什么是“与未来合作”的工程教育

    2020年迎新季，全国第一个新工科人才培养平台——天津大学求实学部在新生报到处竖起了一个宇航员模型，向有志报考新工科实验班的青年学子发布了这学期的任务：同学，你已经成功着陆在火星表面，请设计并完成一项科学任务。

    “创新”和“融合”，是新工科实验班的关键词。

在创新中重构课程体系

    “新工科是‘与未来合作’的工程教育，不能再按老路子进行工程教育。”在天津大学党委书记李家俊看来，新工科建设是我国面向未来，布局工程科技人才培养的一次主动的、大规模的教学改革。“各种边缘学科、交叉学科已经有了2000多个门类，生物基因、人工智能、航空航天……一个个新领域，都需要具有跨学科、有交叉知识背景的复合型工程科技人才来开疆拓土。我们目前的改革重点，就是要创新教学模式，培养能解决未来问题的复合型人才。”

    2017年，教育部启动了“新工科”建设。作为新工科建设的擎旗者，天津大学——这所有着125年办学历史的中国第一所现代大学，正在为我国的新工科建设做出引领性的探索。

    2019年，天津大学推出未来智能机器与系统平台，这是我国第一个新工科人才培养的教学平台。2019级学生张旖是第一批“尝鲜者”。他依然记得一年前开学第一课带给同学们的震撼：“我们的第一门课是“设计与建造”。为了说明这到底是一堂什么样的课，17名来自不同专业的老师，悉数出现在开课说明会上。”课后，张旖和她的同学们不仅领到了一份长长的中英文书单，还要完成一项任务——制作。学生6人为一组，边学习理论、边动手操作，用一个学期的时间，相互协作制作出能识别语音并行走，还能按要求投放包裹的智能物流小车。“智能派送车”达到考核指标，同学们才能拿到课程成绩。

    “这门课完全不同于传统的教学模式，教师讲授、学生实践、师生研讨各占课时的三分之一。原来都是先讲理论，再教应用。现在是理论学习和实践操作同步，老师对一些关键问题做出适当引导，学生自学各种知识，讨论解决方案，并带着问题请老师指导。”这门课程的牵头人、天津大学机械学院副院长孙涛教授告诉记者，这样的授课方式打破了过去老师们一份备课方案讲多年的状况，让老师们重新梳理知识点，围绕不同的项目需求重新设计课程、备课，同时不断更新自己的知识储备，随时应对学生们提出的各种问题。

    “别小看这个智能派送车项目，这是院士和教授们多次讨论确定并精心设计的——选择的项目既要符合社会经济发展的需求，又要能把多学科知识集成在一起，还要在学生能力范围内，具有可操作性。”李家俊不定期地去听课。他高兴地看到，这门课成功激发了学生们自主学习的能力，“下课时学生们纷纷围着老师不断提问，说明学生学习的主动性大大增强。理论与实践同步，更是大幅提升学生们发现问题、解决问题的能力。比如力学、数学这些基础课，过去同学们觉得既枯燥又难学，只要考试能及格就满意了。如今，由于在做项目过程遇到的一个个实际问题，都需要扎实的数学和力学知识，所以学生们真正明白了基础要打牢的重要性，学习就格外认真！”

    “这一门课相当于从前4至5门课的教学量，原以为只有30%的学生能通过。事实上，90%的学生都完成得非常好。”天津大学机械学院的青年教师康荣杰完整地参与了“设计与建造”的课程设计和实施全过程，学生们的表现让他吃惊，“这说明这门课将学生的学习潜力充分挖掘出来了！”

最大难题是改革评价机制

    新工科实验班以求是学部为平台进行实体建设。求是学部不招新生，只选拔新生。以刚入学的2020级新生为例，报名该部与入选的比例是10[~符号~]1。这个学部没有专门的老师，却拥有全校支持的教学资源。2020级新生第一门“专业”课《智能电子创客设计与实践》，就是由5个学院的7位老师共同讲授。

    “我们从15个专业的课程内容中梳理出202个知识模块，通过整合重组，全新构建了14门新课、12个项目课。这一课程体系也并非一成不变，而是要根据培养目标、教学效果和产业需求与时俱进。”谈到新工科，求是学部主任、天津大学新工科建设办公室主任原续波滔滔不绝。在他看来，新工科建设面临的最大难题不是探索建立一整套科学、复杂的课程体系，而是评价机制的重塑。

    “新建设的课程是高度集成和模块化的，一门课往往需要好几位老师讲。具体到每位老师，多则十几个学时，少则只有一个学时。比如《设计与建造》这门课，手绘由建筑学院的老师主讲。虽然只有2个学时，备课量可不少——要把原来整整一学期的课程融会贯通，把重点、难点精当地讲出来。厚书薄读是最难的！因此，对教师教学以及学生在课程中贡献的评价，都需要我们建立一套全新的评价体系。”

    在最新发布的新工科“天大方案”2.0版中，专门设计了全周期、全方位、全角度学生评价，更加强调学生的责任担当，更加强调学生思维和能力，更加强调工程科技创新。对于教师的评价，则需要在学校综合改革层面进行顶层设计。

    “评价机制很重要，关乎整个创新生态的建立。好的评价机制能激发创新活力，吸引越来越多的教师参与其中。”李家俊认为重塑评价体系是新工科建设的关键一环。

面向世界的工程教育改革

    近年来，世界一流大学纷纷对工程教育进行系统反思，实施新一轮教育改革。麻省理工学院于2017年启动了“新工程教育转型”——面向未来的新机器和新工程体系，培养能够引领未来产业发展的领导型工科人才；欧林工学院依托开放型项目开展“跨学科”教学，强化“情境性”学习和实践训练，培养未来工程界的领军人物；斯坦福大学发布《2025计划》，提出“开环大学”的理念，创新性地解除了入学年龄、学习年限的限制，提出“自定节奏”的教育、“轴翻转”教学模式、有使命地学习等创新举措；新加坡科技大学围绕航空、城市和健康三大领域，以人工智能和大数据为核心设计了全新的课程体系……

    天津大学不仅是全国新工科建设工作组组长单位，同时还是“新工科教育国际联盟”首任轮值主席单位。因此在“新工科”的教育教学创新上，自然不甘人后。

    “你是谁？你将去向何方？你将如何改变世界？”在开学第一课的课堂上，原续波用一连串的问号，启发2020级新生把视野从身边拓展到全球乃至宇宙；把思维维度从二维拓展到多维；把思维层级从模仿上升至创新，把发展前瞻从当下拓展到未来20年、30年，甚至100年。

    “要把自己的发展与国家的发展和人类的进步紧密结合起来。”2020级新工科实验班新生的第一堂项目课上，参与“天问一号”火星探测着陆科研的蒋明镜教授在虚拟仿真实验室，为新生构建了火星地貌，激励同学们刻苦学习，积极投身国家的科学发展计划中，成才报国。

    “我们要继续坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，着力破解‘新工科’建设的各种难题，努力培养引领世界发展的卓越工程师、企业家、工程科学家。”李家俊说。

    （本报记者 刘茜 陈建强 本报通讯员 赵晖）