什麼是“與未來合作”的工程教育
——天津大學新工科建設的改革創新之路
光明日報記者 劉茜 陳建強 光明日報通訊員 趙暉
2020年迎新季，全國第一個新工科人才培養平台——天津大學求實學部在新生報到處豎起了一個宇航員模型，向有志報考新工科實驗班的青年學子發佈了這學期的任務：同學，你已經成功着陸在火星表面，請設計並完成一項科學任務。
“創新”和“融合”，是新工科實驗班的關鍵詞。
在創新中重構課程體系
“新工科是‘與未來合作’的工程教育，不能再按老路子進行工程教育。”在天津大學黨委書記李家俊看來，新工科建設是我國面向未來，佈局工程科技人才培養的一次主動的、大規模的教學改革。“各種邊緣學科、交叉學科已經有了2000多個門類，生物基因、人工智能、航空航天……一個個新領域，都需要具有跨學科、有交叉知識背景的複合型工程科技人才來開疆拓土。我們目前的改革重點，就是要創新教學模式，培養能解決未來問題的複合型人才。”
2017年，教育部啓動了“新工科”建設。作為新工科建設的擎旗者，天津大學——這所有着125年辦學歷史的中國第一所現代大學，正在為我國的新工科建設做出引領性的探索。
2019年，天津大學推出未來智能機器與系統平台，這是我國第一個新工科人才培養的教學平台。2019級學生張旖是第一批“嚐鮮者”。他依然記得一年前開學第一課帶給同學們的震撼：“我們的第一門課是“設計與建造”。為了説明這到底是一堂什麼樣的課，17名來自不同專業的老師，悉數出現在開課説明會上。”課後，張旖和她的同學們不僅領到了一份長長的中英文書單，還要完成一項任務——製作。學生6人為一組，邊學習理論、邊動手操作，用一個學期的時間，相互協作製作出能識別語音並行走，還能按要求投放包裹的智能物流小車。“智能派送車”達到考核指標，同學們才能拿到課程成績。
“這門課完全不同於傳統的教學模式，教師講授、學生實踐、師生研討各占課時的三分之一。原來都是先講理論，再教應用。現在是理論學習和實踐操作同步，老師對一些關鍵問題做出適當引導，學生自學各種知識，討論解決方案，並帶着問題請老師指導。”這門課程的牽頭人、天津大學機械學院副院長孫濤教授告訴記者，這樣的授課方式打破了過去老師們一份備課方案講多年的狀況，讓老師們重新梳理知識點，圍繞不同的項目需求重新設計課程、備課，同時不斷更新自己的知識儲備，隨時應對學生們提出的各種問題。
“別小看這個智能派送車項目，這是院士和教授們多次討論確定並精心設計的——選擇的項目既要符合社會經濟發展的需求，又要能把多學科知識集成在一起，還要在學生能力範圍內，具有可操作性。”李家俊不定期地去聽課。他高興地看到，這門課成功激發了學生們自主學習的能力，“下課時學生們紛紛圍着老師不斷提問，説明學生學習的主動性大大增強。理論與實踐同步，更是大幅提升學生們發現問題、解決問題的能力。比如力學、數學這些基礎課，過去同學們覺得既枯燥又難學，只要考試能及格就滿意了。如今，由於在做項目過程遇到的一個個實際問題，都需要紮實的數學和力學知識，所以學生們真正明白了基礎要打牢的重要性，學習就格外認真！”
“這一門課相當於從前4至5門課的教學量，原以為只有30%的學生能通過。事實上，90%的學生都完成得非常好。”天津大學機械學院的青年教師康榮傑完整地參與了“設計與建造”的課程設計和實施全過程，學生們的表現讓他吃驚，“這説明這門課將學生的學習潛力充分挖掘出來了！”
最大難題是改革評價機制
新工科實驗班以求是學部為平台進行實體建設。求是學部不招新生，只選拔新生。以剛入學的2020級新生為例，報名該部與入選的比例是10[~符號~]1。這個學部沒有專門的老師，卻擁有全校支持的教學資源。2020級新生第一門“專業”課《智能電子創客設計與實踐》，就是由5個學院的7位老師共同講授。
“我們從15個專業的課程內容中梳理出202個知識模塊，通過整合重組，全新構建了14門新課、12個項目課。這一課程體系也並非一成不變，而是要根據培養目標、教學效果和產業需求與時俱進。”談到新工科，求是學部主任、天津大學新工科建設辦公室主任原續波滔滔不絕。在他看來，新工科建設面臨的最大難題不是探索建立一整套科學、複雜的課程體系，而是評價機制的重塑。
“新建設的課程是高度集成和模塊化的，一門課往往需要好幾位老師講。具體到每位老師，多則十幾個學時，少則只有一個學時。比如《設計與建造》這門課，手繪由建築學院的老師主講。雖然只有2個學時，備課量可不少——要把原來整整一學期的課程融會貫通，把重點、難點精當地講出來。厚書薄讀是最難的！因此，對教師教學以及學生在課程中貢獻的評價，都需要我們建立一套全新的評價體系。”
在最新發布的新工科“天大方案”2.0版中，專門設計了全週期、全方位、全角度學生評價，更加強調學生的責任擔當，更加強調學生思維和能力，更加強調工程科技創新。對於教師的評價，則需要在學校綜合改革層面進行頂層設計。
“評價機制很重要，關乎整個創新生態的建立。好的評價機制能激發創新活力，吸引越來越多的教師參與其中。”李家俊認為重塑評價體系是新工科建設的關鍵一環。
面向世界的工程教育改革
近年來，世界一流大學紛紛對工程教育進行系統反思，實施新一輪教育改革。麻省理工學院於2017年啓動了“新工程教育轉型”——面向未來的新機器和新工程體系，培養能夠引領未來產業發展的領導型工科人才；歐林工學院依託開放型項目開展“跨學科”教學，強化“情境性”學習和實踐訓練，培養未來工程界的領軍人物；斯坦福大學發佈《2025計劃》，提出“開環大學”的理念，創新性地解除了入學年齡、學習年限的限制，提出“自定節奏”的教育、“軸翻轉”教學模式、有使命地學習等創新舉措；新加坡科技大學圍繞航空、城市和健康三大領域，以人工智能和大數據為核心設計了全新的課程體系……
天津大學不僅是全國新工科建設工作組組長單位，同時還是“新工科教育國際聯盟”首任輪值主席單位。因此在“新工科”的教育教學創新上，自然不甘人後。
“你是誰？你將去向何方？你將如何改變世界？”在開學第一課的課堂上，原續波用一連串的問號，啓發2020級新生把視野從身邊拓展到全球乃至宇宙；把思維維度從二維拓展到多維；把思維層級從模仿上升至創新，把發展前瞻從當下拓展到未來20年、30年，甚至100年。
“要把自己的發展與國家的發展和人類的進步緊密結合起來。”2020級新工科實驗班新生的第一堂項目課上，參與“天問一號”火星探測着陸科研的蔣明鏡教授在虛擬仿真實驗室，為新生構建了火星地貌，激勵同學們刻苦學習，積極投身國家的科學發展計劃中，成才報國。
“我們要繼續堅持面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求，着力破解‘新工科’建設的各種難題，努力培養引領世界發展的卓越工程師、企業家、工程科學家。”李家俊説。
《光明日報》（ 2020年10月01日 06版）
來源:光明網-《光明日報》