工程科技創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式研究

呂營(yíng)　魏麗娜　鄧勇新　王丹

〔摘要〕 工程科技是改變世界重要力量。我國(guó)高校工科人才培養(yǎng)是高等教育的重要組成部分，肩負(fù)著為國(guó)家重大工程科技攻關(guān)培養(yǎng)建設(shè)者和接班人的重任。在全球范圍內(nèi)，隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，正在對(duì)傳統(tǒng)工程教育的人才培養(yǎng)理念、課程設(shè)計(jì)和教學(xué)模式產(chǎn)生革命性影響。工程教育改革已成為高等學(xué)校教育改革的熱點(diǎn)，各國(guó)紛紛出臺(tái)政策文件以適應(yīng)現(xiàn)代化工程科技創(chuàng)新對(duì)人才培養(yǎng)的需求。文章采用結(jié)構(gòu)化案例，通過(guò)分析全球工程教育“新興領(lǐng)導(dǎo)者”澳大利亞查爾斯特大學(xué)工程本科生的培養(yǎng)理念、課程設(shè)計(jì)和教學(xué)模式，為面向工程科技創(chuàng)新的我國(guó)高等學(xué)校工程人才培養(yǎng)提供了參考。比如要重視產(chǎn)學(xué)研資源匯聚，探索服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展新模式;構(gòu)建“工程知識(shí)三角”嵌入聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng);開發(fā)多維度教育資源，創(chuàng)設(shè)開放融合的“線上+線下”學(xué)習(xí)生態(tài)圈;強(qiáng)化跨學(xué)科平臺(tái)會(huì)聚，連接不同學(xué)習(xí)場(chǎng)景促進(jìn)工程知識(shí)融通。文章為提出面向新時(shí)代我國(guó)工程科技創(chuàng)新的工程教育改革和人才培養(yǎng)模式提供了借鑒。

〔關(guān)鍵詞〕 工程科技創(chuàng)新;人才培養(yǎng);課程體系;教學(xué)模式

〔中圖分類號(hào)〕G642〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A〔文章編號(hào)〕1008-2689（2020）01-0051-06

工程科技是改變世界重要力量[1] 。隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革同人類社會(huì)發(fā)展形成歷史性交匯，引發(fā)世界各國(guó)在科學(xué)探索、技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)等方面展開激烈競(jìng)爭(zhēng)[2]。為應(yīng)對(duì)產(chǎn)業(yè)新特征和人才新要求，世界主要工業(yè)國(guó)家發(fā)布了一系列新工程教育改革計(jì)劃，旨在推動(dòng)工程教育的改革，培養(yǎng)出適應(yīng)新工業(yè)革命特征的新一代工程師[3]。我國(guó)高校工科人才培養(yǎng)無(wú)疑是高等教育的重要組成部分，肩負(fù)著為國(guó)家重大工程科技攻關(guān)培養(yǎng)建設(shè)者和接班人的重任。教育部辦公廳于2018年3月15日印發(fā)《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，特別指出要統(tǒng)籌考慮“新的工科專業(yè)、工科的新要求”，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才，改造升級(jí)傳統(tǒng)工科專業(yè)，主動(dòng)布局未來(lái)戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域人才培養(yǎng)。新工科建設(shè)成為了高等工程教育下一個(gè)階段發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域[4]。主動(dòng)優(yōu)化學(xué)科專業(yè)布局，探索課程內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，是面向未來(lái)我國(guó)工程科技創(chuàng)新對(duì)人才培養(yǎng)的內(nèi)在需求[5]。同時(shí)，新時(shí)代工程科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要主動(dòng)服務(wù)國(guó)家對(duì)外開放戰(zhàn)略，在堅(jiān)持扎根中國(guó)辦教育的前提下，面向世界，融通中外，借鑒國(guó)外先進(jìn)教育經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展具有中國(guó)特色、世界水平的現(xiàn)代教育[6]。澳大利亞擁有世界一流的高等教育體系和教學(xué)科研水平，在吸引留學(xué)生和培養(yǎng)工程科技人才方面成效顯著[7]。根據(jù)麻省理工學(xué)院“新工科教育轉(zhuǎn)型” （MIT， New Engineering Education Transformation） 項(xiàng)目組于2018年發(fā)布的《全球工程教育現(xiàn)狀》（The global sate of the ar in egineering eucation）報(bào)告[8]，從2001年到2016年，澳大利亞占全球留學(xué)生市場(chǎng)的份額從4%增加到11%，已經(jīng)成為全球工程教育的重要力量。特別是澳大利亞查爾斯特大學(xué)，作為“工程教育領(lǐng)域新興領(lǐng)導(dǎo)者（‘emerging leaders in engineering education）”之一，其所設(shè)立的新工程教育計(jì)劃通過(guò)實(shí)施“以真實(shí)項(xiàng)目挑戰(zhàn)為基礎(chǔ)”的主題課程體系和構(gòu)建“以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)模式，已成為工程卓越領(lǐng)袖培養(yǎng)的典范。

文章以澳大利亞查爾斯特大學(xué)新工程教育計(jì)劃作為案例，系統(tǒng)分析其在主題課程開發(fā)和教學(xué)模式創(chuàng)新方面的特色實(shí)踐，總結(jié)工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)路徑，為提出面向新時(shí)代我國(guó)工程科技創(chuàng)新的工程教育改革和人才培養(yǎng)提供研究基礎(chǔ)，努力為正在進(jìn)行工程教育變革的中國(guó)高校，提供一定的借鑒與啟示。

一、 工程教育人才培養(yǎng)理念

“今天多數(shù)大學(xué)正試圖在一個(gè)19世紀(jì)的學(xué)校，用一套20世紀(jì)的課程，來(lái)培養(yǎng)21世紀(jì)的工程師?！盵9]為破解創(chuàng)新型工程師的培養(yǎng)難題，查爾斯特大學(xué)通過(guò)持續(xù)探索與實(shí)踐，創(chuàng)造性地形成其“基于項(xiàng)目、面向工作、在線學(xué)習(xí)、地區(qū)驅(qū)動(dòng)”的特色發(fā)展模式，并試圖用一套面向未來(lái)的學(xué)校發(fā)展戰(zhàn)略、一系列面向未來(lái)的課程體系，來(lái)培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的高素質(zhì)人才。在教學(xué)體系方面，查爾斯特大學(xué)面向新業(yè)態(tài)的工程實(shí)踐，以及新時(shí)期工程師能力素質(zhì)要求，探索形成基于項(xiàng)目、面向工作的教學(xué)方式，有效保證了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)與就業(yè)能力——其84%的畢業(yè)生能夠在畢業(yè)后六個(gè)月內(nèi)找到專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工作，并且畢業(yè)生就業(yè)率多年排列全國(guó)第一。在課程形式方面，查爾斯特大學(xué)面向社會(huì)新情境、能力要素新要求，跟隨時(shí)代趨勢(shì)積極推進(jìn)在線教育，革新課程體系和教學(xué)模式。在發(fā)展任務(wù)方面，查爾斯特大學(xué)注重驅(qū)動(dòng)新南威爾士地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，圍繞地區(qū)發(fā)展需求建立學(xué)科基礎(chǔ)。自建校以來(lái)，查爾斯特大學(xué)根據(jù)當(dāng)?shù)匦枨?，多元化地建立了護(hù)理、會(huì)計(jì)、牙醫(yī)、獸醫(yī)學(xué)等學(xué)科。近些年來(lái)，為響應(yīng)當(dāng)?shù)卣偷貐^(qū)工業(yè)對(duì)工程創(chuàng)新人才質(zhì)量和數(shù)量的強(qiáng)烈需求，學(xué)校于2014年10月批準(zhǔn)設(shè)立“新工程教育計(jì)劃（以土木工程專業(yè)為試點(diǎn)）”，并于2016年2月開始招收第一批本科生。

“新工程教育計(jì)劃”聚焦工程領(lǐng)域行業(yè)需求、創(chuàng)設(shè)基于項(xiàng)目和面向工作的工程師培養(yǎng)情境、開發(fā)在線課程體系，旨在培養(yǎng)具備工程系統(tǒng)思維和前瞻專業(yè)能力的創(chuàng)新型工程師?；谠摾砟?，查爾斯特大學(xué)將理論傳授、實(shí)踐應(yīng)用以及課程教育進(jìn)行緊密協(xié)同融合，系統(tǒng)實(shí)踐工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。其中，理論傳授主要體現(xiàn)在對(duì)工程科學(xué)與技術(shù)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與管理等知識(shí)的傳授;實(shí)踐應(yīng)用主要體現(xiàn)在校內(nèi)、校外階段的挑戰(zhàn)項(xiàng)目和帶薪實(shí)習(xí)崗位;課程設(shè)置主要體現(xiàn)在其在線課程教育以及基于項(xiàng)目挑戰(zhàn)的課程教育。此外，在三者的項(xiàng)目融合協(xié)調(diào)方面，查爾斯特大學(xué)“創(chuàng)設(shè)工程情境”，促進(jìn)學(xué)生深度理解工程理論和課程教學(xué)內(nèi)容;強(qiáng)化以“案例為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)方式”，創(chuàng)新理論與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)方式;同時(shí)，利用“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)等”學(xué)習(xí)方式將工程理論、工程實(shí)踐和課程體系進(jìn)行緊密結(jié)合，詳見圖1。

二、 工程教育主題課程設(shè)計(jì)

查爾斯特大學(xué)“新工程教育計(jì)劃”課程體系分為校內(nèi)、校外兩個(gè)階段，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)、以工作為導(dǎo)向、以在線課程為主要內(nèi)容，通過(guò)“入門引導(dǎo)、拓寬口徑、環(huán)境創(chuàng)設(shè)、反饋支撐”等支撐計(jì)劃貫穿始終，旨在培養(yǎng)具有工程系統(tǒng)思維和前瞻專業(yè)能力的創(chuàng)新型工程師。具體而言，查爾斯特大學(xué)在課程設(shè)計(jì)方面分為以下兩個(gè)階段：

第一階段（0～第18個(gè)月），以校內(nèi)為基礎(chǔ)，以挑戰(zhàn)項(xiàng)目與在線課程融合為特征。在這一階段，學(xué)生將參與一系列基于團(tuán)隊(duì)合作的挑戰(zhàn)項(xiàng)目。在挑戰(zhàn)項(xiàng)目開始前，學(xué)生需要自學(xué)完成相關(guān)主題課程。并在參與項(xiàng)目過(guò)程中，根據(jù)需求隨時(shí)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和技能，以指導(dǎo)挑戰(zhàn)項(xiàng)目的實(shí)踐。在這一階段，學(xué)生需要學(xué)習(xí)240個(gè)主題的在線課程，其中包括80個(gè)必修科目，集中于基礎(chǔ)工程科學(xué)、數(shù)學(xué)、CAD繪圖等內(nèi)容。

第二階段（第1.5年～第5.5年），以校外為基礎(chǔ)，以帶薪實(shí)習(xí)與在線課程融合為特征。在這一階段，學(xué)生將經(jīng)歷四個(gè)一年期的帶薪實(shí)習(xí)，通過(guò)真實(shí)工程實(shí)踐體驗(yàn)，更深入理解和內(nèi)化工程知識(shí)與技能。在學(xué)習(xí)時(shí)間上，校方與雇主簽訂協(xié)議，保證學(xué)生每周有一天時(shí)間用于學(xué)習(xí);在導(dǎo)師指導(dǎo)上，學(xué)生接受查爾斯特大學(xué)導(dǎo)師和行業(yè)導(dǎo)師雙導(dǎo)師的指導(dǎo);在課程學(xué)習(xí)上，學(xué)生以“按需學(xué)習(xí)”方式進(jìn)行在線課程學(xué)習(xí)，即根據(jù)學(xué)習(xí)興趣及實(shí)習(xí)中遇到的工程難題，進(jìn)行有針對(duì)性的知識(shí)和技能獲取。

（一） 入門引導(dǎo)：實(shí)行以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的教學(xué)課程

通過(guò)將教學(xué)場(chǎng)景與工作情境有機(jī)融合，項(xiàng)目課程注重學(xué)生研討和參與，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的體驗(yàn)與實(shí)踐[8]。相較于傳統(tǒng)以教師授課為中心的講座性課程，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的課程以學(xué)生的行動(dòng)為導(dǎo)向，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目，實(shí)踐和探究解決問(wèn)題的方法，著重關(guān)注學(xué)生“做什么”而不是“學(xué)什么”。[10]查爾斯特大學(xué)以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的課程設(shè)置占據(jù)課程總數(shù)的42%。其中，項(xiàng)目課程分為校內(nèi)、校外兩個(gè)階段。在校內(nèi)階段，挑戰(zhàn)項(xiàng)目呈現(xiàn)兩方面特征：一是項(xiàng)目難度將會(huì)越來(lái)越難，二是項(xiàng)目給予學(xué)生的幫助將會(huì)逐步減少。在校外階段，學(xué)生將會(huì)經(jīng)歷四個(gè)一年期的帶薪實(shí)習(xí)，獨(dú)立自主解決遇到的真實(shí)工程實(shí)踐問(wèn)題。通過(guò)工程典型情境的體驗(yàn)與學(xué)習(xí)，將理論知識(shí)與實(shí)踐探索高度對(duì)應(yīng)，不僅提升了生的學(xué)習(xí)興趣與探索激情，而且使學(xué)生在項(xiàng)目課程學(xué)習(xí)中習(xí)得的技能與知識(shí)將更豐富、更有效和更易于遷移。[11]

（二） 拓展口徑：開發(fā)在線“主題樹”課程

工程人才以解決工程問(wèn)題為根本，傳統(tǒng)的分科教學(xué)不利于學(xué)生工程系統(tǒng)思維的養(yǎng)成。[12]為培養(yǎng)學(xué)生的綜合系統(tǒng)思維，查爾斯特大學(xué)將知識(shí)與技能分解為一系列知識(shí)主題（規(guī)劃建設(shè)1000個(gè)主題，目前已有300個(gè)主題可供學(xué)習(xí)），形成在線“主題樹”為學(xué)生學(xué)習(xí)提供在線課程支持。其中，在線“主題樹”課程占據(jù)課程總量的50%。在課程的呈現(xiàn)上，查爾斯特大學(xué)會(huì)可視化呈現(xiàn)“主題樹”課程與細(xì)分工程知識(shí)之間的關(guān)系，方便學(xué)生跟蹤、制定學(xué)習(xí)進(jìn)度。在主題內(nèi)容的長(zhǎng)度上，課程主題呈現(xiàn)“小模塊化”特征，提供具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和教學(xué)大綱。在學(xué)習(xí)效果的監(jiān)督上，針對(duì)很多學(xué)生不及格的主題知識(shí)，查爾斯特大學(xué)安排老師與學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面交流或者專職在線輔導(dǎo)，以幫助學(xué)生知識(shí)的理解。在線“主題樹”課程充分利用跨組織、跨地域、跨學(xué)科的資源，實(shí)現(xiàn)綜合系統(tǒng)工程知識(shí)的傳遞與協(xié)作，快速滿足和引領(lǐng)社會(huì)不斷變化的需求，對(duì)傳統(tǒng)固定時(shí)空的教育教學(xué)帶來(lái)了一系列的影響。如何借助互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)建立未來(lái)的課程體系設(shè)計(jì)，無(wú)疑來(lái)智能時(shí)代教育發(fā)展需要面對(duì)的新課題[13]。

（三） 環(huán)境創(chuàng)設(shè)：情景周貫穿課程各個(gè)階段

由于在線媒介的固有局限，在線課程不能解決學(xué)生遇到的所有工程問(wèn)題，因此查爾斯特大學(xué)設(shè)立情景周活動(dòng)，旨在建立補(bǔ)償機(jī)制填補(bǔ)學(xué)生的知識(shí)空白。情景周活動(dòng)針對(duì)正在帶薪實(shí)習(xí)的學(xué)生，要求他們每年返回學(xué)校兩次，進(jìn)行為期一周的團(tuán)隊(duì)活動(dòng)。在活動(dòng)的主題方面，查爾斯特大學(xué)選擇需要綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)才能解決的主題內(nèi)容。例如，在一次的情景周活動(dòng)中，活動(dòng)主題為“為某小鎮(zhèn)設(shè)計(jì)自行車道”，這為學(xué)生們提供了跨學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)和應(yīng)用的機(jī)會(huì)。且學(xué)生們需要運(yùn)用跨學(xué)科思維，思考很多方面的問(wèn)題。如道路的人行道如何設(shè)置，道路的排水如何設(shè)計(jì)，自行車道路應(yīng)該在哪里穿過(guò)小鎮(zhèn)，如何設(shè)計(jì)穿過(guò)小溪的自行車道，如何與當(dāng)?shù)鼐用駞f(xié)商道路的建設(shè)等等。在情景周的最后，學(xué)生需要提交工作報(bào)告，提出他們的設(shè)計(jì)解決方案。[14]情景周活動(dòng)的設(shè)定，除了是作為在線課程固有局限的補(bǔ)償活動(dòng)，更是查爾斯特大學(xué)設(shè)計(jì)式課程的體現(xiàn)。情景周活動(dòng)以設(shè)計(jì)工程問(wèn)題為中心，以小組活動(dòng)為主線，探索跨學(xué)科問(wèn)題的解決，打破學(xué)科理論體系的完整性和眾多分散學(xué)科的獨(dú)立性，直接面向真實(shí)工程問(wèn)題。

（四） 反饋支撐：績(jī)效審查與評(píng)估

工程教育十分強(qiáng)調(diào)進(jìn)行反思教育——“注重學(xué)生自我反思的教學(xué)方法”已成為現(xiàn)今工程教育“新興領(lǐng)導(dǎo)者”的共性特征之一。未來(lái)工程教育需要讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何思考/反思以及如何進(jìn)行目標(biāo)管理，從而實(shí)現(xiàn)從注重“記憶”的知識(shí)和技能傳授向注重“反思”的能力思維提升的轉(zhuǎn)變[15]。查爾斯特大學(xué)注重內(nèi)部質(zhì)量管理，尤其注重學(xué)生的自我反思和目標(biāo)計(jì)劃。反饋支撐部分雖只占全部課程的8%，但通過(guò)幫助學(xué)生進(jìn)行目標(biāo)規(guī)劃和反思，能夠有效推動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中獲取知識(shí)，提升能力。具體而言，每周學(xué)生會(huì)向?qū)熖峤魂P(guān)于本周目標(biāo)達(dá)成的反思以及下周學(xué)習(xí)目標(biāo)的進(jìn)度安排。同時(shí)，學(xué)生也將每周自動(dòng)收到來(lái)自主題樹進(jìn)展的反饋報(bào)告，以及導(dǎo)師對(duì)其反思與進(jìn)度的反饋。在實(shí)習(xí)安排時(shí)，學(xué)生需要在每年年初進(jìn)行工作和學(xué)習(xí)的目標(biāo)設(shè)定，由學(xué)生、查爾斯特大學(xué)導(dǎo)師、行業(yè)導(dǎo)師共同簽署“學(xué)習(xí)協(xié)議”，每年進(jìn)行三次評(píng)估，監(jiān)控學(xué)生的進(jìn)度與成果。

三、 工程教育教學(xué)模式創(chuàng)新

相較于傳統(tǒng)以教師為主體、以教室和實(shí)驗(yàn)室為主要教學(xué)場(chǎng)所的工程教育，查爾斯特大學(xué)為本科工程教育提供了一種截然不同的教學(xué)模式。其模式特征包括，實(shí)行以學(xué)生為中心的體驗(yàn)式教育、提供靈活便捷的在線教育以及創(chuàng)新實(shí)行面向工作的教學(xué)方式。

（一） 以學(xué)生為中心的體驗(yàn)式教育

世界處于百年未有之大變局，在此大背景下，我國(guó)工程人才培養(yǎng)的策略與方法也面臨大變局。中國(guó)高等教育包括世界高等教育都進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，都需要再出發(fā)，需要真正的鳳凰涅槃。[18]在堅(jiān)持扎根中國(guó)辦教育的前提下，面向世界，融通中外，借鑒國(guó)外先進(jìn)教育經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展具有中國(guó)特色、世界水平的現(xiàn)代教育， 才能保證高校人才的工程科技創(chuàng)新能力適應(yīng)新時(shí)代國(guó)家重大工程科技攻關(guān)的需要，支撐建設(shè)美麗中國(guó)和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。

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（責(zé)任編輯：夏 雪）

Abstract： The innovation of engineering science and technology may lead to a whole new industry and shape or even change the world. The engineering education plays an important role in the colleges and universities of science and technology. Along with a new round of scientific， technological and industrial revolution， the rise of artificial intelligence and big data has brought new challenges to engineering education including the concept of education， course design and teaching model. The reform in engineering education has become the one of the hot spot in higher education reform and many policies have been complimented to meet the requirement of modern education around the world. In this paper， based on the structured analysis， we report the concept of education， course design and teaching model of Charles Sturt University in Australia， one of the “emerging leaders” in engineering education. Four suggestions and measures are provided as references for reform of engineering education in the future.

Key words： innovation of engineering science and technology; engineering education; curriculum system; teaching model