以新工科建設促進高等教育發展研究

付佳 周春華 王林申

摘? 要：新工科建設是我國近年對工業4.0做出的積極應對，使工科人才的培養積極迎面革新中的工程技術更新，自從在全國推進以來，高等教育發展產生了變革性影響。通過對新工科發展的梳理，結合教育部公布的本科專業布局數據以及美國新媒體聯盟發布的《地平線報告》（高教版）中相關預測內容，利用ArcGIS等分析手段圍繞新工科專業布局發展、教育技術發展和理念發展趨勢三個主題展開研究，呈現國內現行高等教育新工科專業配置發展現狀和趨勢，探討在新工科建設階段我國高等教育發展需要解決的問題。

關鍵詞：新工科;高等教育;專業布局;教育預測

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2020）35-0001-06

Abstract： Recently our country have been promoting the construction of New Engineering Disciplines in respond to Industry 4.0， training engineering talents to adapt to the renewal of engineering technology. Since its promotion around the nation， it has revolutionary impact on the development of higher education. By carding the development of new engineering， combining with the undergraduate professional layout data released by the Ministry of education and the related prediction contentin the Horizon Report （Higher Education Edition） issued by NMC， and utilizing GIS analytical means， this study focuses on three themes： the layout and development of new engineering majors， the development of educational technology and the development trend of ideas， presenting the current situation and trend of the configuration of new engineering major in Higher Education in China， and discussing the problems that need to be solved in the development of higher education in the new engineering construction stage.

Keywords： New Engineering Disciplines; higher education; discipline distribution; educational prediction

我國的新工科建設從2017年初由專家研討的形式在小范圍內開始，到2019年初多個國家加盟的新工科教育國際聯盟的創立，新工科建設經歷了從理念創建到行動實踐、從小范圍發起到全國校企聯動的全方位發展過程，新興產業人才的需求和培養模式的改變相互形成促進關系，推動我國高等教育發生改變。創立于2002年的美國新媒體聯盟（NMC）每年發布的《地平線報告》（高教版），是由世界各國的教育專家和技術專家圍繞教育技術的關鍵趨勢、重大挑戰以及重要技術三大主題板塊，預測未來五年創新實踐和教育技術對全球高等教育的影響，能對全球高等教育發展進行有效預測。本研究以2017年新工科在國內提出年份為研究元年，收集2016-2018年教育部公布的新增備案和審批的本科專業進行整理對比，同時將以預測未來五年教育發展為目的的《地平線報告》的研究年份自2017年向前推進5年、即2013年為報告的數據起點，以2019年為報告的數據終點，摘取其中對教育技術的進展和教育技術的趨勢兩個板塊內容進行分析，從中剝離出高等教育在實際發展和預測中針對新工科建設以及工科人才培養的變化和相關預測內容，為中國高等教育的創新變革和發展提供建議。

一、新工科在國家層面的推進

2017年教育部組織成立了高規格的研究和專家組，先后形成了認識導向的“復旦共識”、方法論導向的“天大行動”以及項目和政策支持導向的“北京指南”，至此標志著以新工科建設為主題的高等工程教育改革掀開全新篇章。同年年底，國務院發布《關于深化產教融合的若干意見》，提出要適應新一輪技術革命和產業變革以及新經濟發展，促進學科專業交叉融合，加快推進新工科建設[1]。2018年3月，教育部辦公廳發布《教育部辦公廳關于公布首批“新工科”研究與實踐項目的通知》，確立612個項目為首批“新工科”研究與實踐項目，推進新工科建設全面開展。8月，中共中央和國務院發文，提出發展新工科、新醫科、新農科、新文科，四科并行發展。同年10月，教育部、工信部、工程院聯合發布《關于加快建設發展新工科、實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》，推動各地各高校著力建設一批新型高水平理工科大學、多主體共建的產業學院和未來技術學院、產業急需的新興工科專業，體現產業和技術最新發展的新課程等[2]。2019年4月，在“六卓越一拔尖”計劃2.0啟動大會上，教育部部長陳寶生指出新工科建設是主動提前應對第四次工業革命，對“新的工科”、“工科的新要求”重點研究，加強戰略急需人才培養，最終提高國家硬實力[3]。從以上政策以及近年推行的諸如創新驅動發展戰略、“中國制造2025”、“互聯網+”系列活動等重大戰略舉措可以看出國家正在全社會全方位推進推廣新型的教育模式、培育新工科人才。

中國要贏得全球人才爭奪戰、要在世界范圍內成為具有競爭力科學中心，必須為培育人才創造良好的環境，一方面是打造有競爭力的高等教育環境，另一方面是支持人才繼續教育。2019年4月，歐美亞澳四大洲50多所高校以合作、共享、開放、創新為原則加入了在深圳成立的新工科教育國際聯盟，實現了世界新工科人才培養的戰略合作，為實現促進高校之間、校企之間開展多元、多邊合作奠定了基礎，開啟了多國多地多校共同探索高等工程教育的新模式。新工科建設從提出至今近三年的時間里，迅速發展壯大，從國內全方位推廣到國際聯合促發展，正在實現我國新工科建設的全球聯動“中心化”趨勢，新工科建設正在促進高校教育環境發展變革。

二、新工科建設在高等教育環境中的發展

（一）新工科專業布局發展

我國教育部每年三月根據《普通高等學校本科專業設置管理規定》（教高（2012）9號）和教學指導委員會評議結果對上一年度普通高等學校本科專業進行設置和調整，確定了同意設置的備案專業、國家控制布點專業和新增目錄外專業點名單，并將專業備案、審批和撤銷專業結果進行公布。梳理2016年、2017年、2018年三年高校備案和新增專業的公布數據，發現每年新增備案本科專業總數量基本穩定在兩千個左右，除國家控制布點專業外，我們從備案中可以看到高校專業建設工作緊密結合社會發展需要，以經濟社會發展需求為導向，實時調整優化人才結構。

1. 新工科專業發展

新工科專業中“新的工科”是指應對新興產業的專業類型，以互聯網和大數據為核心，覆蓋的專業包括物聯網工程、光電信息科學與工程、數據科學與大數據技術、機器人工程、智能科學與技術、智能醫學工程、飛行器設計與工程、新能源科學與工程、船舶與海洋工程、智能車輛工程、智能體育工程、網絡安全與執法等。“工科的新要求”是指對傳統工科專業提出新的要求。在連續三年的年度普通高等學校本科專業備案和審批結果中對新增備案和審批本科專業名單數據進行篩選，以“新的工科”為導向，用新能源、大數據、機器人、智能、物聯網、飛行器、光電信息為關鍵詞對本科專業進行統計梳理和分析，基本實現對新興工科涵蓋的專業全覆蓋統計。

自2017年2月教育部積極推進新工科建設以來，高等工程教育發生重大變化，高校工程類專業建設從傳統的人才培養工作轉變為“問產業需求建專業，構建工科專業新結構”的發展模式。以七個關鍵詞進行統計分析的結果呈現出專業發展的差異性和導向性，具體表現為四種類型，大幅增長型、穩定增長型、維持不變型和數量退步型：一是大幅增長型，以“大數據”、“智能”為關鍵詞統計的專業數據表現出明顯增長趨勢。“大數據”為代表的專業從2016年的32項躍遷為2017年的256項，是所有與新工科有關的專業中增幅最大的;以“智能”為代表的相關工科專業2016、2017年分別是21和39項，到2018年突然激增為175項，這與2018年4月教育部辦公廳印發的《高等學校人工智能創新行動計劃》的通知有緊密的關系。二是穩定增長型，與“機器人”相關的工科專業呈現出三年連續穩步增長的趨勢。三是維持不變型，新工科專業中近三年維持數量基本不變的有“新能源”“飛行器”和“光電信息”相關專業，這三個領域的新工科專業雖然具備新工科的專業特點，但是受人才市場需求總量控制，很難有較大的人才培養需求量增幅。四是數量退步型，與“物聯網”相關的新工科專業數量呈現出逐年下降的趨勢，在2012年的《地平線報告》（高教版）預測中提及“物聯網”一次，后續年份都沒有出現。結合“大數據”的突飛猛進式發展，可以判斷出“萬物有聯”的物聯網模式已經尋找到更好的技術表現方式。除國家控制布點專業外，以“大數據”“智能”“機器人”相關的專業人才培養是未來的人才培養主要產出板塊，也是高校教育發展的重要新領地。

2. 專業學位分布變化

在近三年的備案和審批本科專業學位授予門類中，穩定增長的學位門類是法學、教育學和工學，2016至2017年分別增長5.26%、19.72%和15.17%百分點，2017至2018年分別增長24.56%、28.24%和1.15%百分點。其中工學學位專業總量顯示出明顯的數量優勢。以2018年數據為例，2018年工科專業883個，理科437個，工科專業數量遠高于排位第二的理學。工科專業不僅歷史存量始終領先，這三年發展數量也明顯高于其他學位門類。

工科學位專業數量2016-2018年分別是758、873和883個，以關鍵詞大數據、新能源、機器人、智能、物聯網、飛行器、光電信息統計專業總數數量占工科所有專業的比重為21.24%、48.00%和63.19%，工科專業數量不僅在所有學位類型中穩步增長，“新的工科”專業數量在工科內部呈現出占比逐年增長的趨勢。

在梳理專業布局時，與“大數據”相關的專業遍布在多個學位門類下，同時存在工學、理學、管理學三個門類下，可見數據科學專業是適應新時代需求的新生生力軍，具有普及廣、滲透快的特點，對除工科外的其他門類顯示出強勁的滲透力。

3. 新工科專業空間布局

以1980西安坐標系為空間參考系，在我國31個省級行政區（不包含港、澳、臺）地理空間數據庫基礎上將2016-2018年教育部公布的備案和新增新工科專業導入ArcGIS空間轉換工具，得出新工科備案和新增專業空間布局圖（圖3、4、5）。從空間分布變化看專業發展趨勢，2016年新工科專業建設工作沒有突出表現，在教育部公示的審批和新增專業類別里，新增新工科專業數量為零，現有數據為審批專業部分屬性的體現;2017年數量和影響范圍都有所擴大，初步形成新工科專業發展的空間重心;2018年在原有空間重心的基礎上，初步形成“中橫東縱”的“T”字形空間格局。

2018年新工科專業建設主要集中在自山東向西途經河南、陜西、湖北、重慶、四川的橫向中部發展軸上，以及從黑龍江向南途經吉林、遼寧、北京、山東、江蘇、安徽、江西、福建、廣東的縱向東部發展軸，其中山東為橫、縱發展軸的交點，是新工科專業建設的密集型核心。在2018年備案和新增新工科專業統計中，山東、江蘇、北京、河南、陜西位列31個省級行政區前五名，新工科專業數量分別為42、40、37、37、32，占全國統計范圍內總量的 32.70%。其中以“大數據”“機器人”“智能”“新能源”為關鍵詞的專業數量占新工科專業總量的百分之九十以上（圖6），尤其是“智能”和“大數據”方向的專業建設為新工科人才培養打下堅實的基礎，累計數量超過省內的百分之六十。這種現象不僅存在于排名靠前的五省，在其他省域依舊存在。

新工科建設意識的推廣對高等教育發展的產生深遠影響，徹底顛覆了人才的培養類型和產出結構。工業革命4.0帶來的工作方式、工作內容的變革，高校相應在組織機構、專業建設、管理機制、運行模式、評價體系、人才培養模式等方面進行更新，是對傳統的高校教育進行的補充和升級。

（二）新工科教育技術發展

《地平線報告》（高教版）是由美國新媒體聯盟發布的專項報告，旨在預測未來五年全球高等教育實踐和技術應用情況，選出最有可能影響高等教育變革的關鍵趨勢、重大挑戰和重要進展。研究分析《地平線報告》（高教版），不但可以深入了解高等教育技術和實踐應用的發展趨勢，同時也可以將其作為國內高等教育技術發展的參照物，對比國內高校教育和全球教育發展的差異，探尋我國教育教學發展的可能性，對由于當前新工科人才培養模式的變化產生的高等教育變革提供啟發和思考。

本文以2017年新工科提出年份為研究元年，相應《地平線報告》（高教版）向前推進五年進入到首次預測2017年教育技術的2013年，對7年（2013-2019）的報告進行整理研究。

在教育技術發展預測板塊，《地平線報告》（高教版）有5項僅在2013和2014年出現、后續不再提及的內容，分別是平板電腦、在線課程、3D打印、游戲和游戲化以及量化自我。中間三年單獨出現的教育技術是翻轉課堂、自帶設備、情感計算。近兩年單獨出現、前后沒有呈現連續性的教育技術是人工智能、移動學習和區塊鏈。以上三個斷層式的技術演進過程展示出在新技術的支持下教育手段的進步，同時也呈現出一定的社會時代烙印。比如受社會經濟和文化影響的游戲和游戲化技術，由于游戲在文化上的興起，使社會大眾關注游戲，推動游戲的導向化發展;受計算機技術的進步、互聯網普及影響，善于進行學習記錄的區塊鏈、改變學習體驗方式的移動學習進入教育視域，不僅對高校傳統教育模式產生變革式的影響，也會對人才繼續教育提供重要的支持和驗證。

出現頻次較多、基本貫穿時間線的發展技術是學習測量技術和自適應學習技術。學習測量技術是近幾年報告里出現次數最多的內容，僅在2015和2017年缺席技術發展預測報告，這說明全球教育專家在持續的關注學生學習成效測量的多樣化、全方位、動態化、個性化的現實可能性。近七年出現三次的技術發展有創客空間、混合現實和人工智能，相比較而言，這三項更關注學生的學習環境和過程，是新技術對高等教育環境的影響結果。

縱觀報告中有關教育技術的預測變化，結合國內新工科發展趨勢，觀察新教育技術對新工科人才培養的影響結果。新工科在高校里的發展一方面是以新興產業為代表的諸如數據科學、智能科學、飛行器、光電信息、機器人、物聯網等專業領域，這一類專業的共同特征是以互聯網和工業智能為核心，另一方面是對原有工科專業的升級，體現的是傳統“工科的新要求”，如建筑建造、工業設計、城鄉規劃、機械、材料科學、電子信息科學、電氣、冶金制造等等。新興工科專業和傳統工科專業在教學中都面臨工科學生學習的特征：情境性、實踐性和應用性，與這一特點相適應的是專業學習過程中所需教學環境的互動性、教學過程的個性化和教學手段的多樣化。在教學過程中，學生利用移動工具完成學習的比例和多樣化程度都在飛速進步，平板電腦、手機APP、手機網絡、筆記本電腦相互之間的無障礙轉換，保證學生的學習體驗不受環境的影響，可以隨時隨地進行，云課堂、網上公開課等資源使學生學習徹底擺脫對傳統課堂教學的依賴。這種移動工具參與學習的變化體現技術預測的兩種關聯：直接關聯和間接關聯。直接關聯是對在線課堂、自適應學習技術和移動學習技術的預測，這三項技術依次出現在2013-2019的前中后階段，是相互交疊和延續的關系，現實意義是科學技術進步和互聯網普及的體現，是教育技術和教育意識同步結果。間接關聯的是混合現實技術，平板電腦等移動終端的普及，使其與VR虛擬現實等技術結合后，為學生提供一個真實與幻境、現實和產品無縫銜接、增強體驗的可能性，能實現工科學生在現實里完成客觀學習、在虛擬幻境里完成學習體驗的“所見即所得”的學習愿望，符合工科學生學習過程的特征，吻合工科工程師培養的現實需求，融合“新的工科”與“工科的新要求”兩個層面的新工科提出的具有情境交互、實踐互動、現實模擬的教學環境要求。2018年12月25日，工信部發布《工業和信息化部關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》中指出要推進虛擬現實技術在高等教育、職業教育等領域和物理、化學、生物、地理等實驗性、演示性課程中的應用;促進虛擬現實教育資源開發，實現規模化示范應用，推動科普、培訓、教學、科研的融合發展[4]。隨著大數據、云計算、智能科學等基礎架構與虛擬現實客戶端的不斷發展融合，教育技術進展預測中有關移動學習、混合現實和人工智能的判斷，對新工科建設的教育活動提供了技術保障，為教育教學應用模式開辟了新選項。

（三）新工科理念趨勢發展

長久以來，全球高等學校教育的發展一直深受《地平線報告》影響，教育技術的發展趨勢預測在過去連續七年的時間里，有7項僅出現在2013和2014年的報告而沒有在后續年份中出現，它們是泛在學習、重新思考教育者角色、正式學習和非正式學習融合、在線學習變革、學生從消費者到創造者角色的轉變、靈活的變革方法以及社交媒體普及。這7項里有對教與學角色轉變的思考，學習方法的預測以及新技術對學習體驗的判斷。在2013-2019期間，對教育趨勢的預測具有強連續性的有4項，分別是混合式學習設計（6次）、日益關注學習測量（7次）、推進創新文化（5次）和重新設計學習空間（5次）。日益關注學習測量在教育技術的進展預測和教育技術趨勢預測中都是次數最多的項目，在2019年全球教育專家對該方向的判斷結果為短期項目，說明全球高等學校教育在這一領域的持續關注和迫切改革的程度，短期內進行改革的可能性較大。創新是社會對高校的期待，因此創新人才的培養需求落在高校教育的任務里，推進創新文化自然成為教育技術發展的趨勢。混合式學習設計和重新設計學習空間，這2項是對學習過程的預測。越來越多的學校注重學生向基于項目的學習、探索式學習和體驗式學習方式的轉變，在此過程中，學習的狀態由過去的被動式學習變成以學生為中心的教與學角色互換的學習模式。學習和技能獲取的方法不局限于在課堂完成，還有可能包括在線課程以及完成課程內必要的線上互動等線上內容共同完成。

新工科專業人才培養中重要的人才素養是具備一定的實踐能力和應用能力，一方面鼓勵學生要具備想動手、能動手的主觀愿望，另一方面學校要提供給學生探索、試錯和體驗的學習條件，在教與學中相互促進創新意識和能力的培養。跨機構跨部門合作是2015和2018年提出的教育技術發展趨勢，工科學生的培養過程不能脫離實際項目的鍛煉，校企合作、校校聯合、校地合作等模式都是通過跨機構跨部門合作育人的探索方式，校企合作育人也是教育部自2017年以來推進的高校企業合作育人模式的實踐。新興工科專業人才的培養不能回避前沿技術對高校的影響，平板電腦、移動電腦、手機APP等各種移動終端對高校學生學習的滲透結果是顯而易見的，虛擬仿真技術幫助完成沉浸式學習成果的潛力巨大。在虛擬仿真技術的支持下，學生可以即時的體驗工程作業的成果，為學習過程創造了可以互動的學習模式。

三、啟示與建議

面向未來，我們需要深刻思考教育、社會與產業變化的趨勢，以教育變革主動設計未來、迎接未來、建設未來。新工科建設意識已經在全國全面普及推廣，新工科專業建設行動全面展開，以北京為精神核心，以山東為專業建設的省域重心，向西、向南北延伸發展，形成“中橫東縱”的“T”字形空間格局，向西至四川形成橫向中部發展軸，向南北發展至廣東、黑龍江形成縱向東部發展軸，專業建設的兩軸同步發展共同對高校人才培養類型和產出結構產生深遠影響。

依托互聯網的普及，和大數據科學、機器人、“智能+”相關的專業是未來高校新工科專業建設的重要發展趨勢，是未來人才輸出領域的主力軍，教育機構應對人才培養需求的變革，迫切期望打破傳統教育模式的桎梏，積極探尋校企合作、產學結合、科教協同、校地合作或者高校內部組織改革的多樣化途徑，使新工科建設培養的人才具備更好的實踐性和應用性。

大數據、虛擬仿真技術等新技術的興起，使教育教學工作具備多手段、多角度的開發潛能，滿足教育發展中具身學習、個性學習、真實交互學習的需求，在成本可控制、模式可復制前提下為學生創造智能化的學習環境，實現工科人才培養的情境式學習要求。

在區塊鏈技術和在線課程的支持下實現“最低處學習有記錄，最高處平臺可展開”的高校教育目標，鼓勵并認可全過程開展正式學習與非正式學習，以利于工科人才終身學習素養的提高。

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