中国新工科建设与发展研究综述

崔庆玲 刘善球

2018-05-02

摘要：在以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济快速发展的背景下，我国工程教育迫切需要培养多样化、创新型科技人才，新工科研究日趋成为工程教育创新改革的主流。2016年中国加入《华盛顿协议》，2017年教育部号召新工科研究与实践，从“复旦共识”到“天大行动”，再到“北京指南”，新工科建设“三部曲”起承转合、渐入佳境。文章通过文献分析，呈现新工科的提出背景与现实瓶颈、内涵特征与建设思路、国内外高校工程教育探索与创新试点案例等，以期为我国新工科建设添砖加瓦。

关键词：新工科，提出背景与现实瓶颈，内涵特征与建设思路，探索与创新试点案例

工程教育随着工业发展不断改革，近年来，新工科研究日趋成为工程教育创新改革的主流。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开高等工程教育发展战略研讨会，30所与会高校达成“复旦共识”，之后，《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》发布。4月8日，新工科建设研讨会在天津大学召开，60余所高校参会，形成“天大行动”，提出“天大六问”。6月9日，“新工科研究与实践”专家组在北京成立并召开第一次工作会议，全面系统部署与启动新工科建设发展工作，来自高校、企业和研究机构的30余位专家审议通过了《新工科研究与实践项目指南》，即“北京指南”。至此构成新工科建设“三部曲”，吹响了新工科建设的集结号，奏响了人才培养主旋律，开拓了工程教育改革新路径。

“新工科”成为当前热门词汇，《高等工程教育研究》设专栏，为新工科研究与实践开辟了探讨园地，《光明日报》以“面向未来的新工科”为专题，对新工科进行深度报道，其他媒体也竞相关注相关研究与热点问题。从目前的文献查询结果来看，新工科研究多着眼于理论研究，一般集中于产生背景与现实瓶颈、内涵特征与建设思路、部分高校工程教育探索与创新试点历程等。

一、新工科提出背景与现实瓶颈

2016年6月，中国成为工程教育本科专业学位国际互认《华盛顿协议》第18个正式成员，为工程教育带来了新的机遇与挑战，另外，工业4.0、工业互联网、中国制造2025等都是新工科提出的战略背景。新工科的提出是工程教育变革的新趋势，有其必然性。

教育部高教司原司长张大良从战略高度提出新工科应然产生的背景：工程教育主动布局和深化改革，能促进以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，促进经济转型升级，只有新工科突破了核心关键技术，中国才能在未来全球创新生态系统，构筑先发优势，占据战略制高点。教育部高教司理工科教育处处长吴爱华从发展新经济角度指出，新经济快速发展迫切需要新型工科人才支撑。天津大学校长钟登华指出，新工科是关系国家未来和民族振兴的深刻命题，应时代要求而提出，我国战略发展需求、国际竞争趋势和立德树人使命都需要新工科的建设与发展。复旦大学教务处处长徐雷认为，我国当前的工程教育与产业发展脱节，亟需改革和发展新工科。浙江工业大学副校长华尔天认为，中国加入《华盛顿协议》助推了新工科创新人才的培养。重庆交通大学周开发在国家社科基金项目“云教育环境下学习模式变革研究与实践”中，分析了新工业革命与工程发展的新趋势。重庆大学朱正伟通过回顾历史与分析第四次工业革命，阐释了新工业革命对工程教育的要求。武汉大学张清运用ARDL-ECM模型，开展了高等工程教育对产业发展的影响研究，在实证研究基础上提出高等工程教育应对国家产业结构调整战略的要求。

综而述之，新工科的提出有其大背景：科技革命、工业革命、产业革命、新经济和新起点等，但工程教育发展中的瓶颈是其提出的现实背景。

我国工程教育规模世界第一。2016年，有538万名本科在校工科生，17037个专业布点，在校工科生约是高等教育在校学生总数的1/3。但《世界竞争力年鉴》却显示我国工程师的合格程度处于世界末端。另外，当下矛盾体的另一面是巨大的人才缺口。有媒体报道，2020年，新一代信息技术产业、新材料、电力装备、高档数控机床和机器人技术相关专业将成为最大的人才缺口专业，其中新一代信息技术产业人才缺口有750万人，2025年会达到950万人。目前，大数据、物联网、人工智能、网络安全等新经济领域人才供给严重不足，暴露了我国工程教育与新兴产业和新经济发展存在脱节的现状。

研究者深刻分析并指出了我国现行工程教育的瓶颈。中国高等教育学会前会长瞿振元认为：人才培养缺乏明确标准、工程教育理科化倾向较严重、工程师价值观和工程师伦理教育被忽视、师资队伍建设没有满足现代工程教育要求、工程技术人才质量差强人意，尤其是师资建设片面重高学历轻实践知识结构、重科研论文产出轻实践教学能力，以至于对青年教师发展方向造成了误导。上海工程技术大学校长夏建国指出，思想观念桎梏、依附性发展逻辑固化、协同办学机制缺失、组织与制度性障碍等制约了工程教育变革。华中科技大学房保俊在《工科本科生教学质量学生满意度影响因素分析》中，认为学生工程实践教学训练严重不足，不能适应用人单位尤其是工业企业的需求，专业及课程影响因素也较为显著，教师对现代工程不甚了然，远远落后于工程研发前沿，教学管理和基础设施均是影响工科教学质量之因素。北京理工大学张辉指出，我国工程教育诸多问题导致工科学生上岗适应慢，人文素养、心理素质、沟通能力、动手能力差，自主学习、创新能力不足，团队合作意识缺乏，对现代企业工作流程和文化了解甚少，难以应对社会需求。

专家学者对当前工程教育的弊端认识深刻，新经济、新产业是新工科提出的宏观背景，阻碍瓶颈是新工科提出的现实背景，也是孕育新工科产生的土壤。当下我国工程教育巨大的招生规模与现行工程教育发展瓶颈之间的矛盾日益凸显，无论从国际形势、国家战略，还是从工程教育自身发展而言，对于顶尖的、具有竞争力的、有质量的人才的需求都越来越迫切。

二、新工科内涵特征与建设思路

在《新工科建设的内涵与行动》中，钟登华诠释了新工科的特征是战略型、创新性、系统化和开放式，内涵是以立德树人为引领，培养未来多元化和创新型卓越工程人才。清华大学林健认为新工科是“卓越工程师教育培养计划”的2.0版，丰富和加强了“卓越工程师教育培养计划”的内涵。在《面向未来的中国新工科建设》中，林健界定了新工科的内涵与特征，“工科”指工程学科，“新”包含新兴、新型和新生三方面含义；他强调要突破对工科的原有界定，超越传统工科专业设置，根据科技革命和产业革命及新经济需要，赋予新工科跨越学科界限和产业边界的新内涵；“新兴”指全新出现、前所未有的新学科，“新型”指对传统、现有（旧）学科进行转型、改造和升级的新学科，“新生”指不同学科交叉产生的新学科；新工科大体有引领性、交融性、创新性、跨界性、发展性等特征。国家教育发展研究中心马陆亭认为，新工科是有别于传统工科的学科交叉物，老工科对应的是传统工业，新工科对应的是新兴产业。不过也有人反对将新工科与老工科严格区分开来，认为两者其实关系密切，因为新形态、新产业并没有脱离原来的经济形态。

对于新工科的建设问题，张大良总结了新工科研究与实践的“双5重点”：5项内核研究重点——新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，5项外延研究重点——组织方式、协调机制、管理改革、评价改革、政策支持。这既是对新工科内涵特征的高度概括，也是为新工科建设和发展提供的建设思路。

对于不同层次的高校，“复旦共识”提出了不同的建设思路：工科优势高校对工程科技创新和产业创新发挥主体作用，打造工程学科专业升级版，培养工程科技创新和产业创新人才，服务产业转型升级；综合性高校对催生新技术和孕育新产业发挥引领作用，推动应用理科向工科延伸、学科交叉融合和跨界整合，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的人才，掌握未来技术和产业发展主动权；地方高校对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，发挥自身优势，凝炼办学特色，深化产教融合、校企合作、协同育人，增强学生就业创业能力，培养大批具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才。在促进人才培养与产业需求紧密结合方面，“复旦共识”也给出了很好的建议：校企联合制定培养目标和培养方案、共同建设课程与开发教程、共建实验室和实训实习基地、合作培养培训师资、合作开展研究、行业企业参与到教育教学各环节等。

对于培养高质量工科人才，北京航空航天大学原副校长郑志明反对完全复制西方高等教育，指出要靠自己的师资力量，要有中国特色的新工科专业学科方向。中国工程院院士李德毅提倡学习德国，培养具有工匠精神的工程人才，“本硕”连读要大于“硕博”连读规模，社会更需要系统掌握智能方法、智能信息处理技术，具有宽口径知识和较强适应能力及现代科学创新意识的高级技术工程人才。同济大学黎君认为应该弄清工程师成长要素，工程人才不是科学人才的“从属部分”，只有科学教育转到工程教育，才能培养出真正的工程技术人才。

在新工科学科与课程体系方面，李德毅提出新增一级学科“智能科学与技术”，在学科基础课（学习脑与认识、交互智能、神经网络等关于智能学科的基本知识）、专业基础课（学习认知物理学、数理逻辑与机器证明、数据挖掘与价值发现等数学、物理和计算机基础知识与技能）、专业课（学习知识工程、模式识别等专业性与综合性课程）、选修课等不同层次上形成独立的课程体系。他强调工程教育理科化、理科教育工程化，指出工程教育要重基础，要把数学和工程结合到位，把树型结构的学科体系变成网络结构，做到理工渗透、医工结合。黎君强调更新新工科教学大纲和教材，打破只能让学生计算、画图、设计、写论文而不能驾驭工程的学科课程观，围绕解决问题、项目实施形成新的课程链，将传统课程结构的公共基础课、专业基础课、专业课“阶梯型”模式转变为“情境化”的工程教育课程结构。林健指出要注重通识教育的基础与支撑作用，多学科交叉融合的新专业课程建设，将新工科学科前沿知识融入专业课程体系。

在新工程教育师资评价与引进方面，学者们普遍认为，应摒弃以教师论文、学术成果为主要评价指标的现象，根据不同类型院校和新工科学科专业特点评价教师，立足教师素质、能力和经历的长远发展，而不仅仅要求教师完成单纯的工作量或短期的工作任务。引进教师要注重其学科背景交叉性、知识结构互补性、工作经历多样性、发展潜力可塑性等，缺乏实际生产经验的教师不能堪当工程教育重任，建构工科教师到企业任职、聘请一线工程技术人员承担教学任务等人事制度。

新工科本身内涵丰富，所涉范围广泛，但目前对它的研究还处于探索阶段，因此其定义与特征尚待明确。尽管新工科属于新生学术思想，学术共同体却给予其高涨的热情与参与度，专家学者提出了不同层面的建设思路。笔者认为尤为重要的是，培养一批工程实践能力强的高水平专业教师，打造一系列体现产业和技术最新发展的新工科专业和课程。

三、工程教育探索与创新试点案例

工程教育探索与创新贯穿科技革命进步历程。学者们一般认为18世纪60年代-19世纪40年代第一次工业革命蒸汽机联动机械学科；19世纪中期第二次工业革命电气化催生电力学科；20世纪中叶第三次工业革命自动化生产与信息技术取代了能源革命，电子、计算机是时代标志；21世纪第四次工业革命源于工业物联网和信息物理系统，是互联网和智能经济时代。

国外工程教育围绕工业革命经过了实用导向、通识教育、科学基础研究、回归工程实践等改革阶段。新中国成立以来，我国工程教育也大致走过了三个阶段：20世纪50年代模仿苏联创办专门性工科学校；改革开放后工科大学意识到基础理论的重要性，突破理工分家的模式，20世纪90年代工程教育进入西方发达国家经历过的“科学范式”阶段，工程教育几乎被边缘化；21世纪鉴于高端技术人才匮乏，我国作出“走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家和人力资源强国”等战略部署，2005年我国开始建设工程教育认证体系，2010年实施“卓越工程师教育培养计划”，2016年以加入《华盛顿协议》为契机，全程监控工程教育实施，新工科成为工程教育改革创新的关键词。虽然我国工程教育转型相比美国慢了15～20年，但已开始向工程实践回归。

（一）回归工程实践的工程教育模式典范

1.能力导向教育模式

能力导向教育（Competency-based Education，CBE）由美国麦克莱兰（McClelland）发起，他认为核心能力是学生成功就业和可持续发展的关键要素。国际高等教育界也倡导大学教育传授知识与技能，培养和测评学生的核心能力。尽管现在对学生核心能力的界定和分类还有争议，但周开发提出的新工科人才社会能力、技术能力、学术能力、知识能力和个人效能5类核心能力矩阵结构，值得我们借鉴学习。 

2.成果导向教育模式

成果导向教育（Outcomes-based Education，OBE）是目前美国工程教育全面采用的教育模式，只有采用OBE的本科工程学位才被《华盛顿协议》认可。美国工程技术评审委员会（ABET）2017年本科工程教育一般标准包含了技能、知识、行为等11项学生学习成果。周开发通过借鉴，提出6类新工科学生本质性学习成果（人文、科学与技术基础知识，智力与实践技能基础，职业能力，伦理、价值、态度与行为，社区与全球意识，综合与应用学习）。顾佩华等人于2014年所著的《基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式》，系统阐述了OBE教育模式及汕头大学OBE工程教育模式的实践与探索。

3.“构思-设计-实施-运行”模式

构思-设计-实施-运行（Conceive-Design-Implement-Operate，CDIO）模式由麻省理工学院（MIT）主导创始，其中设计阶段是最重要的一个环节，实行一体化课程计划，结合工程学科基础，有机串联课程，使课程相互支持，系统提升学生的项目构建、人际交往、真实工程环境实践等能力。CDIO模式于2005年由汕头大学引入中国，2016年1月成立“CDIO工程教育联盟”，有10所“985”高校、26所“211”高校和69所普通高校加入联盟。清华大学、成都信息工程大学、燕山大学都是较早加入国际CDIO合作组织的高校[28]。汕头大学执行校长顾佩华在《从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索》中，介绍的汕头大学工学院“鱼骨图”课程体系，曾引起工程教育界的轰动，汕头大学编写的《CDIO实施手册》和撰写的《CDIO在中国（上、下）》及《从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究》均是可资借鉴的文献。

4.“卓越工程师教育培养计划”

教育部于2010年启动“卓越工程师教育培养计划”，目前共有208所高校参与，有本科专业点1257个，研究生层次学科点514个，在校生约26万人，担任高校兼职教师的企业工程技术人员2.4万名，到企业挂职学习的高校教师1万余名，600多所高校与百余家国内外知名企业合作办学，形成了教育部门和行业部门协同推进、高等学校和企事业单位深入合作的工程人才培养机制。发展的专业包括传统和战略性新兴产业等相关专业，目标是面向未来、面向世界、面向工企业界，培养一大批适应经济社会发展需要并具有较强创新能力的各类型高质量工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实人力资源优势，增强国家综合国力和核心竞争力，适度超前培养人才。教育部编写的《“卓越工程师教育培养计划”部分高校方案汇编》可资借鉴。

（二）回归工程实践的工程教育试点案例

1.国外综述

美国高校推进基于设计的学习，让学生参与开放式项目，通过完成项目，培养学生建模、仿真能力及团队合作、沟通能力。例如，西北大学为学生提供三类设计项目（教师创立的项目、学生创立的项目、顾客创立的项目），通过两段式教学，由工程学院教师以团体形式讲授设计伦理、项目管理、沟通和团队合作等关键内容，由一名项目导师或教练指导完成具体的设计工作。斯坦福大学工学院的新生在一年级就开设实质性项目机电一体化课程，在理论与实践中了解机械、电路及其他部件；不同系别的学生都可以在工学院做实验，进行头脑风暴、有创意的设计，而不是闭门造车；在专业选择方面，学生甚至可以自己设计跨界融合的专业；学校离全球创业基地（硅谷）很近，学生时刻处于创业氛围之中，可以独立完成项目申请、资金募集、计划拟定、组织架构等一系列项目研究工作。

加拿大侧重项目工程的实践性，渥太华大学、滑铁卢大学有多年实践的合作教育（Co-op）人才培养模式——渥太华大学已有35年的Co-op历史，滑铁卢大学的Co-op始于1957年。该模式结合了学习和工作两个方面，学生至少有6次共计20个月的实习工作经历，近两年的实践经验也是企业雇主很看重的就业能力。麦克马斯特大学采取基于问题学习（PBL）的模式，强调以学生主动学习为主，设计真实项目，学生在复杂、现实的问题情境中，以自主探究、小组合作形式解决问题，形成实践技能和能力。新加坡科技设计大学提倡大设计观工程教育模式，首先是在一门课程中的设计，然后是课程之间跨学科、跨专业的设计，进而跨越不同专业和年级，最后是全真模拟课外实践。学生大一、大二学习基础课程，大三在4个领域自主选择核心课程，大四则主要培养学生在经济、人文、艺术、社会科学、创业及管理等方面的能力，完成毕业设计。2.国内综述

2015年，《华盛顿协议》专家委员会到我国考察，没有完全同意我国成为其正式成员，2016年考察了北京交通大学、燕山大学专业点以后，才全票通过，因为这两个学校经过了多年CDIO和OBE改革模式，教学理念和实践有着清晰的设计和具体制度安排，根据具体专业与产业对接要求，确定学生培养目标和毕业素养，具体到预期学生毕业5年后的要求，学生能力提升的培养环节（包括课程、实验、实践、设计、活动和课堂教学内容）也进行了4年本科系统设计。汕头大学作为典型的CDIO试点学校，其3层级设计项目为导向的课程体系贯穿于工科生4年的学习历程。低年级开设的“工程导论”课程包含一些基本的3级项目，学生获得基本设计-实践经验，形成解决工程问题的思路，增进兴趣；高年级设置2、3级项目，学生对工程系统进行分析、设计、建造、测试和运行，获得高级设计-实践经验[37]。汕头大学的“创新人才培养生态系统”“鱼骨型课程方案”“课程档案”（微观细碎的课堂教学活动记录）、“CDIO教学大纲”和“CDIO标准”值得推广交流。

大连理工大学作为首批“卓越工程师教育培养计划”试点学校，联合三一重工集团、米其林投资有限公司，开设了“大工-三一卓越计划班”“大工-米其林卓越计划班”，培养应用型工程经验的卓越人才，建立“创新实验班”培养拔尖创新的卓越工程师，“工程国际班”培养国际视野的卓越工程师。太原理工大学也开设了培养拔尖创新人才试点班“工程科技创新实验班”，实行分段设计模式“1.5+0.5+2”，集中组织1.5学年的教学和管理，训练学生的人文、自然基础科学素养（物理、数学、英语、力学、制图、计算机基础，以及前沿工程科技技术一系列讲座等），然后进行0.5学年的专业大类培养，强化学科基础，培养实践能力，在学生大三、大四2学年的专业学习期间，实施个性化培养，使其主攻专业，参与科研项目。结束实验班学习以后，学生根据科研情况可直接读研。

走在工程教育改革前列的高校还有很多。比如，北京联合大学与保千里视像科技集团、哈工大机器人集团等国内著名机器人研发企业合作，在2015年“德毅”机器人校级实验班的基础上，率先在国内成立机器人学院[41]。天津大学成立国家试点学院“精密仪器与光电子工程学院”，开设“工程科学实验班”，将传统工程教育转型为新工科，实行“以学生为中心”的模式，通过多层面选拔学生、本硕博统筹培养、自主选择专业、竞争性分流、小班制教学、个性化课程体系、双导师制等，培养满足国家重大战略需求的仪器仪表工程领军人才[42]。浙江大学竺可桢学院开创了“工程教育交叉体”：金融+数学、机器人+人工智能、计算机+大数据三个双学位班，2016年已招生100人，开创了新工科的探索路径。

“北京指南”已经吹响新工科建设的集结号，教育部号召我们由“跟跑者”向“领跑者”转变，“新工科”建设与发展势在必行。面对国际国内形势，要想突破核心关键技术，构筑先发优势，在未来全球创新生态系统中占据战略制高点，工程教育改革势在必行。各类高校应在不同层次、不同领域开展新工科建设，以产业需求为导向，定位相应的卓越工程人才培育目标，构建“智慧跨界碰撞、思维激荡创新、产教融合共赢”的新理念和“成果导向的先进本科教育”的新培育模式，提升工程教育质量，助推经济转型升级，应对未来新技术和新产业的国际竞争和挑战。