曹福亮,劉 英,王伊寧,杜聞濤,練錦紅,蒙雪江
(南京林業大學 a.林學院;b.機械電子工程學院,江蘇 南京 210037)
《新工科建設指南》明確提出“樹立創新型工程教育理念,提升學生工程科技創新、創造能力。”[1]這意味著滿足未來技術和產業發展新趨勢的工科人才必須具備、運用和遷移多學科知識并能復合創新。 “賦能”作為一種已在管理學、心理學等領域有初步研究和應用的理論,“以應對變化、塑造未來為指引,以繼承與創新、交叉與融合、協同與共享為主要途徑,”[2]為在高等工程教育領域樹立創新型、綜合化和全周期工程教育理念提供了新思路,即通過在工程專業實踐中實施賦能教育機制建設的嘗試與實踐,讓學生能夠根據不斷變化的行業需求與職業要求,積極主動地不斷賦予自己新的能力。
在高等工程教育的全過程里,“賦能”①在積極心理學中,“賦能”(enabling)即賦予能力或能量,旨在通過言行、態度、環境的改變給予他人正能量,以最大限度地發揮個人才智和潛能。這一理念近年進入到企業人力資源管理理論中,此處將“賦能”理念進行教育學轉換。即是通過“激勵+成就”的方式,以多樣化、靈活式的教學手段的綜合運用,賦予學生從事未來職業的各方面能力。然而,當前國內部分高校工程教育在實踐教學方面,既在改進人才培養模式方面缺乏進一步創新,又在提升學生學習積極性方面遇到瓶頸。傳統工程教育模式已無法滿足“培養學生終身學習發展、適應時代要求的關鍵能力”[1]。將已在管理學領域中盛行的“賦能”理論進行教育學轉換,通過工程專業實踐賦能教育路徑機制的設計和建立,豐富、提升學生應對未來職業要求的各方面能力,是不斷深入和拓展新工科教育的應有之義。
新工科建設的一個重要緣起是應對新一輪科技革命和產業變革的變化,主動支撐服務新經濟、新產業、新業態的發展。這要求專業實踐教學必須與產業界的技術變革與創新、工程實踐的發展與挑戰、工程產品應用與服務形成良性互動,從而體現出社會經濟發展與多元化、創新型工程人才培養的強相關性。由此可見,專業實踐教學在工科學生能力培養過程中扮演著重要角色。
新工科以“應對變化,塑造未來”為建設理念,這使得專業實踐不能只依靠理論教學。理論教學的形式包括學生對理論學習進行印證、使他們熟練掌握專業必備知識,或引導學生進一步深入探索與產業發展相聯系的理論課程知識內容并在此基礎上嘗試創新。當然,確保教學環節能夠有效培養工科學生工程思維和各項專業能力,離不開對實踐類課程的合理設置。然而,在部分行業高校中,工程專業實踐環節的設置占比較小,且常以“驗證”理論、動眼不動手的“參觀”為主,缺乏對學生操作能力、創新思維、專業技能實踐和工作能力養成的有效關注,這不僅未能“將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入教學過程,”[2]缺失對新工科人才核心素養的有效把握,更缺乏對學生家國情懷、社會責任感、全球視野、跨文化交流溝通能力、法治意識、生態意識和工程倫理意識等“軟”能力的培養。部分高校專業實踐教學的基本做法是教師帶領學生“驗證”理論課程的關鍵知識點,或者僅從技術操作的層面引導學生思考實驗的改進措施,而較少關注學生在實驗實習中可能會存在對潛藏風險的忽視、對生態可持續發展的忽略、對個人責任踐履的淡漠、與合作者難以有效溝通等問題。尤其在實習環節中,學生的“實踐”體驗往往停留在走馬觀花的“參觀”和“瀏覽”,即使需要“動手”操作,也是按圖索驥、照貓畫虎,依照指導手冊的規定步驟完成,幾乎未能將實習內容與相關行業的生產實際和應用相聯系。此外,部分高校的專業實踐基地設備供應老舊,實踐帶訓老師的不足更是無法將有效的指導操作傳授給每一名學生,無法實現“主動對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求,把握行業人才需求方向”[3]的新工科專業實踐要求。
新工科建設以“新的工科專業”和“工科的新要求”為基本著力點,通過構建多學科交叉融合的知識體系以及變革創新教學組織模式,力求實現“通識+專業+雙創”的深度融合,“促進科學教育、人文教育、工程教育的有機融合,培養科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高的人才”[3],而國內部分高校短視的就業導向卻與新工科的人才培養要求背道而馳,這使得工程專業實踐教學與現實脫節。一方面,因為學校遲鈍于國內科技和產業發展變化對工程人才提出了新需求,難以對學生職業規劃進行有針對性的引導,尤其缺乏對學生新經濟、新產業背景下職業能力養成的關注,這使得大多數學生將專業實踐視為“走過場”。即使開設了《就業指導》課程,也只囿于宏觀層面的政策宣講或對功利就業價值觀的糾偏,甚至部分高校《就業指導》任課教師由輔導員或其它行政人員兼任,無論其自身的學識背景還是工作經歷,都與工程各領域、各行業關涉甚微;加之灌輸式教學不僅讓學生感覺枯燥無味,而且也無助于學生認知和重視以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟所需的職業能力內容。另一方面,部分高校缺乏與時俱進的學生能力評價標準,大多以可供度量的統一的人才培養質量標準衡量畢業生就業或從業能力的高低與否。專業實踐教學是高等工程教育中不可或缺的重要環節,它必須回應創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網+” “一帶一路”等重大戰略以及技術創新、行業發展與產業變革的最新趨勢,著眼于中國工程行業發展乃至全球創新生態系統對人才的新訴求,面向全球范圍內的科技革命和產業變革,鍛煉、豐富、提升未來工程人才綜合多元的職業能力與復合多樣的職業素質。可是部分高校的工程專業實踐教學,在知識結構上僅是對課堂理論學習的“檢查”,與當前行業最新發展的知識內容嚴重脫節;而且由于教師缺乏對產業和技術最新發展的持續關注,難以對工程實踐主題進行知識遷移,導致在實踐教學中呈現的是不連貫的知識“碎片”,這不利于學生跨學科交叉融合知識嘗試創新創造。在教學內容上,片面強調專業課程知識的理論擴充和動手操作技能的演示訓練,普遍缺失對學生全面發展的考量,這尤其反映不同程度地忽略設計環節的倫理思考、對潛在風險的主動規避、如何進行負責任地合作溝通等工程倫理意識的培養方面。在教學方法上,往往沿襲課堂教學“老師講授+學生接受”的單向教育模式,只是將課堂搬到了實習現場;“指令性”教學過程缺乏讓學生主動思考、自主設計、能動實踐、自覺檢驗并總結規律的相關環節。在能力培養方面,大多數高校的專業實踐教學將學生需掌握的多方面能力簡單度量為一系列可以達到的標準(分數),然后以分數的多少評判能力的高低,這不僅忽略了對學生使命感和價值觀的引領,而且也缺失了對學生批判性思維、想象與創新、知識遷移與關聯、宏觀思維的培養。
《“新工科”建設行動路線(“天大行動”)》為高等工程教育的實踐教學克服當前實踐困境指明了方向。該“行動”提出要“把握新工科人才的核心素養,強化工科學生的家國情懷、全球視野、法治意識和生態意識,培養設計思維、工程思維、批判性思維和數字化思維,提升創新創業、跨學科交叉融合、自主終身學習、溝通協商能力和工程領導力。”[2]這要求實踐教學打破相對封閉的知識結構、單向度的教學模式、 “指令性”的教學過程和以分數評價能力的慣性思維,以主動應對新一輪科技革命和產業變革挑戰的積極態度,努力克服長期以來形成并固化的專業實踐教學模式的片面性和局限性,主動面向行業、面向世界、面向未來,回應人才培養“具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求”[3]和其它核心職業能力的新訴求。探索、建構專業實踐教學人才能力培養的新機制。高等工程教育的實質是通過“賦能”使學生成為未來應用型和技術技能型人才的教育。這是一種既順應全球化浪潮又呈現多元化特征的、促進人全面發展并賦予人追求美好生活①“美好生活”的概念起源于亞里士多德,它指的是人們在擁有某些生活必需品后經過深思熟慮選擇的生活方式。在現代性語境中,“美好生活”應當是全面、協調的生活,它意味著人通過工程活動使得自身潛能充分展開,達致人自身多方面的發展,從而增進人類的幸福,促進人、自然、社會和諧發展。能力的“成人”②中國傳統教育思想認為,人不是自然天成的,而是人為“造就”的結果,教育的功用就是對人的“造就”;人只有“造就,人才可能成為真正意義的人”。缺乏“造就”的過程,人就不會有“成就”的結果。這種“造就”的過程,就是“成人”的過程。正是在這一意義上,可以說人不是生而成人,而是學而成人。教育。這也說明了工程科技人才培養的卓越質量標準最終是以人才習得的多方面綜合能力評價才具有實踐性效度。
新一輪科技革命和產業變革的加速演進正在重塑中國高等工程教育,2020年蔓延全球的新冠肺炎疫情又催生一批數字經濟、生命健康、新材料等戰略性新興產業,更加促使人才需求向跨領域、多學科、數字化、智能化方向發展,進一步推動新工科建設與技術創新同頻共振,與產業發展緊密聯系,與工程強國戰略相互支撐。第四次工業革命引發全球的技術創新與產業變革,更為關注工程人才工程思維、跨學科思維、跨界整合能力、自主學習能力、溝通協商能力、全球勝任力等職業素養的養成與鍛煉。基于此,高校工程專業實踐必須積極回應后疫情時代對工程科技人才能力的更新需求,在專業實踐教學中豐富內容并細化“賦能”結構,這具體展開為專業能力、專業精神和可持續發展三個維度。
專業能力是指從事工程職業所特殊需要具備的知識、經驗與技能,它構成了新工科視野下工程專業實踐“賦能”的基礎性內容。從高等工程教育培養的角度來講,學生專業能力的培養目標應包括扎實的基本功、體系化的領域知識、解決實際問題的能力以及持續自我突破的意識和能力。在實踐教學環節,它具體指征為學生工程思維能力、工程實踐能力和創新創業能力的涵育和提升。工程思維是成為工程科技人才主導性的思維方式,相較于傳統工程教育的認知思維方式,它的“價值功用在于將位于不同聯系系統中的實體屬性物復合為一個工程整體”[4]。作為一種非邏輯的復合性思維能力,工程思維能力有助于工程科技人才“運用以理論思維為基礎產生的工程理論知識全面客觀地對工程活動整體加以籌劃,進而實現新經濟時代背景下的工程活動的創新性發展。”[5]工程實踐能力是工程科技人才利用其工程思維對目標指向的工程實體進行整體籌劃而表現出的解決實際問題的能力,是專業能力在設計、實施、調試、維護等工程活動環節的具體表現。新工科建設倡導高等工程教育朝著“融合創新范式”轉變,要求“強化基礎學科知識、工程知識、實踐動手能力和創新意識的培養”[6]。在專業實踐環節中強化學生工程實踐能力培育即是實現高等工程教育范式跨越式發展不可或缺的內容。創新創業能力是工程科技人才創新精神、創業意識及創新創業實踐能力的綜合化,它既是專業能力的復合體現,更是新技術、新裝備、新產業、新業態、新模式對工程科技人才能力提出的新的復合要求。面向新工科建設的專業實踐教學,必須著眼于工程活動數字化、信息化、物聯化的智能化新形態,推進與強化學生創新精神、創新能力和創業意識的復合培養。
專業精神是工程科技人才在專業能力養成基礎上發展起來的一種對工作極其熱愛和投入的品質,它包括從事工程職業應具備的精益求精、刻苦鉆研、開拓創新、誠實守信、無私奉獻等精神。專業精神賦予了工程專業實踐“賦能”的價值導向意義——“堅持立德樹人、德學兼修,強化工科學生的家國情懷、國際視野、法治意識、生態意識和工程倫理意識等,著力培養‘精益求精、追求卓越’的工匠精神”[1]。它表現在生態層面上,既凸顯出維護人與自然生態和諧共生的生態意識,又體現為堅持節約資源和保護環境的生產方式。在國家層面上,專業精神展現為維護國家利益、追求國家富強和人民幸福的家國情懷;在社會層面上,專業精神又表現為對法律和道德標準的敬畏,以及始終將“公眾的安全、健康和福祉”①參見《美國NSPE工程師倫理章程》,轉引自查爾斯·哈里斯、邁克爾·普里查德、邁克爾·雷賓斯:《工程倫理:概念和案例(第五版)》,叢杭青、沈琪、魏麗娜等譯,杭州:浙江大學出版社,2018年,第289頁。放在首位的職業責任感;同時,面向工程領域各行業發展現實及未來,專業精神呈現為工程科技人才實事求是地評估自身能力與業績并積極進取的務實態度。在具體日常的職業工作中,專業精神又顯現為對客戶和雇主的忠誠、誠實、正直、謙遜、守信等美德。面向新工科建設的專業實踐教學,必須關注未來工程科技人才專業精神的養成和造就,強化學生在未來職業生活中的精神之“鈣”。
可持續發展能力是指工程科技人才作為個體的人在其職業生涯中連續不斷地追求自身能力與素質全面進步的動力。此項能力賦予工程專業實踐內驅動力。它著眼于學生個體面向職業生涯的全過程對職業能力多元復合的發展性訴求,現實展開為工程專業實踐“賦能”對學生個體職業能力及素質的階段性提升、完善、融合的教學要求。從教育效果來看,可持續發展能力具體體現為學生不斷探索新知、遷移創新、自我表達以實現全面、終身發展的意愿和行為。在工程實踐賦能結構中,可持續發展能力可細分為自主學習能力、跨界整合能力和溝通合作能力。
1.自主學習能力外顯為個體積極確立學習目標、確定學習內容、選擇學習方法和策略的主動行為,并呈現出將外部知識內化的心理特征。它為工程科技人才獲得可持續發展提供了基礎性內容。第四次工業革命的一個顯著特點是知識更新周期大大縮短,技術迭代升級迅速加快。在此態勢下,工程技術人才必須通過持續的自主學習才能實現更新知識、改善自我知識結構的職業發展要求,才能面對和適應產業新態勢發展對人才的汰選。
2.跨界整合能力展現出工程職業活動中的人突破“人類認識能力的局限性”②德國著名物理學家馬克斯·普朗克(Max Planck,1858—1947)在其著述的《世界物理圖景的統一性》中,憑著科學家的直覺指出“科學是內在的整體,它被分解為單獨的學科不是取決于事物的本身,而是取決于人類認識能力的局限性”。參見聞平:《知識分子問題漫談》,上海:上海人民出版社,1985年,第111頁。的探索勇氣和求知態度。它表現為工程科技人才遷移整合多學科知識以達到創新界域的進取意識和實踐技能,是工程科技人才可持續發展能力的現實體現。當下大量以交叉學科為背景的新技術、新經濟、新產業、新模式的涌現,倒逼工程科技人才必須具備跨學科遷移能力,主動將各領域知識交叉融合和綜合運用,在工程實踐領域創新創造。
3.溝通合作能力是作為個體的工程科技人才知識、能力、品德等綜合素質在職場人際中的重要體現。它表現為與不同領域人員進行團隊合作、協調配合,必要時勝任領導角色等能力,為工程科技人才實現可持續發展提供重要途經。當前“一帶一路”倡議已進入深耕細作階段,越來越多的中國工程企業走出國門,必然導致工程項目的跨界與跨文化合作愈發頻繁。在專業實踐環節中重視培養學生的溝通合作能力,不僅有助于學生“在未來的跨文化職業活動中尊重東道國的文化、風俗、宗教信仰與發展愿景,堅持傳統文化的自信與從容,”[7]24而且更有助于學生在未來的職業生活中“謀求與東道國的‘共同利益’,尋找到合作共贏、和諧共進的倫理方案與現實路徑。”[7]24
《“新工科”建設行動路線(“天大行動”)》鮮明提出通過“更新工程人才知識體系” “創新工程教育方式與手段” “打造工程教育開放融合新生態”“增強學生的就業創業能力,培養大批具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才。”[3]然而,觀照新工科建設的具體要求,當前工程專業實踐的教育教學還存在不少局限性,突出表現在工程思維和工程倫理意識培養不足、學生實踐學習缺乏主動性、考核機制滯后等方面。著眼于“工業4.0”帶動的工程發展新趨勢,工程科技人才要求具備自主學習、工程實踐、跨界整合、溝通合作等多方面能力。而這些能力的有效獲得,必須經過工程專業實踐的“賦能”過程。 “賦能”,即是在專業實踐過程中,通過多種教育實踐手段的綜合應用,激勵學生主動提升各方面能力,并讓學生在實踐中獲得成就感。這種成就感的獲得,將會激勵學生通過不斷努力來涵育未來職業所需的各種能力,從而形成“課內學習(知識積累與精進)→專業實踐(能力訓練與發展)→自主思考(思維拓展與鍛煉)→知行內化(能力獲得與增強)”的高效獲能的良性循環過程。

圖1 工程專業實踐的“賦能”教育路徑
通過課內學習積累并掌握工程領域各學科的一般性專業知識,是實現“賦能”的基礎環節。“中國制造2025”的踐行以及“工業4.0”強勢推動全球新一輪科技革命和產業變革,要求新工科建設必須關注學生在課內學習階段拓展相應的工程學科知識,為學生自主打破學科知識壁壘、涵蘊實踐創新能力奠定寬厚的理論基礎。課程是學生課內學習的必備載體,基礎課和專業課、選修課和必修課的設置直接關系到未來工程科技人才能否具備跨界整合、實踐創新、溝通合作以及自身職業可持續發展的能力。因此,在課程設置上,既要有提供精深數理理論及相應工程類別專業知識的理論課程,又要有培養動手能力、增強專業技能的實驗實訓課程;既要有拓寬知識面、激發學習動力、為未來職業可持續發展筑牢基礎的專業外延課程和人文素養課程,又要有樹立正確職業價值理念、明確家國責任和職業責任底線、規范產品設計和技術創新行為、培育生態和諧發展觀的工程倫理課程,更要尋求產業發展趨勢與人才培養目標的有效結合,“開設跨學科課程,探索面向復雜工程問題的課程模式”[1],將各類課程間的關聯核心知識與綜合解決復合工程問題相結合,將課內學習與專業實踐乃至技術研發、產品開發相結合,力求達成對學生創新性工程思維、開發創造性解決方案的能力、團隊合作與跨文化溝通能力的全方位培養。
專業實踐提供了將課內所學知識進行能力轉換的途徑,是實現“賦能”的訓練環節。前面已論及,傳統實踐教學常以帶領學生“驗證”課堂知識與理論為其根本目標,不可避免地存在教學內容固化與滯后、忽視學生主觀能動性、缺乏對學生動手操作能力、創新思維、專業技能實踐和工作能力養成的有效關注等弊端,難以實現“提升學生工程科技創新、創造能力……終身學習發展、適應時代要求的關鍵能力”[1]這一新工科人才培養目標。此外,新技術、新產業、新業態和新模式背景下的制造業綜合性工程問題越來越多地融合了社會、經濟、文化等因素,傳統實踐教學根本無法滿足培養未來工程實踐人才具備多學科知識和可持續發展能力,產業發展的求“新”與實踐教學的守“舊”形成巨大的人才需求與供給的“落差”,讓創新工程專業實踐模式、落實“賦能”的內容及要求勢在必行。
1.進一步加強校企合作,與時俱進地共享企業最新的制造技術和生產設備,聘請企業工程技術人員全方位、全過程參與實踐教學活動,深入推進科教結合、產學融合,共同參與多學科交叉融合的工程人才培養工作,解決學生課內理論學習和相關行業(企業)實際需求相脫節的問題。
2.不斷提升虛擬仿真實驗室的使用效率,充分依托VR與多媒體技術輔助工程實踐教學。將VR與多媒體技術引入實踐教學,通過融合多種互動硬件設置,對實驗教學的各個環節進行模擬仿真。師生共享教學設施,激發學生自主探索和動手操作的興趣,有助于提高學生實踐能力和創新能力。借由模擬真實工程實踐活動情境,既引導學生鞏固和加深對課內理論知識的理解,又鍛煉學生在教學實踐中發現問題、分析問題和解決問題的能力。師生共享實踐教學各環節,師生成為學習共同體,改變了“師生授受”的單向度教學模式。這種師生交互式教學實踐模式有助于拉近師生距離、共享最新知識和觀點、研討實踐細節,有助于訓練學生的溝通合作能力。
3.健全學生能力評估體系,在專業實踐教學中摒棄用簡單劃一的分數度量學生成績的傳統慣性思維。這就要求教師及時關注學生在實踐過程中的各個方面,認真評估學生實踐操作表現以及對實踐任務的反思、改進等環節,激勵學生在實踐環節中迸發批判性思維,鼓勵學生就當下的實踐任務進行知識遷移與關聯,并給予必要的想象與創新空間。
自主思考是基于理論知識獲取與實踐經驗積累的思維拓展與鍛煉,是實現“賦能”的提升環節。未來科技人才工程科技創新與創造能力的養成及發揮離不開在學期間自主思考行為的訓練,然而,當前部分高校在專業實踐的具體教學中仍存在以灌輸代替引導、以記憶代替思考等習慣性作法,非常不利于學生創新能力與跨界整合能力的發展,更無法“賦能”于未來科技人才的工程實踐與職業生活。在專業實踐教學中“問學生志趣變方法”[2],激勵學生自主思考,不僅可以激勵學生積極反思所學內容的內在聯系并加以多維度運用,還能密切關注學生作為完整的個體面向“美好生活”的全面發展。例如,增加學生實踐途徑和方式,可適時引入開放性實驗項目,鼓勵學生在思考和探索中發展專業興趣,培養發現問題、思考問題和解決問題的自主學習能力。又如,搭建與課程對應性較強的實踐拓展平臺,提倡在實踐教學過程中以興趣為導向的學生自主選擇、主動思考和積極行動,尤其注重理論素養、操作能力、人文藝術素養、多元文化思維和工程倫理意識在設計理念和思維上的植入與構想。
知行內化打通了從工科學生到成為“德學兼修、德才兼備的高素質工程人才”[1]的成長路徑。它體現了學生個體的內心世界與理論知識學習、專業技能訓練、跨界創新思維、工程倫理認知之間的協調與整合,并轉化為自身獨特的知識、經驗、專業素質與職業素養,以及未來從事工程職業活動的信念、價值與態度,是實現“賦能”的強化環節。學生經過課內學習、專業實踐和自主思考三個階段的積累,對工程實踐活動所需的理論知識、實踐技能、創新思維與職業要求的知行內化,決定著個體工程職業多層次、多維度、多方面能力的形成;對工程職業倫理規范及價值體系的知行內化,決定著個體追求美好生活理想的自我形成。可以說,在實踐教學中,向學生教授的專業理論、設計原則、操作方法等客觀的知識與外部的行業(職業)技術標準、倫理章程或道德規范,只有通過“知行內化”階段才能轉化成為學生個體內部的、具有主觀能動性的職業能力。“知行內化”不僅構成了專業實踐教學認知轉化、知能轉化、知行轉化綜合統一又相輔相成的動態開放系統,而且還激勵學生在這一過程中努力做到知、行、能合一,獲得從事未來工程職業的實踐智慧。
高校工程專業實踐教學是未來工程師樹立專業精神、培育專業實踐能力、涵育可持續發展能力的必要途經。然而,工程專業傳統實踐教學模式通常以理論驗證和工作“參觀”為主,不利于學生復合性職業能力的鍛煉和養成。在新工科建設背景下,高等工程教育必須積極回應我國制造業對人才職業能力的發展訴求,改革傳統的工程專業實踐教育教學模式。在工程專業實踐教學中,可基于“激勵+成就”的教育思維,發現和使用多樣化、靈活的教學手段并加以綜合運用,可對學生綜合化職業能力的養成進行“賦能”,以實現個體對所習得專業知識的實踐驗證、自主思考、知行內化至自我行為的轉化。工程專業實踐教學的“賦能”教育路徑可現實展開為四個階段,即知識的習得與深入理解、專業能力訓練與發展、專業思維拓展與鍛煉、專業素質內化與增強。