杨 冬 林 健

一、引 言

第四次工业革命正在重构全球科技创新版图，工程教育水平和工程人才质量成为一个国家决胜未来科技制高点的核心驱动力。为加速推进强国建设和民族复兴，党的二十大报告从战略高度系统部署和统筹推进科技、教育和人才三位一体发展，提出自主培育和造就一流科技领军人才与卓越工程师等尖端和紧缺人才队伍。[1]这是中国为适应由全球竞争格局多样化引发的世界之变、新科技革命促发的时代之变以及开启中国式现代化新征程的历史之变，主动在教育领域做出的重大制度设计和战略决策。工程教育作为高等教育的主体构成，工科专业数量和工科生存量现已超过高等教育总体量的三分之一，是经济建设、科技创新、产业升级和社会可持续发展的关键支撑，[2]在教育强国、科技强国和人才强国建设中居战略核心。推进工程教育模式创新和质量革命，既是当务之急，也是长远之策。[3]

人才培养是工程教育的根本使命。在“卓越计划”和“新工科”战略驱动下，中国已经建成全球最大规模、门类齐全和结构多元的工程教育体系，奠定构建中国特色、世界水平的工程教育模式的坚实基础。[4]12但是，工程师质量不高、“卡脖子”和核心关键科技人才缺口大[5]47、工程人才实践与创新能力不足、跨学科与通识素养不强[6]等短板问题依然突出。囿于传统工程教育模式的路径依赖，高校在工程人才目标定位与质量标准更新、课程体系优化、教与学方法变革、产教深度融合[4]13、学科专业交叉与实践平台建设[7]39等方面还存在挑战，致使工程人才供给和国家及社会需求的结构性不匹配的矛盾长期存在，难以为经济社会创新驱动发展和国家现代化建设提供高质量、复合型和引领型卓越工程人才支撑。面向新经济、新产业和新技术交叠的工业4.0时代，工程教育该如何构建卓越工程人才培养模式？

学界已有的关于工程人才培养模式的探讨整体分为国内实践分析和国际比较研究两种。前者主要分析不同院校工程人才培养模式的框架结构、设计逻辑和实施路径，如“两交叉四融合”产教协同培养模式[7]39、“跨学科多专业融合”模式[8]、“4I”模式[9]17、新工科3维6核模式[10]18等；抑或宏观地从培养理念、目标和方式[11]等方面以及从课程体系、教学方法、工程实践、企业实习与教师队伍[12]19-21等层面提出工程人才培养模式的革新方向和行动策略。后者侧重于探究欧美等国工程人才培养模式的类型、特征与差异，[13]以及聚焦院校层次对多案例高校工程教育及人才培养进行实践考察、异同比较和经验参考。[14]107这些研究具有重要的理论指导和实践启示，但是，它们对工程人才培养模式的范畴界定过于泛化，内容指涉大而全，重点不突出，分析碎片化，可操作性不强。同时，相关国际案例分析流于资料表象、经验陈述和共性总结，缺少对国情实际和工程教育制度及文化的差异观照，专门聚焦世界一流大学工程人才培养模式的典型个案探究甚是匮乏，难以提供精准适用和可行有效的思路借鉴。

工程人才培养模式在本质上指向“培养什么人”“用什么培养人”和“如何培养人”等根本问题。本研究通过借鉴钟秉林关于人才培养模式涵盖培养目标、内容、方式和条件在内的诸要素[15]之普遍定义，结合林健关于工程教育之“教育属性”与“工程特性”的本质界说[12]19，以及卓越工程人才培养的目标、方案、课程、教学与实践等要素论述[16]41，将工程人才培养模式解构和释义为由人才目标、组织机制、课程体系、教学范式和实践育人等核心要素集成的工程人才培养系统。当前，美国既是国际公认的工程教育大国和强国，也是工程教育改革转型和创新发展的全球引领者，工程师和科技人才培养质量居世界前列。为系统探究美国一流大学工程人才培养模式的基本样态及其特征，从中汲取卓越工程人才培养的实践做法和优秀经验以资借鉴，促进中国新时期卓越工程人才培养高质量发展，本研究基于以下原因选取以卓越工程教育享誉全球的普渡大学(Purdue University)为典型案例进行深度剖析。第一，普渡大学是美国最好的10所公立综合性、研究型大学之一，其工学院已有130余年历史，体系完备，特色突出，[17]被誉为“最具创新力的大学”[18]。第二，工程教育规模最大，工科专业布局广泛，实力强劲，是授予工科本科学位数最多的5所大学之一，工学院排名稳居美国前10。[19]该校先后培养出第一位登月宇航员——阿姆斯特朗(Neil A.Armstrong)、无线电广播之父——费森登(Reginald A.Fessenden)等世界级卓越工程师。第三，普渡大学位居全球十大工程教育改革领导者行列，以跨学科和“接近真实世界”的工程教育为特色，[20]15首创工程教育系和首开工程教育学博士项目以及社区服务工程计划等，注重外部社会参与和校企合作，[20]15是美国卓越工程师和科技人才的摇篮。因此，本文基于 “目标—机制—课程—教学—实践”五大要素为分析框架，深度解构普渡大学工程人才培养模式的卓越密码，有利于全面厘清美国一流大学工程教育何以实现工程人才目标与其组织机制、课程、教学和工程实践一体适配，可为中国高校自主构建卓越工程人才培养模式提供有益借鉴。

二、卓越模式：普渡大学工程人才培养的系统透视

普渡大学工学院现有494名教职员工，16，134名学生，毕业生超过100，000人，正加速向大规模卓越巅峰迈进。[21]作为工程教育强校，普渡大学在战略规划上追求卓越发展，坚持守正和创新相统一，构建了卓越目标、机制、课程、教学和实践一体化的卓越工程人才培养模式。

(一)卓越目标：培养服务国家与社会、面向全球和未来的工程师，为学生适应和领导工业界做好能力准备

人才目标在广义上是对“工程教育为谁服务”“社会需要何种工程人才”及“工程人才应具备什么标准”等问题的集中反映和具象表达，为工程教育教学提供实践引领和质量依据。[22]普渡大学工程教育目标定位兼备工具性和价值性，既平衡了政府、产业和社会的外部利益诉求，也统合了知识、能力与素质的内部人才质量三维图式。总体而言，该校致力于培养服务国家与社会需求及引领全球和未来发展的下一代工程师，提升学生在工程行业与职业市场的适应力和领导力。

一是接轨国家需求、引领全球工程创新与未来发展。工程教育兼具社会意义和本体意义，需要平衡外部社会需求驱动与大学内在发展间的张力，协调好政府、社会与大学在工程教育的优先次序和愿景使命[23]。普渡大学最初是一所赠地学院，这使得服务国家需求和社会发展的理念深深印刻在其工程教育中，致力于面向州政府和国家发展需求培养世界水平的一流工程师、技术人员和科技领导者。譬如，普渡大学的核工程专业定位于成为国家使命项目(National Mission Project)的领导者，通过核工程、科学和技术领域的前沿和创新研究扩大知识前沿，教育有道德的顶尖核工程师，培养全球核工程界的未来领导者，为全球的核工程界提供技术专长。[24]同时，《全球一流工程教育发展现状》(The Global State of the Art in Engineering Education)报告显示，普渡大学是世界公认的全球工程教育十大领导者之一，[23]该校特别注重通过技术创新来引领世界发展和未来变革，培养工程人才的科技竞争力和全球胜任力。譬如，电气和计算机工程专业旨在教育下一代工程师，探索基础知识及其应用，创新性地参与和应对具有社会影响的全球挑战，服务并领导印第安纳州、全美乃至全世界的电气和计算机工程。[25]这种强调服务国家战略利益与科技创新、促进社会经济发展和保持全球绝对领导力及未来竞争优势的高标定位，平衡了国家需求和引领世界、服务现实和未来创新两大关系，使得工科生能够适应和引领全美乃至世界工程行业产业的关键与尖端领域，站在科技创新和工程应用最前沿。

二是塑造工程专业认同和社会职业适应性。拥有一流工程技术人才的国家往往居于全球产业和经济链顶端，工程教育人才培养须与工程行业产业发展需求保持动态适应和协调平衡的关系。为工业界培养卓越工程师和科技人才是美国工程教育的主要任务。在美国，工程教育先后经历了基于实践的模式、基于科学理论的模式及平衡实践与理论的模式的变迁，改革重点在以理论还是实践为主之间反复变化，从而有效平衡工程科学和工程实践的关系。[26]受实用主义思潮和新工业革命驱动，普渡大学的工程教育秉持工程作为社会造物活动的本质理念，强调学用结合、面向工程实践、满足工业需求和服务社会发展，全方位提升工程人才的学科专业认同及其在复杂多变的全球经济社会中的技能、创造性、适应性和世界工程领导力，最终为工程行业产业和劳动力市场就业做好准备。譬如，该校的化学工程专业致力于教育学生从事化学工程实践，开展推进知识前沿的研究，并通过对产业界、行业界、科学界、政府和社区组织的引领和技术咨询来促进社会发展和提高专业水平。[27]这种从工程行业和工作世界需求侧设定的人才目标，突破了单一工程科学范式和知识导向的学术型人才培养局限，有利于引导学生将学习重心从注重工程学科理论体系构建和学位课程成绩获得转向工程职业社会化发展，消解工程教育的“逃离工科”质量症结，形成与工业产业适销对路的人才供需结构。

三是工程通用能力和专业能力并重。能力本位质量观是工程范式的产物，工程师培养的重点正从“知”维度转向“行”层面。普渡大学工程教育对标世界一流和国际互认，化工程知识为工程能力，现已通过国际通行公认的、最具权威性的美国工程与技术认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology)的学科专业认证。该校各工程专业的人才培养标准以工程专业认证规定和要求的工科生毕业质量标准为通用依据，并结合学校、院系的专业定位与特色进行差异化建构，重点培育学生应用工程科技理论识别并创新性提出和解决复杂工程问题的能力，培养学生的工程设计、领导合作、有效沟通、实验开展和工程伦理等多元复合能力，进而造就能够胜任工程行业、具有突出技术实操与实践能力及国际竞争力的卓越工程人才。譬如，机械工程专业专注于培养以负责任、专业和道德的方式行事的毕业生(公民)，使其能够在专业实践、专业发展和专业拓展方面实现预期目标，并将工程技术创新和应用技能以及问题解决能力广泛延伸到工业界和社会各个领域。其中，毕业生所要达成的能力结果包括：应用工程、科学和数学原理识别、制定和解决复杂工程问题的能力；应用工程设计来生产满足特定需求的解决方案的能力；开发和进行适当的实验、分析和解释数据，并使用工程判断得出结论的能力等7项能力。[28]这种能力导向的工程人才目标，突出工程的实践性和应用性本质，与世界工程教育变革同频共振、一致适配。

(二)卓越机制：依托工学院建制和项目制，贯通大类通识教育、专业教育和跨学科教育

学科是高度综合化、结构化和制度化的人才培养组织单位。现代科学和工程技术的创新发展越来越依赖多学科交叉融合，不同学科的理论、方法和技术的交叉渗透正发生在众多工程领域。普渡大学的工程学科组织建制和专业布局以大工程观为主导，通过组建整合各个工科专业的工学院，辅以项目制方式，实现大类通识教育、专业教育和跨学科教育一体运行。

一是依托第一年工程项目(First-Year Engineering Program)的大类通识教育。工程教育统一隶属于工学院，下设航空和航天工程、电气和计算机工程、工程教育、机械工程与核工程等13个院系。其中，该校的工程教育系是全美首创，承担工学院的工程大类通识教育和跨学科教育。与其他高校不同，普渡大学第一学年并不进行专业划分，全部工科生都要进入第一年工程项目学习，统一接受数理基础、工程科技、人文艺术和创新创业等工程通识教育，完成规定的课程学分与成绩考核评价才能通过“过渡到专业”(transition to major)分流至专业教育阶段。整体上，第一年工程教育是大工程观教育的体现，由普渡大学最先创立和实践。它通过工程通识教育打破院系分割和专业壁垒，引导学生理解和探索工程及工程师，激发工程学习兴趣，形成工程系统创新思维，拓展工程教育基础，并为工程专业方向选择做好过渡准备。这种大类培养形式在避免过早专业化教育的同时，也为后续工程专业教育的实施奠定通识基础，构成工程人才培养的“基座”。

二是进阶式、个性化和成果导向的工程专业教育。专业教育的实施过程是开放弹性的，由各工科院系自主完成，每个工程专业涵盖多个专业方向，为学生定制柔性化、进阶性和个性化的人才培养方案，最终产出工程类技术、设计、项目与产品等成果。通常，普渡大学采用“一个基础方案+多个出口”[20]18原则，鼓励学生在院系专业顾问一对一指导下，根据工程兴趣、个性特长、学习需求及职业目标选择专业和课程。例如，航空航天工程专业要求学生在大二时奠定工程基础，包括静力学、动力学、热力学及飞机和航天器设计介绍等的学习。在大三，学生需要学习空气动力学、结构和控制系统等专业核心课程内容。进入高年级后，学生与学术顾问协商选择空气动力学、航空航天系统设计、天体动力学和空间应用、自动化和控制力、推进力、结构和材料等专业领域，交付一个基于团队、整合技术学科并形成航空航天系统初步设计的高级设计项目成果。[29]期间，学生享有学习自由权和专业选择权，可在学位目标变更政策允许且符合平均学分绩点、课程类型、科目结构及相应专业课程学分等专业条款和互认标准下变更专业。[30]在这种模式下，普渡大学的工程人才培养坚持“一人一方案”，学生学习的因材施教、多元性和灵活性得以实现。同时，专业教育注重基础理论和实践应用相结合，基于特定工程问题、技术设计、产品系统及项目成果进行多学科知识的创新集成与贯通应用，最终系统提升解决真实和复杂工程实践问题的综合思维、素养与能力。总体上，以成果产出为导向的专业教育进阶体系设计和个性化实施，与新时期工程教育强调回归工程、系统集成及实践应用的目标需求一致。

三是制度化和项目化的多模态跨学科工程教育。跨学科教育是专业教育的拓展和深化，旨在淡化学科专业边界，拓宽工程学习口径，培养学生认识和解决复杂工程、多学科工程问题的跨界视野、思维和能力。工学院涵盖两种跨学科教育模式。一种是独立形态、制度化的学位教育模式，由工程教育系实施，包括跨学科工程研究和多学科工程两种。前者面向想接受工程教育但不从事工程实践的学生，满足其在工程和多学科间的跨学科工作需求。比如，医学工程预科研究为研究生工程学习和医学博士(课程包括工程、生物学、化学、解剖学和生理学方向)职业做准备。[31]后者是涉及多个学科专业实践的工程教育，共有声学工程、教育工程、通用工程和纳米工程等9个新专业。比如，通用工程专业定位于工程思维与技能结合，毕业生能够胜任任何行业和公司的工作，在生产工程、技术销售、运营管理、制造工程及供应链等环节承担重要角色。[32]

另一种是嵌入跨学科工程实践的项目化模式，如顶石项目(Capstone Project)、社区服务工程项目(Engineering Projects in Community Service)、专业实践项目(Professional Practice Program)、垂直整合项目(Vertically Integrated Projects)、全球工程与合作伙伴关系项目(Global Engineering Programs and Partnerships)、创新与领导力研究项目(Innovation and Leadership Studies)、创新+X项目(Innovation+X)等。[33]这些项目皆对标工程实践，涉及多个学科专业领域，以工程实际问题为主轴，大多来自需求端，用以支持和服务企业发展、社区实践、某个竞赛以及课程教学实践和体验等，最终指向工程理论应用、实际问题解决和创新创业，提升学生综合运用多学科工程知识、以跨学科视角和思维解决工程现实问题的跨学科认知力和行动力。

总的来看，独立学位模式和项目嵌套模式是普渡大学跨学科工程教育在组织机制上的创新设计和特色改革，为学生跨学科工程学习和工程跨界交叉实践提供了制度化支撑和平台保障。它打破了传统单一工科院系和单一工程专业主导的培养模式，已发展为工程跨学科知识与技能习得、系统工程意识与思维养成和工程综合实践能力培育的重要途径，符合现代和未来工程技术的多学科交叉融合变革趋势以及复合型创新型工程人才培养战略需求。

(三)卓越课程：通专并重，实验、技术和实践课程占比大，凸显文理工多学科交叉特征

课程是工程教育的重要载体，课程体系建设的科学性与合理性直接决定工程人才培养质量。工业4.0时代的工程技术发展和工程教育活动范围愈加广泛，将在融合基础学科、工程学科及人文社科的基础上，更加注重工程人才培养的通专融合、交叉跨界、实践创新与综合集成。[10]14以核工程专业为例，[34]普渡大学本科学位课程体系呈现贯通性、层次性、实践性和融合性4大设计理念，涵盖了5种课程：第一年工程课程；大学核心课程；数学、科学与机械工程课程；核工程核心课程；技术选修课程。[35]

一是贯通性。工程通识课程与专业课程有机衔接和系统互构。为应对未来科学技术、工业产业和经济社会变革，工程师要兼备工具技术理性与价值理性，不断涵养工程科技专业能力、人文社会关怀和伦理道德规范等一体化的素质。普渡大学工程人才培养坚持“通专融合”“先通后专”的逻辑，核工程课程体系由通识课程和专业课程两大模块构成。其中，通识课程涵盖大学核心课程和工学院第一年工程课程两大类：前者侧重于人作为社会个体发展所需的通用知识和能力的塑造，包括人类文化、信息素养、定量推理、书面沟通等12学分的课程内容；后者侧重于工程领域的通用知识和能力，包括工程、数学、化学、物理与创新创业等不少于29学分的主干课程。专业课程建立在第一年工程通识课程的基础上，具体包括专业基础、专业核心和专业实验/实践课程等不同模块，学分占比基本持平。这种课程设置在工程基础知识与专深知识、工程理论与实践、工程科学与技术应用间形成耦合平衡，成为卓越工程人才的培养基和催化器。

二是层次性。核工程课程以4年学制及其工程任务重心为轴纵向进阶式分布。工程教育既高度专业化，又高度综合化，工程学习需要一个由易到难、由简单到复杂、由基础到综合的螺旋式递变。核工程专业学位课程从大一到大四大体是均衡布局的，避免了课程量过度集中抑或分散的两极化。同时，工程课程编排遵循全周期工程教育理念进行结构化和梯度化设计，根据不同课程在工程人才培养中的功能定位及其重要度、难易度等，构建了表征工程基础—核心—实践、初阶—中阶—高阶等纵向进阶式课程链。譬如，研讨课分二年级、中级、高级3个层次渐进实施；工程通识课程和技术选修课程按照类别差异和内容层级分成4个层次开展；工程专业课程由数理基础课程向核工程核心课程以及实验、高级设计项目等综合课程深入延伸和拓展，从而打通工程理论与实践。可见，工程课程并非杂乱无序的，而是以特定的编制结构、层级和顺序，将不同类别课程均衡分布在各学段。

三是实践性。工程专业实验、技术与实践类课程占比大。工程教育不仅基于自然科学理论和技术原理，还要经过工程训练和实践验证。[5]47如核工程人才培养总体遵循构思—设计—实现—运作理念框架，注重学做贯通，开发出本科生实验室、核材料实验室、核热液实验室、高级设计项目、核工程设计和技术选修等29学分的实验实践类课程。规模化的实践性课程供给保障了学生在大量的工程实验学习、技术开发和实践活动中体验工程科技知识生产、系统设计、产品创新、项目实施和技能训练，进而集成工程技术应用全过程的设计、实施、运作、建造和生产等复合能力。另外，这些课程并非集中在某一学期完成，而是遍布工程教育全过程和各阶段，与基础科学理论和工程技术专业知识学习相辅相成，成为促进工程基础与核心理论知识体系理解、探究、应用以及培养高阶工程思维、系统创新意识与综合实践能力的强力支撑。

四是融合性。核工程课程非“纯工科”性质，多学科交叉化、项目化和综合化特征显著。工程技术内在地具有学科交叉与集成特性，传统单一学科在重大工程问题解决和核心科技领域突破上愈显局限，工程领域范围已从单一技术范畴延伸至由科学、技术、社会、文化与人文等众多领域相互嵌套和集成的复杂系统。如核工程专业课程体系立足工程本位和系统逻辑，不仅注重拓宽学科交叉的广度，覆盖科学、技术、数学、信息、物理、生物、人文和社会等不同学科群落的课程内容，而且通过设置面向工程实际问题、工程技术实操、复杂工程实践的工程研讨、工程设计、工程高级项目和工程创新创业等多元项目化与综合化课程，进一步强化其交叉深度和育人效度。这种融合性课程设计，能够拓展工程基础和跨学科素质，培养利用多学科原理、技术和方法解决现代工程问题的综合能力。

(四)卓越教学：践行学生中心的“教—学—研”相统一的工程教学范式

教学是工程人才培养的中枢渠道，以学生为中心的教学构成工程专业认证与工程教育质量保障和持续改进的基本原则。普渡大学践行以学生为中心的新型工程教学范式，通过构建“教—学—研”相统一的工程教学链，创造了极具价值的高质量教学和学习活动。

首先是教学转型，变经典讲授型为基于研讨、问题、案例和合作等的多元创新教学。工程教育的回归工程人才培养理念，意味着打破传统理科化工程教学惯性，用学生中心颠覆教师中心，重构指向工程能力培育的卓越教学。为此，普渡大学发起学术课程转型计划(Instruction Matters：Purdue Academic Course Transformation)。该计划具有作为制度性的教师发展计划和作为战略性的学院组织转型计划双重属性[36]，旨在创新课程教学形式和实践活动设计，撬动工程教学方式方法变革，探索合作式和研究性教学实践，创造学生中心教学环境，以使校园文化回归以学生为中心的教学。[37]最终，用于团队合作和小组讨论的教学空间得以重构，大多数课程教学坚持工程问题、情境与实践导向，实现从大规模、程式化的单一讲授式模式向师生双边交互型的合作研讨式、专题探究式、案例分析式、沉浸体验式及项目实践式教学转型，以学生为中心的工程教学成为常态。数据显示，81%的本科生高度评价课程以学生为中心，教学满意度、学生参与度均显著提高，退课率大幅下降，如机械工程课程的退课率从30%降到11%。[38]

其次是学习重构，从被动接受式学习转向自主参与式学习。学生中心主张培育终身可持续的工程学习力，强调工程学习的自主性、创造性和挑战性。一方面，大力打造工程学习共同体。普渡大学坚持从学生发展和需求的逻辑设计和实施工程教学活动，引导学生根据不同的课程类型、教学内容和组织形式进行挑战性学习、研究性学习、合作式学习、实践性学习、项目化学习和跨学科学习。为此，学校高度重视学习专业化服务和资源支持，夯实学生深度开展工程学习和实践的综合素质与能力基础，助力工程学习成功和学习能力提升。如学术成功中心发起学生成功计划，具体包括：其一，补充指导，即以同伴主导的小组互动式学习方式批判性地思考挑战性课程内容，帮助学生应用概念并掌握可迁移学习技能；其二，同伴成功辅导，即同伴领导者与学生一对一合作研发学习策略、技能和解决方案；其三，工作坊，即培训学生掌握时间管理、智能学习与小组学习等技能。[39]这些举措的重点放在如何学习专业知识的过程性策略和技能，有力地促进了学生自主有效学习及其效能感提升。

另一方面，借助新兴技术驱动学习方式变革。普渡大学正在建设面向未来的规模卓越工程项目，定位于打造世界上在虚拟-物理工程界面最好的工学院。具体而言，普渡大学依托数字技术重构虚拟-物理工程教育教学环境与资源，利用信息技术优化升级工程实验场所、实践基地与训练平台，以保障工程学习场域和空间可扩展，提供开放化、多样化、创新性且支持大规模、最高学术标准的学习选择，帮助学生模拟仿真工程或体验真实工程并过渡到工作世界。[40]工程教育教学利用新兴技术工具、信息平台、网络手段和数字资源，通过线上与线下、虚拟与现实融合的方式再造工程学习模式。例如，运用信息和网络技术开发和应用“我的普渡”(MyPurdue)、云学习空间系统(Brightspace)、云视频通讯(Zoom Video Communications)、学生网讯(WebEx Student)和影像演示(Video Express)[41]等教学应用软件系统、平台和工具，用来支持慕课、翻转课堂、在线直播课堂、在线互动教学、线上线下混合教学和沉浸式体验教学等新兴工程教和学方式的有效实施，[20]23实现以技术为中介的课前自主学习—课上合作研讨—课后精准辅导的多元、高效与一体互动。

最后是研以致用，在研究中集成复杂工程能力。工程是科学与技术的集成，系统专门的科学技术理论和工程问题研究，是深化工程认识和应用的有效方式。普渡大学除了在课程教学环节引入研究性学习进行工程自主探究和创新外，还专项实施本科生科研项目引导学生体验正式课堂活动外的工程过程及其变化。工程领域的本科生科研面向工科专业和其他科学、数学与技术学科，如生物医学工程、化学工程、工业工程和工程教育等。本科生在教职员工和导师指导下进行跨学科、跨专业、团队式研究，通过现实和具体工程情境应用课堂理论、方法和技术，强化工程应用体验、自主学习、探究实践及其创新成果产出，最终系统集成工程复杂能力、学术研究能力和其他职业技能，推动知识创新和社会进步。[42]该校的本科生科研项目来源广泛，涵盖校内和校外、学期中和夏季学期、学分和非学分、大学和工业界、国内和国际多个渠道和多种类型，项目数量截至2021年底有1，014个，涉及大数据/机器学习、生物模拟与技术、复合材料与合金、计算机体系结构、能源与环境、制造与机器人、材料加工与合成、纳米技术等多个领域。[43]这些项目多数源于各个工科院系的研究领域与方向，是对工程理论课程教学的延伸与拓展，本科生通常在院系顾问、课程讲师和助教等指导下自主申请进入实验室和课题组。科研创新活动成为提升工科生的工程问题意识、批判性思维、创新素质、科学研究方法应用技能及工程开发、设计与创造能力的必备途径。数据证实，参与科研的学生毕业可能性提高2倍，攻读研究生的可能性提高5倍，拥有更成功的职业生涯。[44]

(五)卓越实践：对接和适应社会需求，以多方协同参与和工学合作项目驱动“知行合一”

工程直接面向工业生产、经济需求和社会实践应用，更多在真实的工程场域和问题情境中进行。整合内外各方利益主体及资源，加强工程实践，是国际工程教育改革的通行做法。普渡大学坚持开放办学和合作教育理念，并不局限于高校单一主体、工学院内部和传统课堂场域，通过疏通政府、企业和社会等利益相关者合作机制，实现工程教育多方实践资源和优势集聚并形成目标合力，保障工程人才之于工业界、行业市场、企业及社会和国家需求的适应性。

第一，主动跨越学术界限，深化多方协同育人。工程教育以赋能工业、发展产业与服务社会为价值内核。普渡大学致力于建成美国规模最大、质量最好的工学院，通过合作教育加强工程人才培养，面向真实工程实践。一方面，学校主动与政府、行业协会、产业部门、企业和社区组织等多方利益群体建立合作关系，引入外部社会力量全程动态参与工程人才培养实践，如工科专业人才目标规格与质量标准研制、工科人才培养课程体系与教学内容设计方案调整、跨工程学科专业研究与工程实践教学动态实施等。[20]15另一方面，整合相关工业界力量，合作开发和拓展实践资源与形式，共建实践平台和机会，创设多种工程体验式学习通道，如产业合作、企业实习、项目研究、工作实践、技能培训、社区服务和创业支持等。[45]这些方式可有效提升政产学研企等各方主体协同育人的积极性、广度和深度，打破工程教育长期局限在学校内部空间和学术情境维度，形成课内外、校内外、理论与实践相联通的工程育人机制，为高质量履行社会责任和服务社会需求提供保障。

第二，基于“做中学”和合作项目强化工程实践。工程源于生产实践的本质决定了工程学习不能坐而论道，“知行合一”和“学做结合”是工程人才培养的内在要求。专业实践办公室大力推进工学结合，实行合作教育计划。这种合作模式是工程项目驱动的，以合作方式提供工程实习、训练和社区服务等多类实践项目，通过课程作业、动手实践学习和技能培训提升工科学生的工程能力和职业竞争力。例如，技术开发项目(Technical Development)提供编程、3D打印和智能手表设计等实践学习体验。工程专业经验项目(Professional Experience)与政府、公司等400多家单位合作，交替进入课堂教学，提供全职工作经验、实习和研究项目。全球经验项目(Global Experience)与全球工程教育和研究联盟联合(Global Engineering Alliance for Research and Education)提供国际工作经验。全球专业技能项目(Global Professional Skills)让学生合作设计和解决全球工程问题。[46]社区服务项目对标人类社会和全球社区需求，基于跨学科团队合作全程参与解决现实工程问题，最终获得支持工程可持续发展的项目识别、设计、构建、测试、团队管理能力以及领导能力、实践能力、创新创业能力等。[47]顶石项目针对大中型企业发展和经营中的真实需求和实际问题，让学生以多学科团队、课程学习和合作的方式进行对接，为企业提供工程领域具体环节或流程的完整解决方案。[48]此外，普渡大学工学院正在与特斯拉(Tesla)、苹果(Apple)、罗氏(Roche)和康明斯(Cummins)等世界一流企业开发“边工作边学习”的实践教育新模式。学生可在参与校企合作体验的同时在线学习课程，并在公司导师和校内导师联合指导下完成相关工程项目，最终通过完成为期一年的全职工作实践而获得合作证书。[49]总之，这些专业实践的共同点是面向真实的工程实践与社会需求，通过具体工程情境、问题和实践对工程知识加以综合理解、验证和应用，实现工程专业知识和工程实践、行业需求的耦合集成，提升工程人才解决工程问题的积极性、创造性以及动态适应社会变化和不同类型工程职业的复合能力。

三、走向卓越：中国工程人才培养模式的创新理路

工程、科技与人才已成为国家硬实力的决定性因素，是社会创新与可持续发展的引擎。中国工程教育正处在由大变强、范式转型与高质量发展的攻坚区，亟待构建卓越工程人才培养模式。普渡大学的五大卓越密码，对中国自主培养卓越工程人才，促进科技链、产业链、教育链和人才链互嵌集成，建立世界人才中心和科技创新高地具有借鉴意义。

(一)高位对标需求，培养复合能力导向的创新型工程人才

工业革命使大学由象牙塔演化为科学、技术与工程创新中心和孵化重镇。工科的应用性决定了工程人才培养要充分结合国家、社会、区域、产业及行业市场需求。[50]普渡大学通过统合内外需求实现工程人才培养价值和工具理性的统一，定位于工程师和科技人才服务国家利益及政府战略诉求，引领全球当下和未来工程产业行业，培育面向工程实际的多元复合能力，最终形成工程人才供需稳态。当前，中国工程教育的不适应性问题比较突出，人才培养目标存在过度工具化、专业化和知识化倾向，工程人才的领导力、实践力和创新力普遍不强。为此，亟待重塑工程人才培养目标，进一步平衡“政治论”和“认识论”取向，推进人才培养目标向高位化、创新化和复合化方向转型。

其一，高位对标需求，供给面向国内、国际和未来高精尖工程科技领域的引领型卓越工程师。工程教育是新时代强国建设的生力军。高校要结合自主培养卓越工程师和拔尖创新人才等国家战略需求，从适应和引领世界工程及未来尖端性、颠覆性和前沿性科技创新，服务国家核心利益与科技战略实施的高度，统筹好工程教育的世界一流和中国特色的关系。在此基础上，进一步科学研制不同类型与结构的工程人才目标及质量标准，定位于产出具有全球格局与视野、领导人类命运共同体建设、堪当强国建设与民族复兴大任的卓越工程师[16]41。

其二，工程创新驱动，自主培养服务社会发展的一流创新型工程人才。创新是工程教育改革和发展的源动力。工程人才培养目标既要主动适应新形势、新产业、新经济和新技术变革，也要对接工程行业产业和职业市场人才需求的新变化，全面塑造学生的工程创新精神、思维和意识及工程设计、开发、生产与实践等综合素质，以保障工程人才在大变革时代和不确定的社会中进行工程可持续创新。

其三，回归工程本位，增强工程人才的多元复合能力。新时期工程教育人才培养应遵循回归工程的逻辑和轨迹，突破过度科学化路径依赖，从根本上走出偏重理论知识弱化工程实践的困境[9]15。高校要从工程作为一项复杂系统实践活动出发，大力培育工科生面向工程实际的理论应用能力、研发设计能力、组织与领导能力、学习与沟通能力、动手实践能力、创新创业创造能力、多学科创新思维与科技伦理等核心能力，以造就善于发现、提出和解决复杂工程问题及能够综合开展系统工程项目、产品和技术等设计和实践的卓越工程人才。

(二)推进学科交叉，以大工程观整合“通专跨”一体化机制

学科相互交叉与综合集成是工程科技创新的内生动力，人类社会在工程科技上取得的重大理论创新和核心技术突破多在学科交叉融合机制下形成。目前，科学、技术、工程与人文社科的交叉创新呈指数增势，学科发展正从单一形态、独立分化格局走向跨学科集成、多学科综合，通过多学科交叉融合生成学科新增长点和人才培养新动能是未来工程教育的趋势。普渡大学遵循大工程观、通专融合和学科交叉理念创新工程教育组织机制，保障了工程人才培养能够胜任不同工程领域及各行各业。然而，中国工程教育仍主要实行院系制，以单一学科专业为主导，[14]107这种组织机制设计使工程人才培养过度专业化，难以适应新技术和新产业的工程人才需求。未来高校必须开放学科边界，打破专业壁垒，以跨/多学科交叉为基点整合工程教育组织架构，在“通专跨”一体化框架下培育卓越工程人才。

首先，优化工程学科专业结构布局，整合工程相近、相邻或大类学科专业，通过学部制、书院制、大工学院制、项目制或学科集群等组织形式加强工程通识教育，塑造工程学科认同、系统工程思维、工程核心素养及通用知识体系和能力结构。

其次，改革专业教育体系，纵深实施成果导向的人才培养模式。一方面，高校要优化工程专业人才培养方案，引导工科生培养和学习从过度注重学术知识传授和理论体系构建，进一步向突出工程实践应用及工程项目、方案、技术和产品等的系统设计与成果实物产出转型。另一方面，高校应促进工程专业内容体系的科学精准设计与柔性化、进阶化实施，在赋予学生专业选择与变更权利和学习自由的同时，不断强化工程人才的个性化培养，根据学生的不同学业需求、个性特质、学习实际和职业规划进行专业方案的个性化研制与差异化实施，以走出工业时代同质化和单向度的“工具人”培养困局。

最后，扩大跨学科工程教育供给，推进传统工科、新生工科或新兴工科专业以及工科与其他多学科的交叉融合。高校可通过增设跨学科工程教育中心与平台、专门学位项目、工程实践项目等不同形式，开放跨学科课程学习、专题研讨、合作研究和实践活动等参与渠道、权限及学业成果认证方式，培养学生的工程多学科素养与跨界创新能力。

(三)重组课程模块，指向工程核心的贯通式课程体系

工程教育正从技术范式、科学范式向工程范式跃迁。进入工业4.0时代，工程的互联、集成、创新和智能特征愈加不可逆，致使工程内容、形式和组织结构等底层逻辑产生重大变化，[51]57工程活动的复杂程度不断提升。课程作为工程人才培养的载体，须顺势实现模块重组和体系优化，它直接攸关工程教育转型成败。普渡大学通过构建工程本位的通专融合式、模块化课程体系，实现了工程人才培养的理论与实践、基础与应用、单学科与多学科的融合交互。借鉴其有益经验，中国大学应发力工程课程改革与体系建设，从根本上解决课程门类繁多、结构失衡与实践偏少等工程教育堵点。

其一，开足开齐工程大类通识课程。时下工程技术呈高度综合趋势，与理科、医科、人文社科和其他学科的边界愈发模糊，交叉合作愈发密切。高校需要从科学技术、数字信息、人文社会、哲学伦理与写作交流等人的内在素质范畴，整合和开发通识核心课程。同时，结合现代与未来工程的系统性、复杂性与集成性，整合工科师资与课程团队力量，注重包括数学、物理、信息技术、生物与科技伦理等在内的大工程类基础与通用课程建设，以使学生在大类教育中认识工程、工程师及工程行业与职业，储备工程通用知识及发展可迁移素养与能力。

其二，分类整合工程专业核心课程。工程人才培养应遵循工程本位，改变专业课程建设逻辑，从注重课程数量与内容的“大而全、广而泛”向“小而精、少而优”转型。具体而言，高校要以工程专业核心课程为主轴，根据核心专业知识体系和工程能力结构系统规划和精准设置课程体系，构建由专业基础类课程、专业主干类课程和专业实践应用类课程构成的模块化专业课程框架，实现工程课程综合化、专深化与实用化的相得益彰。

其三，推进工程课程横纵双链贯通，增强课程的交叉性、项目化与挑战性。高校可从两方面着手对课程体系加以优化。在横向上，按照通识和专业课程总体架构，结合社会需求和职业分工，对标工程情境、问题和实践，拓展建设工程问题研讨类、实验教学类、项目设计类、综合实践类与技术实操类等多元交叉课程；在纵向上，根据工程人才成长规律和专业课程难度与深度，均衡地将不同类型与梯次的课程嵌套在各学段，形成课程最优结构和实现育人最佳效能。

(四)实施创新教学，引入新兴技术变革工程教与学范式

以学生为中心的教学变革是工程人才培养质量保障的关键。如今，数字智能技术作为颠覆性力量深度嵌入工程教育，[52]为工程教学模式从“教”向“学”转型赋能。构建学生中心的工程教学新范式，成为未来与技术协同共生的学习型社会的基本趋向。普渡大学通过实施教、学、研相统一的工程教学，引导工科生学会学习，形成终身可持续发展力，在全校铸造了以学生为中心的工程教育文化。而中国的工程教学长期处于一种教研分离和师讲生听样态，理论知识灌输多而自主探究实践少[51]54，学生学习的主动性和创造性十分有限。这种“理科化”倾向、被动式知识讲授传授模式阻滞了工程探究创新和实践应用能力的培养。因此，工程教育亟需以学生中心理念推进教学创新。

首先，构建工程教学共同体，发展师生平等合作关系。高校要改变教师单一的工程知识专业权威角色定位，使学生同步从被动的知识接受者转为创造性的探究者、合作者与建构者，通过教与学互促革新工程理论讲授和知识学习模式，转向基于工程问题、案例、情境、项目和实践的合作探究与学做贯通新型模态，最终以多元创新教学驱动工程综合体验、深度参与及学习驱动力提升和成果产出。

其次，引入和应用新兴信息与数字智能技术，实现工程教学的智能化和智慧化转型。高校要借助互联网、大数据、知识图谱、虚拟现实与人工智能等新技术手段和智能平台工具，重构智慧工程教和学空间、环境、资源、场景与方式，[53]深入推进翻转课堂、线上教学、混合式教学、人机互动式教学、虚拟仿真实验教学、异步自主学习和个性化智适应学习等教学新形态的生成和实施，提升工程教和学的临场性、生动性、挑战性和智能性。

最后，强化研以促学和研以致用。高校在普及研究性教和学方式的同时，支持学生结合工程专业和学习兴趣，自主参与实验室课题、工程项目设计、跨学科合作研究与独立或团队研究等科研创新活动，从而在工程技术的知识及其生产过程的探究和实践中增强工程的系统理解和应用，实现工程设计、研发、创造和跨界合作等能力集成。

(五)强化工程实践，政产学研企协同融合催生工程行动

工程是应用科学技术理论与手段生产满足人类社会发展需求的人造物的实践活动，工程人才直接服务于工业界、产业行业、社会经济及职业市场需求。普渡大学工程实践教育的精髓在于工程训练和实践学习贯穿人才培养全过程，既通过研讨课、实验课、技术课和设计课等实践课程内化工程理论，也基于多方协同育人机制和工学合作实习实践项目深化工程实践能力与技术实操训练。针对中国工程教育目前存在的重理论轻实践、重校内轻校外与校企合作渠道不畅通、积极性不高及成效不足等现象，未来构建卓越工程人才培养模式须强化工程实践和政产学研企协同育人，这是提升工程人才理论应用力、实践行动力和社会适应力的关键。

首先，积极引入社会力量参与工程人才培养。高校须主动与政府、企业、行业协会和科研机构等共建工程合作育人关系，[16]48从外部大力寻求政策法规、基地平台、技术设备及兼职教师等社会资源和教学条件的支持。在此基础上，紧密结合国家战略、政府需求、产业形态与市场结构进行工程科技人才培养模式优化和体系调整，并通过有组织的与企业、公司和科研组织协同开展卡脖子工程技术攻关、重大工程理论创新、前沿尖端工程技术与项目研发等，进一步反哺工程实践育人。

其次，深化工程实践训练基地建设。高校要根据不同工程专业人才培养需求和工程实践特色，扩大实验室、工程实训中心和创新创业基地等供给。同时，应用数字化和智能制造技术改造和升级工程实践教学环境、设备和平台，打造虚实一体、时空交汇、内外贯通的智能化工程教学、科研、学习、实验、实训和技术孵化基地，支撑工程理论和实践教学的一体化、高质量实施。

最后，加大工程实践教育比例，创新工程实践类型和形式。一方面，增设工程教学体验、产品设计、技术研发、工程见习、企业实习、创新创业与社区服务等不同实践项目和跨学科合作学习活动，通过“做中学”深化工程认知与体验及提升解决复杂工程问题的实践能力。另一方面，打破传统固定时间的毕业实习或毕业设计方式，根据工程实际应用和社会实践需求，弹性结合不同学段和线上线下多元途径，探索并实践“边工作边学习”模式，培养具有突出技术创新和实践能力的卓越工程人才。□