工業(yè)4.0數(shù)智時(shí)代高等工科教育模式的構(gòu)建

工業(yè)4.0數(shù)智時(shí)代的高等工科教育變革，既是技術(shù)驅(qū)動(dòng)的必然選擇，亦是全球競(jìng)爭(zhēng)力的核心抓手。通過新工科建設(shè)與傳統(tǒng)工科升級(jí)的雙軌并行，高等工科教育正逐步構(gòu)建起適應(yīng)工業(yè)4.0的創(chuàng)新生態(tài)，中國(guó)正構(gòu)建起“理論—實(shí)踐—倫理”三位一體的新工科教育體系。

一、工業(yè)4.0催生高等工科教育變革

物聯(lián)網(wǎng)、信息物理系統(tǒng)、AI、云計(jì)算等工業(yè)4.0典型數(shù)智技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了物理系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)深度融合，不僅推動(dòng)效率提升，更催生了工業(yè)生產(chǎn)模式新范式，如智能制造、服務(wù)化制造、柔性生產(chǎn)等。誰(shuí)搶先實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0轉(zhuǎn)變，誰(shuí)將在全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中獲得主導(dǎo)權(quán)。德國(guó)首先于2013年發(fā)布了《工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議》，明確通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化重塑制造業(yè);美國(guó)于2014年成立了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟”，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備互聯(lián)；中國(guó)于2015年發(fā)布了《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略，聚焦智能制造、綠色制造和服務(wù)型制造。2021年之后，工業(yè)4.0浪潮開始全球化滲透。

工業(yè)4.0產(chǎn)業(yè)變革亟需大量具有創(chuàng)新與協(xié)作精神的復(fù)合型人才，這首先對(duì)高等工科教育帶來了深刻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)工科教育以機(jī)械、電氣、自動(dòng)化等學(xué)科為核心，注重理論知識(shí)和單一技能培養(yǎng)，但這種模式已難以滿足工業(yè)4.0時(shí)代企業(yè)對(duì)復(fù)合型、創(chuàng)新型領(lǐng)軍人才的需求。各國(guó)適時(shí)提出適合本國(guó)的工科教育改革方案，旨在培養(yǎng)工業(yè)4.0數(shù)智時(shí)代領(lǐng)軍人才，如美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）開設(shè)\"智能制造系統(tǒng)工程\"微碩士項(xiàng)目，德國(guó)的\"雙元制教育2.0”，我國(guó)的\"新工科建設(shè)\"等。

二、新工科教育的創(chuàng)新路徑探索

在工業(yè)4.0全球產(chǎn)業(yè)格局深度重構(gòu)背景下，新工科建設(shè)作為支撐“中國(guó)制造2025\"戰(zhàn)略的核心教育工程，已被納入教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略體系。其核心目標(biāo)在于培養(yǎng)具有數(shù)智化轉(zhuǎn)型領(lǐng)導(dǎo)力、復(fù)雜系統(tǒng)建構(gòu)能力和全球技術(shù)治理視野的復(fù)合型工程領(lǐng)軍人才。此類人才不僅能主導(dǎo)AI技術(shù)，亦可協(xié)同人機(jī)共融制造系統(tǒng)，更兼具科技倫理素養(yǎng)與可持續(xù)發(fā)展訴求。調(diào)研總結(jié)當(dāng)前國(guó)內(nèi)新工科教育發(fā)展情況發(fā)現(xiàn)，我國(guó)已初步構(gòu)建起“理論一實(shí)踐一倫理”三位一體的新路徑。

1.學(xué)科架構(gòu)重構(gòu)：新工科教育的核心與首要任務(wù)是打破傳統(tǒng)學(xué)科壁壘，構(gòu)建多學(xué)科協(xié)同的學(xué)科體系，推動(dòng)以數(shù)智技術(shù)為主體的多學(xué)科交叉融合。為此，亟須新建一批“智能 + \"“綠色 +^; 等新工科專業(yè)，構(gòu)建交叉融合的知識(shí)圖譜。自2017年提出新工科建設(shè)以來，教育部積極推動(dòng)成立“人工智能 + ”專業(yè)，例如，同濟(jì)大學(xué)融合BIM（建筑信息建模）機(jī)器人施工與大數(shù)據(jù)管理成立“智能建造\"專業(yè)；天津大學(xué)融合機(jī)械工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)與AI成立“智能制造工程\"專業(yè)。截至2023年，中國(guó)已有127所高校開設(shè)\"人工智能 + ”專業(yè)。

2.培養(yǎng)模式革新：新工科教育著力通過項(xiàng)目式教學(xué)方法，強(qiáng)化校企合作，整合國(guó)際資源，培育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，構(gòu)建多元開放的\"產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)\"五位一體教育模式，培養(yǎng)學(xué)生國(guó)際化視野，提升學(xué)科交叉能力以及解決復(fù)雜問題的綜合能力。例如，清華大學(xué)“智能車輛設(shè)計(jì)”課程，學(xué)生團(tuán)隊(duì)在一年內(nèi)完成車輛的軟硬件開發(fā)，并參與全國(guó)大學(xué)生智能車競(jìng)賽，成果顯著；華為公司聯(lián)合高校及產(chǎn)業(yè)伙伴共同推出華為“智能基座\"產(chǎn)教融合項(xiàng)目，通過“智能基座\"系列教材及課程學(xué)習(xí)理論，通過參與企業(yè)研發(fā)項(xiàng)目獲得實(shí)踐；同濟(jì)大學(xué)與德國(guó)TU9高校合作開展“中德雙學(xué)位項(xiàng)目”，培養(yǎng)新能源汽車領(lǐng)域人才。

3.價(jià)值導(dǎo)向升級(jí)：在AI與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加持下，如何保障社會(huì)平穩(wěn)運(yùn)行與可持續(xù)發(fā)展，涉及人類與地球存亡。因此，新工科教育必須健全價(jià)值導(dǎo)向教育，將科技倫理、社會(huì)責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展理念深度嵌人課程體系，塑造兼具科技硬實(shí)力與人文軟實(shí)力的未來工程師。例如，北京理工大學(xué)將“人工智能倫理\"納入必修課；浙江大學(xué)設(shè)立“AI倫理實(shí)驗(yàn)室”，要求學(xué)生針對(duì)自動(dòng)駕駛算法中的道德困境提出解決方案。

三、傳統(tǒng)工科重構(gòu)教學(xué)模式策略

應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0，傳統(tǒng)工科教育改革也勢(shì)在必行。行之有效的方法是從“傳承與革新\"的雙重視角重構(gòu)教學(xué)模式。

1.重構(gòu)知識(shí)體系：傳統(tǒng)內(nèi)核 + 前沿外延，給傳統(tǒng)課程煥發(fā)新活力。重構(gòu)傳統(tǒng)工科教學(xué)知識(shí)體系，找到傳統(tǒng)工科基礎(chǔ)理論與新工科技術(shù)的互補(bǔ)點(diǎn)，應(yīng)用新工科技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工科技術(shù)，提升解決問題的效率。例如，針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)課程，保留經(jīng)典力學(xué)分析與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論等核心理論內(nèi)容，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面新增數(shù)字化設(shè)計(jì)或數(shù)字孿生技術(shù)等知識(shí)模塊

2.教學(xué)組織創(chuàng)新：模塊化 + 項(xiàng)目式教學(xué)，創(chuàng)造活力課堂，激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。項(xiàng)目式教學(xué)作為一種開放式教學(xué)方式，教師由“講授者\(yùn)"變?yōu)椤耙龑?dǎo)者”。學(xué)生在參與項(xiàng)目規(guī)劃、執(zhí)行和評(píng)估過程中主動(dòng)學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性及自我管理與溝通等能力。例如，針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)課程，設(shè)置基礎(chǔ)模塊和交叉項(xiàng)目模塊。在交叉項(xiàng)目模塊可針對(duì)中等復(fù)雜程度的實(shí)際產(chǎn)品以小組合作形式開展設(shè)計(jì)。

3.評(píng)價(jià)體系革新：過程性 + 多元性，雙維立體評(píng)價(jià)，全面考查學(xué)生素質(zhì)。過程性評(píng)價(jià)注重從開始到結(jié)束整個(gè)學(xué)習(xí)過程中的各方面表現(xiàn)，不僅是評(píng)估學(xué)生的知識(shí)和技能，還包括學(xué)習(xí)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)精神以及其他專業(yè)和人格素質(zhì)，評(píng)價(jià)更具全面性。在過程性評(píng)價(jià)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)施多元化評(píng)價(jià)，例如，評(píng)價(jià)主體可為教師評(píng)價(jià)、同伴互評(píng)及自我評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法可為組合試卷、報(bào)告、答辯、日志及課上表現(xiàn)等多元評(píng)價(jià)。

（責(zé)任編輯：張若信）