张炜：新工科教育的创新内涵与美国工科教育的观念演变

　　摘　要

　　创新的概念螺旋式上升与回归，得到了广泛的应用。新工科教育已经取得显著成效，应进一步辨析其内涵和要求，凸显其创新的过程特征，通过创新驱动实现目标达成。回顾美国工科教育的转型发展，其观念、要求与标准都在不断变化，在整体培养目标之下，加强分层定位和多元发展，试图避免片面性和绝对化弊端。创新工科教育，应基于当代工科人才属性的拓展，明确和聚焦讨论对象，辨识复杂性和多样性发展趋势，把创新融入教学、科研和社会服务全过程，坚持守正创新、优化模式选择、进一步持续推进，加快培养工科紧缺人才。

　　关键词

　　创新；工科教育；概念与内涵；质量标准；多样性

　　党的十九届六中全会指出，深化教育教学改革创新，促进公平和提高质量，推动高等教育内涵式发展。党的十八大以来，中国特色社会主义进入新时代，明确把创新摆在国家发展全局的核心位置，坚持走中国特色自主创新道路，实施创新驱动发展国家战略，高等教育步入普及化阶段，着力推动内涵式高质量发展，新工科教育也已取得显著成绩，应认真总结经验与深化认识。

　　一、基本概念与内涵

　　“新工科”概念一经提出，教育部就组织了深入研讨。2018年9月，教育部、工业和信息化部和中国工程院联合发布《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》，基于“国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求”，指出了新工科的创新发展方向。几年来，新工科教育的理论研究和实践探索不断取得新的进展。

　　(一)创新

　　创新的历史和人类历史一样悠久，人类一直在探寻解决问题的新方法、好方法，并努力予以实现，创新概念及其理论不断发展。熊彼特在《经济发展理论》一书中，将创新定义为商业或工业中一些新事物的应用，包括一种新产品、一种新工艺或生产方法、一个新的市场、一个新的供应来源、一种新型组织，并以此赋予“创新”一词特定的内涵，即把一种关于生产要素和生产条件的“新组合”引进生产体系中去。二战后，关于技术创新的研究不断深化，创新理论拓展到许多学科，从经济学、管理学、技术管理、知识管理，以及科学、技术与工科等多个视角，提出了近60个创新定义。

　　创新一词在汉语中早有使用，“创”是指首创、创始，“新”意为初次出现，二者合在一起的语义是抛开旧的，创造新的，与英语“innovate”的词意“make changes； introduce new things”(改革、革新、创新)相近。基于经济学内涵的“innovation”(创新)概念，在我国的评介见于20世纪中期。改革开放后，国内一些学者开始正面引用熊彼特的创新理论，创新的地位与作用快速上升，科技创新成为创新的主要领域，围绕创新的认识和实践不断深化。

　　当前，创新在综合国力竞争中的地位益发凸显，创新成为引领高质量发展的第一动力，“不同学科、不同学术背景的研究人员都在从事创新研究”，各行各业都在创新，应坚持守正创新，加快实现“以要素驱动为主”向“以创新驱动发展为主”的转变，这已经远远超出了熊彼特的经济学内涵，越来越回归创新是“创立或创造新的事物”的原意。可见，创新由传统词义，到熊彼特赋予经济学内涵，再到整合凝练和回归提升，呈现出螺旋式上升的演进，并得到了广泛的应用。

　　(二)新工科教育

　　前期主导观点认为，新工科教育(Emerging Engineering Education，简称为3E)，“新”是取向，其内涵可以从理念新、要求新和途径新三个层面来理解，以实现工科教育的新兴、新型和新生。近期，也有观点认为，新工科教育的“新”是创新的“新”。上述两种观点有所不同却又相互关联，“新”是目的与表征，为工科教育明确了新方向、提出了新要求；创新是推进新工科教育目的实现和表征凸显的举措与行动，为新工科教育提供了方法、路径。

　　新工科教育的理论产生于我国工科教育的实践创新，而新工科教育的实践也需要理论创新成果来引领和指导，理论与实践相结合，更好地回应发展和需求的变化，构建新工科教育的系统轮廓，提升学生的创新思维、创新潜力和创新能力，培养一大批工科紧缺人才、爱国奉献和勇于创新人才、推动传统产业改造和发展战略性新兴产业的人才。

　　(三)创新工科教育

　　在汉语中，工科、工学、工程并没有严格的区分，在很多场合三者不加区别地被使用，且均被英译为“engineering”。基于新工科教育的语境，本研究除引用原文和一些固定用法，涉及教育领域、学科专业时主要使用“工科”，并将新工科教育英译为“Innovating Engineering Education”，简称“IEE”，以凸显其创新内涵。

　　高等教育担负培养创新人才、产生创新成果和提高创新能力的重任，其自身也在持续创新，不断增强适应快速变化和改革发展的能力。现代工科教育实施以来，持续创新发展，并在教学、科研和社会服务中得到广泛应用，取得了一系列新的观念、制度、管理以及新的知识、过程和成效。同时，新工科教育是一个学习过程，不应拘泥于“全新”，不要求与以前完全不同，也不必限定须获得成功。基于当代工科教育的复杂性和多样性，单一因素的创新已难以有效推进创新，而更多地体现为集成创新。

　　另外，技术创新的理论与实践相对成熟，可以借鉴其成功经验和失败教训，加强有组织的学习，促进“具有影响力的创新”(innovation with impact)，为新工科教育营造充满活力的创新文化，避免陷入创新的“死亡之谷”(valley of death)，并能及时汲取创新工科教育过程中的经验和教训。

　　二、美国工科教育的观念演变与争议

　　高等教育创新的“最大障碍”就是在如何评价和监管教学质量(instructional quality)方面没有共识，质量观念、要求与标准都与人才需求和办学定位密切相关。我国现代工科教育的起步比美国晚了近100年，有必要回顾美国工科教育的发展演变与不同观点。

　　(一)早期的质量观

　　质量观是教育观念的有机组成和工作着力点，伴随对工程师素质要求的不断变化，工科教育的质量观也在不断创新。

　　19世纪初，美国现代工科教育起步，这对此前照搬英式传统高等教育模式而言是一种创新。1802年成立的西点军校(The United States Military Academy at West Point)，开设数学、化学和工学等课程，推进了课程体系创新。其后，伦斯勒多科技术学院(Rensselaer Polytechnic Institute)运用实验室和户外现场授课。两所学校的毕业生在快速发展的铁路建设、煤矿开发和制造业中发挥了重要作用，反映出工业发展变革及其对工科人才的强烈需求，以及创新工科教育的强大活力，也对传统的高等教育质量观念提出了挑战。1862年的莫里尔赠地法案(Morrill Land-Grant Act)促进了美国高等教育体系重构，完善了专业设置和课程体系，并新办了不少高校，包括一批以工科教育为主的专门学院(specialized schools)，加快了工科教育的发展，也促进了高校入学人数的增加，接受高等教育已不再是精英们的特权，而是面向了劳动者，使得传统质量观念受到冲击，也因此遭到了传统文理学院和精英阶层的质疑和反对，加剧了关于大学理念和办学质量的争辩。

　　(二)两种质量要求与集成创新

　　质量观念的创新，推进了质量要求的演变。1918年，卡内基委员会关于“工科教育研究”的报告指出，半个多世纪以来，多数工科学院都在不断增加课程，课业量很重，但学生的基础科学知识并不能令人满意，毕业生离校时也没有达到作为工程师和制造者处置实际问题的期望。上述批评和相关争论，一直持续至今。

　　一方面，专业教育的拥护者强调，伴随工科技术水平的不断提升，对于工程师专业能力(competence)的质量要求也越来越高，认为不能忽视未来工程师在其专业范围内拥有高水平技术优势的需要，主张要加大工科教育的专业技能深度，培养学生掌握专门领域的职业技能，使其走上工作岗位后能够专业对口、上手快。参考“企业与学术的差距”模型，可以构建岗位需求与工科教育的差距模型，以此描述该质量要求，即随着时间的推移，工科教育的创新相对滞后，高校毕业生的专业技能水平越来越不能适应工作岗位的要求。(见图1)

　　另一方面，通识教育的拥护者强调，伴随工科知识广度的不断拓展，工科教育应当为传统的自由教育提供与时俱进(appropriate to the times)的基础，拓宽教学内容，在教育教学课程中加强自然科学、人文社科、交流艺术等基础，包括经济学、管理学等课程，为工科专业的本科生提供广博的通识教育，增强学生对于当代社会问题的敏感性和分析能力，但工科教育创新还不能满足上述要求，工科毕业生与工作岗位对于通用知识水平的要求之间的差距在扩大。(见图2)

　　上述两种观点都能找到实际案例，也可找到诸多理论观点予以支撑，都具有一定合理性，但也都有局限性，即片面地强调工程师岗位某一方面的要求，将专业技能与通用知识相互割裂、对立起来。培养一名未来的工程师，如果只强调专业技能水平，就会停留在图3中左侧面的(1)区。同样，如果只强调通用知识水平，就会停留在图中底部的(2)区。二者都显得比较单薄和极端，不符合工科教育的实际。

　　当今社会，工科教育的主要对象早已不是“经济安逸”而“无需做工谋生”的贵族和绅士，可能难以用“悠闲的好奇”精神仅仅将追求基础知识作为目的，需要更好地从理论层面突破认识论哲学的制约和理性主义(rationalism)的局限，也要防止实用主义的过度干扰。应提高辩证能力，避免从一个极端走向另一个极端，客观看待专业技能与通用知识的关系，统筹协调这两个方面，促使通识教育与专业教育“携手共进”(go hand in hand)，提高培养质量，形成丰富和系统的立体素质。

　　(三)整体目标与分层定位

　　在强调集成创新的同时，也应注意到不同高校集成创新的方式方法会有所不同。在避免片面性和绝对化的同时，也应防止笼而统之和泛泛而谈。质量观经常是具体的和针对性很强的，在整体培养目标之下，应坚持实事求是、因校制宜，从学校的实际出发。

　　20世纪上半叶，美国学界曾经出现过“统”的主张，期望统一工科教育的办学定位、培养过程和质量标准。但伴随学科交叉融合，前沿领域不断延伸，信息、生物、新材料、新能源等新兴学科和高新技术的快速发展，新工业革命带来新的机遇和挑战，经济社会和学生的需求及利益更加多样，工科教育的培养层次、类型和结构不断变化，复杂性和多样性趋势更加凸显，要为所有类型高校的工科教育规定“同一种课程，同一套要求”，甚至完全相同的质量标准，可能更多地成为一种“似是而非的讨论”。

　　1968年，美国工程教育协会(American Society for Engineering Education, 简称ASEE)建议，面对工科人才的多样性要求，工科教育既要培养技术员和技术专家(technicians and technologists)，也要培养硕士学位以上的人才，通过加强工科教育的所有层次和所有学科专业，不断扩大教育机会，为不同目的、基础和才能的学生提供有效的服务，促进社区学院低年级学生进入工科本科教育的人数增加、比例扩大，并鼓励和吸纳更多的工科本科毕业生继续深造。实际上，这些建议可以视为对上述关于“统”的主张的回应。1994年ASEE的一个报告，在肯定多样性有助于为美国工科本科教育增强实力的同时，强调工科本科教育应维持广博的核心课程内容，并要符合工程技术认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology)的最低标准要求，也兼顾了不同类型工科本科教育的弹性和张力。2005年，美国国家工程院(National Academy of Engineering)的报告指出，进入新世纪，面对技术快速进步、国家安全需要、发达国家老龄结构、人口增长和资源减少等挑战，以及科学技术和新兴交叉学科的发展趋势，未来工程师不仅要在技术上更成熟，还应具有强大的分析技能、创造力、独创性、交流技能、领导力、专业主义和高标准的道德，以及活力、敏捷、可靠性和灵活性的组合。2020年，美国国家教育统计中心(National Center for Education Statistics)也指出，工科教育是培养、支撑和协助工程师等相关职业的一种教育，致力于培养学生通过学习、实验和实践，获得数学和自然科学知识，能够有判断力地应用这些知识，并合理开发利用这些知识。

　　上述任务要求，需要所有层次和类型的工科教育共同实施和实现，而不是某一个教育阶段能够单独完成的，也很少有高校能够完成所有培养任务。如美国高校在二战后迎来了大量退伍军人入学，其中多数学生希望学得职业岗位所需的一技之长，加快了社区学院的发展。后来，这一创新举措并未因退伍军人“入学潮”的消退而消亡，却进一步促进了美国职业教育和成人教育的发展，优化了美国高等教育的结构，加快了其高等教育的普及化进程。

　　20世纪末，加州的一项调查发现，高校1/3的在校生都已获得学士学位，“回炉”的主要目的在于学习专业技术技能，以获得新的就业机会。产业的升级改造和新产业的发展，以及继续教育和成人教育的非传统类学生，都对工科教育提出了进一步的创新要求。

　　经济社会发展对当代工程师的属性(attributes)和能力都提出了更高要求，有的高校深感工科本科生在4年时间里，难以积累起作为一流工科专业人员所需的通用知识和专业技能，因而延长了学制。但对此也有不同意见，认为高校既要坚持质量至上(quality-obsessed)，也要考虑培养效率，本科4年学制是适宜的，有些专业技能应当通过在职培训，或者在研究生阶段开展。在实践中，不少高校尝试克服非此即彼、相互对立，在本科低年级阶段加强通识教育，而将工科专业技术教育的大部分内容推迟到本科高年级甚至研究生阶段，受到了一些学生和用人单位的欢迎，但也有质疑工科本科教育质量缩水和文凭贬值。同时，关于通识教育，也存在不同观点和做法，“表现为丰富多样性与差异化的特征”。

　　三、创新工科教育的思考

　　发展是第一要务，创新驱动是高质量发展的重要特征，就是要通过创新实现从外延式扩张转型为内涵式发展。新工科教育也应进一步创新理念和过程，更好地培养学生的创新能力和素质，这也是提高质量的应有之义。高校应仔细倾听社会的声音，紧跟工业革命的步伐，及时了解需求变化、学生期望和教职员工期盼，聚焦工科紧缺人才，找准位置、明确定位，分阶段统筹推进新三科建设。

　　(一)守正创新

　　“创新之道，唯在得人。得人之要，必广其途以储之。”我国仅用几十年时间，就走完了发达国家几百年走过的工业化历程，我国工科人才数量也已进入世界前列，数以千万计的各类工科人才为经济建设和工业发展作出了重要贡献。新时代、新理念、新格局，新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化的同步、并联和叠加发展，既给创新工科教育提出了新的要求，也为新工科教育带来了广阔的发展空间，提供了巨大的创新动力。同时，创新工科教育的过程也是提升质量的过程，高校职能延伸至以人才培养为中心，开展教学、科研和社会服务，也使得对于办学质量的认识突破了教学质量的局限性。上述关于美国工科教育的讨论主要还是基于教学质量的视角，如果再考虑科研质量和社会服务质量，创新因素会更多、过程更加复杂，质量标准也会更加多样。

　　我国工业化进程和发展阶段不同于美国，对于工科教育的需求也有很大差异，应坚持自主创新之路，自觉克服美国等西方国家工科教育的局限性。遵循高等教育的普遍规律和共性要求，符合经济社会需求和教育逻辑。在我国，任何一所高校都要加强党的全面领导、坚定社会主义办学方向、坚持立德树人，围绕“四个服务”和胸怀“国之大者”，为党育人、为国育才，这是必须坚守的根本所在。

　　同时，随着经济社会的复杂性、系统性、协同性不断增强，对于工科人才及其培养的需求更加多样。应坚持普遍性与特殊性相结合，统筹协调创新过程中各个阶段的工科教育、各种类型的高校和全体工科学生，聚焦新工科教育的创新特征和过程，使之更好地服务于新技术、新产品、新产业、新业态，更好地贡献于供给侧结构性改革和发展先进制造业，更好地与新工业革命相适应、相结合，更好地推动互联网、大数据、人工智能与实体经济融合。

　　(二)模式选择

　　一些文献在讨论美国大学的工科教育时，更多的是指研究型大学。尽管美国研究型大学引人注目，话语权也较大，但也只是工科教育中的一种类型，且占比不大，不能简单地搬来泛指所有美国高校，更不包括社区学院和传统文理学院。同样，一些文献更多的是针对本科教育，不能简单地将相关观点照搬和移植到专科及研究生教育。

　　在实践中，工科本科毕业生深造和就业会有多种选择，工科副学士与工科博士毕业后即使都走上工程师岗位，对于其科学知识和专业技能的层次和结构要求也并不一致。因此，质量标准应该是针对具体的对象而言的，不同的办学定位必然导致质量标准的差异，要具体情况具体分析、具体对待，不能用同一把尺子来衡量所有高校工科教育的质量。

　　每一所高校的学生类型、教师组成、办学条件、区域环境等，都会影响到其质量标准的制定和实施。因此，难以笼统地制定绝对的、整齐划一的质量标准。或者说，高校的类型和层次不同，其基础、实力、发展水平不同，在社会发展中的分工不同，对于人才培养的标准和目标不同，课程体系和培养过程不同，因而对于质量的要求也应有所不同，既要体现出与时俱进的阶段性发展特征，也应符合教育层次的阶段性培养特征；既要坚持质量观念和培养目标相统一，又要做到质量标准与办学定位的多样性。

　　因此，每一所实施工科教育的高校，都应按照国家需求和自身实际，在素质教育的框架之下，统筹协调专业技能与通用知识水平，破除惯性约束和路径依赖，科学确定自己的办学定位和模式。即使是同一所高校，学生的背景和职业规划也呈现出多样性，需要针对学生诉求和本校实际，编制更具弹性的培养方案，有针对性地开展课堂教学与实习实验，提供多种选择机会，以满足各类学生的实际需要，提高培养方案的达成度和完成质量。

　　如图4所示，高职院校和应用型本科高校的工科教育，可能更倾向于选择ABC组合，在保证一定通用知识水平的基础上，侧重于强化专业技术水平；研究型大学的工科本科教育，可能更倾向于选择CDE组合，夯实通用知识水平基础；而教学科研型高校的工科本科教育则可能介于二者之间，选择BCD组合，兼顾和平衡两个方面的要求。

　　(三)持续推进

　　在当代社会，工科教育服务经济社会、服务国家战略，已在实践层面促进了从精英高等教育阶段步入大众，乃至普及高等教育阶段，不仅要继续传授、发现和应用知识，还要进一步拓展知识的保存、更新和评价知识的功能。在充分认识工科教育多样性的同时，也应认识到，多样性进一步增加了创新的难度。工科教育是一个复杂的巨系统，某一方面的创新，可能会导致系统性问题的发生，或加剧其他方面的问题。而创新中发现和产生的问题，还是要通过创新来予以解决。

　　创新工科教育的实践是提高认识的基本源泉和动力，应把创新融入高校教学、科研和社会服务的全过程，积极主动地持续创新教学的内容、模式和方法，创新科研的平台、队伍和合作，创新社会服务的领域、形式和激励，并认真总结在创新实践中积累起来的丰富经验与素材，把实践上升到感性认识；再从中进一步提炼规律，深化对创新工科教育本质的认识，创新工科教育理论，实现从感性认识到理性认识的飞跃。然后，在创新理论指导下，完善创新工科教育的计划和方案，将理性认识放到实践中去应用和检验，推进工科教育的实践、理论、制度、文化等创新，促进创新工科教育成为中国特色高等教育的重要创新举措，培养更多的卓越工程师。

　　习近平总书记在清华大学考察时强调，“推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，加快培养紧缺人才。”应以创新为不竭动力，守正创新、勇于变革、自信自强、实事求是，在实践载体、制度安排、政策保障、环境营造上下工夫，不仅要更加充分地适应和满足对于工科人才的需求，而且要通过创新工科教育引领工业革命的新需求，增强辩证思维能力，以立为本、立破并举，系统谋划、综合施策，有效集成工科教育的“共性特征与个性特色”，破除在办学定位、组织、管理和评价等方面的惯性，在创新主体、创新基础、创新资源、创新环境等方面，增强工科教育体系的整体效能，构建中国特色的工科教育学科体系、学术体系和话语体系，提高国际影响力和竞争力，培养德智体美劳全面发展的国家急需工科人才。

　　【本文系国家自然科学基金委管理学部2020年第1期应急管理项目“新时代行业特色高校治理模式与创新发展研究”(72041014)的研究成果】

　　作　者

　　张　炜，西北工业大学党委书记，陕西西安　710072；中国高等教育学会副会长，北京　100191

　　来　源

　　《中国高教研究》2022年第1期专稿