黄廷祝??黄艳??向桂君

摘 要：破解工程教育改革在不同情境下的“大规模适用性”难题，真正有效实施惠及全体学生的系统性、整体性、全覆盖工程教育改革，是新工科建设再深化、再拓展、再突破、再出发的关键。本文以“始于新生、贯通四年、覆盖全体”为原则，以新工科建设“成电方案”为例，提供一套面向未来的具有大规模适用性的新工科课程体系，使其可复制、可推广、可拓展，探索形成工程教育的新模式、新文化。

关键词：工程教育;新工科;课程体系;成电方案;大规模适用性

新工科建设是一项复杂的系统工程，涉及人才培养的各种要素、各个阶段和各项环节，经过深入的探索与实践，已从“轰轰烈烈”的理念倡导和顶层设计走向“扎扎实实”的推进落实和质量提升阶段。纵观当前的高等工程教育改革趋势，世界范围内实质等效的新工科建设也在蓬勃开展。例如，麻省理工学院的新工程教育转型计划（NEET）以项目为中心、采用项目串编、面向新机器和新系统人才需求开展的新工程教育改革，在工程教育理念、内容及方法等方面较现有体系产生了颠覆性变化;欧林工学院重新定义“工程”“工程教育”场景，以学生为中心实施“欧林三角（Olin Triangle）”培养模式，彻底改变学生学习和创新创造的方式，全方位激活学生内驱力，被誉为工程教育设计和再设计的国家“实验室”和全球工程教育领导者;代尔夫特理工大学航空航天学院构建以设计流为核心、以项目为基础，包括探索、概念设计、初级设计、测试分析与建模、检验确认、系统设计六个阶段的系统化课程体系，给予学生全方位的真实工程项目体验，被MIT《全球工程教育现状报告》（2018）列入典型国际高等工程教育改革案例。

一、工程教育改革全面落地的难题：大规模适用性

通过研究分析高等工程教育改革的优秀案例和成功经验，我们注意到这些改革通常是小规模范围的工程教育转型，它的经验在更大规模的学校面向全体学生时能否借鉴和全面有效实施，仍然是一大难题。如，NEET计划是学生自愿选择参加的，在2017年秋季39名大二学生参加（占大二工科生人数的5%以上），2018年秋季92名大二学生参加（占大二工科生人数的12%以上）[1]，目前该项目正在积极发展，是第四大本科生学术团体，有超过186名学生参与。欧林工学院现有382名学生，这些学生都经过了学校的全面评估，包括他们的学术准备和潜力，他们如何度过时光以及他们在其群体中的地位如何，部分学生还在入学前参加为期2天的候选人周末，参与设计挑战、个人面试和小组练习等活动[2]。可以说，欧林工学院的学生是独一无二的，不具普遍性，学校的资源也无法复制。代尔夫特理工大学的工程教育改革也主要集中在每年招生440人左右的航空航天学院[3]。

再看我国，2020年我国普通本科在校生1825万人，其中工科学生614万人;普通本科院校校均规模15 749人。面向发生深刻变化的工程教育改革外部环境和宏观政策环境，如何真正有效地实施惠及全体学生的系统性、整体性、全覆盖的工程教育改革，落地新工科教育理念的“最后一公里”，破解工程教育改革在不同情境下的“大规模适用性”难题，是新工科建设再深化、再拓展、再突破、再出发的关键。

二、破解难题：打造始于新生贯通四年的工程教育课程体系

课程是人才培养的核心要素，工程教育的创新发展不仅仅是人才培养理念的变化和计划层面的调整，更是深入课程教学层面的课程革命。然而，由于新工科教育的大规模适用性难题尚未解决，由此引发了新工科建设在课程改革方面的一系列实践困境，其中三个问题较为突出。

一是系统性、整体性、全覆盖性缺失。现行的课程教育教学改革通常仅在课程设置、知识内容和教学方法等方面实行一些小变化或改革，以小规模实验班试点改革或教学改革中少数教师“单打独斗”为主要形式，没有面向全校大规模学生群体全面实施系统性、整体性工程教育教学改革。

二是课程体系存在结构性问题。工程专业实践一般在大三才开始，学生接触创新实践过晚，能力训练不足。即使大三、大四，除了少数学生参加课外学科竞赛或其他课外创新实践活动外，大部分学生在课程学习中也很少有机会体验工程设计与创新实践。

三是“非技术能力”培养缺乏系统且有效的培养方式。我国工程教育认证标准明确要求工科课程的人文社会科学类通识教育课程至少占总学分的15%，使学生在从事工程设计时能够考虑经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。然而，由于现有培养模式对通识教育在工程教育中的价值和地位认识与重视不够，再加之学科和专业之间存在壁垒、教学资源在学科和专业之间缺少流动和共享、评价与考核机制等原因，工科学生的多学科知识结构、人文素养、跨学科思维、交流表达等“非技术能力”缺乏系统的培养和有效的培养方式。

基于上述分析，本文以“始于新生、贯通四年、覆盖全体”为原则，以新工科建设“成电方案”为例，提供一套面向未来的具有大规模适用性的工程教育课程体系。

1.纵向进阶：始于新生、贯通四年的全新项目式课程体系

以科学、技术、工程、数学（STEM）为核心的宽厚扎实基础知识是卓越工程人才的根基，也是任何一项教育计划的基础，不可輕视也不在此赘述。那么，未来卓越工程师最重要的品质——创造性——又该如何培养呢？本文认为，未来卓越工程师能从不同的学科视角，采取不同的思考方式，以实践者、创造者身份看待世界，才会创新性地提出问题和解决问题。因此，需改变以学科为中心的教学模式，把学生学习置于跨功能协作的真实工程环境中，将创新思维训练融入课程和实践活动，激发学生的好奇心，鼓励学生主动发现问题、深入思考问题、大胆提出设想，充分发挥创造力和想象力。

好奇心是人类进行探索性和创造性活动时最重要、最显著的心理特征，驱动了人类社会各种新的可能性产生。2016年，Merck发布《好奇心状态报告》，提出了好奇心的四个维度（默克模型）：从探索中获得乐趣（因学习和探索新知识而高兴）、认识到差距并努力弥补差距（意识到知识缺口并想方设法去弥补）、敞开心胸拥抱他人想法（重视并有意寻求他人的观点）、愿意承担探索新领域时的焦虑与不安（愿意接纳新的和不确定的情况）。2018年，Merck再次发布《好奇心状态报告》，特别指出：好奇心的提升与创新度提升之间存在强烈的关系，鼓励与奖励好奇心是造就创新文化的有效途径。

对大学而言，大学教育的成功“很大程度上取决于学生在第一年的经历”。一定要在一年级进行致力于唤起好奇心、唤起主动学习与创新创造热情的课程改革创新和教育教学方法改革。一年级做好了，将学生的“心”抓住，学习兴趣、创新兴趣上来了，学习内驱力就自然上来了，后三年持续激发学习兴趣和创新创造的兴趣，持续教育教学改革跟进，激发潜能，树立自信，持续巩固内驱力。反之，如果后续教育不匹配，刚被唤起的兴趣、热情、喜爱、研究精神就会很快消失，前功尽弃。因此，要从新生开始，通过当前和未来可能存在的工程问题捕捉学生的兴趣，唤起其深度思考，最终在贯通四年、逐级进阶完成高要求、挑战性真实工程项目情境下，培养学生设计和创造未来世界的创新能力。

近年来，新工科建设“成电方案”（New E3）通过系统实施“一年级新生新工程教育计划”“基于项目的课程体系设计与实践计划”，在全校所有工科专业建成从新生项目式课程到高峰体验项目式课程的贯通四年、逐级挑战新工科项目式课程体系（如图1所示）。为学生提供连续的、主动参與的挑战性项目式学习机会，让学生动脑与动手相结合，体验反复迭代的工程设计与创新。

（1）全新项目式课程体系突破口：新生项目式课程（必修）。全覆盖工科大一学生的新生项目式课程（必修）是“一年级新生新工程教育计划”的重点，更是项目式课程体系的起点和关键。该类课程以“新生”为对象，以“项目”为手段，以“项目有趣”“设计巧妙”为发力点，从新生开始开展基于主动参与、主动创造和教练型教师指导结合的项目式学习，让学生一开始就能以“全新工程师”身份，体验并实践充满挑战性与获得感的学习方式，唤起好奇心，播下学习动力种子。特别强调的是，该课程旨在让新生初步了解构思、设计、实现、运作的内涵与思想，引导新生养成设计、创新、创造的思维习惯和精神，初步体验团队协作学习、真实世界的实践，初步了解自然科学和专业基础课的重要性，初步了解产品与课程的关系，对后续课程增强必要的感性认识、直观与直觉，不求专业性，重在培养兴趣、激发热情。

（2）逐级进阶、持续跟进、贯通四年。后续三年“基于项目的课程体系设计与实践计划”持续跟进，通过中级项目式课程—高级项目式课程—高峰体验项目式课程，持续激发潜能，形成持久内驱力和学习能力。该类课程须承载综合性复杂工程问题，需要学生综合运用一定宽度或多领域知识才能解决;须突出工程设计、基于模型设计、数学建模与分析、科学实验设计与研究等相关方法的训练与团队协作能力的培养。其中，高峰体验项目式课程是项目式课程体系中的顶峰课程，是为四年级本科生开设的一个能够总结、评估和整合其大学学习经验的课程（项目），可以跨越两个学期。高峰体验项目式课程通常以项目问题为中心，以创新性解决方案的研究、设计和原型系统实现为导向，聚焦学生已有知识和学习经验的整合与扩展，通过解决企业实际工程问题或来自科研中的前沿科技问题，体现复杂工程问题解决、多领域知识运用和创新。课程须突出基于实际问题的设计和实现创新解决方案过程，要促进学生已有学习经验的深度融合，帮助学生适应本科后的深造学习及实际工程环境，使学生通过修读该计划获得自我成就与学以致用的高峰体验，可以替代毕业设计（论文）。

（3）催生持久内驱力。在课堂教学之外，新工科建设“成电方案”开展“新工科教育学生项目式课程学习作品展”“新工科教育课外创新实践学生成果展”，搭建教师和学生展示与交流新工科课程成果的平台，用学习中的小成就点燃志趣、行动和创新，提升获得感、成就感，强化学生清晰且有效阐述作品设计与创新的能力，持续催生内在动力，让新工科教育的理念更加深入广大师生心中，进而促进新工科教育“质量文化”的形成和推动新工科教育再深化、再拓展、再突破、再出发。

在具体落实层面，学院将团队合作和多学科问题整合到课程中，围绕重大挑战设计项目和问题，建成了覆盖全体工科学生，始于新生、贯通四年、逐级进阶的新工科项目式课程体系，涌现了一批可推广可复制的新工科教育优秀课程。

如：航空航天学院的“招牌”新生项目式课程“软体飞行器制作与挑战”，5周时间20个学时，以趣味主题和竞赛等实际工程项目为抓手，纵向问题递进，让学生逐步解决浮空—前进—转向—按轨迹快速飞行等软件、硬件、结构问题，主动学习，逐步进阶，体验“项目任务提出—提取问题—建构解决方案—制作原型—测试与反复迭代”的设计流程;横向拓展，引导不同专业的学生主动关联已学知识，团队协作提出几种整体结构设计方案，并分析测试各种方案的优劣，最终迭代出最优方案，动手制作飞行器并实现平稳且快速按轨迹飞行，以及项目的汇报与总结反思。

信息与软件工程学院的进阶式挑战性综合项目课程，将“兴趣牵引、项目驱动、立足系统、理论与实践有机融合”思想贯穿项目全过程，跨度1.5年，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段在第3、第4、第5学期完成，学分设置为3、4、3。学生实践过程中，后续阶段以前续阶段成果为基础，各阶段综合应用相应阶段课程核心知识点，逐步进阶，最终完成完整嵌入式软/硬件系统设计。

光电科学与工程学院的逐级挑战、跨学科、项目式课程体系，以“专业兴趣与认知”“项目构思与设计能力”“项目设计与实现能力”“项目实现与运行能力”及“综合集成能力”为阶段性培养重点，大一开设新生项目课，大二和大三上学期开设基于构思、设计的专业能力提升项目课程，大三下学期开设基于设计、实现的综合设计项目课程，大四开设基于实现、运作的多学科集成挑战性课程，形成了“基于项目新生课—基于项目设计课—基于项目挑战课—基于项目高峰课”的逐级挑战、跨学科项目课程体系，实现项目学习全程全覆盖。

为学生的课程作品办展览，是促进新工科教学改革的重要探索。穿墙雷达、在线问诊、实验电磁炮、智能光感台灯、手机遥控导航系统、卫星轨道仿真软件、非接触隔空液位仪、智能避障小车、趣味微波电路等许多“有趣味”“有内涵”“接地气”的学生作品出炉后，让学生感到新奇又振奋，在学与做的过程中，成功点燃了兴趣，激发了潜能，全面提高了学生解决综合性复杂工程问题的能力，以及充分考虑技术和商业可行性等因素进行产品设计并对外展示、宣介的能力。

2.横向交叉：人文素养与通用能力培养融合的通识教育体系

为让学生迎接未来、创造未来，麻省理工学院新工程教育转型计划（NEET）提出未来工程科技人才应具备制造、发现、人际交往技能、个体技能与态度、创造性思维、系统性思维、批判与元认知思维、分析性思维、计算性思维、实验性思维及人本主义思维11种思维方式;

欧林工学院提出卓越的工程师必须具备合作思维、跨学科思维、创业者思维、伦理道德思维、全球思维5种思维模式。可以看出，卓越工程人才的培养以“工程”为根基，更超越了“工程”本身，关注学生情感态度和价值观的养成，强调思维方式的训练，突出工程与责任、工程与创新、工程与交流等能力培养。

通识教育是致力于“全人”的教育，对工科学生而言，大学通识教育的使命不是要给学生一个工科版的人生模板，也不是给学生一个功用性的综合素质，而是要让学生在丰富多样的人生历程中，通过前人记载、思索、创造的人生故事，去感知、认知、想象、发现人生的意义和自己独特的人生道路。工科学生尤其需要通识教育，以帮助其形成社会意识、涵养科学精神、承担社会责任，更好地实现探索、发现、创造的人生。

通识课程的建设既要致力于科学精神的培養，也要包含人文素养的涵养，要培养学生多领域跨学科的知识结构、多视角看待事物的思维方式和“全人”的通用能力。然而，理工科大学在开展通识教育中常常面临着诸多综合型大学所少有的困难。最突出的困难表现为：（1）观

念方面。对通识教育的内涵认识不够清晰，通识教育要么“无所不包”，要么“可有可无”，仅是专业教育的“点缀”。（2）教师队伍方面。缺乏一支稳定的、高水平的通识教育教师队伍，其中文科师资尤为缺乏。（3）人才培养规格设置方面。由于培养规格的历史沿革，难以适应新时代人才培养的需求。此外，校园文化单一、人文氛围不浓[4]，也影响了通识教育的实施。

对此，作为一所以工为主的多科性研究型大学，电子科技大学新工科建设“成电方案”打破单一的“核心通识课”模式，充分整合各类校内外资源，形成具有成电特色的“核心通识课程+核心通识拓展资源”于一体的通识教育体系。

核心通识课程按照“遴选立项、期满验收、定期复评、不断更新”的原则，打破学院和学科壁垒，遴选具有通识教育理念的优秀教师，组建跨学院、跨学科的教学团队，建设了“文史哲学与文化传承”“社会科学与行为科学”“艺术鉴赏与审美体验”“自然科学与数学”“工程教育与实践创新”“创新创业教育”六大模块120门课程。不同学科背景的学生在完成基本要求的前提下，有所侧重地修读相应课程模块课程，理工类学生加强人文与社科类课程修读要求，文管类学生加强自然科学与工程类课程修读要求。

核心通识拓展资源包含“新生研讨课”（必修）、“专业写作基础”（必修）、“成电讲坛”“成电舞台”“成电辩坛”“‘经典60阅读”六大类。其中，新生研讨课由各学院知名教授开设，旨在激发学生学术志趣，启迪学术思维，帮助新生认知未来;“专业写作基础”课程旨在强化学生的独立思考、阅读写作、表达沟通、思辨与领导等通用能力的培养;“成电讲坛”“成电舞台”“成电辩坛”是国家大学生素质教育基地主办的系列高水平活动，学生可以通过参与活动并完成相关任务，认定核心通识课程学分，但不超过2学分;“经典60”阅读是为鼓励学生阅读经典名著，由学校通识委员会专家、全校各单位专家和图书馆从不同学科领域选定涵盖文、史、哲、艺术、数学等相关领域适合通识教育的经典著作60部（种），同时图书馆设置“经典60”图书展，提供“经典60”纸质与数字书籍借阅，助力经典阅读氛围的形成。

通识教育体系是实现通识教育目标的主要途径，但并不是全部途径。还需要将通识教育与专业教育结合，将通识教育理念和方法融入专业教育中，精心设计课程内容和形式，帮助学生打开思维，激发创造力，实现可持续的、充分的、创造性的发展，助力学生成长为能担当民族复兴大任的创新引领性人才。

三、可持续发展动力机制：形成新工科教育改革文化

目前，在新工科教育理论与实践领域，如何增进新工科建设的认同感，使之从政策主导转向全员自觉参与，如何深化与固化新工科建设改革成果，从而推进新工科教育教学能够在不同高校中落地实施，是在实践中面临的突出问题。对此，需要形成新工科教育改革文化。

第一，强化学习交流，搭建展示平台。可以通过学校中心组学习会议、中层干部大会等，向校领导、中层管理干部（尤其是处在改革一线的工学院院长）持续输出工程教育改革最新进展，不断提升学校管理层对新工科建设的趋势研判、规划统筹和协调推进能力。同时，还要推进学院、基层教学组织的系统学习和研究，搭建教师和学生展示与交流新工科课程成果平台，推进实施学生学业荣誉机制，让新工科教育理念深入人心，新工科教育生态文化茁壮成长，最终形成全面共识与全面行动的新工科教育改革创新文化，让全体师生都成为新工科教育改革的参与者、推动者和见证者。

第二，重构培养方案，惠及全体，落地生根。在新工科建设高质量发展的新阶段，我们必须还要认真思考如何让全体工科学生真正成为新工科教育改革创新发展的受益者，如何实现新工科教育改革成果惠及全体学生。最有效的路径之一是重构培养方案，将工科教育改革成果固化落实到关乎每位学生的人才培养方案中。培养方案包括了培养目标、毕业要求、课程体系等核心要素，是培养什么人、怎么培养人的总体规划和实施方案。构建基于新工科系统性改革的人才培养新方案，始于新生、贯通四年、全面覆盖、逐级挑战递进，为不同层次学生提供新工科建设与改革的多样化选择，真正实现改革成果的落地生根、惠及全体和持续创新。

参考文献：

[1]中国工程院教育委员会.国际工程教育前沿与进展（2021）[R]. 2021：153.

[2] 米勒，王连江，于海琴.“新工科”办学的欧林效应：小规模，大影响[J].华东师范大学学报（教育科学版），2021（3）：111-126.

[3]朱佳斌，张国洋，刘群群，等.代尔夫特理工大学项目式教学的实践与启示[J].高等工程教育研究，2019（3）：81-86.

[4]向桂君，田伟霞，黄艳，等.工科为主大学的通识教育之道[J]，中国大学教学，2018（3）：62-66.

[基金项目：教育部新工科研究与实践项目“构建跨校联动大规模适用新模式，协同推进新工科教育再出发”（E-DXKJC20200509），“在全校所有工科专业落实建成‘始于新生、贯通四年、逐级挑战、基于项目的新工科课程体系”（E-ZYJG20200236）;四川省2021—2023年高等教育人才培养质量和教学改革重点项目“面向全体工科学生的高质量引领性新工科教育‘成电模式的创新实践”（JG2021-153）]

黄廷祝，电子科技大学教务处处长、英才实验学院院长（兼）、高等教育研究与发展中心主任（兼），教授，第二届高等学校教学名师奖获奖者;黄 艳，电子科技大学高等教育研究与发展中心副主任（通信作者）;向桂君，电子科技大学高等教育研究与发展中心研究室副主任。