郝婷婷 徐淑玲 黃立新 儲開斌

摘? 要：在新工科的培養(yǎng)目標中，創(chuàng)新能力成為對高素質(zhì)復(fù)合型人才的重要評價標準。工程教育的最終目標是培養(yǎng)符合時代需求的工程師。文章針對工程教育和創(chuàng)新人才的關(guān)系，結(jié)合世界各國的優(yōu)秀經(jīng)驗和我國西南聯(lián)大的成功經(jīng)驗，總結(jié)了在我國工科創(chuàng)新教育改革中較為重要的三點分別是增強驅(qū)動力、設(shè)置創(chuàng)新課程和改變教學方法，基于理論進行教學實踐并給出相應(yīng)分析。

關(guān)鍵詞：新工科；工程教育；創(chuàng)新教育

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）04-0161-04

新工科促進了跨學科交流及產(chǎn)業(yè)的劃分，使得工程教育具有引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性。由此，新工科教育的特征表現(xiàn)為：在課程結(jié)構(gòu)設(shè)置上，特別重視新經(jīng)濟的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)變革帶來的工程學科的引領(lǐng)性、交融性；在教學過程中，特別重視新工科專業(yè)明確的培養(yǎng)目標和豐富多變的教學內(nèi)容形成的教學模式創(chuàng)新性、跨界性；在教學評價過程中，特別重視把危機意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力融入工科教學發(fā)展中的評價標準。

高等教育的教學理念是伴隨著時代發(fā)展變化的。從改革開放至今，中國始終堅持科教興國戰(zhàn)略，努力發(fā)展中國特色社會主義高等教育模式，在2017年教育部對工程教育提出新工科的概念?！皠?chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。創(chuàng)新的關(guān)鍵在人才，人才的成長靠教育”［1］。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國大學創(chuàng)新教育在不斷嘗試下已取得很好的發(fā)展，但是在全世界面臨新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的時期，為了圓滿完成“中國制造2025”等國家戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特點的新工科教育需要注入更多更強的創(chuàng)新活力。

一、新工科教育和創(chuàng)新人才培育

培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的工程人才是新工科教育的重中之重。新時代對工程師的要求是不僅要有較強的專業(yè)技能，還要有較強的創(chuàng)新能力，大學生的創(chuàng)新教育迎來了前所未有的挑戰(zhàn)。哈佛大學商學院教授Amabile博士研究得出了產(chǎn)生創(chuàng)新的三大要素：專業(yè)知識、創(chuàng)新思維和驅(qū)動力，并總結(jié)出了三者間的關(guān)系。

創(chuàng)新者的素質(zhì)是可以培育、學習和引導的。在適當?shù)沫h(huán)境和機會條件下創(chuàng)新者的素質(zhì)可以發(fā)生非常大的改變和提升。其中一個令人矚目的案例就是美國富蘭克林·歐林工學院的工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。歐林工學院建立于1997 年，是美國歐林基金會為培養(yǎng)新型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工程人才組建的工程學院。歐林工學院具有獨特的使命之一是創(chuàng)建工程教育改革的“實驗室”，并在短時間內(nèi)成為美國工程教育的新高地。其畢業(yè)生有前往麻省理工學院、斯坦福大學、哈佛大學、卡內(nèi)基梅隆大學和加州大學伯克利分校等名校攻讀研究生的，有在谷歌、蘋果、臉書、亞馬遜等著名公司就業(yè)的且超過25%的畢業(yè)生在兩年后參與創(chuàng)業(yè)活動。2019年在《普林斯頓評論》中獲得最有價值學院、東北部最佳學院、最佳實習第2名和經(jīng)濟資助第23名，在“學生最快樂”中排名第14、在“學生最用功”中排名第4。

創(chuàng)新者素質(zhì)在特殊時期是可以催生和激發(fā)的。二戰(zhàn)以后發(fā)展起來的以色列創(chuàng)新教學和抗戰(zhàn)時期的西南聯(lián)大引人注目。對于猶太人，漫長歷史中的種種不幸遭遇所鑄就的難以擺脫的憂患意識，沉淀為一種文化基因，形成了猶太教育的獨特風格，產(chǎn)生了基于“知識三角”模式的辦學戰(zhàn)略——教育、研究和創(chuàng)新的以色列理工學院。我國抗日戰(zhàn)爭時期的西南聯(lián)大，在風雨飄搖中培養(yǎng)了2位諾貝爾獎獲得者、4位國家最高科學技術(shù)獎獲得者、8位兩彈一星功勛獎?wù)芦@得者、171位兩院院士及一百多位人文大師［2］。以色列理工學院和西南聯(lián)大的共同點之一是學生具有與時代并存的危機感和憂患意識，這種憂患意識恰是工科創(chuàng)新人才需要具備的基本素質(zhì)，也是學生科技創(chuàng)新的內(nèi)在驅(qū)動力。

在實現(xiàn)“兩個一百年”目標的重要時期，科技創(chuàng)新是強國富民的關(guān)鍵，為實現(xiàn)具有中國特色的工程教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)，需要快速準確地找到工科創(chuàng)新教育改革的突破點。

二、新工科創(chuàng)新教育改革的突破點

（一）增強學生的驅(qū)動力，傳承革命精神

驅(qū)動力包括內(nèi)在驅(qū)動力和外在驅(qū)動力，在引導學生時應(yīng)以提升學生內(nèi)在驅(qū)動力為核心，輔助能改變?nèi)诵袨榈耐庠隍?qū)動力。

學生步入大學，充滿激情地開啟向往已久的大學生活，隨著深入地接觸與基礎(chǔ)教育完全不同的自由氛圍后，有的學生迷茫、放縱自我，而有的學生目標明確、享受自由的氛圍。希望學生都可以是目標明確且享受自由的氛圍，因此在學生的內(nèi)動力方面，改革的重點是激發(fā)學生的主觀能動性，確保每個學生可以最大程度激發(fā)自己的潛能。為了激發(fā)學生的主觀能動性，在培養(yǎng)學生的過程中以激發(fā)好奇心、增強成就感、培養(yǎng)責任感和憂患意識為基礎(chǔ)，以學生篤信自己有美好未來為最終目標。

哈佛校長陸登庭曾說過，“如果沒有好奇心和純粹的求知欲為動力，就不可能產(chǎn)生那些對人類和社會具有巨大價值的發(fā)明創(chuàng)造”［3］。好奇心是受多方面因素綜合影響的，作為工程教育工作者，應(yīng)提供有效的學習環(huán)境以及開設(shè)有趣的課程來保護學生的好奇心，同時盡可能多地從學生的興趣出發(fā)且利用多方面的資源激發(fā)學生的好奇心。成就感是激發(fā)學生主觀能動性的重要因素，不同的學生對成就感的定義是不一樣的，應(yīng)打造一種有助于滿足其成就感的良好環(huán)境，這個良好環(huán)境包括良好的師生關(guān)系、同學關(guān)系和各種獎勵之類的外在驅(qū)動力。培養(yǎng)責任感一直是中華教育的傳統(tǒng)，而危機意識是總結(jié)以色列和西南聯(lián)大的成功經(jīng)驗，這兩者是相輔相成的，工程教育的改革可以以培養(yǎng)團隊合作能力為導向增強學生的責任感，增強競爭機制及提出新型考核標準來培養(yǎng)學生的憂患意識。課程和制度改革僅僅是促進行為養(yǎng)成的方式，工程教育要傳承歷史使命，傳承革命精神，進行紅色教育，培養(yǎng)學生憂國憂民的大局意識。此外，可以聯(lián)合社會和企業(yè)的力量，幫助學生及時了解時代發(fā)展，把握行業(yè)的風向標，做到樹立學生正確的人生觀價值觀世界觀，幫助學生樹立遠大的目標。

當學生的好奇心得到保護和激發(fā)，獲得前所未有的成就感，同時具有強烈的責任感和社會使命時，自信且有創(chuàng)造力的新一代工程師便會應(yīng)運而生。

（二）設(shè)置創(chuàng)新課程，滿足新工科教育的學科交叉

1. 攻克項目教學開展難點

美國工程教育的探索一直遙遙領(lǐng)先，麻省理工學院、斯坦福大學、歐林工學院等走在改革最前線的名校不約而同地提出了項目課程以實現(xiàn)課程內(nèi)容重構(gòu)。

從新工科定義提出后，教育工作者一直在改革的路上不辭勞苦地嘗試，在交流中，很多學校已經(jīng)開展了項目課程，比如香港科技大學、重慶大學等。項目課程不僅可以很好地培養(yǎng)學生的團隊合作能力或集成思維能力，還可以有效地促進創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。同時，當項目課建立在校企合作的平臺時，可以很好地激發(fā)學生的好奇心，使得學生獲得前所未有的成就感。項目課程也存在一些問題，學生層面而言，存在知識碎片化、學習方法轉(zhuǎn)變的挑戰(zhàn)等問題，教師層面的問題包括課程選擇的覆蓋面、備課的難度、職稱的評定、學生的評價標準體系是否合理等，學校層面面臨項目課程是否有強大的資金支持以及來自各方壓力等。

在學校的大力支持下，在嘗試項目課程的時候，試圖用不同的方法進行難點攻克，甚至有些問題已經(jīng)得到較好的解決。在項目課結(jié)束后，加入教師總結(jié)梳理環(huán)節(jié)解決學生知識碎片化難題，在課程選擇覆蓋面上首先開展較為成熟的項目課程，在嘗試中總結(jié)經(jīng)驗并通過課程討論、分工教學的方法以及提供教師學習機會來降低備課難度。目前學院已經(jīng)生成了五項項目課程，并完成了第一輪的課程迭代。項目課程的完善還有很長的路要走，始終秉持大膽嘗試、在嘗試中查漏補缺、在失敗中總結(jié)經(jīng)驗的思路，最終必迎來全面的成功。

2. 建設(shè)特色基礎(chǔ)學科課程

專業(yè)知識的學習決定著新工程教育改革的成功。目前在新工科的建設(shè)中，很多改革者選擇合并、重新安排課程，然而對于數(shù)學、物理等基礎(chǔ)自然學科的改革問題通過簡單的合并重排方法并不能完全滿足創(chuàng)新思維培養(yǎng)中對專業(yè)知識的要求。創(chuàng)新思維的擁有者不僅要有完善的知識體系，還要在關(guān)鍵時候解決在不同情境下“專業(yè)知識產(chǎn)生需要多少，什么時候需要，以及如何獲取”的難題。

赫巴特曾說“數(shù)學一般通過直接激發(fā)創(chuàng)造精神和活躍思維的方法來提供最佳服務(wù)”，創(chuàng)新教育的改革離不開數(shù)學等基礎(chǔ)學科的改革［4］。我國傳統(tǒng)的工科數(shù)學教學是在高等數(shù)學的基礎(chǔ)上根據(jù)實際需要不斷地增加和引入，隨著時代的發(fā)展，這樣的教學內(nèi)容覆蓋面廣，但存在重經(jīng)典、輕現(xiàn)代，并不完全符合時代的需要的問題，在這種課程的安排下，數(shù)學教學的周期長，教學難度高；學生在應(yīng)用過程中力不從心，因此單純地拓寬數(shù)學的知識面是不夠的。從數(shù)學的發(fā)展史看，數(shù)學反映了人們積極進取的意志、縝密周詳?shù)耐评硪约皩ν昝谰辰绲淖非?，一切?shù)學的發(fā)展均源于實際，理論一旦在實際需要中出現(xiàn)，就不可避免地會使它自身獲得發(fā)展的動力，目前基礎(chǔ)學科建設(shè)與教學傾向于純粹性和抽象性的一側(cè)，但數(shù)學科學在本質(zhì)上是革命的，是不斷更新、發(fā)展的，我國傳統(tǒng)的數(shù)學教學過程在純粹數(shù)學和具有活力的應(yīng)用之間產(chǎn)生了不幸的分離［5］。目前數(shù)學建模大賽是鍛煉數(shù)學思維的一個重要形式，數(shù)學建模過程本身是一個創(chuàng)新過程，有利于提高學生的創(chuàng)新能力和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。數(shù)學建模問題從實際中來，但結(jié)論過于理論性不能用于實際生產(chǎn)，純粹數(shù)學和具有活力的應(yīng)用之間沒有形成完美的結(jié)合，不能完全彌補課程內(nèi)容偏離實際的問題。

歐林工學院新生必修的兩門課程Quantitative Engineering Analysis（QEA，相當于4門課），通過真實的案例來學習各種進行定量工程分析的方法，涉及的課程包含大學物理，微積分、線性代數(shù)、概率論與統(tǒng)計等數(shù)學課程，該課程注重跨學科和人文社科知識的學習，增強團隊合作能力、終身學習能力和動手解決問題能力，提升學生運用數(shù)學方法解決實際問題的能力。相較于傳統(tǒng)工科教學，QEA課程在真實的案例中學習鞏固知識，恰好彌補了課程內(nèi)容偏離實際的問題，使得數(shù)學物理教學不僅僅是知識的傳授，更傳遞了基礎(chǔ)學科的思想和精神實質(zhì)。

3. 增加跨學科和人文社科知識課程

在歐林工學院提出的工程師應(yīng)該具備的五種思維中，跨學科思維和全球思維引起關(guān)注。注重跨學科和人文社科知識的學習應(yīng)該列入新工科學生的評價標準體系，目前我國已有很多教育工作者研究了該體系的建設(shè)。該類課程的設(shè)置可以邀請知名的專家講座，也可以將人文社科內(nèi)容進行加工整合作為學生的必修課。在條件較為局限時，可以將人文社科教學內(nèi)容設(shè)置的權(quán)利還給學生。學生可以根據(jù)自己的興趣愛好，選擇自己喜歡的跨學科和人文社科知識的公開課及紀錄片等資源在課堂上分享，同時學院可以建立共享模式，促進教師和各年級學生長期的共同學習。

（三）新工科教學模式改革，提高工程教學的質(zhì)量

新工科專業(yè)明確的培養(yǎng)目標和豐富多變的教學內(nèi)容要求新一輪的教學方式改革，傳統(tǒng)的灌輸式教學法提高了學習的效率和寬度。但隨著信息化的發(fā)展，工程教學面臨的新挑戰(zhàn)是如何讓學生學會根據(jù)需要發(fā)現(xiàn)問題、找到解決問題的知識并消化應(yīng)用知識。對于具有難度的傳統(tǒng)課程，壓縮傳統(tǒng)課程教學時間，補充類似QEA的課程，通過動手實驗、啟發(fā)式教學、翻轉(zhuǎn)課堂、失敗分析等方法培養(yǎng)融合與應(yīng)用多學科知識的能力。對于較為容易學習的課程，以學生為中心，提出問題并引導學生自主學習解決問題，或者在項目課中以動手設(shè)計和制作為主、教師啟發(fā)引導為輔的形式展開。希望在嘗試教學方法改革的過程中，學生可以自定專業(yè)、自己選擇課外活動以及追隨自己的職業(yè)興趣。

三、新工科創(chuàng)新教育的實踐

根據(jù)以上分析，在我國工科創(chuàng)新教育改革中較為重要的三點分別是增強驅(qū)動力、設(shè)置創(chuàng)新課程和改變教學方法。為了驗證理論，高校圍繞這三點打造了符合國情的項目課程體系和基礎(chǔ)課程重建。

針對項目課程，機械、電子信息、軟件工程專業(yè)混合招生，形成了覆蓋科學與工程類項目、工程原理類項目、系統(tǒng)集成項目、復(fù)雜工程項目和綜合工程項目的項目課程體系，通過校企合作建設(shè)特色培養(yǎng)體系，構(gòu)建以培養(yǎng)高素質(zhì)工程師和企業(yè)家為目標、包含階梯性的柔性課程體系以及學校教師和企業(yè)專家的教學團隊，借助多種教學方法，強化人才培養(yǎng)目標、培養(yǎng)過程和培養(yǎng)質(zhì)量等教學質(zhì)量監(jiān)督方法。

對于基礎(chǔ)課程重建，進行QEA課程的學習實踐。例如選擇的課題是按要求制造一艘小船，這個課程需要運用微積分和數(shù)值積分及船舶靜力學等知識。利用暑期對大一的學生開展此項課程，絕大部分學生是第一次參加項目課程。在課程內(nèi)容方面，學生已學過微積分，課程的設(shè)置可以鍛煉學生利用所學知識解決實際問題的能力，其次，學生并沒有接觸過數(shù)值積分，需要引導學生自主學習，解決問題。同時，船舶靜力學是一門完全陌生的課程，學生需要在全新未知的領(lǐng)域解決問題，課程的設(shè)置符合創(chuàng)新教育的目標。在課程的實踐過程中，學生希望盡可能多地學習歐林經(jīng)驗和歐林思想。考慮到兩國的基本國情不一致，在歐林課程設(shè)置的基礎(chǔ)上對教學的基礎(chǔ)知識內(nèi)容進行修改。首先要求學生在兩小時內(nèi)制造一艘達到標準的船，通過失敗分析，在學生的心中種下定量分析的種子，通過動手實驗、啟發(fā)式學習、翻轉(zhuǎn)課堂等方法實踐了歐林QEA課程的基本框架。課后針對學生在QEA課程中遇到的“搭便車”成員、交流能力、專業(yè)知識和技術(shù)不足，團隊協(xié)作對QEA完成影響程度及QEA課程的最大收獲等問題做了問卷調(diào)查。

盡管課程設(shè)置只需要少量的知識補充且安排了教師講授環(huán)節(jié)，但是學生在課程中遇到的最大困難依然是專業(yè)知識和技術(shù)不足。這個現(xiàn)象體現(xiàn)了學生在短時間內(nèi)快速消化知識的能力不足，但也體現(xiàn)了課程的設(shè)置提升了學生對知識的渴望度。在問卷結(jié)果中有學生認為團隊協(xié)作能力影響較小且多數(shù)人并未選擇團隊協(xié)作對QEA完成影響程度很大。團隊合作能力的培養(yǎng)是一個過程，后續(xù)課程的設(shè)置需要進一步引導學生對團隊協(xié)作能力認可且有意識地培養(yǎng)學生的領(lǐng)導能力。學生普遍反映QEA課程收獲頗豐，很多同學表示課程提高了自己的科研能力、獲取新知識的能力、溝通表達能力和發(fā)現(xiàn)問題的能力。

參考文獻：

［1］ 江澤民. 江澤民文選［M］. 北京：人民出版社，2006.

［2］ 西南聯(lián)大. 國立西南聯(lián)合大學校史［M］. 北京：北京大學出版社，1996.

［3］ 陸登庭，閻鳳橋. 一流大學的特征及成功的領(lǐng)導與管理要素：哈佛的經(jīng)驗［J］. 國家教育行政學院學報，2002（05）：10-26.

［4］ 約翰·弗里德里?！ず諣柊吞? 德國精英教育心理學［M］. 北京：文化發(fā)展出版社，2017.

［5］ R·柯朗，H·羅賓. 什么是數(shù)學［M］. 上海：復(fù)旦大學出版社，2005.

（責任編輯：羅欣）