深度|一位院士对工科生的寄语：新工科何以而新？
作者简介：李培根，华中科技大学前校长，教授，中国工程院院士。
本文论述“新工科”之“新”的关键，从内涵、方法上提出在传统工科教育中尚未引起普遍关注的一些问题。文中提出面向未来的工程人才应该具备的若干“新素养”，如对“超世界存在”的关注、空间感、关联力等。关于未来“新工科”的实践和方法之要，强调应该落地在教材和教学方法的“新”，诸如“关联”、非正式学习、去中心化等等。文中也指出当前存在的对“新工科”活动认识的误区。
最近，教育部推出“新工科”计划。在科技日新月异的时代，在新工业革命正在来临之际，在中国正在向工业强国的行列阔步迈进之时，“新工科”计划可谓恰逢其时。官方的正式通知中指出“新工科”要体现五个“新”，即工程教育的新理念、学科专业的新结构等。应该说，该计划意义很大，方向正确。
教育部的新举措自然引起工程教育界的广泛关注。对“新工科”，已经有不少解读，有的解读不乏真知灼见。但笔者也注意到，有些解读不得要领，有的甚至可能把“新工科”计划引向误区。如有人认为，老工科对应的是传统产业，新工科对应的是新兴产业。
“新工科”计划的顺利推进，有赖于实施者对“新”的正确认识。虽然五个“新”指引了方向，但真正实施起来，尚有很多具体的东西需要明晰。理念新在哪里？结构新在何处？如此等等。某种意义上，工科一直在不断更新。在当前特殊的时期和特殊的节点上，工科之“新”更要体现在工程教育的内涵上， 本文试图探讨工科究竟何以而新？
“新工科”的目的当然是为了培养能够适应、甚至引领未来工程需求的人才。既如此，有必要廓清未来的工程人才应该具备什么样的新素养。不妨从以下几个方面分析。
多一点“形而上”
夫子曰，“君子不器”，《易经·系辞》中言：“形而上者谓之道，形而下者谓之器。”几千年的传统使技术与工程师在中国的地位多少显得有些“形而下”，至少不像人文、科学那样“形而上”。
然而，西方一些哲学家、思想家对技术本质和作用的思考表明技术或工程依然是非常“形而上”的。如，海德格尔在《存在与时间》中言，在人的在世存在中，技术存在优先于科学理论。他还将现代技术的全球运动看成是“一种力量，它对历史所起的决定性作用怎样强调都不过分。” 敖德嘉.加塞特认为 “人类心灵生成的最伟大奇迹之一——物理科学，起源于技术。” “技术的最初使命就在于让人‘有空’去‘成为他自己’。”
类似的论述不胜枚举。“新工科”教育若能让学生也了解一点类似的观念乃至引发学生思考一点工程与技术的“形而上”问题无疑是有很大好处的：有利于增强工科学生的价值感与使命感；有利于他们兴趣的形成；有利于他们将来能够在更高的层次和境界上进行创造性的工作。
对“超世界存在”的关注——一种使命感和价值感
任何时期，学校培养的学生都应该具有使命感，如家国情怀、创新、服务社会等等，这些自不待言。结合我国高等工程教育培养人才的现状和未来工程对人才的需求，我们希望学生的使命感和价值感中应该注入新的元素吗？
法国著名科学哲学家、新认识论奠基人加斯东.巴什拉谈到绘画时说：“ 没有什么艺术比绘画更直接地具有创造力……画家基于原始想象的宿命，总是更新对宇宙的伟大梦想，…” 其实，工程与技术难道不是更能更新对世界的伟大梦想吗？
近些年，我国的科技创新能力不断提高，但较之某些发达国家，我们的创新能力依然有较大差距。具体而言，我们的创新多属于“增量创新”，即在别人基础上的创新。真正属于我们自己的原始创新、颠覆性创新、引领未来某个新的技术领域的创新还是太少。未来的工程教育怎样为改变这种现状做出贡献？这对工程教育提出的挑战是什么？显然，“新工科”培养的学生在关注工程中的现实需求的同时，还应该具有引领、想象、创造未来社会需求的欲求和能力。
敖德嘉.加塞特说过，“两种完全不同的实在——人和世界——以这样一种方式共存，即二者之一（人）要在另一者（恰恰是‘世界’）中建立‘超世界’的存在。如何实现这一点的问题——类似于工程师的问题——正是‘人的生存’的主题。” 换句话说，卓越的工程师应该关注未来社会“人的生存”主题。就此而言，目前我们培养的学生似乎相对欠缺这方面的素养。美国莫哈韦小镇上的一帮年轻人致力于向火星移民，他们7年、10年时间就“撂”在那件事情里，时间、精力都耗在这样一件不知道何时能够有利益回报的事情（因为没有现实需求）。有人说这是美国式创新的一个重要特点——百无禁忌地想，还踏踏实实地干。什么力量使他们能够在同样是功利的熙熙攘攘的社会中免于利益的诱惑？这种情况下的坚持只能基于一种使命感和价值感——对“超世界存在”、对人类未来的关注。因此，“新工科”应该把这种新元素给我们的学生，使学生能有一种创新的闲适（哪怕最终只有很少一部分学生能够达到此境界），使他们能在时间轴上的未来点上自由驰骋，能够陶醉在想象“超自然存在”、“超世界存在”的乐趣中。可以预期的是，这样的使命感和价值感一定能够孕育伟大的创新。
空间感
传统的工程教育，尤其是中国的工程教育，过分拘泥于专业的细节，学生的思维容易卷缩在狭小的专业空间。其实，工程问题需要大工程观。大工程观也是系统观，卓越的工程师应该能在大的科学空间去观察、思考问题。现实中，哪怕一个小产品完全可能涉及多学科问题，如LED，从学科言，涉及电子、物理、材料、制造、机械等诸多领域（学科空间）。因此，“新工科”要帮助学生建立多学科交叉的意识，养成在多学科空间观察、思考问题的习惯。
技术、尤其是信息技术的发展使得企业运营空间、信息空间在增大。如很多制造企业在进行从生产型制造向生产服务型制造的转型。相应地，在联盟企业中建构数字生态系统、数字供应链等都是企业的新需求。“新工科”培养的学生应该具有这种空间感。
空间感应体现在“问题空间”的构建。现代专业人员的视野主要不体现在知识上，而是体现在“问题”上。于学生而言，不能只是专注于“知识”，还要意识到存在哪些问题。哪怕有些问题的解决有赖于别的学科（多学科协同），甚至有些问题的解决尚无定论。观察和思维常常徜徉于问题空间之中，创新自然就在其中了。那么“新工科”如何帮助学生构建“问题空间”？
空间感还要体现在“社会空间”中。比尔.盖茨号召大学生关注人类社会的重大问题，贫穷、饥荒、流行病、环境……“社会空间”中存在林林种种的问题，部分是能够通过技术去解决或缓解的。那么，“新工科”如何培养学生在“社会空间”中观察问题的习惯以及通过技术去解决某些重大问题的责任感？这其实是一种技术意识加人文情怀的素养。
关联力
加拿大学者乔治·西蒙斯提出关联主义理论，强调学习与知识是建立于各种节点之上，学习是将不同专业节点或信息源连接起来的过程，持续的学习需要培养与保持各种连接，好的学习应能看出不同领域理念与概念之间的联系。 “新工科”应帮助学生建立专业节点或信息源的关联，使其成为获取知识的重要途径。这也是未来的创造者所应该具备的基本素养。
关联力首先表现在问题空间中感知关联的能力。例如，轴承涉及精度、磨损等问题，精度与加工、装配等诸多问题有关； 磨损问题又和材料、润滑、摩擦、甚至化学等问题有关；精度问题和磨损问题又相互关联，……
关联力其次表现于在物理或现实空间中感知关联的能力。例如，关于机械加工，人们可分别在机床的运动中、在材料的变化过程中、在机器能量消耗的变化中、在刀具与材料接触的界面中去感知关联……
关联力也表现在虚拟空间中感知关联的能力。看似垃圾的数据，却又组成了斑斓的世界，大数据中潜藏着人平常根本意识不到的关联。车间中影响质量的隐性因素，即使专家也未必能意识到。未来工科学生应该意识到从虚拟世界中有可能获得对某一问题新的认识。
关联力还表现在与他人交往的空间中感知关联的能力。不能把“关联”仅仅看成是一种内源活动，即纯粹自己的活动。要善于把内源的关联过程向外源拓展，把自己对某一问题的初始关联向外发散，让朋友协助关联，其广度深度都不一样。也要善于把外源的关联结果转化成内源的结果，即把朋友关联的结果变成自己的知识或认识。
想象力
想象力是创新能力的重要表现。与工程和技术有关的想象表现在很多方面。如想象的需求，现实生活中人们尚未意识到（也就无所谓需求）；想象的技术，基于预测、想象的，目前并未形成技术； 想象的模式，当前尚不存在的、潜在的商业模式；想象的职业，技术的发展导致某些职业的变化、消亡，新职业的产生；……
宏思维
宏思维指对超越于自身专业之外的社会、科技、工程、文化等多方面的重大问题的观察思考及领悟能力，从系统的角度，从时间、空间的大尺度去观察、思考问题。德国 “工业4.0”和美国“工业互联网”所呈现的宏思维就是很好的例子，没有一批具备宏思维能力的专家，就不太可能有“工业4.0”及“工业互联网”。
批判性思维
批判性思维是对思维方式进行思考的艺术。批判性思维需要自由空间。没有批判性思维就没有马克思主义，没有批判性思维也很难创新。“新工科”需要培养学生自由自在、独立思辨的能力。工程教育中应让学生养成思维习惯，看某一结论或陈述中，其证据是否充足？数据和信息与其来源之间的联系是怎样的？是否存在矛盾的、不充分的、模糊的信息？存在论证的逻辑错误吗？证据存在漏洞吗？如此等等。
关于新结构，应该从专业结构、课程及知识体系等方面审视。
有学者认为，“新工科”首先是指新兴工科专业。笔者则认为，“新工科”主要不在于增加新兴专业。当然，不应该排斥根据学校情况建立某些新专业，或则面向新技术的发展，或则面向产业特定需求。建立少数面向未来的、相对综合性的新专业是可取的，如华中科技大学的工程科学学院（颇有大工程含义的专业）、中国科学院大学的未来技术学院（前沿的、综合性的领域，如脑科学与智能技术、光子与量子芯片技术、光物质科学与能源技术等）所尝试的。但普遍性地增办新兴专业显然是不可取的，因为这种思路一定导致新一轮的专业过度细分，而我们已经在这方面有过教训。应该认识到，某项新技术的发展需要依赖于多学科交叉，需要多学科的学者从不同的视角进行研究，局限在一个新的专业中未必是好事。如增材制造（3D打印），在机械、材料、光电、生命科学、医学等多学科学者的努力下，该技术得以快速发展。成立相应的跨学科的研究中心是有必要的，但若是一窝蜂地成立增材制造（或3D打印）新专业，绝对没有必要。当然，个别应用型大学开办类似的新专业也未尝不可。
问产业需求建专业，似乎是情理之中。但需要注意的是，一流大学不能被动适应产业需求，而要引领产业需求。关于新专业问题，需要考虑产业需求，但不能被产业牵着鼻子走。如果说要考虑产业需求，更多的是在考虑企业长远的、潜在需求的意义上，而非眼前、当下的需求。有一种观点认为，好多企业希望大学毕业生进入企业后能尽快上手，因此按企业定制办工程专业，笔者认为个例尚可，普遍不宜。
顺便指出，建立新专业应是基于自由探索氛围下的学校自主行为，而不必基于政府部门的行政推进。
新结构的建立主要在于边界再设计，多年前笔者有过关于边界再设计的论述。“新工科”需要重新审视专业边界。如，机械设计与制造自动化，新技术的发展应该使该专业的学生有物联网、大数据分析、人工智能、生物医学等方面的概念。新结构还应表现在课程的边界再设计。如，对于多数工程专业（如机械、电气、土木、建筑……）的设计课程而言，融入人工智能的内容是非常有必要的。不仅是智能优化、案例学习、群体智能等方面的内容，还包括所谓“知识工作者自动化”，即以人工智能替代工程师的常规工作，使未来的工程师从一些繁琐的常规工作中解放出来，从而有更多精力专注于有创意的工作。
新结构理所当然地包括课程重构。如新增某些课，减少必修课，某些课可转为选修，某些课可合并，少数课甚至可裁掉（其中某些内容作为知识点融在某些课中）。学生新的知识结构中，除了某些多学科交叉的新内容外，还应该包括一点前述的“形而上”的内容。构建一门包括某些“形而上”内容、有利于培养学生宏思维和批判性思维等素养的“工程导论”课可能是非常有意义的。包括笔者在内的一个教学小组正在进行这方面的实践，这里不再赘述。
“新工科”当然要体现在教育、教学的新方法上。未来可能出现很多新方法，本文在此作粗浅的探讨。
关联
前述新素养中提到“关联力”。要培养学生的这种能力，需要在教学的多个环节体现“关联”。如，教材中如何凸显关联？如何突出知识节点、问题节点？如何引导学生建立问题空间及其相互的关联？课堂教学中如何启发、引导学生关联？这些都需要教师有意识地进行探索、实践。
非正式学习
真正善于学习之关键，可能在于课堂之外。未来的“新工科”应该把学生的非正式学习纳入教育者的考虑之中。既然是非正式学习，就不应该是模式化的。但不等于说教师就不应该引导学生进行高效的、有益于创新能力形成的非正式学习。非正式学习的能力使学生终生受用。网络、仿真系统、未来的智能系统都可能给学生提供非正式学习极好的手段。很多碎片知识可作为正式学习的很好补充。从朋友那里学习也是聪明的学习方法。
去中心化
传统的教育是以教师为中心的，教师教什么，学生学什么；教师讲什么，学生听什么。未来的教育不能以教师为中心。教师要更多地考虑如何开发学生的潜能，包括前述的非正式学习。即便在课堂上，教师如何让学生逐步扩展其问题空间？如何利用学生的群体智能？让学生的群体智能使教育进化。
想象学习
如果学习仅仅针对经过权威证实和实践检验的知识，则不利于学生想象力的丰富。能否让学生涉猎一点科技趋势预测、展望，甚至科技幻想？学生也可自己想象、讨论，完全不切实际的幻想也无妨。这种想象学习一定有利于培养学生思考“超自然存在”和“超世界存在”的自觉，为他们日后形成“头脑风暴”奠定基础。
“新工科”计划的推进关键在于对“新”的内涵的认识。而“新”的内涵首先表现在面向未来的工程人才应该具备怎样的“新素养”。为了使学生具备“新素养”，需要工程教育的新结构，其主要的着眼点应该在专业和课程的边界再设计、课程重构等。“新工科”要落地在教材和教学方法的“新”。学校和教师需要探索若干新方法，诸如“关联”、非正式学习、去中心化等等。
“新工科”计划应避免专业碎片化，避免成为争占资源的活动。
☞来源：高等工程教育研究
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