天大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2006,8（1）：68-71．

〔4〕梁延德．我國高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)與發(fā)展[J]．實驗技術(shù)與管理，2013,30（6）：6-8．

〔5〕鞠晨鳴．“卓越工程師”視域下的工程訓(xùn)練教學(xué)發(fā)展思路探析[J]．南京理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2015,28（4）：73-78．

〔6〕夏人青，羅志敏．論高校人才培養(yǎng)框架下的創(chuàng)業(yè)教育目標(biāo)[J]．復(fù)旦教育論壇，2010，8（6）：56-60．

〔7〕吳國興，符躍鳴，李忠唐．上海市高校工程訓(xùn)練的現(xiàn)狀、問題與發(fā)展[J]．實驗室研究與探索，2013,32（9）：149-153．

〔8〕徐建中．創(chuàng)建國內(nèi)一流的工程訓(xùn)練中心的建設(shè)實踐[J]．實驗技術(shù)與管理，2006,8（1）：76-80．

〔9〕School of Engineering Stanford University．Electrical Engineering-Signal Processing&Communications 2011-2012Program Sheet[EB/OL]．http：//www．stanford．edu．2013,4．