叶民 孔寒 冰张炜
世界工程教育的发展与最新潮流显示：工科人才培养与业态转型方向以及工业未来的发展趋势保持高度一致，日趋复杂的工程实景将更紧密地嵌入工程教育过程。与世界工程教育图景恰相契合，我国也适时提出新工科方向和计划，并被高等教育领域广泛称为卓越计划2.0阶段。对于我国工程教育改革或转型而言，新工科相关工作已经呈现从理念到行动的转变，我们将密切关注这一发展趋势，并将讨论适用于新工科实践行动的若干可行路径。本文主要对CDIO转换平台与新业态、新工科之间的关联性进行剖析;未来亦将会对CDIO模式在我国的具体实践，及其对新工科实践方案的借鉴和启发进行更深入探究；在此基础上，尝试发现我国工程教育改革动向与世界工程教育前沿之间的共演趋势，从而为面向更广泛领域和区域的工程教育提供中国方案和人才培养贡献。
一、新业态、新工科与新行动
1．新业态提出新要求
随着人工智能、大数据、云计算等前沿科技逐步取得技术性的突破，以智能产业牵引的新一轮科技革命和产业革命如火如荼地进行着，未来5～15年是传统工业化与新型工业化相互交织、相互交替的转换期，是工业化与信息化相互交织、深度融合的过渡期，也将是世界经济版图发生深刻变化、区域经济实力此消彼长的变化期，“三期叠加”为全球制造业加快发展和转型升级提供了重要的战略机遇，也给世界高等工程教育转型提供了新机遇、新挑战。
我国经济发展正处于结构调整、转型升级的攻坚期，以大数据、云计算、物联网等为核心的新一轮科技和产业革命蓄势待发，工程的“新业态”已初露端倪。未来这种“新业态”将呈现出颠覆性的新特征(如图1所示)，既在工程变革背景下，颠覆性转变我们对工程制造过程的一般认知，如技术形态上的数字化、信息化和物联化，规模形态上的分散化、个性化和定制化以及产业形态上的宏思维、关联性和平台化等;也正在一种“和”谐共生的理念及文化背景下，颠覆性转变我们对生产理念与服务理念的认知，如政治形态上的多域互动、广泛协作以及人文形态上的同理心和关爱服务。工程教育与产业发展联系紧密、互相支撑，新业态的发展依靠工程教育提供人才支撑，做好工程教育的主动布局和深化改革，必将对经济转型升级起到推进作用;反之则会迟滞产业升级进程。
图1 工程“新业态”SPITH特征
面向未来技术和产业发展的新趋势和新需求，世界高等工程教育面临着新机遇、新挑战，我国高等工程教育的改革发展也已经站在新的历史起点，但就目前来看，我国工程教育还面临着很多问题，比如工科教育理科化，工程人才综合实践能力缺乏，工科教育的核心能力定位不明确，所学知识技能与社会发展和产业需求不完全契合等，人才培养瓶颈对我国未来工业的发展和综合国力的提升形成了巨大阻碍。可以预见，在未来二十年里，技术与产业变革趋势下的工程“新业态”，将给我国工程科技人才培养带来新要求，我国教育部恰逢其时地提出了“新工科”计划，这是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、人才全面能力培养新要求而提出的我国工程教育改革方向。
自2016年以来，基于“新工科”视角的工程教育讨论逐渐热烈起来。“新工科”倡议是我国工程教育对“互联网+”、“中国制造2025”、“一带一路”等国家重大战略的积极响应，主要解决国家和产业的重大需求与科技的重大需求问题。随着讨论的深入，逐步形成了“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”等纲领性文件，为下一步的工程教育创新指明了方向，较好地应对了当前我国工程教育环境的变化。
2．新工科引发新思考
新工科概念产生伊始，其内涵阐释和范式变革主题首先成为重点关注内容。首先，针对新工科内涵的探讨：一方面，基于工科动态发展视角，有学者提出工程教育一直处于不断发展状态，“新工科”不仅要关注新技术下的新产业和新专业建设问题，更应该关注传统产业和老专业的升级转型问题；另一方面，基于人才需求视角，学者们提出新工科源于新产业、新社会形态萌发的新需求，未来人才类型的需求非常广泛，更加强调不同领域、不同层次、不同能力的人才“新工科”应当覆盖从新兴到传统工业全方面、从大型跨国集团到中小微企业的生产活动全领域的人才需求。其次，针对新工科发展范式的探讨：学者们认为，当前工程教育依然深受科学范式与技术范式的影响，应当回到以实践、设计及综合为核心的轨道上来，从而体现工程教育的工程主体性，从学者们的具体研究来看，虽然表述不同，但可以发现关键词涉及“融合”、“创新”、“共享”、“融合”、“集成”、“创新”、“共享”、“智能”等，与新业态、人才培养能力新要求等研究进行综合分析，我们提出:新工科内涵要进一步强调“前沿技术引领性”、“学科间交融性”、“知识体系多样性”、“人才培养创新性”等。从技术进步和产业发展角度分析，市场需求推动了新工科范式呈现出“适应性强、创新程度高、融合程度深”三项主要特点(如图2所示)，这对于新工科的人才培养和能力框架构建具有重要指导意义。
图2 新工科范式特征分析
工程人才能力框架的建构需要以工程人才培养目标为依据，而人才培养目标又要以产业和社会需求为导向，培养能够适应、甚至引领未来工程需求的人才。王巨宏等(2017)提出在互联网时代的新经济下，产业正在快速融合，需要构建课内学习和课外实践相结合的体系，以培养适应产业发展的专业技术型人才，构建以氛围营造、人才孵化和成就项目为核心的“互联网+”跨界复合型人才，构建以真实问题为导向的体系来培养引领产业发展的基础研究型人才。林健(2017)提出，对不同类型的人才培养关键内容是要清晰明确工科人才的能力构成：即“专”与“通”两方面的能力。“专”是指专业方面的能力，由于未来社会具体产业、技术类型等的不同，对新工科的人才需求不同，这也要求为满足未来新经济和新产业发展要求，需要培养不同专业能力的新工科人才，建立更加个性化、专业化能力的工程教育培养模式；而“通”是指其他相关方面的知识和能力，专业能力是敲门砖，但同时也要求人才能够应对复杂多样的社会环境和实际问题，而这仅仅拥有专业能力是不足够的，也需要具备多样化、融合性能力。有研究者指出人才培养的新模式应该着重培养新工科人才工程创新能力和适应变化能力，通过建立更加多样化和个性化的工程教育培养模式培养学生创新创业和跨界整合能力。
结合已有研究，立足新业态需求，我们提出应从个人能力、团队能力和全局意识三个维度重构面向未来的新工科人才能力框架。具体来说，个人能力指的是个体所具备的知识、技能和素养，包括知识的学习与应用能力，思维判断与分析能力，工程设计与实践能力，创造创新能力等；团队能力指的是个体在团队中与他人合作工作时所表现出的能力，包括表达与交流能力，团队合作能力，情绪控制和管理能力等，全局意识包括跨学科思维能力、跨界整合能力、全球视野、领导力、系统性思考能力等(如图3所示)。
图3 面向未来的新工科人才能力框架分析
3．新行动亟需新指南
“新业态”之新，在于我们对当前和未来涉及工程活动全维度形态的全新认知；“新工科”之新，在于对未来业态崭新模式的理解与应对；“新行动”之新在于对传统工程教育理念、人才培养模式、人才能力结构的新革命。认清工程活动的“新业态”是实施“新工科”战略的前提与基础，“新工科”则是对当前工程教育改革实践行动的牵引与反思，对于新工科的内涵解释与范式特征探讨，我们可以敏感地察觉其中不断强调的新工科实践属性。
伴随着近一年的新工科研讨活动，院校中已经有一些先行者开始以实际行动来践行新工科的实现路径。如有院校在尝试构建新工科学科体系时，基于“新业态”下的产业需求，以产业和技术发展的最新成果推动工程教育改革，设计了专业新结构与课程体系，希望实现从学科导向转向以产业需求为导向，从专业分割转向跨界交叉融合，从适应服务转向支撑引领，打造工程教育开放融合新生态，培养卓越复合型工程师，对于开展新工科的研究与实践具有开创性的意义；亦有高校坚持“以学生为中心，以产出为导向和持续改进”的理念，依托PBL-CDIO工程教育模式，从为社会合格的高技术人才、注重学生多方面能力培养出发，将人才培养与专业优势相结合，与国家重大发展战略相结合，与创业创新教育和课程改革相结合，致力培养兼具人文素养和科学知识的工程行业领袖。
各学校在努力推进新工科建设的探索中，主要是从打通专业之间的隔断、促进各学科的交叉融合开始尝试，以实践和应用为目标，注重全过程的培养等。但涌现出的问题也很多，主要表现在整体思维目标较为宏观，偏于总体方向指引，实施方法不系统、不完整，大部分是依靠改革者和实施者的经验，对于如何落地还需要进行更为深入和细致的研究，缺乏可复制性，因而较难在各类各地高校中得到推广应用。因此，对于未来工程教育应有之“新”还需要进行全链条和全方位分析与思考，探寻科学、系统且可复制的工程人才培养“行动指南”是当下新工科行动中的紧迫任务。
本文将在回顾新工科已有理论探讨和实践活动的基础上，尝试以模式建构的方式给出新工科人才培养的可行方案和实现路径，以期回应触发新工科行动的“实践性”这一主题，并将基于对其实践性运行机制的探讨，尝试给出若干政策思考和行动建议。
二、以CDIO转换平台为途径推进新工科建设
在世界形势瞬息万变、知识更新迭代速度不断加快的今天，原有教育模式下培养出来的工程科技人才已面临越来越大的挑战。为了应对这一挑战，美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典皇家技术学院、瑞典林克平大学四所大学首创CDIO工程教育理念，旨在通过建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系，让学生以主动的、实践的方式学习工程，培养学生的专业技术知识、个人能力、职业能力、团队工作和交流能力等，有效匹配更好的体现了工程教育的主体性、实践性以及课程之间的连续性，与我国“新工科”回归工程之内涵具有较强的内部一致性。
本文接下将回顾CDIO相关实践探索，考察CDIO模式与新工科、新行动之间的关联性，为新工科的行动路径提供借鉴。
1．CDIO实践探索。
CDIO是Conceive Design Implement Operate的简称，由美国麻省理工学院(MIT)、瑞典查尔姆斯技术学院(Chalmers University of Technology)、瑞典皇家技术学院(Royal Institute of Technology)、瑞典林克平大学(Link¨oping University)四所大学为首的世界几十所大学率先引入工程教育改革，作为理工科改革的创新工具。CDIO是一个创新性的教育模式，其目的是培养下一代工程领域的领导者，并为学生提供了一个强调在构思(Conceive)-设计(Design)－实现(Implement)－运行(Operate)现实世界的系统和产品过程中来学习工程理论和加强工程实践，在高素质、创新型工程科技人才培养方面，完整体现了综合工程教育的系统思想、教育环境、培养模式和创新实践，深受学生欢迎和产业界的高度评价。目前，基于CDIO思想进行工程教育改革的学校越来越多，在国外，现已发展到30多个大学的工程及其他专业，取得了极好成果，并得到了产业界的高度认可。
CDIO工程教育理念在2005年被汕头大学在中国率先引入，并创造性地设计了基于项目设计为导向的EIP-CDIO工程教育模式，在专业培养架构、培养标准体系、一体化课程体系、教学体系以及质量保障和评估体系等方面进行了积极的探索和实践。迄今为止，CDIO在中国的发展已逾十年，逐渐成为中国高等工程教育界重要且具有巨大影响力的改革运动之一。教育部也成立了相关推广工作组，截至2017年6月，有汕头大学等40所院校正在试点，但局限于机械、电气、化工、土木、农业类专业，而且作为中国工程教育改革引领示范力量的“985”高校，尚未参加试点，只有合肥工大等为数不多的“211工程”大学参加。
2．CDIO研究趋势。
通过对已有文献的检索和分析，发现CDIO在我国的发展应用呈现以下趋势:
(1)本土化实践探索。研究者基于本土特征和产业需求，陆续提出EIP-CDIO理念、CDIO-CMM能力成熟度模型、CDIO-CBE(能力本位CDIO模式)、SCCIM-CDIO、TOPCARESCDIO、N+CDIO等，为我国高校培养大学生创新精神和实践能力，深化高等工程教育改革和国际化，提供了工程教育本土模式。
(2)专业性应用总结。通过借鉴CDIO的核心理念“实践导向”与“全过程性”，研究者对测控、计算机、网络工程、物联网工程、电工电子甚至新型临床药学等专业人才培养模式进行了思考与探索，提出了基于CDIO工程能力要求和以项目驱动方式开展教学的人才培养方案、课程体系、工程能力培养过程和措施等教育改革的模式和方法，以立体化、多层次为思路，循序渐进地提升学生工程实践能力，形成了专业化的CDIO教学体系改革。
(3)兼容性模式探索。随着教育教学改革实践的不断深入，CDIO工程教育理念已逐渐成为高等教育教学改革的实践论，如在数理公共基础课程教育教学改革过程中创新提出MPC-CDIO教育教学模式、校企双导师制的教学模式引入CDIO工程教育理念等，有效提高教学效率，培养学生的自主学习能力、创新意识、团队合作能力和综合素养。
CDIO改革和发展的历史表明，其本身具备的系统性、科学性和可操作性等特点，能够切实提高人才培养模式改革的科学性、系统性，时至今日，CDIO模式和理念已成为推进高等工程教育改革、提升工程人才培养质量、推进工程专业认证的重要手段，对于新工科建设有很大参考价值和实践意义，利用CDIO来推进新工科行动不失为一条值得尝试的道路。
3．CDIO转换平台。
基于未来大数据、物联网等广泛应用的智能化社会发展需求以及对未来工程的新形式、新业态的判断，我们认为，工程教育的模式当前仍然处于科学向工程范式转换的进程中。如CDIO模式一样，新工科是我国在探索范式转换的一种实践性思路，而范式转换需要一个集成相关政策的转换平台，因此，通过借鉴CDIO转换平台的思路，可以为新工科的实践行动提供佐证和启示。本文将通过对CDIO转换平台的建构要素与环境要素进行分析，探讨其对于新工科实现路径的启发和可借鉴之处。
(1)CDIO转换平台的构建要素分析
如图4所示，CDIO转换平台的构建要素包括课程设置、教师政策、学业评价、教学方式和大学文化五个方面。
图4 CDIO转换平台框架图
在课程设置方面，重点是要突出现代工程专业的实践教育环节，体现工程教育的工程主体性，但也要保持扎实的科学理论基础，做到理论与实践并重，学习与应用并重。需要注意的是，注重实践并不只是简单增加实践课程，而且要注重增强课程模块的整体性和系统性，将理论课程和实践课程有机的联系起来；不仅是增加围绕工程过程的构思、设计、制造和运行等能力的培养环节，更重要的是要在真实的CDIO环境下进行实践。
在教师政策方面，重点是教师角色的转变。特别是在线学习得到越来越广泛应用的时候，教师的工作重心应该从传授知识到答疑解惑、引领指导学生掌握终身学习的能力和适应快速变化社会的能力方面。因此，设置合理的激励制度促进教师主动转变角色是非常有必要的。学校应当将学校、学生的发展同教师的发展结合起来，使之能够在追求自己目标的同时也能积极为学校发展和学生的未来考虑，实现教书育人的目标。
在教学方法方面，首先必须改变传统的满堂灌的知识传授方式，鼓励学生自己发现问题，在教师的帮助下和同学们的协作下自己动手去解决问题，感受解决问题的过程，从中积累经验，例如可以采取基于问题的学习、基于项目的学习、探究式学习等方法，以学生为主体和中心，教师起到指导和引领的作用。
在学业评价方面，要建立完善的学业评价体系，对修读工程专业的学生以积极的引领，使他们发现学习工程的兴趣，愿意以极大的热情和信心投入到学习中去。在新的转换模式下，学生作为自主学习的主体学习效果需要检验、学习行为和努力方向更加需要激励机制吸引、引导。所以，吸引考生报考、选修，引导学生主动参与学习，主动培养工程能力也是实现转换平台建设的重要内容。
在大学文化方面，需要集结社会的力量，得到所有利益相关者的共识。既要改变传统工科生给人带来的呆滞、麻木的印象，也要改变工科工作又苦又累酬劳低的印象，使未来的工程师们认识到他们的使命，激发责任感，并获得其他同学的认同。在大学评价体系方面也要做出改变，对于工科专业，不是以论文多寡定胜负，而是根据服务社会、造福人类的程度为标准。
(2)CDIO转换平台的环境要素分析
要实现范式的转换需要高校和全社会的共同努力。实现范式转换的成功路径则是搭建一个综合的适应内外环境变化的转换平台，这种综合的平台就是高校内部转换平台和外部社会共同努力的相关系统集成。因此，除了上文提到的CDIO转换平台内部的影响因子之外，外部强有力的政策措施和配套保障也必不可少。外部构成因素主要由国家战略、财政支持和业界参与三大部分构成。
国家战略，是在国家层面上对国家科技工程人才需求的总体规划和顶层设计，并给予相应的配套资源、营造积极的社会环境，促使高校通过适当的工程教育模式培养出满足国家未来发展和提升国际竞争力需要的工程科技人才，并督促社会各界尤其是企业提供必要的支持和帮助，例如开展校企联合培养工程人才的模式，提供实习岗位，允许企业内部工程师去高校挂职等一系列措施。
要通过国家战略制定工程质量的标准，开展工程专业的评估和鉴定，推进工程人才标准的国际化，寻找提高工程教育质量的标杆，从评估教育教学过程向评估实际教学效果和学生自主学习成效转变。
财政支持，主要表现在增加财政投入、鼓励多渠道筹措资金以及配置其他资源方面。我国教育主要是以公办教育为主，数据显示，我国公办教育投入仅占美国一半，比印度还要低，尤其是在经济不发达地区，教育水平非常低下，许多孩子都不能接受基础教育。政府应当树立人才引领经济发展的观念，把人才储备当作区域经济发展的重要推动力量，引进人才与培养人才并举。鼓励民间教育基金会筹集社会资金投入高等教育，并尽可能配置教育所需资源，提供尽可能的支持。
业界参与，主要涉及利益相关者的参与，特别是工程业界的参与。在行业协会方面，要推动相关行会参与从业标准的制定与修订，作为引导校内培养模式转换的重要外部力量。可以成立统领各工程行业及各分行业的工程师协会，代表行业工程师发声，并建立从业人员准入制度，完善工程师职业体系。企业是工程教育的最大受益者也是最终消费者，企业的参与有助于完善工程教育的培养目标，更好的对接工程人才的培养和产出，解决人才和工作不能匹配的世纪难题，避免社会资源浪费。
三、新工科的新发展:从理念到行动
1．以CDIO工程教育模式推动“新工科”范式转变的可行性。
从2017年2月份达成新工科的复旦共识之后，对新工科的内涵和意义的讨论已日臻完善，但对实际的行动方案还没有一个相对明晰的实施途径。
本文所关注的基于系统生命周期的CDIO模式，作为工程教育“工程”范式的代表，体现了工程不同于科学的实学本质特征，反映了当代工程的系统复杂性、内涵与外延的变化;阐述了工程教育不同与科学教育的实践特征，揭示了工程教育的本来面貌，将工程教育解放出来、不再成为科学教育的附庸，体现了其崭新的理论创新价值；回归工程的理念和方法使得它成为一个里程碑，在工程教育转型的历史进程中，标识着一个新时代的来临，体现了鲜明的时代价值。
对于新工科而言，可推行的行动路径不外乎对于各种新“工程”教育模式的探索，而 CDIO模式本身即具有很强可塑性。它至少可以有五种最佳实践，既可以是沿着工程产品和服务的完整链条全面变革的综合方案，也可以是侧重与构思(C模式)、侧重与设计(D模式)、侧重于建造生产(I模式)或者侧重于运行维护(O模式)，这都需要高校综合判断、自主选择——根据自己的不同定位、不同的行业需求、不同的学科专业特征，同一所高校的不同专业就可以是不同侧重的模式。各高校可以根据自身发展现状和自身定位，有侧重地推行构思、设计、实现和运行这一产品生命全周期的任何一个或者数个环节，选择变革的时机，把握变革的进度，营造改革的氛围，直至形成新工科模式，推动我国工程教育实现从科学范式到工程范式的变革。
2．建构CDIO转换平台与“新工科”人才能力框架的一致性。
根据对国际上工程教育模式改革的分析和总结，我们认为CDIO工程教育模式在实践中取得了较理想效果并具有可复制性强、易于和本校本专业特色相结合，且与我国“新工科”回归工程之内涵具有较强的内部一致性，是一种可以锻炼工科学生的实践能力与应用能力、将工程知识和真实的工程问题很好的结合的一个基于工程全周期全方位的工程教育模式，将此模式应用到新工科建设中去，无疑是新工科的一条非常有实践价值的途径。
CDIO模式的设计抓住了现代工程教育的核心特征——让学生们明白工程师工作的激动人心之处，使他们深刻理解基础知识、技能以及工程师如何对社会做出贡献，深刻体现了工程的社会价值。而且，CDIO不仅在于它指明了工程教育未来的改革方向，即从内容上科学导向的课程设置向工程导向的课程的转变，从工程的设计、建造环节向产品完整生命周期的双向延展；从途径上，通过在真实工程背景下，培养复杂系统问题分析和处理能力的工程师，创造性地解决人类面临的复杂、急迫的发展问题，以创造社会财富、人类福祉。对于处于转型发展中的我国，糅合了CDIO的新工科发展模式可能更有利于将工程教育迅速融入全球工程教育的整体潮流，从而应对工程活动的全球化和工程人才的全球流动，争夺工程价值链条的高端，实现国家经济的转型升级、社会的转型发展。
3．新工科的发展:从理念到行动。
不论是世界工程教育发展还是中国“新工科”建设，从理念到行动，都在酝酿着新一轮的变革，由于工程教育环境的巨大变化，培养模式的转型已经或正在进行中。未来“新业态”在技术、规模、政治、产业和人文五个维度上都具有崭新特征，“新工科”需要在应对这些工程业态复杂变化的基础上，对于工程范式回归、课程体系革新和工程教育体制创新三个方面进行重新设计。CDIO理念与转换平台的构建在很大程度上显示出回归工程的范式转移特征，为营造工程教育的工程范式提供了杰出的范例。而由“新工科”进一步引发的我国工程教育模式创新，就是要重新设计出一整套具体的，集成教育理念、教育内容、教育方法和手段、管理制度体系和保障支撑体系，即需要一个能把涉及利益相关者的所有行动要素和政策要素，集成在在一个系统的、立体的、全面的、全新的平台上以确保新模式的成功实施，进而推进新工科建设。在“新工科”建设推行的如火如荼之时，尝试以CDIO模式作为参照方案，为新工科建设铺就一条可以落地实施、具备系统完整性、可复制性又可体现个性化需求的实施路径，无疑是一件非常有价值和意义的事情。引用工程教育界流传着的一句名言：没有行动的理想只是一个梦想；缺少思路的行动也只是浪费时光；伴随着行动的思想，则一定能把世界开创，我们现在正是需要行动起来。
本文通过对新一轮科技革命和产业革命现实状况的分析，探讨了新工科的理论意义和实践价值，并提出了将CDIO工程教育模式融入新工科建设中去，为新工科实施提供一条可行路径，通过探讨两者融合的关键机制——CDIO转换平台的构建要素和保障因素，对其构建要素进行了逐一分析和讨论，给出了相应的建议措施，从而使新工科的实践路径清晰可见，使新工科这一本就源于实践的工程教育理念和倡议真正成为一个可以落地实施的、能够解决中国工程教育现存问题的方案，新工科才能真正由“实践”走向实践。
（来源：2018年第1期《高等工程教育研究》）
