智能制造時代，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)一支愛黨報國、敬業(yè)奉獻、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伍。
為此，中青報·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，共同探討如何實現(xiàn)這一目標。
學生：解決實際問題的能力必須增強
自2017年教育部推進新工科建設(shè)以來，“復(fù)旦共識”“天大行動”“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，就是如何培養(yǎng)學生發(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，一定要重視工程訓練?！比A中科技大學工程實踐創(chuàng)新中心書記李昕對中青報·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)以理論為主導的工程教育重理論輕實踐，導致畢業(yè)生的工程創(chuàng)新能力缺乏。
李昕認為，解決工程技術(shù)問題，需要綜合運用多種專業(yè)知識。工程教育絕不能滿足于專門知識和具體經(jīng)驗的縱向累積，必須有意識地將各類知識融會貫通，構(gòu)成有機的知識網(wǎng)絡(luò)。
另外，學校還要面向工程實際，保障耗材投入，“以真刀實槍磨煉人”。
“考核一所高校重不重視實踐環(huán)節(jié)，要看它真正用在學生身上的實踐耗材是多少。要看學校財務(wù)報表，每年學生實踐耗材究竟花了多少錢。”李昕說，“堅持生均耗材經(jīng)費投入是衡量實踐教學是否得到保障的重要指標，要讓大學生有足夠的工程訓練機會。”
在西安交通大學，未來技術(shù)學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、學生共同解題，推動理論化和工程化結(jié)合。
西安交通大學未來技術(shù)學院執(zhí)行院長王小華對中青報·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‘科學家+工程師’聯(lián)合模式在科技創(chuàng)新實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新人才。”
王小華認為，產(chǎn)教融合是一個國家性命題，一部分企業(yè)家有情懷、有意愿，那么學校要想辦法引進企業(yè)，引入投資，讓企業(yè)人員、教師、學生能夠形成合力，促進前沿科學問題取得突破。
如何培養(yǎng)工科學生解決實際問題的能力？四川大學教務(wù)處一位教師告訴記者，四川大學做過系列探索，比如創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)特區(qū)計劃，讓企業(yè)提供“命題作業(yè)”，由老師進行問題拆解，讓本科生組建團隊用現(xiàn)有的知識去解決，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)計劃，學校會定期安排學生去往長三角等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)實習，感知產(chǎn)業(yè)最前沿的發(fā)展情況。
南方科技大學系統(tǒng)設(shè)計與智能制造學院副院長、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)學生解決實際問題的能力。他向中青報·中青網(wǎng)記者介紹了南科大在工程教育改革方面進行的實踐。
據(jù)周利民介紹，南科大系統(tǒng)設(shè)計與智能制造學院于2018年底成立，在設(shè)定整個培養(yǎng)方案時，立足教育的根本規(guī)律，融入工程的本質(zhì)屬性，將“在多學科融合中實現(xiàn)工程知識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、學生評價的每一個環(huán)節(jié)；為復(fù)合型領(lǐng)軍人才的培養(yǎng)創(chuàng)造一個設(shè)計與工程深度融合、理論與實踐交替進行、知能與價值融會貫通的物理與心理環(huán)境。
該學院的項目引導式教學頗有特色：每門專業(yè)課，都要求教師用項目或產(chǎn)品當中的結(jié)構(gòu)、功能，與這門課主要知識點連接起來，教師要花時間設(shè)計項目。但這種模式并非一個項目一門課，項目有課程項目，也有綜合項目，后者即幾門課合起來做一個項目。
周利民給記者展示的項目范例中，包括輪椅、專門為女性設(shè)計的自行車、自動喂養(yǎng)牛犢的機器人等等。在他看來，新的工業(yè)革命催生多學科交叉融合，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，學生入學時選擇了感興趣的方向，畢業(yè)的時候，這個方向可能就已經(jīng)不再是其感興趣的。
“通過多學科融合、產(chǎn)教深度融合、專業(yè)化，三階段培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計的人才?！敝芾裾f。
教師：傳統(tǒng)的教學模式必須改變
天津大學化工學院教授、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，也不愿意進競爭性平臺。
“應(yīng)試教育模式下成長起來的學生，也以考試的評價為準，所以有些學生高考也許考得還不錯，但是你把他放到多學科交叉融合、項目式教學的平臺上，他也未必適應(yīng)。還有的學生覺得，自己付出很大的努力，到最后也許學到真本事了，但是拿不到保研資格，他也會很糾結(jié)。這是我們做項目式教學以來，很多學生，甚至是高分入選的學生，存在的一些困惑?！毕氖缳粚χ星鄨蟆ぶ星嗑W(wǎng)記者說。
在新工科改革的這5年中，夏淑倩發(fā)現(xiàn)，一些學生希望要標準答案，希望奔著這個標準答案去努力學，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。
對于這個問題，天津大學化工學院的“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的方式，改為“絕對分”模式。學生所學課程最終平均分達到某個值，即可獲得保研資格，“鼓勵學生之間互相合作，養(yǎng)成團隊合作的習慣，而不是互相拆臺”。兩屆學生的試點效果顯示，這幾個班的學風“非常好”，一起參加競賽，一起完成項目。
但夏淑倩坦承，之所以能夠在化工學院進行試點本研貫通班，是因為天大化工本身就是優(yōu)勢學科，師資力量較強，本身體量也比較大，有底氣拿保研指標進行資源上的傾斜。
“所以現(xiàn)在還只能算是試點，有各種各樣的限制，還正在進行制度等方面的探索?！彼f。
工程實踐教育在發(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。在這個過程中，每個人都像是在摸著石頭過河。比如，項目報告是否能徹底取代畢業(yè)論文？新工科背景下的專業(yè)認證標準，也還沒能完全達成共識。
在考核方式方面，南科大系統(tǒng)設(shè)計與智能制造學院也進行了“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，教師團隊組成是多學科背景的，其中專任教師負責授課，項目工程師團隊輔導學生的項目實踐，上課過程中有學生擔任助教，高年級學生或者研究生會跟著低年級學生做項目，同時也對學生進行考核。
新工科的學生每隔一到兩周會進行一次考核，評估主體是教授、項目工程師、助教與學生互評；評估內(nèi)容包括知識獲取、思維技巧、學習動機、動手能力、態(tài)度責任、溝通能力、項目執(zhí)行等7個部分；評估工具包括隨堂測試、項目匯報、項目視頻，課堂作業(yè)、課堂表現(xiàn)，以及讀書筆記。
每次考核都會給學生反饋成績雷達圖與教師評語，告知每位學生學業(yè)表現(xiàn)，并有針對性地給出建議。
“老師怎么教是一個很重要的問題。”周利民認為，新工科改革后，老師在課程教學中更多是要幫助學生形成創(chuàng)造性思維、擴展視野，在項目式教學中關(guān)聯(lián)知識，而不是聚焦在繁瑣的知識點灌輸上。
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в巍保o學生指出方向，鼓勵學生自學。
“每年做項目匯報時，當我們看到學生做的產(chǎn)品有一些結(jié)構(gòu)是課程沒有教過他們的，但他們自學然后用到了，我們就會特別高興?！痹诘?8·59屆中國高等教育博覽會上，周利民感慨，“項目式教學的場景和環(huán)境，給學生提供了鍛煉能力的機會，所以我們要做的就是給他們創(chuàng)造這樣的環(huán)境。”
在這種老師和學生“零距離接觸”的實踐教學模式中，老師需要全程陪伴，因材施教，頻繁反饋，周利民也承認，這需要老師們“花非常多的時間”。
在天津大學，項目式教學的結(jié)業(yè)成果也包括項目報告，每個人的貢獻都要在其中呈現(xiàn)。在夏淑倩看來，整個過程中誰投入多，誰貢獻大，需要老師去“實時關(guān)注”。
“老師的投入就非常重要了，”她說，“在項目式教學這種人才培養(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，怎樣正確評價老師的投入，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，因為這樣老師只需要和幾個研究生去攻克一個問題就可以了。然而工科老師要投入教學，復(fù)雜程度就要大得多，影響因素更多。”
一方面，學校需要鼓勵老師投入教學，另一方面，學校也需要面臨“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，事實上，不同學校都用不同的方法在嘗試解決這個問題，許多學校都設(shè)置了專門投入工程教育改革的老師，設(shè)計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“一點舉措而已”，暫時還都不具備大面積推廣的普適性。
“只能算是試點，還需要更多的管理制度和體制機制的改革?！彼f。
學校：管理模式必須重新進行頂層設(shè)計
用李昕的話說，既不能用昨天的知識培養(yǎng)明天的建設(shè)者，也不能用一成不變的教學方案教育全校不同專業(yè)的學生。
據(jù)介紹，目前華中科技大學工程實踐創(chuàng)新中心有4個實驗室21個車間。面向全校各專業(yè)一、二年級本科生開設(shè)的“工程訓練”課程是通識性實踐教學，也是工程實踐教育必修課程，其課程結(jié)構(gòu)由工藝基礎(chǔ)訓練和綜合集成訓練兩類教學環(huán)節(jié)組成。其中，工藝基礎(chǔ)訓練設(shè)有36個實踐項目，占課程總學時的三分之二，綜合集成訓練則包括25個實踐項目，3到5個學生組團自選不同項目。
教學實施方案按院系專業(yè)定制，不同院系不同專業(yè)的“工程訓練”課程大綱各有不同；各專業(yè)可在規(guī)劃學時總數(shù)內(nèi)選擇個性化的工藝訓練單元組合，學生可在限定項目類型中分組自選工程訓練綜合項目。
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上，天津大學黨委常委、副校長馬新賓以未來智能機器與系統(tǒng)平臺和智慧流程工業(yè)和產(chǎn)品工程兩個校級新工科培養(yǎng)為例，分享了一些經(jīng)驗。
如今，天津大學的工科新生從入學開始就要接受項目式教學，先“解決自主學習轉(zhuǎn)變”的問題，然后“培養(yǎng)在工程上的嚴謹態(tài)度”，提升其分析、決策能力以及團隊協(xié)作能力。到了大四，則是把科研和畢業(yè)項目結(jié)合，讓學生學會如何解決復(fù)雜工程，綜合培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。而在進行這些改革之前，學生在大一大二的階段，都是按部就班學習基礎(chǔ)課程，等到大三大四才會接觸一些項目。
“目前我們新工科建設(shè)項目的課程體系已經(jīng)覆蓋了學校70％的課程，我們希望進一步深度融合，讓每個學生能夠享受新工科改革的成果?！瘪R新賓說。
馬新賓提到，天津大學未來智能機器與系統(tǒng)平臺有一門“設(shè)計與建造”課程，正是為落實天大新工科建設(shè)方案而開設(shè)的。這門課程在天津大學新工科教育中心主任顧佩華院士的指導下，由機械控制管理等學科的老師組成授課團隊，面向大一上半學期的新生，是一門項目式課程。
“老師要進行集體備課，學生在實踐中鍛煉團隊協(xié)作溝通。當然，在考核過程中我們也用了新的方法，比如設(shè)計方案的陳述、過程的報告、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”實施以來的另一個成功范例，即“海陸空智能無人系統(tǒng)的安全巡查平臺”。
天津大學海陸空智能無人系統(tǒng)安全巡查平臺新工科畢業(yè)設(shè)計項目，是天大跨學院、跨學科、跨專業(yè)團隊開展的一次畢業(yè)設(shè)計項目。在教務(wù)處統(tǒng)一要求和管理下，由新工科教育中心牽頭，這一項目依托天津大學無人駕駛交叉中心，由多個學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，共同組成了這個海陸空協(xié)同無人探測與追蹤平臺。在經(jīng)歷了將近5年滾動建設(shè)后，它能夠?qū)μ齑笮滦^(qū)全域全天候進行安全和環(huán)衛(wèi)方面的監(jiān)控與快速響應(yīng)。整個項目設(shè)6個研究方向，每個方向設(shè)3到5個研究任務(wù)，共24個研究任務(wù)。
不過，新工科的“天大方案”實施以來也遇到了一些問題。夏淑倩告訴中青報·中青網(wǎng)記者，目前，多學科交叉融合在實踐中仍然存在一定困難。學校的傳統(tǒng)管理模式以院系為單位，在全校范圍內(nèi)大規(guī)模推廣學科交叉的話，需要對管理模式重新進行頂層設(shè)計?！叭耸驴己?、組織模式等等，各方面都需要考慮。”她說。
“過去我們學生學一個專業(yè)，或者學一個技術(shù)，可以吃一輩子，將來這個可能是做不到的?！敝芾裾J為，未來社會對人才的需求是動態(tài)的，大學教育應(yīng)當做到的是，能夠幫助年輕一代在未來激蕩的產(chǎn)業(yè)革命時代不沮喪，不迷茫。
（中青報·中青網(wǎng)記者 張渺 見習記者 楊潔）
發(fā)布時間：2023-05-22 信息來源: 《中國青年報》 2023年05月22日06版
