新工科的專業(yè)核心能力探索及課程體系構(gòu)建

黃英 李保國(guó) 雷菁 李為

[摘要]文章研究了新工科的內(nèi)涵及教育范式架構(gòu)，探索了工程教育新趨勢(shì)下人才培養(yǎng)的核心能力。結(jié)合工科專業(yè)特征，提出了人才培養(yǎng)的專業(yè)核心能力，探討了能力培養(yǎng)與課程體系的關(guān)系。依托國(guó)防科技大學(xué)通信工程專業(yè)，提出了新工科背景下的專業(yè)課程體系構(gòu)建的思路，為該校教育改革新形勢(shì)下培養(yǎng)方案的制訂提供依據(jù)，也可為其他高校提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]新工科;教育范式;專業(yè)核心能力;課程體系

[中圖分類號(hào)]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095-3437（2020）05-0020-03

從2017年2月形成的“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”，到同年6月形成的“北京指南”，標(biāo)志著我國(guó)高等工程教育開(kāi)始了新的篇章。新工科的提出也是我國(guó)全面提升學(xué)生能力教育的新起點(diǎn)。本文將在這樣的背景下，研究新工科的內(nèi)涵與方向，探索工科學(xué)生的專業(yè)核心能力，提煉專業(yè)核心能力與專業(yè)課程體系的關(guān)系，并以我校通信工程專業(yè)為例，構(gòu)建新工科背景下的課程體系。

一、新工科內(nèi)涵與方向研究

新工科是高等工程教育改革的一個(gè)新階段，它與之前的“卓越計(jì)劃”是什么關(guān)系？它的內(nèi)涵與研究方向是什么？

（一）與“卓越計(jì)劃”的關(guān)系

作為工程教育的重要階段，不得不提及我國(guó)2010年開(kāi)始的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）。教育部啟動(dòng)“卓越計(jì)劃”的目的，就是培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。為此，“卓越計(jì)劃”重視與企業(yè)的深度合作，以加強(qiáng)人才工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)等知名院校成為首批參與“卓越計(jì)劃”的高校。截至目前，“卓越計(jì)劃”已覆蓋全國(guó)200多所高校，其在培養(yǎng)模式改革、工科教師隊(duì)伍建設(shè)、校企合作及面向世界的工程教育等方面已取得重要的成果，引起了國(guó)際工程教育界的廣泛關(guān)注。

作為“卓越計(jì)劃”的升級(jí)版，新工科建設(shè)基于現(xiàn)有工程教育改革成果，轉(zhuǎn)變觀念，調(diào)整思路，拓展改革內(nèi)涵;從適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐I(lǐng)未來(lái)發(fā)展與滿足產(chǎn)業(yè)需求并重，加強(qiáng)多學(xué)科的交叉融合;將教育改革提升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度。目前，各高校針對(duì)新工科建設(shè)，都在進(jìn)行深度探索，勢(shì)必形成新一輪的工程教育改革新高度。

（二）內(nèi)涵分析

新工科指的是emergent or emerging engineering，其“新”則是emergent或者emerging的含義。我們可以從三個(gè)層面來(lái)探討“新”的含義，即新興、新型和新生，如表1所示。從中我們可以看到，新工科建設(shè)將以引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等為主要的特征。

另外，針對(duì)新工科建設(shè)的研究?jī)?nèi)容，教育部發(fā)文明確其所涉及的“五個(gè)新”：樹(shù)立工程教育“新理念”——?jiǎng)?chuàng)新型、綜合化、全周期;構(gòu)建學(xué)科專業(yè)“新結(jié)構(gòu)”——新興工科和傳統(tǒng)工科相結(jié)合;探索實(shí)施工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”;打造工程教育“新質(zhì)量”——具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力;建立完善中國(guó)特色工程教育的“新體系”。這“五個(gè)新”包含了新工科的基本內(nèi)涵。

綜上所述，新工科建設(shè)和發(fā)展以新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)為背景，需要完成上述“五個(gè)新”，實(shí)現(xiàn)我國(guó)從工程教育大國(guó)走向工程教育強(qiáng)國(guó)。

（三）改革方向探究

新工科建設(shè)和改革的核心任務(wù)之一就是構(gòu)建新工科教育范式（工程教育新范式）。我們可以從上述五大新內(nèi)涵的分析中看出，新工科體現(xiàn)了多層面的融合，包括學(xué)科之間、校企之間、教學(xué)研以及產(chǎn)學(xué)研等;同時(shí)，現(xiàn)代工程教育改革表現(xiàn)出全方位、開(kāi)放式的協(xié)同創(chuàng)新。因此，新工科教育范式的特征體現(xiàn)為“融合創(chuàng)新”，其框架如圖1所示。

新工科改革的兩大主體方向：一是新工科專業(yè)或?qū)I(yè)方向的建設(shè);二是依托工程教育新范式框架的現(xiàn)有專業(yè)的改造。本文所關(guān)注的問(wèn)題是基于后者，在新工科背景（新理念）下，探索專業(yè)核心能力（新的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）及課程體系（新的內(nèi)容）構(gòu)建，同時(shí)討論培養(yǎng)模式（新模式）及教學(xué)方法（新方法）的改革。

二、新工科背景下專業(yè)核心能力的探索

在新工業(yè)革命與工程發(fā)展趨勢(shì)下，結(jié)合我國(guó)工程教育的特點(diǎn)，探索工科學(xué)生的專業(yè)核心能力，對(duì)新工科背景下人才培養(yǎng)模式及課程體系改革均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和前瞻價(jià)值。

（一）新工科的能力分析

目前，業(yè)界和大學(xué)都非常重視基于能力的教育（competency-based education，CBE）。美國(guó)能力運(yùn)動(dòng)發(fā)起人McCleHand認(rèn)為：只有核心能力才是學(xué)生成功就業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵要素。核心能力日益成為人力資源開(kāi)發(fā)和管理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)際高等教育界極力倡導(dǎo)基于能力的教育。為確保畢業(yè)生能夠滿足企業(yè)與未來(lái)社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才的需求，大學(xué)教育的重點(diǎn)開(kāi)始由“知識(shí)與技能的傳授”轉(zhuǎn)向“學(xué)生核心能力的培養(yǎng)與測(cè)評(píng)”。高等工程教育正面臨著范式轉(zhuǎn)變，其人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)與培養(yǎng)模式面臨著新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。雖然社會(huì)各界對(duì)核心能力的界定各持己見(jiàn)，但對(duì)于新時(shí)代下工程教育將致力于提升工科學(xué)生一系列創(chuàng)造性解決問(wèn)題的技能這一點(diǎn)是達(dá)成共識(shí)的。2012年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院一份研究報(bào)告總結(jié)了21世紀(jì)的技能應(yīng)由認(rèn)知、內(nèi)省和人際三類能力構(gòu)成：認(rèn)知能力——涉及推理和記憶;內(nèi)省能力——為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)而管控自我行為和情感的能力;人際能力——包括表達(dá)思想、解釋和回應(yīng)他人信息的能力。根據(jù)新工科的內(nèi)涵與特點(diǎn)，可總結(jié)出該背景下學(xué)生應(yīng)具備的五大核心能力：個(gè)人效能、知識(shí)能力、技術(shù)能力、學(xué)術(shù)能力、社會(huì)能力。其中，技術(shù)能力包括數(shù)據(jù)與信息的處理分析能力、跨學(xué)科能力、設(shè)計(jì)思維及綜合應(yīng)用技能等;學(xué)術(shù)能力包括問(wèn)題解決與決策能力、批判性思維、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、自我評(píng)估能力等。

文獻(xiàn)[6]提出在新工科背景下，人才培養(yǎng)要以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新要求的綜合能力素質(zhì)為目標(biāo)，工程學(xué)科與基礎(chǔ)學(xué)科結(jié)合，工科思維和人文精神交融，從而構(gòu)建多能力的架構(gòu)，包括工程思維能力、合作學(xué)習(xí)能力、跨界整合能力、融合創(chuàng)新能力、互聯(lián)網(wǎng)思維能力、倫理思維能力、全球思維能力、終身學(xué)習(xí)能力。其中，工程思維能力的培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)工程教育范式跨越式發(fā)展的前提;跨界整合能力是一種突破個(gè)體認(rèn)識(shí)的局限性進(jìn)行跨界資源整合的能力，培養(yǎng)新型工程人才的跨界整合能力以適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求已成為新工科建設(shè)對(duì)人才素質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)定的發(fā)展趨勢(shì);融合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可有效提高新工科背景下學(xué)生適應(yīng)變化的能力;互聯(lián)網(wǎng)思維則是一種嵌入互聯(lián)網(wǎng)特征的新思維方式，是對(duì)整個(gè)商業(yè)生態(tài)進(jìn)行重新全面審視、系統(tǒng)化的一種思考方式。

（二）專業(yè)核心能力探索

筆者團(tuán)隊(duì)在文獻(xiàn)[7]中提出工科類學(xué)生應(yīng)具備的專業(yè)核心能力為工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力，并形成了實(shí)踐教學(xué)模式與核心能力的關(guān)系模型。在新工科背景下，對(duì)于人才的培養(yǎng)又提出了新的要求，對(duì)其專業(yè)核心能力進(jìn)行了擴(kuò)展：1.工程思維與工程實(shí)踐能力——借助工程哲學(xué)，運(yùn)用理論思維全面客觀地對(duì)工程活動(dòng)進(jìn)行部署、實(shí)施和維護(hù);針對(duì)工程活動(dòng)中的實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)或開(kāi)發(fā)解決方案的能力。2.創(chuàng)新思維與創(chuàng)新實(shí)踐能力——具有以新穎獨(dú)到的方法解決問(wèn)題的思維過(guò)程，可利用反常規(guī)方法、視角去思考問(wèn)題，提出有社會(huì)意義的與眾不同的解決方案;運(yùn)用已有知識(shí)和技能，通過(guò)一定條件下有意識(shí)的實(shí)踐活動(dòng)，形成新價(jià)值成果的能力。3.自主學(xué)習(xí)能力——以學(xué)生為主體，通過(guò)學(xué)生獨(dú)立地或以合作的方式分析、探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)個(gè)體發(fā)展的需要，具有貫穿于人一生的持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。這三種能力的關(guān)系如下：自主學(xué)習(xí)能力是基礎(chǔ)，其他兩種能力是升華。創(chuàng)新思維與創(chuàng)新實(shí)踐能力側(cè)重科學(xué)研究人員的培養(yǎng)，工程思維與工程實(shí)踐能力側(cè)重工程師的培養(yǎng)。

三、新工科背景下的專業(yè)課程體系構(gòu)建

本文接下來(lái)探索專業(yè)課程與核心能力培養(yǎng)的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)，依托我校通信工程專業(yè)，構(gòu)建新工科背景下的專業(yè)課程體系。

（一）專業(yè)課程與核心能力培養(yǎng)之間的關(guān)系

我們的專業(yè)課程一般分為專業(yè)理論課程、研討課程及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。不同類型的課程對(duì)于能力的培養(yǎng)要求是各有側(cè)重的。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新思維及創(chuàng)新實(shí)踐能力、工程思維及工程實(shí)踐能力都有較突出的作用，研討系列課程可側(cè)重完成創(chuàng)新思維及自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，專業(yè)理論課程則側(cè)重自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。從能力培養(yǎng)的角度看，自主學(xué)習(xí)能力主要以專業(yè)理論課程中大部分知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，結(jié)合研討和實(shí)踐教學(xué)來(lái)加強(qiáng);其他兩種核心能力都得以扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，同時(shí)配合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的合理設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)生能力評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，我們可以得到課程與能力的關(guān)系矩陣，如表2所示。

從表2可以看出，自主學(xué)習(xí)能力有60%來(lái)自專業(yè)理論課程的學(xué)習(xí);實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于其他兩種能力培養(yǎng)的作用均在40%以上，可見(jiàn)其重要性。從課程設(shè)置的角度來(lái)看，專業(yè)理論課程、研討課程、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課時(shí)安排比例大約為4.5：1：3。因此，我們?cè)陂_(kāi)展專業(yè)課程體系構(gòu)建時(shí)可以此為依據(jù)來(lái)設(shè)置課程和分配課時(shí)。

（二）課程體系構(gòu)建

新工科建設(shè)具有多學(xué)科交叉融合的內(nèi)涵和特征，這就決定著課程體系的構(gòu)建及教學(xué)內(nèi)容的改革都應(yīng)是系統(tǒng)的，而不是個(gè)體的。也就是說(shuō)，我們應(yīng)當(dāng)從整個(gè)新工科專業(yè)建設(shè)的角度出發(fā)，有組織、有系統(tǒng)地進(jìn)行課程體系設(shè)計(jì)、課程設(shè)置以及教學(xué)內(nèi)容的選擇。

基于專業(yè)課程與核心能力關(guān)系矩陣的探討，我們對(duì)各類課程的課時(shí)安排有一個(gè)大概的比例分配。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比重較大，除了包含專業(yè)理論課程配備的課程實(shí)驗(yàn)，還有專門(mén)獨(dú)立設(shè)課的實(shí)驗(yàn)課程、設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)等。我校歷來(lái)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于理論課程，其實(shí)驗(yàn)部分占總課時(shí)的10%以上。研討課時(shí)比重不大，其設(shè)置主要側(cè)重專業(yè)通識(shí)教育以及新技術(shù)教育等，對(duì)能力的提升有事半功倍的效果。專業(yè)理論課程仍占主體，包含本專業(yè)所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)，也是專業(yè)核心能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)。針對(duì)我校通信工程專業(yè)，新工科背景下的專業(yè)課程體系如圖2所示，這將為我校新課程改革環(huán)境下的人才培養(yǎng)方案制訂提供依據(jù)。

新的課程體系必須配合新的教學(xué)理念及教學(xué)方法開(kāi)展教學(xué)，才能收獲較好的效果?？梢砸劳性诰€平臺(tái)，整合互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源，并借助MOOC、雨課堂等手段，開(kāi)展線上線下結(jié)合的混合式教學(xué)模式。將基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、體驗(yàn)式教學(xué)、探究式學(xué)習(xí)以及翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方法靈活地應(yīng)用于教學(xué)中，探討信息技術(shù)基礎(chǔ)上新工科的教學(xué)設(shè)計(jì)及內(nèi)容設(shè)計(jì)。

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合我校通信工程專業(yè)“卓越計(jì)劃”的成果，遵循“工程思維一專業(yè)感知一項(xiàng)目鍛煉一工程設(shè)計(jì)及實(shí)施運(yùn)行”這一思路，可形成一套適應(yīng)工程教育發(fā)展趨勢(shì)、培養(yǎng)工程思維及工程實(shí)踐能力的教學(xué)環(huán)節(jié)。從大一到大四，分別設(shè)置企業(yè)認(rèn)知教育、企業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、工程項(xiàng)目實(shí)踐及工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐等環(huán)節(jié)，其課時(shí)可安排在專業(yè)設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文依托工程教育改革大背景，深入研究了新工科的內(nèi)涵及教育范式構(gòu)建，探討了該背景下的核心能力;結(jié)合工科專業(yè)特征，提出了新工科的專業(yè)核心能力，即自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維與創(chuàng)新實(shí)踐能力、工程思維與工程實(shí)踐能力;還探討了專業(yè)核心能力培養(yǎng)與專業(yè)課程的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了我校通信工程專業(yè)課程體系。本文的研究成果將為新工科背景下的我校新培養(yǎng)方案的制訂提供依據(jù)，其合理性與可行性需要進(jìn)一步完善和修正。