新工科视域下大学生综合创新能力提升的教学设计探讨

陆兴发

（东北电力大学 工程训练教学中心，吉林 吉林 132012）

众所周知，高等工程教育以培养面向未来的工程师或工程专业人才（Professionals）为终极目标，与产业发展的关系最紧密、作用最直接，是产业发展的孵化器、推进器和加速器，在面向未来的发展过程中，高等工程教育必须不断瞄准和对接新兴产业，培养高素质的新型工程科技人才，既是当务之急，更是长远之策.

目前世界范围内的第四次工业革命不断以指数级速度推进，一日千里，综合国力的竞争更趋激烈和白热化.与此相对应，世界经济日趋呈现出以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济范式.这种新经济范式要求未来的工程科技人才必须具备更高的跨界整合集成创新能力，以满足和助力经济的升级转型和持续发展.

为适应新经济发展和国家发展战略，教育部于2月18日、4月8日和6月9日分别在复旦大学、天津大学和北京相继组织召开了“高等工程教育发展战略研讨会”“新工科建设研讨会”“新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议”，分别形成了“‘新工科’建设复旦共识”（“复旦共识”）、“‘新工科’建设行动路线”（“天大行动”）、“新工科研究与实践项目指南”（“北京指南”）.三次探讨统一了思想、达成了“共识”，确定了行动路线图，制定了具体工作指南.自此，全面揭开了我国新工科建设的浪潮，奏响了面向未来的人才培养主旋律.

1 新工科释义及其解读

新工科（Emerging Engineering Education，3E）一词是“复旦共识”的一项重要成果，是与传统工业密切相关的“老工科”对应的概念体系，它是适应并引领面向未来的新经济、新技术、新业态、新产业、新模式的耦合性、创新性的工程学科专业结构体系，其本质特征是面向未来，强调专业建设与规划的动态性、灵活性、综合性、引领性，旨在培养学生具有面向未来的持续学习力、创新力、设计力和实现力.

新工科是我国政府继“双一流”之后，在高等工程教育领域开展的又一重大的、专项的和前瞻性的“国家行动计划”，它是基于国家战略发展新需求、适应国际竞争新形势以及新经济、新技术、新产业、新业态、新模式为突出特征的第四次工业革命的迅猛发展要求未来工程技术人才具备更高的创新创业能力和跨界整合能力的紧迫需要，是应对复杂多变莫测未来的未雨绸缪.新工科也是我国立德树人新要求特别是工程技术人才队伍严重短缺的客观要求.

根据教育部“天大行动”计划[1]，“到2020年，探索形成新工科建设模式，主动适应新技术、新产业、新经济发展；到2030年，形成中国特色、世界一流工程教育体系，有力支撑国家创新发展；到2050年，形成领跑全球工程教育的中国模式，建成工程教育强国，成为世界工程创新中心和人才高地，为实现中华民族伟大复兴的中国梦奠定坚实基础”.为此，“以应对变化、塑造未来为指引，以继承与创新、交叉与融合、协同与共享为主要途径，根据世界高等教育与历次产业革命互动的规律，面向未来技术和产业发展的新趋势和新要求，总结技术范式、科学范式、工程范式经验，探索建立新工科范式.推动思想创新、机制创新、模式创新，实现从学科导向转向以产业需求为导向，从专业分割转向跨界交叉融合，从适应服务转向支撑引领.”

新工科的具体建设目标主要有以下四个方面的内容：“一是响应国家发展战略需求，支撑服务以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃发展，突破核心关键技术，构筑先发优势，培养大批新兴工程科技人才，在未来全球创新生态系统中占据战略制高点，在世界新一轮工程教育改革中发挥全球影响力，将‘中国理念’‘中国标准’注入‘国际理念’‘国际标准’，扩大我国在世界高等工程教育中的话语权和决策权，实现从跟跑并跑到并跑领跑，实现我国从工程教育大国走向工程教育强国；二是推动学科交叉融合和跨界整合，产生新的技术，培育新的工科领域，拓展工科专业的内涵和建设重点，构建创新价值链，打造工程学科专业的升级版，大力培养工程科技创新和产业创新人才，服务产业转型升级，掌握我国未来技术和产业发展主动权；三是完善新工科人才‘创意-创新-创业’教育体系，广泛搭建创新创业实践平台，努力实现50%以上工科专业学生参加‘大学生创新创业训练计划’、参与一项创新创业赛事活动，建设创业孵化基地和专业化创客空间，推动产学研用紧密结合和科技成果转化应用；四是把握新工科人才的核心素养，致力于培养学生最核心的能力——学习而且是快速学习新事物的能力.强化工科学生的家国情怀、全球视野、法治意识和生态意识，培养设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，提升创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导力.”

2 工程训练的独特功能与核心优势

工程改变世界,行动创造未来.“教育回归工程、教学回归实践”已成当今全球高等工程教育的主流发展趋势.新工科作为我国高等教育的又一重大国家行动，无疑精准把握了国际高等工程教育的发展趋势与脉搏，瞄准了国际高等工程教育的发展前沿，将高等工程教育的着眼点锁定在工程创新能力与工程实践能力方面，这就为高校深入开展工程训练提供了广阔的舞台，指明了发展的方向，切合了高校工程训练的价值所在.

客观地说，国家自1998年初以来通过实施两个“项目”（“面向21世纪的教学改革项目、世界银行贷款—中国高等教育发展项目”）以及2006年的“质量工程”（“高等学校本科教学与质量工程”），国内高校的工程训练及其工程训练中心建设已实现了质的转化，有的甚至达到了很高的水平，为高等工科院校开展系统的工程训练奠定了坚实的基础.尤其是以国家原“985”高校为代表的部分高校的“工程训练已经远非传统意义上的纯机械制造与加工训练或单学科及技能训练，而是由常规的金工实习和电子工艺实习向现代工程实践教学的转化，由单机技能培训向局域网络条件下技术集成培训的转化，由操作技能培训向技能与综合实践、创新实践相结合的转化，是以大工程为背景，以学生为中心，以工程技能训练位基础，以培养过程能力为目标，以创新思维训练为核心，多元化、开放型工程实践创新训练”[2].由此可见，现代工程训练在培养大学生综合创新能力方面具有独特的功能与核心的优势[3]：

（1）突出了工程意识和工程创新能力的培养，建构了相对完整的现代“大工程”培养目标和方向；

（2）将常规制造技术训练、先进制造技术训练、增材制造技术训练、综合创新训练融为一体，系统整合了机械、电子、信息及其系统等方面的知识内容，着力强化和突出现代大学生的工程设计、制造、管理、创新等的全方位认知与实践；

（3）突出综合创新能力，以创新训练为抓手，实施递进式综合训练；

（4）超越了传统金工实习的范畴，向生产实习、毕业实习乃至研究生培养方向转变，实现了从本科生到研究生到博士生的综合培养通道；

（5）有机整合了教师的启发引导与学生的主动体验过程，突显了学生创新兴趣、创新精神和创新能力的培养，把综合创新能力训练融入工程训练全过程.

截至目前，国内各高校的工程训练中心已经成高校开展大学生工程技术、工艺实训与工程创新实践的重要基地，是国内各大工科院校中教学规模最大、学生受众人数最多的实践教学基地，更是在校大学生课外科技创新实践的主要训练和活动基地，是在校大学生体验和完成发明创造和科技竞赛作品设计与制作的第一场所[4].实践证明，工科学生对典型工业产品的结构、设计、制造的基本、完整的体验和认识对理解、学习和从事现代社会的任何一种高级技术工作都是必需的基础.这种基础在大学低年级不可能通过校外认识实习获得，需要通过校内工程训练中心的教学获得.[4]

3 创新工程训练教学设计架构，提升学生综合创新能力

尽管近20年来国内高校的工程训练具有的质的飞越，物质条件日趋先进、齐全，但现代工程训练的理念就普遍意义而言还远未建立起来，难以满足新工科理念下培养学生综合创新能力的迫切需求，难以满足新技术、新产业、新业态发展对未来工程技术人才的要求.仅就工程训练的教学而言还存在诸如知识体系陈旧、缺乏先进性、系统性和前瞻性，综合创新设计训练严重不足，缺乏真实生产环境、与实际工程实践距离甚远以及师资队伍结构不合理、严重缺乏工程师型、工匠型师资等严重缺陷.为此，必须以新工科理念为契机和先导，创新工程训练教学策略，为持续不断地提升大学生的工程实践能力和综合创新能力做出不懈的努力.

（1）转变观念，充分认识现代工程训练对培养面向未来的创新人才的极端重要性.诚如前述，工程训练在培养新工科人才方面具有独特功能与优势，甚至可以说是完全切合新工科人才培养目标的目的要求.但是，客观地说除了原“985”高校以外的大部分高校，尤其是一些省属地方高校的工程训练中心建设还一直“换汤没换药”，挂工程训练之名无工程训练之实，仍然止步或徘徊在“金工实习”的老路上.对现代工程训练的价值、功能与核心优势认识不清、领悟不透、理解不深.一个不争的事实是，目前许多高校的工程训练中心属于学校的“附属”部门，是各个学科专业的“配角”.有位方能为，位置不清，角色不明，势必难有作为.因此，必须彻底转变观念，尤其在高校校级领导层面彻底扭转观念，做好顶层设计，秉持立德树人的政治高度，从培养符合未来国力竞争战略需求的高素质工程技术创新人才的战略高度，以“立知立改”的决心和态度，扭转工程训练中心的附属地位和配角角色.只有彻底转变观念，才能真正有效地处理好、建设好、发展好工程训练中心.

（2）适应新工科建设和新经济发展要求，加大投入力度，建立功能完备、设施齐全先进的真正综合型、创新型、开放型的多学科交叉融合的工程训练中心.就目前来看，国内高校工程训练教学中大部分工种仍然以“临摹”练习为主，学生受益面很小，为大部分学生提供的自主创新设计训练机会很少[5]，多数高校的大学生创新创业教学还仅仅停留在认知层面上[6].即便是在上海这种处于我国发展水平高端的地方，“总体尚处于由传统单一的技能训练向现代的工程实践综合训练的发展、提高阶段”[7]，根本谈不上创新、创造、创业，最终导致“我国工科大学毕业生大多缺乏实践能力和创新精神，缺乏解决工程实际问题特别是综合性较强的复杂的工程技术问题的能力”[8].为此，必须充分利用新工科建设的历史机遇期，从快从速扭转目前高校工程训练中心功能单一的局面，乘势而为，充分挖掘和整合高校内部资源，建设功能完备、设备先进，教学型教师、工程师型教师、工匠型教师结构合理的现代工程训练创新中心.

（3）整备和调整高校的工程训练教学计划，大幅度增加工程训练教学时数.没有充足时间保障的计划无疑是个无效的计划，形同虚设.不折不扣地按照国家工程训练示范中心“大学四年不断线”的建设基准，整备和调整高校工程训练的教学计划，保证教学的集中、连续、全面和系统.现实中，目前相当一部分高校的工程训练（实质上还是传统的金工实习）课程是离散的、间断的，是填空型的（看某专业的闲暇见缝插针），况且就是这样的工程训练（姑且称为工程训练）其总学时在某些个别院校才仅仅40余学时，除了完成教学大纲的授课任务外几乎谈不上任何的综合训练，一个专业的工程训练课哩哩啦啦抻满一学期.如此训练，谈何训练，更何谈创新！

（4）科学设计教学培养方案，建立以核心课程为主干的教学体系.目前国内高校普遍存在课程繁杂、门数过多、单门课程学时偏少（俗称“少学时多门数”），四年大学学生除了上课还是上课，几乎没有任何自由选择或创新创业的空间时间.以吉林省某高校2014版培养方案中的某国家特色专业的培养方案为例，必修课36门，选修课7门（名为选修实为必修），公共实践教学环节课程4门，专业实践教学环节课程8门，合计55门课程，平均一学年13.75门课程；四年总学时2418学时，其中必修课学时2197学时，选修课学时221学时，大部分课程的学时为18—36学时，平均43.96学时.在36门必修课中，政治理论类课程累计312学时，英语、体育、军事理论、创业教育等非专业类课程累计432学时，两项合计学时744，占必修课总学时的33.86%（不包括为期一周的入学教育、为期一周的毕业教育、为期三周的军训以及为期三周的金工实习）；数学类、物理类课程累计445学时，占必修课总学时的20.25%；除此以外还有多达26项（门）各类必须完成的课外“课程”.试想，在这种安排“满满”的教学设计架构下，学生哪里有自由想象、自由创新的空间和时间？笔者认为，我们应该以新工科建设为契机，认真重新理顺这种不科学的教学设计，真正以学科专业的主干课程为核心来设计培养方案，给学生提供更大的自由空间和时间.如果我们借鉴世界顶级大学的美国斯坦福大学的培养方案似乎可以找到我们的差距之所在.根据斯坦福大学电子工程专业的培养方案[9]，本科生四年取至少180学分，其中数学和科学课程合计不少于45学分，技术课程不少于3学分，工程学课程不少于68学分，其他课程合计不少于60学分（包括人文科学、通识教育、语言课程等），各学期学分适中，每学期控制为12—18学分，近似于每周12—18节课，而其余时间均为学生研讨、自学、实践活动，为学生自由实践与创新提供了重要的保障.由此我们也可以诊断出中美大学生的能力差距之缘由.

大学生工程训练综合创新能力是事关国家、民族未来生存与振兴发展的关键所在，新工科理念的提出为我国工程教育的理论与实践探索提供了一个全新的视角，未来对新工科人才的要求既有扎实的专业技能，又具备沟通交流、团队合作、综合创新能力、跨学科思维等非专业技能的能力.因此，着力打造和倾力培养大学生具有工程训练综合创新能力应该而且必须成为高校达成的目标和拼搏的方向，这是时代赋予高等院校的神圣历史使命.

〔1〕“新工科”新在哪儿—光明网-《光明日报》．2017-04-03．http//edu．cnr/list/20170403/t20170403_523690794．shtml．

〔2〕张戈，等．智能制造背景下工程训练中心建设探究[J]．实验技术与管理，2017,34（2）：209-213．

〔3〕吴庆宪．高等工程教育发展与高校工程训练中心功能定位[J]．南京航空航天大学学报（社会科学版），2006,8（1）：68-71．

〔4〕梁延德．我国高校工程训练中心的建设与发展[J]．实验技术与管理，2013,30（6）：6-8．

〔5〕鞠晨鸣．“卓越工程师”视域下的工程训练教学发展思路探析[J]．南京理工大学学报（社会科学版），2015,28（4）：73-78．

〔6〕夏人青，罗志敏．论高校人才培养框架下的创业教育目标[J]．复旦教育论坛，2010，8（6）：56-60．

〔7〕吴国兴，符跃鸣，李忠唐．上海市高校工程训练的现状、问题与发展[J]．实验室研究与探索，2013,32（9）：149-153．

〔8〕徐建中．创建国内一流的工程训练中心的建设实践[J]．实验技术与管理，2006,8（1）：76-80．

〔9〕School of Engineering Stanford University．Electrical Engineering-Signal Processing&Communications 2011-2012Program Sheet[EB/OL]．http：//www．stanford．edu．2013,4．