新工科人才培养的“结构之变”
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目前，随着新一轮产业革命如火如荼地开展，我国教育界也作出相应支持，“新工科”概念应运而生。教育部高教司通过颁布“天大行动”等文件，为新工科人才培养提供支持。但是，新工科背景下工科人才具体培养方案及策略仍无法明确。本文通过对新工科背景下人才培养“结构之变”进行探析，了解工科人才培养结构在“新工科”建设背景下的前后变化之处，有利于各方有针对性地培养新型的卓越工科人才。
1 新工科的特质
作为一种顺应时代发展的高等教育改革，新工科建设必须按照新工科的特质、规律来进行，以培养面向战略新兴产业与引领行业发展的卓越人才。因此，在新工科人才培养方案规划前，必须清楚新工科的特质。总体上，新工科有引领性、融合性、创新性、实践性、发展性等几个特质[1]。
引领性。新工科概念的提出本身便是服务于目前的产业革命，其不应仅为现有的产业、经济而存在，更应为引领未来的产业转型升级和行业的创新发展做贡献。
融合性。融合性是新工科的学科特征。新型的战略性产业往往是由已有的产业链渗透融合而成，新工科更应是由几个学科交叉、渗透、融合和拓展形成，从而能强化工科人才“类”能力的培养，而不是仅限于专业知识的学习和能力培养。
创新性。新工科的产生与建设均为服务于新技术、新产业、新业态和新模式，因此创新性是新工科的价值所在，不论是产业发展所需的技术创新、产业创新、模式创新以及创新型人才的培养，都是新工科建设的任务和目标。
实践性。无论是新工科还是老工科，动手能力及其他实践能力的培养是工科人才培养永恒的主题。新工科建设的初衷便是服务与制造业的产业升级转型，工科人才实践能力培养的重要性可见一斑。
发展性。目前我国还处于新工科建设的初期，学者们对新工科建设的研究还处于探索阶段，高校的教育改革也采用试点的方式进行而未大规模展开，新工科建设需要在开展过程中不断发展、进步与完善。
2 学科专业结构之变
在新一轮科技、产业革命蓬勃发展形势下，为与时俱进，工科教育必须与行业领域人才进行对接，建设发展一批新兴学科才能适应战略性新兴产业的发展。
2.1 产业结构
我国要想抓住这次产业发展改革的契机，在世界高等工程教育中占有一席之地，就必须立足于“中国制造2025”“互联网+”“一带一路”等重大战略，建设好“新工科”，以弥补我国新产业、新行业的人才缺口。依据我国在新产业革命中的现实发展需要，我国相关部门发布了我国未来10年制造业10大重点领域的人才需求预测(见表1)。
从表1中可知，工科人才的需求专业领域集中在电子信息类、机械类、材料类、海洋工程类、生物工程类、航空航天类等，产业、行业的信息化、智能化的新特点表露无疑。因此，新工科建设过程中，为实现高等工科教育与产业、行业的对接，工科类高等教育的专业设置等也应该向相关专业倾斜。
2.2 专业结构
伴随着新经济的快速发展，产业转型升级，国家对工科人才需求类型的转变，也使得新工科专业设置及其人才培养领域进行动态调整。里瑟琦智库高等教育委员会2015年梳理出本科专业审批结果中的新工科专业分布情况[2](见表2)。
从表2可知，在2015年本科专业备案与审批结果的新工科专业中，新增新工科专业最多的便是物联网工程、网络与新媒体、数字媒体技术、网络工程等专业，专业设置与表1中未来制造业人才需求的相关领域基本吻合，也反映出高校在运用新兴技术建设新工科，改造升级传统工科中的重要作用。
3 知识结构之变
基于产业的转型升级，新工科教育人才培养目标不同，工科人才的知识结构也有所改变，这里的改变并不是知识结构所包含的基本要素有所改变，而是知识结构的要素侧重点不同。
在传统工科人才的知识结构中，要素主要由 “基础知识——专业知识——跨学科知识”3部分构成。“基础理论”不论是何种类型人才的知识结构中，都起着基础性作用。只有在具备扎实的理论基础，拥有完善的基础理论体系和较强基础学习能力的基础上，才能进行专业知识和跨学科知识的学习。“专业知识” 不仅是对基础理论知识的补充，更是学生重点钻研学习的内容，在学习的过程中有意识地动态跟踪并积累自己感兴趣的、具有实用研究价值的、和实践发展前沿的特定学科领域知识，直接决定着学生的知识主体内容、专业类型甚至未来的行业方向。“跨学科知识”的学习目的是让学生运用比较的方法看待不同学科、不同领域的理论知识，通过对比的方式，从更全面的角度看待事物和解释问题。但是，在实际工科人才培养过程中，过早地专门化、过分地专门化，不仅影响着学生对“基础知识”的学习态度，也使学生所学的知识广度仅限于单一的学科领域之中，严重窄化了工科人才的知识体系。同时，学科专业的调整不可能与产业的转型完全匹配，总滞后于产业、市场的发展需求，因此，过分关注于“专业知识”的学习是欠理性的，新工科教育对工科人才的知识结构也作出了新的要求。
3.1 “基础知识”与“专业知识”的联结
在以往的工科人才培养过程中，由于“专业知识”本身的特殊性，“基础知识”的学习虽被强调其重要性，仍不可避免地被压课时，学科知识的系统性无法保证，导致“基础知识”学习效果一直未能达到理想状态。大学物理作为工科人才的必修基础课程，重要性不言而喻，以其为例不甚合适。大学物理作为工科专业知识的学习基础，但不能达到预期学习效果的原因主要有两个方面：一是教学内容的缺陷。在已有的物理教材学习中，除了主要教材内容与高中物理教材有重复部分、主要模块内容关系不紧密外，教材内容还过于理论化、固态化，未及时更新现代新技术、新内容。二是由于学生认为大学物理作为基础知识，与专业知识相比，实用性较低，故而对其不重视[3]。
因此，必须加强基础知识与专业知识的联结，学校和学生都需认识到这一点。此处以大学物理这门基础必修课程为例。一方面，要加强基础知识的模块化学习，提高学生学习的重视度。将大学物理知识体系模块化，分为模块A、模块B、模块C，分别适用于对电类物理知识要求较高的自
动化、机电工程等电类专业，对非电类、力学等模块要求较高的土木与交通、环境工程等专业，以及对物理知识要求较低，只需简要学习物理美学等知识的数字媒体等专业[3]。在教学阶段，学校按专业分班上课，有利于学生在学习过程中有侧重点高效地学习与本专业相关的基础课程知识，也可提高学生的学习兴趣。同理，在英语课程学习过程中，也可按专业分班上课学习专业英语等。因此，提高“基础知识”的学习效果，加强其与“专业知识”的联结，不失为一种有效方法。
3.2 “专业知识”与“跨学科知识”的整合
新工科教育对工科人才的跨学科知识的掌握提出了更高的要求，教育部门也意识到专业划分过细的问题，在专业调整中也有所体现(表3)。
从表3中可以看出，教育部门通过对高等教育本科专业目录进行调整，将原来的相似专业进行整合，从而帮助学生“类” 知识的学习，有利于学生跨学科知识的学习，以应对专业划分过细的问题。在新工科建设的今天，新兴产业与新兴学科的发展更赖于工科人才跨学科知识的学习。高校在此背景下也作出相应变革，清华大学首先作出表率作用，2017年，清华大学本科招生按“类”进行，将原有的专业合并为16个大类，包括数理类，人文与社会类，机械、航空与动力类，化生类，计算机类，环境、化工与新材料类，经济、金融与管理类等。考生在填报志愿时按照以上16大类填写，入学后1～2年内不分专业，统一进行大学物理、高等数学等公共基础课程的学习，在大二或大三时再按照学生的特长、兴趣或相关标准选择专业、实行分流培养，让学生的基础知识学习更加全面扎实，跨学科知识掌握更加扎实，知识面更广，充盈工科人才知识体系。
4 课程结构之变
工科人才的课程结构与知识结构是并联而生，又有所不同。目前，各高校工科人才的总体课程结构为“基础课程+专业课程+实践课程”。基础课程主要指思想政治类课程、英语课、物理类等公共必修课和以自然科学类、人文社科类等为主通识选修课。实践课程主要由实验、实习和毕业设计3部分构成。鉴于产业革命对工科人才的需求，新工科建设在课程结构的建构方面也应作出以下几点的改变。
4.1 导论类课程
新工科建设下的课程中要体现学科前沿和技术进步。高校应该根据不同学科的基础、特点，针对性地增设相关学科前沿的专业导论类课程，但是，其不仅仅是停留在新生入学时专业前景的简单介绍或是贯穿于理论教学中的只言片语，而应是专门设立的独立课程，系统全面地对专业时代前沿等进行介绍，以引发学生的学习兴趣和热情[4]。
4.2 基础通识课程
“新工科”建设中对工科人才课程结构的改变，除增加导论类课程之外，对基础通识课程的改革也是燃眉之急。一方面，正如上文所述，要加强各课程间的连接，如基础课程与专业课程，教学过程应该以课程模块、专业类别进行，充分发挥通识课程的基础性作用；同时，加强学科前沿知识、时政热点在通识课程中的引用，以吸引学生的学习兴趣，最大程度提高基础通识课程的学习效果。另一方面，要结合专业特点，对基础通识课程有针对性地重点学习。例如，工科人才要深化对数学课程以及物理课程的学习，以便为专业课程的学习与实践作准备。
4.3 实践课程
工程实践能力自始至终都是工科人才能力培养的重中之重。鉴于中国目前“中国制造2025”战略的实施进程，实践课程在新工科人才培养过程中有着举足轻重的地位。现阶段，各高校的实践课程主要由实验室实验、基地实习以及毕业设计3方面构成。其中，高校普遍将基地实习安排在本科教学最后一个阶段，即大四阶段，且为期6～7个月。可是，在实际开展过程中，由于高校将理论学习和实践学习阶段完全分开，学生很难将理论知识与实践知识适时结合，直接导致的结果便是在实习阶段，只是完成学校或是实习基地的任务，而未进行知识的自我整合和工程思维能力的锻炼与培养。浙江大学作为新工科建设的带头高校，其构建了“126”教育模式，工科学生的实习贯穿于整个学习生活。其中，大一暑期为认知实习，为期1个月，大二暑期为生产实习，为期2个月，大三大四进行毕业设计，为期6个月或者更久，从而稳步开展实践教学活动，将阶段性所学知识在实践中及时应用、反思，有利于进一步提高高校工科教育实践质量。
5 能力结构之变
新工科建设背景下，不可质疑的便是工科人才的能力要求也发生改变。2017年教育部颁布的“天大行动”中明确指出：“要促进工科学生的全面发展，把握好新工科人才的核心能力素养，强化工科学生的家国情怀、全球视野、法治意识和生态意识，培养学生设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，提升创新创业、跨学科交叉融合、自主终身学习、沟通协商能力和工程领导力。”虽然目前学者们对新工科人才的核心能力还没有明确界定，但是在任何时代，人才的能力要求都只求多但嫌少，因此，新工科建设对工科人才的能力要求，也并不是能力结构的彻底改变，而是个别能力的重点培养。
5.1 创新创业能力
在新的工业革命开展时，产业和技术的快速发展，离不开工科人才创新创业能力的培养。“天大行动”明确提出，新工科的建设需要完善工科人才的“创意-创新-创业”教育体系，着重培养新工科人才的创新创业能力，从而推动“产-学-研-用”的紧密结合和科技成果的成功转化应用。因此，创新创业能力的培养不仅需要政府健全创新创业教育资源，以完备的制度提升工科人才培养效果，还要推动多元协同和营造孵化环境，以校企、校校合作开展人才培养活动，以科技创业基地实习等途径提升人才培养质量。
5.2 工程实践能力
工程实践能力的培养，一直是工科教育的重点，也是难点。《制造业人才发展规划指南》中明确要求，改变原来高校工科培养过程中“重论文、轻实践”的问题倾向，不断完善工科生实习制度，强化工科生工程实践能力的培养。同时，工科人才的培养除了依托高校、科研机构、行业企业进行职业标准和岗位规范的对接培养外，还应支持企业、研发中心将学生的科技研发成果产业化，以鼓励学生工程实践能力的培养。
6 师资结构之变
近几十年来，高校教师的数量增长迅速，且新进教师以刚毕业的年轻博士为主，拥有从事工程实践的经历有限。迫于学术竞争的压力，这些教师的教学手段还是从书本到书本，实验也是从模型到仿真阶段，与实际工程实践严重脱节。在德国的应用科技大学，课程实行教授负责制，且应聘条件非常严格，除高校毕业、拥有博士学位等通用条件外，最大的特殊点在于该教师在其科研、教学领域有至少5年以上的职业实践经验，其中至少在高校以外的行业领域工作3年[5]。目前，我国高等工程教育规模扩大，让每个教师拥有高校外领域工作经验并不实际，但是逐步扩大拥有校外实践工作经验教师的数量，控制有无实践经验教师的数量比例却是可行的。同时，对于校内基础通识课程类教师，如英语、思政、物理类教师，加强其学科教学现代化进程，不仅在教学内容上要紧跟时代发展，在教学方法上也要现代化，如：灵活运用同伴教学、群组教学等教学方式，提高学生的学习兴趣和热情[6]。这样在平时的教学活动中，学生也可直接从教师处习得有实际工程实践相关的知识和学科前沿知识，而非仅从最后一学年的校外实习获得。
7 结语
提出“新工科”的初衷，便是促进工程教育与产业转变的融合发展。高校学科专业结构的设置需要随着产业发展进行重置，工科人才的知识结构需要随着产业需求转变，课程结构随着知识结构的改变进行动态调整，能力结构随着新产业对人才核心能力的需求侧重不同有所偏移，特殊背景下工科人才工程实践能力的特质性重新对教师结构作出了要求。对新工科建设下工科人才培养结构改变的认识只是初步认识，具体建设需要进一步的研究与实践。
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