人工智能背景下理工類高校新工科建設(shè)再思考

劉麗偉 陳韻如 史慶艷

(重慶理工大學(xué)，重慶 400054)

為進(jìn)一步推動(dòng)工程教育改革，2016年新工科概念提出后，2017年教育部正式啟動(dòng)了“新工科”計(jì)劃，先后發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”等系列指導(dǎo)性文件，新工科建設(shè)由此進(jìn)入高校的視野。

一、引言

人工智能技術(shù)隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、電腦軟硬件，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、新材料等跨學(xué)科領(lǐng)域不斷突破而迅速發(fā)展，對(duì)人類社會(huì)生產(chǎn)生活都帶來(lái)了變革，由二元空間發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)槿臻g，組織形態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)、人類認(rèn)知等都面臨極大挑戰(zhàn)。在人工智能快速發(fā)展的背景下，為適應(yīng)社會(huì)新需求，高校新工科建設(shè)中教學(xué)理念、學(xué)科專業(yè)設(shè)計(jì)、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)、人才培養(yǎng)模式以及就業(yè)模式等方面提出了更高的要求。2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出要完善人工智能教育體系，建設(shè)人工智能學(xué)科。當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)步和發(fā)展，國(guó)家人工智能發(fā)展戰(zhàn)略加快實(shí)施，對(duì)人工智能人才和新工科人才的需求越來(lái)越迫切，高校作為人才培養(yǎng)的重要基地，必然要承擔(dān)起這一使命。

二、“新工科”內(nèi)涵

新工科是一場(chǎng)面向未來(lái)的工程教育新革命，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)對(duì)工程科技人才提出了新要求。新工科是在工科基礎(chǔ)上提出的一個(gè)全新概念,對(duì)其內(nèi)涵的研究成果較多。天津大學(xué)鐘登華校長(zhǎng)提出，新工科是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來(lái)為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。文章給出了如何面向國(guó)家需求，聚焦工程教育的挑戰(zhàn)，實(shí)施新工科建設(shè)的“三個(gè)階段、三個(gè)任務(wù)、三個(gè)突破”戰(zhàn)略[1]。清華大學(xué)教育研究院林健教授提出了新工科的廣義概念，他認(rèn)為“工科”是指工程學(xué)科，“新”即新興、新型和新生，新工科代表的是最新的產(chǎn)業(yè)或行業(yè)發(fā)展方向，指的是正在形成的或?qū)⒁纬傻男碌墓こ虒W(xué)科。新工科大體上有引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等幾個(gè)特征[2]。汕頭大學(xué)執(zhí)行校長(zhǎng)顧佩華提出了新工科為科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)、工程科學(xué)和工程實(shí)踐的創(chuàng)新與進(jìn)步、不同學(xué)科交叉與交融，所形成的新興工程學(xué)科或領(lǐng)域、新范式和新工科教育等綜合概念，新工科涉及面廣[3]。國(guó)家教育發(fā)展研究中心馬陸亭認(rèn)為，新工科是有別于傳統(tǒng)工科的學(xué)科交叉物，老工科對(duì)應(yīng)的是傳統(tǒng)工業(yè)，新工科對(duì)應(yīng)的是新興產(chǎn)業(yè)。綜上，“新”是新工科的內(nèi)涵和本質(zhì)，體現(xiàn)在傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)升級(jí)改造而成的新工科專業(yè)，新興產(chǎn)業(yè)催生的新工科專業(yè)，還有學(xué)科專業(yè)發(fā)展的新動(dòng)向和新范式，高等工程科技人才的新規(guī)格新要求，體現(xiàn)了對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求的積極回應(yīng)、對(duì)新科技革命和新產(chǎn)業(yè)革命的積極響應(yīng)，以及對(duì)“雙一流”建設(shè)的積極呼應(yīng)。盡管目前對(duì)于新工科的內(nèi)涵還沒有統(tǒng)一的界定，但關(guān)于新工科的內(nèi)涵特征已基本達(dá)成共識(shí)，主要有引領(lǐng)性、通寬性、前瞻性、交叉性、開放性、實(shí)踐性等六個(gè)方面特征[4]。

三、高校新工科建設(shè)現(xiàn)狀及存在問題

2018年3月，教育部辦公廳印發(fā)《關(guān)于公布首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，612個(gè)項(xiàng)目被認(rèn)定為首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目，高校新工科建設(shè)進(jìn)入了實(shí)施階段。天津大學(xué)作為新工科的“領(lǐng)頭雁”，4月25日，率先發(fā)布“天津大學(xué)新工科建設(shè)方案”，旨在為新工科建設(shè)提供新范式，為世界新工科建設(shè)提供“天大經(jīng)驗(yàn)”、貢獻(xiàn)“天大模式”。為準(zhǔn)確把握高校新工科建設(shè)總體情況，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)查和走訪等方式，對(duì)高校新工科建設(shè)情況進(jìn)行了調(diào)研。到2019年，我國(guó)新增設(shè)了數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)點(diǎn)196個(gè)、大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用專業(yè)點(diǎn)25個(gè)、智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)點(diǎn)96個(gè)、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)點(diǎn)14個(gè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)點(diǎn)5個(gè)。如北京理工大學(xué)開設(shè)人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能制造工程3個(gè)專業(yè)，重慶大學(xué)新增人工智能、機(jī)器人工程、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)以及智能醫(yī)學(xué)4個(gè)專業(yè)。新工科人才培養(yǎng)平臺(tái)得到建立完善，為學(xué)生學(xué)習(xí)掌握前沿技術(shù)提供條件，如天津大學(xué)建立了“未來(lái)智能機(jī)器與系統(tǒng)”平臺(tái)，匯聚多個(gè)相關(guān)學(xué)院、國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)的優(yōu)勢(shì)資源，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)體建設(shè)，平臺(tái)采用全新項(xiàng)目式教學(xué)。三是注重、推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作和產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人，與企業(yè)合作成立“菁英班”“實(shí)驗(yàn)班”等。如重慶理工大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院大學(xué)重慶學(xué)院聯(lián)合開設(shè)相關(guān)專業(yè)菁英人才教改班，改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，增加企業(yè)課程內(nèi)容模塊。四是促進(jìn)多角度學(xué)科交叉融合，如重慶交通大學(xué)打破專業(yè)壁壘，成立“BIM+創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)班”，實(shí)施學(xué)科交叉融合培養(yǎng)體系。總之，我國(guó)高校順應(yīng)高等教育發(fā)展趨勢(shì)，主動(dòng)對(duì)接國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，積極開展新工科建設(shè)，在新工科專業(yè)建設(shè)、工程人才培養(yǎng)模式改革、產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人等方面取得了顯著進(jìn)展。但是，還存在著交叉融合不夠深入、校企實(shí)質(zhì)性合作較少、課程內(nèi)容及教學(xué)方法落后單一、師資隊(duì)伍保障力不夠等問題。

四、理工類高校新工科建設(shè)的路徑設(shè)計(jì)思考

(一)破除專業(yè)壁壘，打造“人工智能+”交叉復(fù)合型工科專業(yè)體系

高校專業(yè)設(shè)置直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)與質(zhì)量，對(duì)高校辦學(xué)規(guī)模與質(zhì)量有著決定性的作用。國(guó)務(wù)院于2017年印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中要求“完善人工智能領(lǐng)域?qū)W科布局，設(shè)立人工智能專業(yè)”。2018年4月教育部印發(fā)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，要求“對(duì)照國(guó)家和區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求布點(diǎn)人工智能相關(guān)專業(yè)，加大人工智能領(lǐng)域人才培養(yǎng)力度”。我國(guó)高校大部分專業(yè)是按照傳統(tǒng)模式進(jìn)行設(shè)置的，按所屬學(xué)科來(lái)傳授本專業(yè)系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)，專業(yè)設(shè)置界限分明，很難涉及到其他學(xué)科專業(yè)的知識(shí)[5]。因此，理工類高校要以國(guó)家人工智能發(fā)展戰(zhàn)略需求為重要依據(jù)，在加強(qiáng)人工智能相關(guān)專業(yè)布局的同時(shí)，破除專業(yè)壁壘、促進(jìn)人工智能同其他學(xué)科專業(yè)的交叉融合、建立“人工智能+”專業(yè)體系，建立實(shí)現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)路徑。貫徹交叉融合理念，促進(jìn)人工智能與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)、控制、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)的交叉融合，形成“人工智能+”的新興交叉復(fù)合型專業(yè)。高校要加大力度，按照學(xué)科專業(yè)交叉滲透、融合發(fā)展的需求，建立組織架構(gòu)、體制機(jī)制和良好環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多維度協(xié)同發(fā)展、協(xié)同建設(shè)、協(xié)同育人。

(二)更新人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)，探索多學(xué)科交叉融合的人才培養(yǎng)模式

現(xiàn)代大學(xué)的顯著特征是教學(xué)和科研、學(xué)校和社會(huì)的緊密結(jié)合，人才培養(yǎng)居于高校五大職能之首。人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)的更新是高等教育人才培養(yǎng)模式變革的前提和基礎(chǔ)。只有在明確人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，才能對(duì)高等教育人才培養(yǎng)模式的其他組成要素進(jìn)行革新或重組[6]。因此，理工類高校各個(gè)學(xué)科專業(yè)要及時(shí)更新人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)，樹立成果導(dǎo)向的“通識(shí)教育+專業(yè)知識(shí)”的人才培養(yǎng)理念，建立兼具“品格+知識(shí)+能力”的全方位高素質(zhì)、復(fù)合創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)目標(biāo)，并且把人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)落實(shí)學(xué)校規(guī)章制度設(shè)計(jì)、學(xué)科專業(yè)設(shè)置、課程體系建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容選擇的全過程當(dāng)中。新工科人才培養(yǎng)模式的改革是一種內(nèi)涵式、深層次的教育教學(xué)改革，按照更新的人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)，樹立以工程能力為核心的跨學(xué)科理念,建立學(xué)科交叉融合人才培養(yǎng)的體制機(jī)制,開設(shè)廣泛覆蓋的學(xué)科交叉融合課程,探索校企深度融合的產(chǎn)業(yè)學(xué)院模式, 建立“3+X”“2+1+1”等多樣化培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)校企雙主體。優(yōu)化新工科新知識(shí)體系，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)，全方面調(diào)整培養(yǎng)方案和改革培養(yǎng)模式，重構(gòu)核心知識(shí)，科學(xué)構(gòu)筑實(shí)踐能力訓(xùn)練體系，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)交叉螺旋進(jìn)行。

(三)對(duì)接產(chǎn)業(yè)需求，重構(gòu)課程培養(yǎng)體系

課程體系是在一定的教育價(jià)值理念指導(dǎo)下，將課程的各個(gè)構(gòu)成要素加以排列組合，使各個(gè)課程要素在動(dòng)態(tài)過程中統(tǒng)一指向課程體系目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。課程體系是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的載體,是新工科建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。為培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型人工智能工程人才，以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，依據(jù)新工科多學(xué)科交叉融合的特征和人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建與之對(duì)應(yīng)的“人工智能+”跨專業(yè)深度融合的課程體系。首先，注重通識(shí)教育對(duì)專業(yè)教育的基礎(chǔ)和支撐作用，整合重組和優(yōu)化通識(shí)教育課程體系，開設(shè)人工智能+前沿通識(shí)課，普及智能學(xué)科知識(shí)；注重體現(xiàn)多學(xué)科交叉融合的新專業(yè)課程體系的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維和跨界整合能力，開展人工智能+智慧醫(yī)療，人工智能+智能制造等高校優(yōu)勢(shì)方向的新工科跨學(xué)科專業(yè)前沿課程，為推進(jìn)跨學(xué)科交叉、融合的新工科課程體系建設(shè)打下基礎(chǔ)；注重將新工科學(xué)科前沿知識(shí)和相關(guān)學(xué)科交叉知識(shí)、原理和方法融入實(shí)踐課程體系，構(gòu)建“人工智能+”跨學(xué)科工程實(shí)踐平臺(tái)，為不同專業(yè)提供大數(shù)據(jù)和人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支撐。

(四)深化產(chǎn)教融合，構(gòu)建校企協(xié)同育人新機(jī)制

深化產(chǎn)教融合，是確保新工科人才培養(yǎng)與企業(yè)新技術(shù)需求的無(wú)縫對(duì)接，是培養(yǎng)新工科人才的必經(jīng)之路?，F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院是一種新型而有深度的校企合作模式，是校企雙方高度融合的“利益共同體”。理工類高校要通過引企駐校、引校進(jìn)企、校企一體等方式深化產(chǎn)教融合，促進(jìn)校企雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、平等合作、共同發(fā)展，加強(qiáng)與園區(qū)、行業(yè)、企業(yè)產(chǎn)學(xué)研合作，推動(dòng)校企共建共享專業(yè)、課程、生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地、應(yīng)用技術(shù)中心和培訓(xùn)中心，建設(shè)高水平產(chǎn)學(xué)研合作示范基地。政府要為高校與企業(yè)搭臺(tái)唱戲，建立校企溝通交流機(jī)制，還要建立促進(jìn)校企合作的生態(tài)環(huán)境，對(duì)參與校企合作的企業(yè)在政策上給予適當(dāng)傾斜，實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同共贏。高校要建立負(fù)責(zé)校企合作的專門機(jī)構(gòu)，共建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，嘗試建立基于互利共贏的開放辦學(xué)模式，打造工程教育責(zé)任共同體，吸引企業(yè)參與到人才培養(yǎng)、科研的改革環(huán)節(jié)中。最后，理工類高校還要在管理制度尤其是教學(xué)管理制度方面作出變革，整合校內(nèi)校外教學(xué)資源，突出并發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)的作用。從企業(yè)層面來(lái)說，要充分認(rèn)識(shí)到高校教師和學(xué)生是企業(yè)可開發(fā)、可利用的人力資源，在技術(shù)研發(fā)等方面具有先天優(yōu)勢(shì)，要以高度的社會(huì)責(zé)任感參與高校新工科建設(shè)。

(五)應(yīng)用人工智能技術(shù)，推動(dòng)教學(xué)方式和方法變革

人工智能對(duì)社會(huì)的沖擊是全方位的，但對(duì)行業(yè)的沖擊首當(dāng)是教育。人工智能將會(huì)改變我們的工作方式、學(xué)習(xí)方式和生活方式，引起社會(huì)政治經(jīng)濟(jì)面貌的變革。新工科人才培養(yǎng)應(yīng)充分利用人工智能等現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法，應(yīng)用人工智能實(shí)現(xiàn)“個(gè)性化”教學(xué)，通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)程序、游戲和軟件等系統(tǒng)響應(yīng)學(xué)生的需求，經(jīng)過數(shù)據(jù)搜集與分析，向?qū)W生推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案；通過智能輔導(dǎo)系統(tǒng)理解掌握學(xué)生喜歡的學(xué)習(xí)方式，提供改進(jìn)的學(xué)習(xí)方案；通過系統(tǒng)反饋填補(bǔ)課程中可能出現(xiàn)的空白，幫助學(xué)生掌握知識(shí)；使用人工智能系統(tǒng)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地安排學(xué)習(xí)。對(duì)應(yīng)新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)，探索個(gè)性化、小班化、國(guó)際化教學(xué)方法，完善學(xué)分制，制定柔性化專業(yè)培養(yǎng)方案，建立靈活的學(xué)生學(xué)習(xí)制度，提高主輔修質(zhì)量。

(六)強(qiáng)化保障，打造適應(yīng)新工科建設(shè)的高水平師資隊(duì)伍

建立高水平的師資隊(duì)伍是推進(jìn)新工科建設(shè)的重要保障。加大高層次人才、工程實(shí)踐型人才引進(jìn)培育力度，補(bǔ)齊配強(qiáng)工科專業(yè)師資隊(duì)伍，規(guī)模上滿足新工科建設(shè)需求。鼓勵(lì)中青年教師到境內(nèi)外與新工科學(xué)科專業(yè)相關(guān)的高水平優(yōu)秀大學(xué)、高新技術(shù)企業(yè)、龍頭企業(yè)和科研院所進(jìn)行訪學(xué)進(jìn)修、企業(yè)頂崗、掛職鍛煉和參與合作研究，幫助其更新知識(shí)、開闊視野，培養(yǎng)多學(xué)科交叉融合能力、提高復(fù)雜工程問題解決能力。鼓勵(lì)教師積極參加相關(guān)的國(guó)家執(zhí)業(yè)資格或職業(yè)技能考試，獲得相應(yīng)的執(zhí)業(yè)資格證書或職業(yè)技術(shù)等級(jí)證書，增強(qiáng)其應(yīng)用背景和實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)。健全教師評(píng)價(jià)、考核與激勵(lì)機(jī)制，完善“雙師型”教師職稱評(píng)聘辦法，將參與新工科建設(shè)的教學(xué)研究、交叉課程開設(shè)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等作為教師職稱評(píng)聘和考核的內(nèi)容之一。引導(dǎo)行業(yè)企業(yè)兼職教師參與人才方案制定、課程改革、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中，把企業(yè)新技術(shù)需要的新知識(shí)、新技能帶到高校，使人才的工程能力、創(chuàng)新能力、綜合素養(yǎng)都得到全面提升。

五、結(jié)語(yǔ)

新工科建設(shè)為我國(guó)高等工程教育的未來(lái)發(fā)展指明了方向, 體現(xiàn)了我國(guó)建設(shè)世界一流大學(xué),引領(lǐng)世界高等工程教育改革創(chuàng)新的行動(dòng)和信心。在人工智能背景下，理工類高校必須結(jié)合自身學(xué)科專業(yè)優(yōu)勢(shì)，把培養(yǎng)滿足未來(lái)發(fā)展需求的創(chuàng)新型復(fù)合型工程人才放在首位，遵循工程教育的規(guī)律，遵循新工科建設(shè)規(guī)律，扎扎實(shí)實(shí),以一種新的理念、新的模式、新的策略加快推進(jìn)新工科建設(shè)，為我國(guó)重大戰(zhàn)略實(shí)施和地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。