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吴景深

本文作者为南方科技大学系统设计与智能制造学院(sdim)讲席教授、院长,工程材料与可靠性研究专家,国家高层次人才吴景深教授。

我们正处于一个充满动荡与变数的历史时期,以互联网为核心的新技术、新产品、和新业态在不断交织出时代发展的新格局[1]。而第四次工业革命的浪潮在推动各大高校进行传统教育改革的过程中,优秀的工程人才将为中国经济升级和转型发挥积极和驱动作用[2]。反观传统的教育模式,因其“重知识而轻方法”、“重应试而轻应用”、“重记忆而轻创新”等局限性,现已无法满足新时代产业发展的需求,因此,“新工科“教育应势而生,教育部早在2017年《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》就已提出了这一概念,给高等工程教育的改革和探索提供了一个全新的视角。目的正是为了加快培养和引领新一轮科技革命和产业变革的卓越工程科技人才,提升国家硬实力和竞争力。

纵观过去,当我们思考为什么会有“新工科”诞生的时候,其实每一次工业革命都在给我们一些提示。比如回顾第一次工业革命,机械工程正是在机器代替手工劳动的大环境下诞生;第二次工业革命,蒸汽机的使用催化了电气工程专业的形成;而第三次信息革命,计算机工程的诞生,正是那个时代的“新工科”。而当下,工业4.0环境所孕育的“新工科”教育,一方面指的是正是对传统工科进行的调整升级,旨在发展一批新兴工科专业,如人工智能、智能制造、机器人、云计算、物联网、新能源等以新经济、新产业为背景的专业;另一方面是对人才质量的标准进行了全面的提高,更加强调学科的实用性、交叉性与综合性,尤其是新技术与传统工业技术的紧密结合。其实我们可以很明显的看到,传统分隔的某个学科已无法颠覆我们的生活,只有多学科交叉融合形成的系统,才有可能颠覆和改变生活中的方方面面。以智能手机为例,我们无法将它归为某一学科的产物,而随着技术的发展,会出现越来越多颠覆我们生活的产品,可以是一个智能页面,也可以是一个机器人,甚至是很多未知的智能型产物,而“新工科”都将伴随市场的需求而不断完善。但唯一不变的规律是:人类所形成的认知、所接受的知识,永远都在变化。

对此,年轻的一代需要具备怎样的素养,才能跟得上这个时代的高速发展?中国工程院院士钟登华曾在《新工科建设的内涵与行动》研究中,综合了国际化人才发展趋势和我国战略部署规划提出:“未来的工程人才培养标准应该强调:家国情怀、创新创业、跨学科交叉融合、批判性思维、全球视野、自主终身学习、沟通与协商、工程领导力、环境和可持续发展、数字素养。”[3] 简单的来说,同学们在离开大学后,依旧能够保持终身学习的习惯、学习的热情,能够同时具备解决复杂问题的系统性思维和与社会相适应的创新型实践能力,两者缺一不可。

那么这样的能力,应该如何培养?这里我们以robomaster机器人主题假期营(以下简称rm假期营)为例,rm假期营是大疆面向全球顶尖高中生机器人爱好者打造的顶尖科研实践型学习平台。与传统的教学授课模式不同,rm假期营建立了以项目研发为主线,导师、助教为引导,结合机器人竞赛、技术答辩等内容,依据需要掌握的知识点设计项目,引导学生建立多学科交叉融合的知识体系,并让他们在项目制作过程中学习掌握并熟练运用理论知识,并在实践中去发现并解决问题,培养创新意识。比如,在2019年冬令营活动,营员需要制作一台半自动和一台全自动机器人,完成迷宫解密任务,这其中涉及到了计算机科学与技术、机械工程、产品设计等多方面的领域,除了营期大疆工程师设置的技术课程外,营员还需要主动利用互联网工具或者请教营期内的导师、助教,利用身边的一切资源,主动学习去掌握这些领域的相关知识,并在解决问题的过程中就能够将知识运用起来,以此来培养他们终身学习的认知,并逐渐掌握获取知识的系统方法。简单来说,rm假期营就是采用了先进的新工科教育模式,以学生为中心,进行项目引导式、产出导向式、持续改进式的学习。

这样的培养方案效果如何呢?笔者曾经多次受邀在假期营上授课讲座,向学生分享关于新工科人才的必备素质以及系统学习方法。在与营员们交流互动的过程中,笔者发现这些学生与同龄人相比,有着非常丰富的知识,高效的思维方式和做事方式,同时还有内在的驱动力,对信念极其执着,能够找到自己的兴趣点并一直探索、思考,并坚持下去。而这些特点都符合一个未来“新工科”人才的必备素质。可以说,大疆rm假期营成功打造了一个让学生们自由探索,发现兴趣,并把兴趣变为使命的一个平台。

从2013年至今,大疆rm假期营已经成功举办了9届(包括夏令营和冬令营), 形成了一套新工科人才培养体系,且能通过反复的强调专业素养和实践素养相融合的重要性,来进一步提升“新工科”人才的新标准,已在“新工科”人才培养上率先迈出了一大步。今年的rm夏令营将由大疆创新和南方科技大学系统设计与智能制造学院(sdim)联合举办,我们期望这次合作能够将高校和企业的经验相结合,根据当今对科技创新人才的培养需求,探索适合我国国情的新工科教育培养模式。

从上面rm假期营的案例我们可以得出,其实与传统工科在教育侧重点最大的不同是,新工科教育更注重获得知识的能力和实践精神。再以欧林(olin)工学院的办学经验为借鉴,在学生刚入学的那一天开始,他们第一时间就会接触到实际的社会工程问题,学校提倡学生先学会理解人的需求,价值观和痛点(机会),以及工程的社会作用,学会构思能改变人类的工程创新并且让其服务于人类,并以动手设计和制作为主、老师启发引导为辅的形式展开。学生通过接受人文、艺术、 社科与创业精神的训练,学会如何把这些知识应用到所有的工程课程中去。在大学的最后一年,学生用一半的时间完成毕业设计,而设计课题与产业或者市场需求紧密相关,这类实战经验让学生学会传统教育学不到的职业技能。言而总之,“新工科”的教育模式正驱动着传统教育的革新,校园不再是一座封闭的象牙塔,而是学生们与社会接轨的桥梁。

南方科技大学系统设计与智能制造学院(sdim)“1+3”人才培养方案:一年级学生打好基础,完成数学、编程、设计思维以及英语等基础课程的学习;二-四年级学生进入学院,开始新工科模式的学习。

其实rm假期营、欧林这样的办学方式为我们南科大系统设计与智能制造学院的“1+3”项目提供了很好的借鉴,我们在“新工科”的教育模式上正是以模块化、项目工具、团队学习为主要特点,摆脱传统的教学授课模式,根据学生特点“因材施教”,引导学生建立个性化知识体系。学生在工程项目制作当中,要求能够掌握并熟悉运用理论知识,并通过动手操作发现问题,解决问题,寻找创新思路。这样一来,学生在具备某一学科的专业能力的同时,能够注重“学科交叉融合” ,培养学生不仅可以运用所学知识解决现有问题,更能预见问题,具备技术及产业发展前瞻能力,成为对未来的产业和技术的发展起来主导作用、具有国际竞争力的高素质复合型工科人才。

到2030年,中国特色的新工科发展优势将逐步显现,服务创新驱动发展也显著增强[3]。新工科领域将层出不穷,新产业链、新价值链的形成将极大地提高人类应对生存危机挑战的能力。我们希望,无论是rm假期营、欧林工学院,还是sdim的“1+3”人才培养方案,都能在未来培养更多具有国际竞争力的创新型卓越工程人才,领军新产业技术的发展,创造新的产业链、价值链,为社会的可持续发展的注入更多能量。

引用:

[1]吴爱华, 侯永峰, 杨秋波, et al. 加快发展和建设新工科, 主动适应和引领新经济[j]. 高等工程教育研究, 2017(01):7-15.

[2]叶钟灵. 迎接4.0第四次工业革命[j]. 电子产品世界, 2015(1):3-6.

[3]钟登华. 新工科建设的内涵与行动[j]. 高等工程教育研究, 2017(03):7-12.

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