智能制造時(shí)代，怎么培養(yǎng)未來工程師
在世界新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，第四次工業(yè)革命的發(fā)展給高校工程實(shí)踐教育帶來了新的挑戰(zhàn)。但工科教育想要跳出傳統(tǒng)教學(xué)模式窠臼，還存在若干問題。面對工科人才培養(yǎng)困局，高校管理者和教師也在不斷尋求解題思路，在探索的過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。
習(xí)近平總書記指出，要培養(yǎng)大批卓越工程師，努力建設(shè)一支愛黨報(bào)國、敬業(yè)奉獻(xiàn)、具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力、善于解決復(fù)雜工程問題的工程師隊(duì)伍。
為此，中青報(bào)·中青網(wǎng)記者采訪了多位與工科教育相關(guān)的教育工作者，共同探討如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
學(xué)生：解決實(shí)際問題的能力必須增強(qiáng)
自2017年教育部推進(jìn)新工科建設(shè)以來，“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”……各種各樣的解題思路都在被探索著。首先聚焦的點(diǎn)，就是如何培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與解決工程問題的能力。
“對工科教育而言，僅僅靠理論課培養(yǎng)不出拔尖創(chuàng)新人才和卓越工程師，一定要重視工程訓(xùn)練?！比A中科技大學(xué)工程實(shí)踐創(chuàng)新中心書記李昕對中青報(bào)·中青網(wǎng)記者說。
從卓越工程師能力培養(yǎng)的角度上看，傳統(tǒng)以理論為主導(dǎo)的工程教育重理論輕實(shí)踐，導(dǎo)致畢業(yè)生的工程創(chuàng)新能力缺乏。
李昕認(rèn)為，解決工程技術(shù)問題，需要綜合運(yùn)用多種專業(yè)知識(shí)。工程教育絕不能滿足于專門知識(shí)和具體經(jīng)驗(yàn)的縱向累積，必須有意識(shí)地將各類知識(shí)融會(huì)貫通，構(gòu)成有機(jī)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。
另外，學(xué)校還要面向工程實(shí)際，保障耗材投入，“以真刀實(shí)槍磨煉人”。
“考核一所高校重不重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，要看它真正用在學(xué)生身上的實(shí)踐耗材是多少。要看學(xué)校財(cái)務(wù)報(bào)表，每年學(xué)生實(shí)踐耗材究竟花了多少錢?！崩铌空f，“堅(jiān)持生均耗材經(jīng)費(fèi)投入是衡量實(shí)踐教學(xué)是否得到保障的重要指標(biāo)，要讓大學(xué)生有足夠的工程訓(xùn)練機(jī)會(huì)?！?/span>
在西安交通大學(xué)，未來技術(shù)學(xué)院為破解工科人才培養(yǎng)困局，探索出了一條創(chuàng)新路徑：讓企業(yè)的研究中心扎根在校園，企業(yè)來命題，讓工程技術(shù)人才和教師、學(xué)生共同解題，推動(dòng)理論化和工程化結(jié)合。
西安交通大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院執(zhí)行院長王小華對中青報(bào)·中青網(wǎng)記者說：“要在‘槍炮聲’中研究真問題，開展真科研，產(chǎn)出真成果，通過有組織科研，用‘科學(xué)家+工程師’聯(lián)合模式在科技創(chuàng)新實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新人才?！?/span>
王小華認(rèn)為，產(chǎn)教融合是一個(gè)國家性命題，一部分企業(yè)家有情懷、有意愿，那么學(xué)校要想辦法引進(jìn)企業(yè)，引入投資，讓企業(yè)人員、教師、學(xué)生能夠形成合力，促進(jìn)前沿科學(xué)問題取得突破。
如何培養(yǎng)工科學(xué)生解決實(shí)際問題的能力？四川大學(xué)教務(wù)處一位教師告訴記者，四川大學(xué)做過系列探索，比如創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)特區(qū)計(jì)劃，讓企業(yè)提供“命題作業(yè)”，由老師進(jìn)行問題拆解，讓本科生組建團(tuán)隊(duì)用現(xiàn)有的知識(shí)去解決，在破題之中理解前沿產(chǎn)業(yè)的需求。此外，圍繞卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃，學(xué)校會(huì)定期安排學(xué)生去往長三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)實(shí)習(xí)，感知產(chǎn)業(yè)最前沿的發(fā)展情況。
南方科技大學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能制造學(xué)院副院長、講席教授周利民同樣在思考，創(chuàng)建什么樣模式，或者是什么樣新的體系，可以不同于傳統(tǒng)工科的培養(yǎng)模式，有效培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。他向中青報(bào)·中青網(wǎng)記者介紹了南科大在工程教育改革方面進(jìn)行的實(shí)踐。
據(jù)周利民介紹，南科大系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能制造學(xué)院于2018年底成立，在設(shè)定整個(gè)培養(yǎng)方案時(shí)，立足教育的根本規(guī)律，融入工程的本質(zhì)屬性，將“在多學(xué)科融合中實(shí)現(xiàn)工程知識(shí)與綜合能力的同步培養(yǎng)”的人才培養(yǎng)理念貫徹到課程建設(shè)、教師教學(xué)、學(xué)生評(píng)價(jià)的每一個(gè)環(huán)節(jié)；為復(fù)合型領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)創(chuàng)造一個(gè)設(shè)計(jì)與工程深度融合、理論與實(shí)踐交替進(jìn)行、知能與價(jià)值融會(huì)貫通的物理與心理環(huán)境。
該學(xué)院的項(xiàng)目引導(dǎo)式教學(xué)頗有特色：每門專業(yè)課，都要求教師用項(xiàng)目或產(chǎn)品當(dāng)中的結(jié)構(gòu)、功能，與這門課主要知識(shí)點(diǎn)連接起來，教師要花時(shí)間設(shè)計(jì)項(xiàng)目。但這種模式并非一個(gè)項(xiàng)目一門課，項(xiàng)目有課程項(xiàng)目，也有綜合項(xiàng)目，后者即幾門課合起來做一個(gè)項(xiàng)目。
周利民給記者展示的項(xiàng)目范例中，包括輪椅、專門為女性設(shè)計(jì)的自行車、自動(dòng)喂養(yǎng)牛犢的機(jī)器人等等。在他看來，新的工業(yè)革命催生多學(xué)科交叉融合，這些交叉融合又促使一些新的技術(shù)，以AI為代表，顛覆性地“對工程教育產(chǎn)生了的影響”。在這種情況下，學(xué)生入學(xué)時(shí)選擇了感興趣的方向，畢業(yè)的時(shí)候，這個(gè)方向可能就已經(jīng)不再是其感興趣的。
“通過多學(xué)科融合、產(chǎn)教深度融合、專業(yè)化，三階段培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)的人才?！敝芾裾f。
教師：傳統(tǒng)的教學(xué)模式必須改變
天津大學(xué)化工學(xué)院教授、新工科教育中心辦公室主任夏淑倩提到了一種情況：有的學(xué)生寧愿選擇有固定答案的、更容易得高分的考試方式，也不愿意進(jìn)競爭性平臺(tái)。
“應(yīng)試教育模式下成長起來的學(xué)生，也以考試的評(píng)價(jià)為準(zhǔn)，所以有些學(xué)生高考也許考得還不錯(cuò)，但是你把他放到多學(xué)科交叉融合、項(xiàng)目式教學(xué)的平臺(tái)上，他也未必適應(yīng)。還有的學(xué)生覺得，自己付出很大的努力，到最后也許學(xué)到真本事了，但是拿不到保研資格，他也會(huì)很糾結(jié)。這是我們做項(xiàng)目式教學(xué)以來，很多學(xué)生，甚至是高分入選的學(xué)生，存在的一些困惑。”夏淑倩對中青報(bào)·中青網(wǎng)記者說。
在新工科改革的這5年中，夏淑倩發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)生希望要標(biāo)準(zhǔn)答案，希望奔著這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案去努力學(xué)，可以得高分，得了高分以后就可以保研，然后一路順暢地走下去。
對于這個(gè)問題，天津大學(xué)化工學(xué)院的“解題思路”是，設(shè)立新工科本研貫通領(lǐng)軍班，取消過去按照百分比給予保研指標(biāo)的方式，改為“絕對分”模式。學(xué)生所學(xué)課程最終平均分達(dá)到某個(gè)值，即可獲得保研資格，“鼓勵(lì)學(xué)生之間互相合作，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作的習(xí)慣，而不是互相拆臺(tái)”。兩屆學(xué)生的試點(diǎn)效果顯示，這幾個(gè)班的學(xué)風(fēng)“非常好”，一起參加競賽，一起完成項(xiàng)目。
但夏淑倩坦承，之所以能夠在化工學(xué)院進(jìn)行試點(diǎn)本研貫通班，是因?yàn)樘齑蠡け旧砭褪莾?yōu)勢學(xué)科，師資力量較強(qiáng)，本身體量也比較大，有底氣拿保研指標(biāo)進(jìn)行資源上的傾斜。
“所以現(xiàn)在還只能算是試點(diǎn)，有各種各樣的限制，還正在進(jìn)行制度等方面的探索?！彼f。
工程實(shí)踐教育在發(fā)展的道路上，不斷遇到新問題，這些問題也不斷被想方設(shè)法解決著。在這個(gè)過程中，每個(gè)人都像是在摸著石頭過河。比如，項(xiàng)目報(bào)告是否能徹底取代畢業(yè)論文？新工科背景下的專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，也還沒能完全達(dá)成共識(shí)。
在考核方式方面，南科大系統(tǒng)設(shè)計(jì)與智能制造學(xué)院也進(jìn)行了“大膽”且“比較徹底”的改革，即取消期末考試，“用過程式的考核方式，代替了總結(jié)形式的考試”。
據(jù)周利民介紹，教師團(tuán)隊(duì)組成是多學(xué)科背景的，其中專任教師負(fù)責(zé)授課，項(xiàng)目工程師團(tuán)隊(duì)輔導(dǎo)學(xué)生的項(xiàng)目實(shí)踐，上課過程中有學(xué)生擔(dān)任助教，高年級(jí)學(xué)生或者研究生會(huì)跟著低年級(jí)學(xué)生做項(xiàng)目，同時(shí)也對學(xué)生進(jìn)行考核。
新工科的學(xué)生每隔一到兩周會(huì)進(jìn)行一次考核，評(píng)估主體是教授、項(xiàng)目工程師、助教與學(xué)生互評(píng)；評(píng)估內(nèi)容包括知識(shí)獲取、思維技巧、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、動(dòng)手能力、態(tài)度責(zé)任、溝通能力、項(xiàng)目執(zhí)行等7個(gè)部分；評(píng)估工具包括隨堂測試、項(xiàng)目匯報(bào)、項(xiàng)目視頻，課堂作業(yè)、課堂表現(xiàn)，以及讀書筆記。
每次考核都會(huì)給學(xué)生反饋成績雷達(dá)圖與教師評(píng)語，告知每位學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)，并有針對性地給出建議。
“老師怎么教是一個(gè)很重要的問題?！敝芾裾J(rèn)為，新工科改革后，老師在課程教學(xué)中更多是要幫助學(xué)生形成創(chuàng)造性思維、擴(kuò)展視野，在項(xiàng)目式教學(xué)中關(guān)聯(lián)知識(shí)，而不是聚焦在繁瑣的知識(shí)點(diǎn)灌輸上。
原始的講課方式在改變，教師的角色也在慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖叹殹鄙踔痢皩?dǎo)游”，給學(xué)生指出方向，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)。
“每年做項(xiàng)目匯報(bào)時(shí)，當(dāng)我們看到學(xué)生做的產(chǎn)品有一些結(jié)構(gòu)是課程沒有教過他們的，但他們自學(xué)然后用到了，我們就會(huì)特別高興?！痹诘?8·59屆中國高等教育博覽會(huì)上，周利民感慨，“項(xiàng)目式教學(xué)的場景和環(huán)境，給學(xué)生提供了鍛煉能力的機(jī)會(huì)，所以我們要做的就是給他們創(chuàng)造這樣的環(huán)境?！?/span>
在這種老師和學(xué)生“零距離接觸”的實(shí)踐教學(xué)模式中，老師需要全程陪伴，因材施教，頻繁反饋，周利民也承認(rèn)，這需要老師們“花非常多的時(shí)間”。
在天津大學(xué)，項(xiàng)目式教學(xué)的結(jié)業(yè)成果也包括項(xiàng)目報(bào)告，每個(gè)人的貢獻(xiàn)都要在其中呈現(xiàn)。在夏淑倩看來，整個(gè)過程中誰投入多，誰貢獻(xiàn)大，需要老師去“實(shí)時(shí)關(guān)注”。
“老師的投入就非常重要了，”她說，“在項(xiàng)目式教學(xué)這種人才培養(yǎng)過程中，老師的工作量是巨大的，和傳統(tǒng)的帶著一個(gè)課本去上課，上完課就出一張閉卷的考試卷子這種模式，投入是明顯不一樣的?！?/span>
在這種情況下，如何量化老師的工作量，怎樣正確評(píng)價(jià)老師的投入，也成為“非常關(guān)鍵”的問題。
“如果工科老師只是追求發(fā)表論文，帶著研究生去發(fā)表論文，要簡單得多，因?yàn)檫@樣老師只需要和幾個(gè)研究生去攻克一個(gè)問題就可以了。然而工科老師要投入教學(xué)，復(fù)雜程度就要大得多，影響因素更多?！?/span>
一方面，學(xué)校需要鼓勵(lì)老師投入教學(xué)，另一方面，學(xué)校也需要面臨“工科老師到底具不具有自己解決復(fù)雜工程問題的能力”，用夏淑倩的話來說，即“能不能教好的問題”。
夏淑倩提到，事實(shí)上，不同學(xué)校都用不同的方法在嘗試解決這個(gè)問題，許多學(xué)校都設(shè)置了專門投入工程教育改革的老師，設(shè)計(jì)了新的工作量化方案。但在夏淑倩看來，目前這些解決方案，都只能算是改革過程中的“一點(diǎn)舉措而已”，暫時(shí)還都不具備大面積推廣的普適性。
“只能算是試點(diǎn)，還需要更多的管理制度和體制機(jī)制的改革。”她說。
學(xué)校：管理模式必須重新進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)
用李昕的話說，既不能用昨天的知識(shí)培養(yǎng)明天的建設(shè)者，也不能用一成不變的教學(xué)方案教育全校不同專業(yè)的學(xué)生。
據(jù)介紹，目前華中科技大學(xué)工程實(shí)踐創(chuàng)新中心有4個(gè)實(shí)驗(yàn)室21個(gè)車間。面向全校各專業(yè)一、二年級(jí)本科生開設(shè)的“工程訓(xùn)練”課程是通識(shí)性實(shí)踐教學(xué)，也是工程實(shí)踐教育必修課程，其課程結(jié)構(gòu)由工藝基礎(chǔ)訓(xùn)練和綜合集成訓(xùn)練兩類教學(xué)環(huán)節(jié)組成。其中，工藝基礎(chǔ)訓(xùn)練設(shè)有36個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，占課程總學(xué)時(shí)的三分之二，綜合集成訓(xùn)練則包括25個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，3到5個(gè)學(xué)生組團(tuán)自選不同項(xiàng)目。
教學(xué)實(shí)施方案按院系專業(yè)定制，不同院系不同專業(yè)的“工程訓(xùn)練”課程大綱各有不同；各專業(yè)可在規(guī)劃學(xué)時(shí)總數(shù)內(nèi)選擇個(gè)性化的工藝訓(xùn)練單元組合，學(xué)生可在限定項(xiàng)目類型中分組自選工程訓(xùn)練綜合項(xiàng)目。
最終，“一院一方案，一生一課表”。
在前不久召開的第58·59屆中國高等教育博覽會(huì)上，天津大學(xué)黨委常委、副校長馬新賓以未來智能機(jī)器與系統(tǒng)平臺(tái)和智慧流程工業(yè)和產(chǎn)品工程兩個(gè)校級(jí)新工科培養(yǎng)為例，分享了一些經(jīng)驗(yàn)。
如今，天津大學(xué)的工科新生從入學(xué)開始就要接受項(xiàng)目式教學(xué)，先“解決自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變”的問題，然后“培養(yǎng)在工程上的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度”，提升其分析、決策能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。到了大四，則是把科研和畢業(yè)項(xiàng)目結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何解決復(fù)雜工程，綜合培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。而在進(jìn)行這些改革之前，學(xué)生在大一大二的階段，都是按部就班學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課程，等到大三大四才會(huì)接觸一些項(xiàng)目。
“目前我們新工科建設(shè)項(xiàng)目的課程體系已經(jīng)覆蓋了學(xué)校70％的課程，我們希望進(jìn)一步深度融合，讓每個(gè)學(xué)生能夠享受新工科改革的成果?！瘪R新賓說。
馬新賓提到，天津大學(xué)未來智能機(jī)器與系統(tǒng)平臺(tái)有一門“設(shè)計(jì)與建造”課程，正是為落實(shí)天大新工科建設(shè)方案而開設(shè)的。這門課程在天津大學(xué)新工科教育中心主任顧佩華院士的指導(dǎo)下，由機(jī)械控制管理等學(xué)科的老師組成授課團(tuán)隊(duì)，面向大一上半學(xué)期的新生，是一門項(xiàng)目式課程。
“老師要進(jìn)行集體備課，學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作溝通。當(dāng)然，在考核過程中我們也用了新的方法，比如設(shè)計(jì)方案的陳述、過程的報(bào)告、產(chǎn)品的展示，都有不同比例來體現(xiàn)?！瘪R新賓介紹說。
馬新賓還介紹了“天大方案”實(shí)施以來的另一個(gè)成功范例，即“海陸空智能無人系統(tǒng)的安全巡查平臺(tái)”。
天津大學(xué)海陸空智能無人系統(tǒng)安全巡查平臺(tái)新工科畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，是天大跨學(xué)院、跨學(xué)科、跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)開展的一次畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。在教務(wù)處統(tǒng)一要求和管理下，由新工科教育中心牽頭，這一項(xiàng)目依托天津大學(xué)無人駕駛交叉中心，由多個(gè)學(xué)院的教師和管理人員共同參與。
5輛無人駕駛?cè)匦诬嚒?條無人駕駛快艇、10架無人機(jī)，共同組成了這個(gè)海陸空協(xié)同無人探測與追蹤平臺(tái)。在經(jīng)歷了將近5年滾動(dòng)建設(shè)后，它能夠?qū)μ齑笮滦^(qū)全域全天候進(jìn)行安全和環(huán)衛(wèi)方面的監(jiān)控與快速響應(yīng)。整個(gè)項(xiàng)目設(shè)6個(gè)研究方向，每個(gè)方向設(shè)3到5個(gè)研究任務(wù)，共24個(gè)研究任務(wù)。
不過，新工科的“天大方案”實(shí)施以來也遇到了一些問題。夏淑倩告訴中青報(bào)·中青網(wǎng)記者，目前，多學(xué)科交叉融合在實(shí)踐中仍然存在一定困難。學(xué)校的傳統(tǒng)管理模式以院系為單位，在全校范圍內(nèi)大規(guī)模推廣學(xué)科交叉的話，需要對管理模式重新進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)?！叭耸驴己恕⒔M織模式等等，各方面都需要考慮?！彼f。
“過去我們學(xué)生學(xué)一個(gè)專業(yè)，或者學(xué)一個(gè)技術(shù)，可以吃一輩子，將來這個(gè)可能是做不到的。”周利民認(rèn)為，未來社會(huì)對人才的需求是動(dòng)態(tài)的，大學(xué)教育應(yīng)當(dāng)做到的是，能夠幫助年輕一代在未來激蕩的產(chǎn)業(yè)革命時(shí)代不沮喪，不迷茫。
（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 張渺 見習(xí)記者 楊潔）
發(fā)布時(shí)間：2023-05-22 信息來源: 《中國青年報(bào)》 2023年05月22日06版
