“新工科”土木工程人才創新能力培養

孫峻

摘要：

“新工科”建設是中國工程教育應對新技術和新經濟發展的重要舉措，土木工程專業作為傳統工科專業更需要適應多學科交叉融合的人才培養新要求。創新能力是新工科土木工程人才培養的核心目標，包括創新思維、創新技能、創新意識、創新視野和專業知識等。以多學科交叉融合的課程體系和教學內容促進創新思維，以及開展多層次全過程的創新實踐以提升創新技能是提高新工科土木工程人才創新能力的根本途徑。

關鍵詞：新工科；土木工程；創新能力；人才培養

中圖分類號：G6484文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2018）02000505

2016年6月2日召開的國際工程聯盟大會上，中國正式加入《華盛頓協議》，有關工程教育和工程人才培養的討論受到越來越多的關注。當今世界正以前所未有的速度和廣度發生著深刻變革，科技革命加速推進產業革命，各個行業在發展模式和增長方式等方面呈現出新的特點。以新技術、新服務、新產業和新模式為特點的新經濟蓬勃發展，迫切需要大批新型工程技術人才[1]。高等院校必須面對這一新形勢，深化教育改革，培養滿足行業發展需求的新型工程人才。土木工程專業作為典型的傳統工科專業，面對快速發展變化的技術和行業需求，尤其需要改革創新，優化教學內容，探索和實踐新的教學模式和教學方法，以培養適應時代需求具有創新能力的專業人才。

一、“新工科”的提出

近年來，發展新技術、新經濟已經成為世界主要國家的重要發展戰略，各國都在努力搶占未來全球創新生態系統的戰略制高點。以互聯網+、工業4.0、人工智能等為代表的新技術發展日新月異，深刻改變著世界經濟和社會。為了應對新技術、新經濟的挑戰，中國出臺了《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，發布了“中國制造2025”戰略，確立了創新驅動發展的目標。無論哪個國家，都把人才作為實現創新發展戰略的關鍵要素和重要基礎，通過工程教育培養優秀工程技術人才已經成為各國高等教育的重要任務和目標。目前，中國工程教育規模已居世界第一，辦學高校數量和在校學生人數在各個國家中也是

最多的。2016年，工科本科在校生525萬人，專業布點17 037個，工科在校生約占高等教育在校生總數的1/3[2]。從數量看，中國已經是工程教育大國，但與發達國家的工程教育相比仍然還有明顯的差距，如畢業設計質量不高、畢業生學用脫節、人才難求是工業界面臨的最大問題[2-3]。工程教育的根本任務是為社會培養符合各個行業發展需求的工程技術人才。新經濟的內在特點要求工程教育必須作出相應變革，以培養新型工程人才為目標，建立新型工程技術人才培養體系，創新人才培養模式、內容和手段[2]。

為深化工程教育改革和推動工程教育創新，教育部組織國內各有關高校對新工科建設的目標、內容和途徑進行了深入研討。2017年2月18日，高等工程教育發展戰略研討會在復旦大學召開，會議達成了新工科建設“復旦共識”。與會各高校一致認為要實現從傳統經濟向新經濟轉變，必須推動國家和區域人力資本結構轉變，其核心要素是主動調整高等教育結構、發展新興前沿學科專業。根據達成的共識，教育部高等教育司于2月20日下發了《關于開展新工科研究與實踐的通知》（教高司函[2017]6號），對研究內容和組織安排進行了部署，全面啟動“新工科”建設和發展。

2017年4月8日，教育部在天津大學組織召開了新工科建設研討會，邀請國內60多所高校代表就新工科建設具體目標和實施途徑開展了深入和廣泛的討論。研討會最終達成了《新工科建設行動路線》，也稱為新工科建設“天大行動”。6 月9 日，教育部在北京組織召開了新工科研究與實踐專家組會議，會議原則通過了《新工科研究與實踐項目指南》，即新工科建設“北京指南”，列出了新工科建設和實踐需要解決的具體課題。從“復旦共識”到“天大行動”，再到“北京指南”，確立了新工科建設目標、行動路線和具體實施內容，新工科建設已經成為中國工程教育改革的重要內容。

二、“新工科”內涵

新工科建設和發展的主要內容如圖1所示。具體而言就是以新經濟、新產業為背景，樹立大工程觀、綠色工程教育、全面工程教育“新理念”，構建新興工科和傳統工科相結合的學科專業“新結構”，探索實施工程教育人才培養的“新模式”，打造具有國際競爭力的工程教育“新質量”，建立完善中國特色工程教育的“新體系”[2]。新工科建設面向當前科技革命帶來的深刻變革，著眼于培養適應時代要求的工程技術人才，將有助于推進中國從工程教育大國變為工程教育強國。

新工科建設的五個主要內容中，新理念、新模式和新質量主要是對高等學校提出的任務。新工科是在科技革命的背景下提出的，科技革命既包括人工智能、云計算等顛覆性創新技術，也包括利用這些技術對傳統行業的提升、促進。在新工科建設中，高等學校要適應當前科技革命和產業革命的需求創辦新興工科專業，也要著眼于利用新技術實現對傳統工科專業的升級改造。而實現這一目標就需要高等學校樹立工程教育新理念，構建人才培養新模式，最終實現工程教育新質量，以更好滿足國家創新發展戰略的需要。對全社會而言，新工科建設意味著建立工程學科新結構和工程教育新體系。新結構是指工程學科設置要與產業發展相匹配，兼顧新技術變革需求設立新興工科專業和傳統工科專業，以更好適應行業發展對人才的需求。新體系是指根據中國高校特點和實際情況，實現高校分類發展，建立高校與行業有機結合的工程教育體系[4]。由于中國高校具體情況的差異，新工科建設將分為工科優勢高校、綜合性高校和地方高校三種類型分別實施。

三、“新工科”土木工程人才培養核心目標

企業、組織甚至國家發展和獲得競爭優勢的根本保證是人才，而人才最核心的素質是創新，創新能力自然成為各個層面人才培養體系的核心目標。從世界范圍新一輪科技革命與產業變革發展趨勢，以及各國相繼出臺的戰略舉措來看，創新都處于絕對核心的地位。創新是國家發展和保持競爭能力的源泉，每個國家都將培養創新人才作為重要戰略目標。高校作為人才培養的重要陣地，培養具有創新能力的高層次人才自然成為其核心任務之一。近年來先后實施的“卓越工程師計劃”“協同創新計劃”等都是將創新能力作為人才培養的核心目標。各高校幾乎所有的專業都會在教學計劃中將培養學生的創新能力作為專業人才培養目標之一。

從新工科建設提出的背景和內涵要求來看，對人才創新能力的培養比以往任何時期都更加重視。首先，創新是推動社會發展的永恒主題。當前的社會遵循新的范式，創新的迭代速度和廣度比人類社會任何時期都更為劇烈。國家之間的競爭最終必然轉化為人才的競爭，培養造就一大批創新能力強的高級人才是實現創新型國家戰略目標的根本保障[5]。其次，新工科建設的提出就是要應對新技術、新經濟的挑戰。無論是傳統工科還是新興工科，都需要面對新形勢，適應新環境和新要求。新工科建設的最終目標是培養人才，而其中“新”字就是對人才創新能力培養目標最好的詮釋。新工科人才必定是掌握新技術、具備創新能力的人才。

多學科交叉融合的創新能力是“新工科”土木工程人才培養的核心目標。土木工程屬于傳統工科，面對新技術、新經濟的變革更加需要適應新形勢，主動“升級”。高校土木工程專業人才培養不能再拘泥于傳統教學內容和課程體系，也不能再忽視新技術對包括土木工程在內的各行業帶來的深刻變革，否則培養出來的人才缺乏應對快速變化的創新能力，高校土木工程人才就會失去專業競爭力。此外，“新工科”土木工程人才的創新能力是基于多學科交叉融合的，多學科交叉融合、跨界合作乃是當前科技革命的主要特征之一。建筑3D打印、機器人、人工智能、生物混凝土技術等就體現了材料學科、機械學科、計算機學科、生命學科等與土木工程學科的交叉融合。因此，具備科學、人文、工程知識的復合型綜合人才已經成為新工科人才培養的基本要求[6]。美國已經將加大科學、技術、工程和數學（STEM）教育列入《美國創新戰略》中。2016年，美國STEM教育的投入就達到30億美元[7]。可見，多學科交叉融合是創新能力培養的重要基礎。

四、“新工科”土木工程人才創新能力構成

創新能力是指人們在具有豐富知識和開闊視野的基礎上，通過創新性的思維活動，發現新問題，提出解決問題的新思路、新途徑，并通過創造性的實踐活動，產生新產品、新技術或新方法的能力[5]。具體到新工科條件下的土木工程領域，創新能力就是指土木工程人才能夠發現土木工程實踐的新問題，運用新技術變革帶來新工具、新方法，提出解決問題的思路和手段，并能夠通過創造性的工程實踐活動解決這些工程問題，取得創新性成果，實現新的工程目標的能力。新工科條件下土木工程人才創新能力突出強調對新技術的吸收、借鑒和利用，在不同學科的交叉融合中取得創新性的成果。

創新能力離不開堅實的知識基礎、寬闊的視野，創新的意識、思維和技能是上述要素綜合作用的結果[5]。此外，創新能力還受到人才所在組織創新氛圍和其個體創新素質的影響。創新能力的構成要素如圖2所示。在創新能力構成諸要素中，創新思維和創新技能（實踐）是最為關鍵的要素。

創新思維是指從獨特的視角發現新問題，用新穎的思路解決新問題，以期獲得創新性成果的思維活動[5]。創新思維是形成創新能力的關鍵，沒有創新思維，創新活動也就無從談起。創新性成果往往是逆向思維、發散思維等的結果。創新思維受到創新意識和創新視野的影響，前者體現為好奇心、興趣和求知欲等，后者則是認識事物的維度，與知識結構有關。創新意識和創新視野都建立在所掌握的知識基礎上，只有足夠寬度和厚度的知識儲備才能為創新思維提供可能，否則只能是不切實際的空想。近年來，很多高校提倡的“寬口徑、厚基礎”的人才培養模式其實也正是這一理念的體現。學生只有掌握扎實的專業基礎知識，具有強烈的求知欲和學習興趣，具備開闊的視野和創新思維，才能促使

他們開展創新活動。

創新技能（實踐）是指能夠運用掌握的知識和工具，在創新思維指導下將解決問題的新方法、新途徑付諸行動，并取得創新性成果的能力。具體而言，創新技能就是實際操作和動手的能力。沒有創新技能，創新思維只能停留在想法階段。創新思維主要在于發現新問題、設計新思路，創新技能則側重尋求新方法，獲得新成果。創新技能需要在一系列創新實踐活動中獲取，因此，需要從人才培養的角度設計一系列的實踐活動，使學生逐步掌握創新活動所需的全部技能，具備動手創新的能力。

此外，構建組織層面良好的創新氛圍，如“大眾創業、萬眾創新”等，有利于激勵人才積極投身創新活動，實現國家創新戰略。在進行創新活動時還需要具備百折不撓、屢敗屢戰和善于利用資源的創新素質。

五、“新工科”土木工程人才創新能力培養路徑

（一）以多學科交叉融合課程體系和教學內容促進創新思維的形成

一是在土木工程學科傳統教學的基礎上，面對新經濟和新技術的發展趨勢，綜合土木工程學科、信息學科、材料學科、機械學科等不同學科，設計、更新面向土木工程相關專業多學科交叉融合的課程體系和教學內容（如圖3所示），以保障學生獲得足夠深廣的知識，具有良好的視野，具備開展創新活動的知識結構等。

二是創新教學方法與手段，開展創新思維訓練。引入先進教學方法，優化教學手段，有針對性地在課堂教學等環節培養學生的創新意識，將創新思維訓練引入課堂。

三是構建個性化培養模式。以創新能力培養為抓手，探索和構建個性化培養制度，形成行之有效的個性化、高層次人才培養模式。

（二）以研究性學習和交叉融合的創新實踐促進創新能力的提升

一是建設土木工程開放式創新實驗平臺，將新技術、新裝備引入土木工程專業教學，探索研究性學習的具體實施途徑和策略。在現有土木工程實驗室的基礎上，創造多學科交叉融合的實驗教學環境（如圖4所示），為學生提供良好的創新活動條件，如建筑機器人、3D打印機、三維掃描儀等。從實驗室硬件條件和管理體制等軟件環境上為學生開展探索性、研究性學習提供保障，為學生提供“好玩”和“高科技”的實驗環境，激發學生的學習興趣和求知欲。

二是開展多學科交叉的全過程創新實踐活動。如重新設計有關創新性實驗課程、設計不同形式的創新訓練、組織學生參加各層次創新競賽活動，以及引導學生參與科研活動等。通過全過程不間斷的創新實踐，提高土木工程專業學生的創新技能。

（三）構建土木工程人才創新能力評價標準

根據新工科建設“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”的精神，確立土木工程人才創新能力的內涵和評價標準，為探索新工科土木工程人才創新能力培養路徑提供科學的依據。

六、結語

新技術新經濟的發展對工程人才培養提出了新的要求，新工科建設是工程教育的重大變革。土木工程學科作為傳統工科的典型代表之一，更加需要與新技術的融合發展。新工科土木工程人才培養以創新能力為核心目標，突出多學科交叉融合的課程體系和教學內容，重視開展全過程的創新實踐活動，這是土木工程人才獲得創新思維和創新技能的主要途徑。參考文獻：

[1]“新工科”建設復旦共識[J]. 高等工程教育，2017（1）：10-11.

[2]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等. 加快發展和建設新工科，主動適應和引領新經濟[J]. 高等工程教育，2017（1）：1-9.

[3]陳偉，易莎，閆瑾，等.基于協同能力培養的工程管理專業畢業設計模式研究[J].高等建筑教育，2017，26（ 1） ： 168-173.

[4]闞鳳云.新工科，一場工程教育新革命？[N]. 中國科學報，2017-03-14（6）.

[5] 林健.卓越工程師創新能力的培養[J]. 高等工程教育，2012（5）：1-17.

[6] 包信和.在新工科的“無人區”如何繼續一路風行[N].文匯報，2017-02-24.

[7]高洋，劉春艷.新版《美國創新戰略》述評[EB/OL].中國國家知識產權局網站.www.sipo.gov.cn，2015-12-25.

Abstract：

“Emerging Engineering Education”（3E） is proposed as the direction of Chinas engineering education reform， based on the new demand of national strategic development， new situation of global competition. It is very important that improve teaching based on multidisciplinary for civil engineering in order to adapt to new requirements. Innovative ability is one of core goal of civil engineers talents training， including innovative thinking， innovative skills， innovative consciousness， innovative vision and professional knowledge. There are two ways to improve civil engineers innovation ability. One is improving innovative thinking based on multidisciplinary integration of the curriculum system. The other is building the multilevel practice to enhance the innovative skills.

Keywords： Emerging Engineering Education； civil engineering； innovation ability； talents training

（編輯王宣）