新工科的專業核心能力探索及課程體系構建

黃英 李保國 雷菁 李為

[摘要]文章研究了新工科的內涵及教育范式架構，探索了工程教育新趨勢下人才培養的核心能力。結合工科專業特征，提出了人才培養的專業核心能力，探討了能力培養與課程體系的關系。依托國防科技大學通信工程專業，提出了新工科背景下的專業課程體系構建的思路，為該校教育改革新形勢下培養方案的制訂提供依據，也可為其他高校提供借鑒。

[關鍵詞]新工科;教育范式;專業核心能力;課程體系

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3437（2020）05-0020-03

從2017年2月形成的“復旦共識”“天大行動”，到同年6月形成的“北京指南”，標志著我國高等工程教育開始了新的篇章。新工科的提出也是我國全面提升學生能力教育的新起點。本文將在這樣的背景下，研究新工科的內涵與方向，探索工科學生的專業核心能力，提煉專業核心能力與專業課程體系的關系，并以我校通信工程專業為例，構建新工科背景下的課程體系。

一、新工科內涵與方向研究

新工科是高等工程教育改革的一個新階段，它與之前的“卓越計劃”是什么關系？它的內涵與研究方向是什么？

（一）與“卓越計劃”的關系

作為工程教育的重要階段，不得不提及我國2010年開始的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）。教育部啟動“卓越計劃”的目的，就是培養造就創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。為此，“卓越計劃”重視與企業的深度合作，以加強人才工程創新能力的培養。清華大學、上海交通大學、浙江大學等知名院校成為首批參與“卓越計劃”的高校。截至目前，“卓越計劃”已覆蓋全國200多所高校，其在培養模式改革、工科教師隊伍建設、校企合作及面向世界的工程教育等方面已取得重要的成果，引起了國際工程教育界的廣泛關注。

作為“卓越計劃”的升級版，新工科建設基于現有工程教育改革成果，轉變觀念，調整思路，拓展改革內涵;從適應產業需求轉變為引領未來發展與滿足產業需求并重，加強多學科的交叉融合;將教育改革提升到國家戰略的高度。目前，各高校針對新工科建設，都在進行深度探索，勢必形成新一輪的工程教育改革新高度。

（二）內涵分析

新工科指的是emergent or emerging engineering，其“新”則是emergent或者emerging的含義。我們可以從三個層面來探討“新”的含義，即新興、新型和新生，如表1所示。從中我們可以看到，新工科建設將以引領性、交融性、創新性、跨界性和發展性等為主要的特征。

另外，針對新工科建設的研究內容，教育部發文明確其所涉及的“五個新”：樹立工程教育“新理念”——創新型、綜合化、全周期;構建學科專業“新結構”——新興工科和傳統工科相結合;探索實施工程教育人才培養的“新模式”;打造工程教育“新質量”——具有國際競爭力;建立完善中國特色工程教育的“新體系”。這“五個新”包含了新工科的基本內涵。

綜上所述，新工科建設和發展以新經濟、新產業為背景，需要完成上述“五個新”，實現我國從工程教育大國走向工程教育強國。

（三）改革方向探究

新工科建設和改革的核心任務之一就是構建新工科教育范式（工程教育新范式）。我們可以從上述五大新內涵的分析中看出，新工科體現了多層面的融合，包括學科之間、校企之間、教學研以及產學研等;同時，現代工程教育改革表現出全方位、開放式的協同創新。因此，新工科教育范式的特征體現為“融合創新”，其框架如圖1所示。

新工科改革的兩大主體方向：一是新工科專業或專業方向的建設;二是依托工程教育新范式框架的現有專業的改造。本文所關注的問題是基于后者，在新工科背景（新理念）下，探索專業核心能力（新的質量標準）及課程體系（新的內容）構建，同時討論培養模式（新模式）及教學方法（新方法）的改革。

二、新工科背景下專業核心能力的探索

在新工業革命與工程發展趨勢下，結合我國工程教育的特點，探索工科學生的專業核心能力，對新工科背景下人才培養模式及課程體系改革均具有重要的現實意義和前瞻價值。

（一）新工科的能力分析

目前，業界和大學都非常重視基于能力的教育（competency-based education，CBE）。美國能力運動發起人McCleHand認為：只有核心能力才是學生成功就業和可持續發展的關鍵要素。核心能力日益成為人力資源開發和管理的評價標準。目前，國際高等教育界極力倡導基于能力的教育。為確保畢業生能夠滿足企業與未來社會對高素質人才的需求，大學教育的重點開始由“知識與技能的傳授”轉向“學生核心能力的培養與測評”。高等工程教育正面臨著范式轉變，其人才培養標準與培養模式面臨著新的嚴峻挑戰。雖然社會各界對核心能力的界定各持己見，但對于新時代下工程教育將致力于提升工科學生一系列創造性解決問題的技能這一點是達成共識的。2012年，美國國家科學院一份研究報告總結了21世紀的技能應由認知、內省和人際三類能力構成：認知能力——涉及推理和記憶;內省能力——為實現目標而管控自我行為和情感的能力;人際能力——包括表達思想、解釋和回應他人信息的能力。根據新工科的內涵與特點，可總結出該背景下學生應具備的五大核心能力：個人效能、知識能力、技術能力、學術能力、社會能力。其中，技術能力包括數據與信息的處理分析能力、跨學科能力、設計思維及綜合應用技能等;學術能力包括問題解決與決策能力、批判性思維、創新創業能力、自我評估能力等。

文獻[6]提出在新工科背景下，人才培養要以適應產業發展新要求的綜合能力素質為目標，工程學科與基礎學科結合，工科思維和人文精神交融，從而構建多能力的架構，包括工程思維能力、合作學習能力、跨界整合能力、融合創新能力、互聯網思維能力、倫理思維能力、全球思維能力、終身學習能力。其中，工程思維能力的培養是實現工程教育范式跨越式發展的前提;跨界整合能力是一種突破個體認識的局限性進行跨界資源整合的能力，培養新型工程人才的跨界整合能力以適應新經濟發展需求已成為新工科建設對人才素質結構規定的發展趨勢;融合創新能力的培養可有效提高新工科背景下學生適應變化的能力;互聯網思維則是一種嵌入互聯網特征的新思維方式，是對整個商業生態進行重新全面審視、系統化的一種思考方式。

（二）專業核心能力探索

筆者團隊在文獻[7]中提出工科類學生應具備的專業核心能力為工程實踐能力、創新能力、自主學習能力，并形成了實踐教學模式與核心能力的關系模型。在新工科背景下，對于人才的培養又提出了新的要求，對其專業核心能力進行了擴展：1.工程思維與工程實踐能力——借助工程哲學，運用理論思維全面客觀地對工程活動進行部署、實施和維護;針對工程活動中的實際問題，設計或開發解決方案的能力。2.創新思維與創新實踐能力——具有以新穎獨到的方法解決問題的思維過程，可利用反常規方法、視角去思考問題，提出有社會意義的與眾不同的解決方案;運用已有知識和技能，通過一定條件下有意識的實踐活動，形成新價值成果的能力。3.自主學習能力——以學生為主體，通過學生獨立地或以合作的方式分析、探索、實踐、質疑、創造等來實現學習目標。為適應社會發展和實現個體發展的需要，具有貫穿于人一生的持續學習的能力。這三種能力的關系如下：自主學習能力是基礎，其他兩種能力是升華。創新思維與創新實踐能力側重科學研究人員的培養，工程思維與工程實踐能力側重工程師的培養。

三、新工科背景下的專業課程體系構建

本文接下來探索專業課程與核心能力培養的關系，并以此為基礎，依托我校通信工程專業，構建新工科背景下的專業課程體系。

（一）專業課程與核心能力培養之間的關系

我們的專業課程一般分為專業理論課程、研討課程及實踐教學環節。不同類型的課程對于能力的培養要求是各有側重的。實踐教學環節對培養創新思維及創新實踐能力、工程思維及工程實踐能力都有較突出的作用，研討系列課程可側重完成創新思維及自主學習能力的培養，專業理論課程則側重自主學習能力的培養。從能力培養的角度看，自主學習能力主要以專業理論課程中大部分知識點的學習為基礎，結合研討和實踐教學來加強;其他兩種核心能力都得以扎實的專業知識為基礎，同時配合實踐教學環節的合理設計。根據學生能力評價的數據分析結果，我們可以得到課程與能力的關系矩陣，如表2所示。

從表2可以看出，自主學習能力有60%來自專業理論課程的學習;實踐教學環節對于其他兩種能力培養的作用均在40%以上，可見其重要性。從課程設置的角度來看，專業理論課程、研討課程、實踐教學環節的課時安排比例大約為4.5：1：3。因此，我們在開展專業課程體系構建時可以此為依據來設置課程和分配課時。

（二）課程體系構建

新工科建設具有多學科交叉融合的內涵和特征，這就決定著課程體系的構建及教學內容的改革都應是系統的，而不是個體的。也就是說，我們應當從整個新工科專業建設的角度出發，有組織、有系統地進行課程體系設計、課程設置以及教學內容的選擇。

基于專業課程與核心能力關系矩陣的探討，我們對各類課程的課時安排有一個大概的比例分配。實踐教學環節比重較大，除了包含專業理論課程配備的課程實驗，還有專門獨立設課的實驗課程、設計、實習等。我校歷來重視實驗教學環節，對于理論課程，其實驗部分占總課時的10%以上。研討課時比重不大，其設置主要側重專業通識教育以及新技術教育等，對能力的提升有事半功倍的效果。專業理論課程仍占主體，包含本專業所涉及的基礎知識，也是專業核心能力培養的基礎。針對我校通信工程專業，新工科背景下的專業課程體系如圖2所示，這將為我校新課程改革環境下的人才培養方案制訂提供依據。

新的課程體系必須配合新的教學理念及教學方法開展教學，才能收獲較好的效果。可以依托在線平臺，整合互聯網教學資源，并借助MOOC、雨課堂等手段，開展線上線下結合的混合式教學模式。將基于問題的學習、基于項目的學習、體驗式教學、探究式學習以及翻轉課堂等教學方法靈活地應用于教學中，探討信息技術基礎上新工科的教學設計及內容設計。

在實踐教學環節，結合我校通信工程專業“卓越計劃”的成果，遵循“工程思維一專業感知一項目鍛煉一工程設計及實施運行”這一思路，可形成一套適應工程教育發展趨勢、培養工程思維及工程實踐能力的教學環節。從大一到大四，分別設置企業認知教育、企業生產實習、工程項目實踐及工程設計與實踐等環節，其課時可安排在專業設計、專業實習、畢業設計等環節中。

四、結束語

本文依托工程教育改革大背景，深入研究了新工科的內涵及教育范式構建，探討了該背景下的核心能力;結合工科專業特征，提出了新工科的專業核心能力，即自主學習能力、創新思維與創新實踐能力、工程思維與工程實踐能力;還探討了專業核心能力培養與專業課程的關系，并以此為基礎構建了我校通信工程專業課程體系。本文的研究成果將為新工科背景下的我校新培養方案的制訂提供依據，其合理性與可行性需要進一步完善和修正。