摘 要：布局并推动未来工业发展的过程，需要构建新型的教育体系。该教育体系不仅要停留在追求优秀的层面上，更要面向未来培养卓越人才。为此剖析面向未来的工程教育体系，需要协调好三方面的关系：基础层面协调好科学与工程的关系；外延层面处理好工程与人、社会以及自然之间的关系；知识与教育体系中处理好内在链接，即工程与文化以及知识结构之间的关系。此外终身学习能力的培养对未来工科人才的发展至关重要，应该在工程教育体系中贯穿始终。
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【论文选刊】王丽伟 吴静怡 张执南 奚立峰 林忠钦：构建面向未来的工程教育体系
作者简介：王丽伟，上海交通大学机械与动力工程学院副院长、教授；吴静怡，上海交通大学副教务长兼教务处处长、教授；张执南，上海交通大学机械与动力工程学院院长助理；奚立峰，上海交通大学副校长、教授；林忠钦，上海交通大学校长，机械与动力工程学院教授，中国工程院院士。
基金项目：2020年上海高校本科重点教改项目
原文刊载于《高等工程教育研究》2021年第一期56-66页。
关键词：工程教育 基础 通识 交叉融合 终身学习能力
雅克·阿塔利的《未来简史》[1]描述了让人难以想象的未来世界：工业进入了全自动化时代，所有行业的分工都越来越专业，近99%的工作将由机器取代人类。可以预见在未来，推动工业发展的重要力量就是制造业越发先进。技术的变革将为不同的国家带来便利，人们也逐渐从繁重的劳动中解放出来，未来的工业发展让人类得到了前所未有的解放，这是值得人们期待的。但是在布局并推动未来工业发展的过程中，我们需要建立怎样的教育体系，来培养卓越工程技术人才呢？
回到当前，2012年保罗·麦基里提出，第三次工业革命的核心是数字化，而数字化最重要的标志是3D打印技术[2]；未来学家杰里米·里夫金针对第三次工业革命，提出了推进这次工业革命的新经济模式，即采用互联网技术结合可再生能源[3]；克里斯·安德森指出可以将虚拟与实体世界相结合[4]，新的工业革命，与互联网的发展以及最新的制造技术的发展是密切相关的。新技术、网络化在交叉融合过程中推动着创新，预示着新一轮工业革命已经到来。这场产业变革正颠覆着人类的产业分工和产业的组织方式，可以预见其终将导致社会生产方式、制造模式的变革。
在此背景下，工程教育改革不应该只是简单地增加一些课程，如与人工智能、大数据分析或者云计算相关的课程，局部修补的措施不再能够支撑卓越教学体系的建设。面向未来的工程教育课程体系建设，应该从基础层面、外延层面及内链层面，进行由底层到高阶、由外部到内部的改革。
一、基础层面：科学与工程需协同发展
目前高等工程教育基本适应了各国对各行各业人才的需求，但是随着工业化进程的深入，巨大的工程技术人力资源与科技发展之间存在强烈反差，优秀的工程师比比皆是，但是卓越科技人才稀缺。
寻找问题的根源，我们需要回顾历史。两百多年来，世界工业的发展中，产业的发展与突破都是以科学的发展作为先锋的。例如，热学基础理论以及力学的发展，推动了蒸汽机、内燃机的发展，开启了工业时代。接着数学与物理的发展，产生了无线通信技术，拉开了新产业的大幕。
因此培养卓越工程技术人才，科学教育是需要重点关注的。
（一） 确立拔尖理科教育在卓越工程教育中的基础地位。
大数据分析、人工智能技术等技术变革，为产业和行业带来了巨大的影响，同时以云计算为代表的开放式架构技术也推进了各行业的共享与协作。在此背景下，无论是从技术变革、企业需求以及人类未来发展来看，理科作为工程教育的基础都在进一步彰显。但是目前高等工程教育的数理化基础都仅限于支撑“优秀的工程教育”，而不是“卓越的工程教育”。
美国国家科学基金会工程局在1995年发布了一份报告，这份报告中建议：工程教育的课程改革需要基于坚实的数学基础和科学知识基础。[5] 实现卓越工程教育需要突破现有的理科课程体系，建立“拔尖人才”计划，对教学内容进行改革，形成可以示范辐射的课程体系。以MIT为例，MIT特别重视基础理论的教育，在他们的教学理念中，“为什么”的重要程度，是远高于“怎么做”的。以其计算机科学专业为例，其“计算机程序的结构与解释”课程，讲解的是如何采用计算过程以及复合数据，对于一个复杂的程序建立抽象的表达，即在课程讲解过程中，更为重视通过追根溯源来加深学生对课程的理解。[6]
中国的工程教育一直强调的是“优秀的”工程教育。在尝试向“卓越的”工程教育进阶的过程中，上海交通大学从2014年开始，在教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”的基础上，选拔校内排名前10%的学生，建立“致远工科荣誉计划”。2018年“致远工科荣誉计划”进一步打通船、机、电、材不同方向，在大学前三个学期实施宽口径的培养计划，四年学制的大学培养计划，由“1.5学年理科平台”加上各个学院“2.5学年专业课程体系”构成（图1）。前1.5年的基础教育注重数理化、计算机、力学、电学等知识的融合，其目的就是加深、加厚科学基础，从而培养融会贯通、面向未来的工程人才。
图 1 致远工科荣誉计划
在致远荣誉计划基础上，上海交大进一步扩大因材施教的范围，自2019级起对数学公共课程和大学物理进行分级教改，实施分层教学（图2）。新生入学后可自愿申请报名参加数学不同层次选报考试以及物理不同层次选拔考试。数学成绩优秀者可选择修读“数学分析”荣誉班级或“数学分析”普通班级，物理成绩优秀者第二学期可选择修读“大学物理”荣誉类、基础教学班或者标准教学班。这种分层教学也自然地将学生的出口分成了“优秀工程师”与“卓越工程师”两类，实现了统一招生，分类培养。
图 2 数学与物理类课程分层教学
（二） 跨专业的基础课程是未来知识交叉融合的核心。
MIT前校长James Ｒ. Killian曾指出：如果过于强调通才教育，则会导致学生的教育处于比较肤浅的水平。如果过于强调专业教育，则学生的思维会受到限制，最终会导致缺乏远见；化解这两者矛盾的方法在于加强不同学术领域之间的联系，实现通才教育与专业教育相结合，最后形成一体化的教育体系。[7,8]
近年来，工程领域所涵盖的范围越来越广泛，同时与工程问题相关联的社会问题也越来越复杂，解决这一问题，关键在于突破单一的学科边界的限制，运用多种专业知识的交叉融合，才有可能得到完美的解决方案。但是目前高等学校内专业之间壁垒森严、资源分隔，跨专业协同创新的育人机制不够完善。细化的专业壁垒过早地限制了学生们的宽口径发展以及创新思维的培养。打破学科限制，需要对课程体系进行重构。例如热学系列课程在飞机、汽车、舰船设计制造中，与结构流型的合理设计与计算结合紧密，但是国内机械专业学生教育中没有强调机械与能源专业课程的深度交叉融合，限制了学生的发展。究其原因主要是机械类专业与能源类专业之间的壁垒导致跨专业育人模式受到阻碍。
在这方面，斯坦福大学进行了非常具有启迪意义的探索。斯坦福大学拥有工、商、法、医、教育、人文与科学、地球能源与环境科学七大学院，凭借着多个学院的优势，斯坦福大学的工程学院改革了传统的细化专业。例如该学院的生物工程，包括了工程学科、生命科学以及医学的相关内容，这个方向的支撑学院有两个，分别是工程学院和医学院。凭借这些交叉性学院相互融合的知识体系，设置了一系列的交叉类课程。[9]
上海交通大学从2009年开始，整合了机械工程以及能源与动力工程的优势课程，对教育体系进行了改革，目前已经形成了机械工程专业与能源专业交叉紧密的课程体系（图3），学生需要在扎实数理化基础的前提下，学习设计与制造、热学与流体、测量与控制三大系列课程。这些课程与数理化课程一起，组成学生基础教育的核心，在这个核心的基础上，再生长出信息、材料、电类等拓展类课程，这些课程再进一步与机电一体化、机械设计与制造、车辆工程三个选修方向相融合。
图 3 上海交通大学机械工程专业知识体系
二、工程教育与人、社会及自然需和谐发展
工程技术是一把双刃剑，在改善人类生活同时，可能有所破坏。雅克·阿塔利的《未来简史》[1]描述的是一种美好的社会：人类迈向富足的生活，贫困得以消除。每个人都可以公平地分享技术和市场想象力所带来的利益，人类能够维护自由，使之不受敌人乃至自己的暴行所影响。人类留给子孙后代一个得到更好保护的环境，并找出新的生活方式和创造方式。
但是尤瓦尔·赫拉利的《未来简史》[10]描述了另外一个现象：未来的人类被分为“无用之人”“没有自主的人”和“神人”，以及未来可能诞生的新“宗教”——“万物之网”。尤瓦尔的描述虽然读起来骇人听闻，但是如果不对科技的发展加以约束，先进的科技被别有用心的人加以利用，确实有可能出现一种现象：阶级之间的差距扩大到了族群，人类会迎来有史以来最大的不平等，而这种不平等将会通过科技的武装，形成从智力到身体几乎全方位的差距。这种发展将是历史的倒退。
有约束的科技发展，对于工程教育来说，就必然涉及到人文社科教育。加强工程伦理教育，更突出价值理性提升，卓越工程教育除了错综性、协同性，还要强调人本性（图4）。
图 4 卓越工程教育中通识教育所具有的作用
（一） 建立工程伦理以及工程实践引导类课程。
工程作为一种职业已经不同于一般的职业，它对人类以及社会都有着重要的影响。需要以工程伦理来考察工程实践的社会伦理维度。
工程师伦理问题可以分为三个方面：第一个方面是需要处理好工程师与伦理之间的相互关系。[11] 在解决工程师所面临的道德问题时，涉及到的方面有：利益冲突、雇主与雇员的关系、对环境的破坏、新兴的科学技术对人们的影响。第二是工程师的责任问题，其中特别重要的一点，是如何界定工程师的社会责任。在美国，19世纪60年代，社会中曾经掀起 “社会责任运动”，其中非常重要的一个内容，就是从事发明与创造工作的工程师的责任问题。但是值得注意的是：作为工程师，他的社会责任，所涵盖的主体并不仅限于工程师，还包括推动技术变革的管理者和其他公众。所以斯代芬·H·恩格尔[12]曾经指出，在技术发展方面，应用技术的人和发展技术的人，都应该对技术的后果承担相应的责任。第三个问题，也就是前面提到的雇主与雇员的关系。工程师的角色并不仅限于工程师，他还有可能是公司的雇员，他的活动受到公司的发展规划以及作为公司的管理者的制约。在这种情况下，工程师的所作所为，应该放到社会各种角色的统一考量之中，这是一个社会多方面共同把握的问题。
大学生们未来即有可能是管理者，也有可能是工程师，无论是哪一个层次，他们都应该对未来的角色有明确的定位。美国国家科学院、国家工程院在《2020年的工程师：新世纪工程学发展的愿景》[13,14]中，指出了工程师的几个必要的条件，其中除了受全面教育之外，还强调需要具有全球公民意思，具有在商业以及公众事务中的领导能力，此外需要具有伦理道德。这些条件对工程伦理学的教育进行了限定。
1985年，工程与技术认证委员会（ABET）对美国的学校提出要求，除了常规的知识与能力培养之外，特别提到要培养“工程职业和实践的伦理特征的认识”。但如何上好《工程伦理学》这门课程，却存在着极大的挑战。为此Balamuralithara Balakrishnan等人对日本和马来西亚的伦理教学进行了对比[15]，结果表明日本采用的传统教学和互动式案例教学相结合的整体教学机制，对道德教育关键目标的实现以及工程社会教育的态度产生了积极的影响。为此他们得出结论，基于案例的互动式道德教育学习是有意义的学习体验的关键要素之一，有助于学生认识到道德在工程专业中的重要性。此外伦理学教育还需要将不同国家的文化传统与工程伦理知识相结合，文化决定着学生们对世界的认知基础，基于这个基础植入道德、责任、义务等知识，更容易让学生入脑入心，达到良好的育人效果。
（二） 改革通识教育体系，确立优秀教师对校园文化的引领地位。
通识课程教育对于现在的多元化社会，可以提供一种互补的知识与价值观。对于卓越工程教育，通识教育是一种素养教育，这种素养教育不同于知识教育所具有的实用性，同时也不具有社会功利性。素养教育重在挖掘不同学生具有个性化的潜在素质，并以培养学生的高尚人格以及独立思考能力为目标，这也是历史上“大思想家”所应该具有的品质。
一个完备的通识教育课程体系是实现大学生良好教育的前提，但是怎样的教育体系才是一个优秀且完备的通识教育体系呢？
目前很多中国高校将人文素养、艺术素养作为通识教育的重点，但是值得注意的是这两面的素养并不只是通过课堂教育培养起来的，也属于校园文化引导、学生自主学习的范畴。
建立通识教育体系需要考虑一个国家的教育背景，以中国为例，中国很多中小学过于强调学生知识的培育，缺少社会科学、实践能力、自然科学与技术的培养，而这三方面对于学生未来发展方向非常关键。基于此，在中国需要建立的通识教育体系应该以哲学社会科学素养为基础。[16]
历史上哲学包括了伦理学、宗教学、美学、逻辑学、科学技术哲学，甚至于经济、法律等在黑格尔时代，都是属于哲学的范畴。近代随着学科的细化，去除一些确定的学科知识之外，对学生教育非常重要的哲学知识还包括伦理学、逻辑学以及美学，这几方面都是不可忽略的。
伦理学教育在前面已经进行了详细的描述，这里不再赘述。逻辑学是关于推理和论证的科学，它的主要任务是提供识别有效的推理、论证与无效的推理、论证的标准，并教会人们正确地识别、揭露和反驳错误的推理和论证。美学原理一般包括审美现象学、审美类型学、审美文化学、形式美法则、美的起源、美学的学科历史，对于工程教育来说，了解美学中的审美文化学以及形式美法则，可以对建筑设计、工程设计中的文化元素、形色、对称、均衡等起到很好的指导作用。
所以一个优秀的通识教育体系应该是建立在社会科学（含工程伦理）、技术科学、逻辑学、美学的基础上，构建起来的多类科学、文化通识知识相融合的体系。从而培养学生的良好道德、探本溯源及思辨精神、审美能力，在此基础上，根据学生们的教育背景以及兴趣，对其进行自然科学与技术素养、社会科学素养、实践能力素养的培养（图5）。
教育的目的是让学生接受真、善、美的熏陶。优秀的校园文化具有“桃李不言”的特点，能够使学生自然地受到熏陶、暗示和感染的潜移默化的功能和影响。优化校园文化氛围过程中，除了考虑人文、艺术、美学方面以外，需要特别强调以教师为主体的引导作用。
教育学家梅贻琦曾经讲过，“所谓大学者，非谓有大楼之谓也，有大师之谓也。”对于一所高校而言[17]，德高望重且成就斐然的学术大师不仅是学校之宝，也是学生们追崇的偶像。如果这些学术大师都有一种“苟利国家生死以，岂因祸福避趋之”的家国情怀，如果他们都能潜下心来投入到学生的素质培养过程中，引领学校的文化风气，则达到对学生进行精神熏陶的效果。
以上海交通大学为例，学校层面上组织了大师讲坛与企业专家报告，为学术交流提供平台，学院层面上以机械与动力工程学院为例，组织了砺远科学与学业讲坛，该讲坛每年举办12期，每年学院的30余名知名学者、优秀青年教师与学生进行学术交流、学业生涯研讨、未来学习计划指导。这种方式可以保证学院的学术大师及优秀教师能够与学生面对面，针对大学生行为特点和成长中的薄弱环节进行指导，深化学生的内涵培养。
三、实现跨地域、跨领域、跨学科的文化与知识交叉
目前全球化深入发展，工程问题越来越复杂，经常需要跨学科、跨领域、跨文化的解决方案。大学的教育需要实现多重交叉，一方面是跨地域的文化交叉，另外一方面是跨领域的育人方式交叉，以及跨学科的知识交叉与提升。
（一） 高等教育国际化：跨地域的文化交叉。
加拿大学者奈特在2004年就曾指出，高等教育国际化所涵盖的深层含义，不仅仅是国际化，还应包括跨文化以及全球维度。[18,19] 他还认为，高等教育国际化不是一个稳态的过程，是动态的。联合国教科文组织下设的大学联合会则指出, 在当今全球化时代背景下，高等教育国际化是不可回避的, 同时也是高等教育机构采取的提高自身水平的“深思熟虑”的战略。
回顾高等教育国际化的发展历史，高等教育国际化的含义也在逐渐发生变化。以美国为例，美国高等教育的“国际维度”，最早起源于19世纪，当时美国学生采取旅居方式获得国际化经验。到了二战之后，高等教育国际化与“国家安全”相关联。一直到1980s年代，高等教育国际化被定义为“保证美国全球竞争力的需要”，逐渐教育国际化与贸易以及商业化相关联。[20]
在当代，对于高等教育国际化，不同国家与地域的学者还是有着不同的理解。比如美国教授哈若瑞认为，国际教育就是教育国际化，高等教育国际化不限于知识的传播，还应该包括相同的认知、积极的态度、全球意识以及不限于本国本土的发展方向，也就是树立全球意识。目前广为人们所认同和接受的是加拿大大不列颠哥伦比亚国际教育理事会专家小组对教育国际化所做出的定位“国际化就是一个国家，为了能够参与到世界事务过程中所做出的准备……这种准备不仅包括了促进理解，还有如何在多样化的世界中获得各种技能，从而可以有效地工作与生活。”[21]
理解了高等教育国际化的含义以后，需要讨论的问题就是如何实现有效的高等教育国际化。联合国教科文组织下属的国际大学联合会认为，高等教育国际化是将跨文化的交流与大学的各种功能结合在一起，因此这种过程涵盖了学校内部和外部的双重变化。[19] 美国学者阿勒姆和瓦特认为, 大学国际化包括“课程、人员交流和国际技术援助与合作计划”。在此基础上，陈学飞概括了大学国际化的基本构成要素，分别是“国际化的教育观念、培养目标、课程、人员交流、学术交流与合作研究、教育资源的共享”（图6）。[22] 为实现这些方面，需要提供跨地域的科研科创实践机会、建立国际化教学的课程体系、建立相应的国际化教育管理体系、提升跨文化的交流沟通能力。
图 6 大学国际化的构成要素及实现这些要素的手段
在提供跨地域的科研科创实践机会方面，以MIT为例，学校设立种子基金，支持学生在世界不同国家的企业或者研究机构中获得工作及实习的机会，多年的实践证明，这类项目在不同国家的文化之间，形成了一种强连接，有效推动了创新能力的培养。目前，该计划已与中国、法国、德国、日本等16个国家形成了合作方案。[8]
莫里斯·哈拉雷对课程国际化提出了相关建议，他认为应该将学生全球视野的培养，融入到“学科普遍化”的培养体系中。[7] 以清华大学为例，学校在教育国际化课程建设方面，首先将跨文化理解、国际合作精神等内容融入现有课程中，如为非环境专业学生开设选修课“环境保护与可持续发展”，这门课程的重要内容之一，就是培养学生对全球环境问题的关注。清华大学还与来自美国、英国、德国等不同高校的教师合作，实现本科全英文以及双语教学。并利用海外教育资源，开设全校选修课，如“海外名师讲堂”课程。[23,24]
在构造国际化教育的相关管理体系、提升跨文化的交流沟通能力方面，上海交通大学机械工程专业也做了有益的尝试。如图7所示，机械类国际化试点班课程管理过程中实现了中、英文课程统一的评价标准。中英文课程的教学大纲、知识点、实验与实践等内容基本一致。本校学生可以根据他们的英文水平自主选择中文或全英文课程，实现了中外学生在一个平台上选课且混班上课。师资管理方面学校以课程学习和交流为目的选送优秀教师到海外著名高校学习与实践。同时通过设定引智计划等多项措施，吸引海外著名教授前来交流授课，中外教师同台竞技。课程安排无缝对接，实现中外学生同平台选课与混班上课。教学管理上实现了全英文课程的在线管理，改革了基础类课程学分认定的标准，实现与海外一流高校课程体系接轨，实现了学分互认。建立了基于双方学生数量平衡的学费互免机制，实现了3+1+1模式下学生的自由选课。所构建的国际教学平台实现了与国外一流高校相当的教学环境、资源和水平，彻底消除了外国留学生选课难、学校面向外国学生开课难的问题。
图 7 上海交通大学机械类国际化人才培养试点班的课程体系
在跨文化交流沟通方面，国内较多高校都与国外大学开展国际科研合作、学生交换、暑期夏令营、双学位、国际团队课程设计等活动，来促进相应能力的发展。
（二） 校企协同育人新模式：跨领域的育人方式交叉。
“跨界”作为一种思维方式，指的是如何从不同角度和视野看待一个问题[25]，因而所打破的边界不仅仅是专业或者学科方面，还有学校与社会方面。其中最为重要的链接是高校与企业合作协同育人。
企业可以通过课程内容、实验实践、创新创业等几个方面融入大学的教育改革。[26] 例如清华大学、上海交通大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、浙江大学等通过组织“中国高校创新创业教育联盟”、建立创新创业学院、筹建创新创业辅修专业、设立创新创业基金、招商战略合作等多种模式与华为、大众、腾讯等企业进行合作，提升学生创新创业能力。
分析企业对于产学合作的投入，可以发现企业的目的是一致的，就是利用企业近年来在产业上的发展优势，来助力高校的人才培养，从而在科学与技术之间，架起一座桥梁，推动社会的发展。但是这些力量如果不加以优化与分析，则只能停留在“优秀的工程教育”层次。而面向卓越的工程教育校企合作方面需要突破的问题有以下几个方面：
（1） 课程方面需要建立大学教师与企业工程师之间的认同感，并增强双方面的理解，从而实现理论与应用的完美结合。每个大学的课程体系，都是经过了几十年的探索，在培养过程中已经自成体系。此时加入企业的新技术内容，则需要打破原有的体系，形成新的体系。以上海交通大学学生创新中心的企业课程为例，学校与华为、霍尼韦尔、Intel等知名企业合作，开设物联网技术、无人机技术、机器人技术、智慧城市、智慧医疗、工程创意等个性化课程。这些课程目前仅能作为个性化课程是因为它们难以融入到已有的系统化的教育体系中。在融合过程中需要整个课程体系的教师们都要了解新的课程体系的目的，并需要有课程组对课程融合进行深入分析，解决矛盾点与差异性，真正在教育方面形成合力。
（2） 实践教学需要实验设备更新换代以及企业与高校的通力合作。目前企业介入学校实践教学的方式多为组织科普性的竞赛。例如2019年华为与上海交通大学共同组织的“华为云人工智能大赛无人车挑战杯”，华为利用自身的优势，与上海交通大学合作，指导不同高校的同学如何使用不同环境灯光变化下的模型识别效果、5G视频传输、车道线寻迹。但是值得注意的是竞赛的培训所针对的只是极少量的学生。针对大量学生的培训，则需要高校根据科学技术发展，更新实验设备，同时需要企业工程师介入到教育环节，了解实验与课程理论的衔接关系。例如华为与上海交通大学机械与动力工程学院共同建设的无人驾驶车辆实验室，是通过华为工程师与课程教师、实验指导教师共同商讨后建成的，是一个成功的案例。
（3） 理论与知识的高度融合需要高校突破现有思维模式，面对陈旧的教学方式以及所形成的利益，需要改革者有魄力与决断力。推进校企合作，必然会影响到部分教师的利益，对于这种情况还是需要认真分析，确定合理的解决方案。以上海交通大学机械与动力工程学院为例，学院自2010年起，联合国外一流院校、国内外知名企业共同创办Capstone国际联合工程设计（图8）。学院实行了7年的国际毕业设计项目，并于2017年推广至所有大四学生的毕业设计。由企业提出并资助毕业设计项目，借鉴全球化企业团队合作模式，学生团队有两个导师，一位是来自企业的工程师，另外一位是来自校内的导师，三方共同协作完成项目。由于改革后学生不再参与学校教师的项目，学院一方面改革教师考核措施，不再将毕业设计导师作为职称晋升的必要条件，一方面坚持执行该教育模式。2017—2020年毕设项目数从88个增长到132个，资助企业由37家增长到74家。这种校企双方共同紧密合作的方式，保证了学生对社会及企业的了解，有助于培养紧密贴合现代工程需求的复合型创新人才。
图 8 上海交通大学机械与动力工程学院毕业设计项目展
（三） 新工科课程建设：跨学科的知识交叉。
在跨学科的知识交叉方面，国外高校特别强调跨学科交叉。例如哈佛大学工程学院，并没有像其他高校一样，有不同的系别作为边界。学院有五个学科领域，学生可以根据兴趣，选择不同的领域学习。斯坦福大学每年设立交叉学科项目，数量有40余个。MIT设有44个跨学科研究中心、普林斯顿大学开设7个面向研究生的跨学科项目。相对于国外高校，中国高校也开始关注跨学科的发展[27]，但大多数高校都处于起步阶段，系别的壁垒还不能很快打破。[28]
中国高校的导向，需要从学科主导向产业需求转变，同时也需要从严格的专业分隔向跨界交叉转变，还需要从适应服务转向支撑引领。这个过程中还有很长的路要走，具体来说，有三方面的问题。
首先是专业壁垒的问题。如果能突破专业壁垒，设立大的工学院的概念，在这个工学院中，学生可以根据个人兴趣，选择所喜欢的方向，并在教师的指导下，形成系统化的交叉知识，是比较关键且最难解决的问题。主要原因是在这方面需要突破人们已有的习惯和认知，同时需要从顶层实现宽口径人才培养。比如可以试点在学院内部取消细化专业的设置，按照不同模块方向实现交叉知识的培养，以小范围知识交叉为基础，再进一步突破学院的限制。
其次是体系化的专业基础课程交叉。值得注意的是，如果简单地实现不同类别课程的堆砌，最后的效果只能是知识碎片化，好的交叉类基础课程，应该是有内在链接的、有体系的培养模式，而如何在不同类别的知识之间设置内链（图9），已经超出了大多数大学教师的认知范围。这也是实现交叉的一个难以突破的点。
图 9 不同知识体系之间需要有内在链接
基础课程一般针对的是大一、大二以及大三上学期知识的学习。进入大三下学期，则需要在跨专业基础课程的基础上，进一步打破原有的理工类课程界限和框架，通过跨学科的综合性研究，使不同类别的工程知识相互交叉、相互渗透和相互融合。为此需要对已有的课程体系进行改革，这种改革需要分析不同学生前期交叉类基础课程的基础，并在这个基础上，生长出具有内链的选修课程。例如上海交通大学致远学院，根据不同的学科基础，设置了不同的交叉模块课程体系，保证新工科方向课程与基础课程之间具有严密的内在链接（图10）。这方面课程体系建设过程中，需要大量的教师真正投入到学生的培养工作中，并和学生们一起学习一些跨界的知识，了解交叉培养的本质，最后才能达到卓越工程教育的培养效果。
图 10 致远学院交叉模块方向课程
四、终身学习能力是工程教育进阶的必要条件
纵观中国的历史，古人是非常注重终身学习能力的培养的。从孔子的“学而不已，阖棺而止”，到庄子“吾生也有涯，而知也无涯”，以及荀子“学不可以已”。这些都说明，中华民族是一个善于终身学习的民族。不过 “终身学习”作为一个“学术问题”，是由法国人保罗·朗格朗1965年在联合国成人教育大会上首次提出的。[29,30] 对于终身学习能力，目前最为人们广泛接受的一种表述是“终身学习能力是一个持续的过程，可以支持人们不断挖掘各自的潜能。它激励人们面对不同任务、情况和环境，都能积极去获得所需要的全部知识、价值和技能”。[29,31]
大学的学习时间是有限的，新发现、新技术更迭越来越快，利用有限的时间，为终身学习奠定基础，是大学教育需要思考的问题。
有人认为终身学习理念与终身教育理念是一致的，这是错误的。终身学习理念更为强调受教育者的主体地位，并看重其学习活动的自主性。培养这种学习自主性，教师主体素质以及教学模式是至关重要的。
（一） 教师主体素质的培育与提升：推广基于OBE的教育模式。
传统教学中，教科书或教师经验推动着教学发展，这存在着最大的问题。解决这个问题需要理解一个教育理念就是：基于学习产出的教育模式（OBE），美国学者斯派帝在《基于产出的教育模式：争议与答案》中，将OBE定义为“聚焦和组织教育体系，使之围绕学生而展开，确保学生获得在未来生活中成功的经验。”西澳大利亚教育部门把OBE定义为：“基于实现学生特定学习产出的教育过程”。[32,33] 为此实现学生终身学习能力的培养，需要教师们清晰了解学生们的整个教学培养体系，了解各自课程在这个教学体系中起到的作用，并最后给出课程的教学成果，最后围绕这个成果，组织教学内容与教学模式。
实现基于OBE的教育模式，目前最为有效的办法是工程教育专业认证。工程教育专业认证强调的就是面向学习成果的教育导向，强调以学生为中心，同时强调教育体系的持续改进。其中理解面向成效的教育导向，是培养学生终身自学能力的关键环节。
除了很多教师的教学理念仍然停留在以教科书或教师经验为导向的传统教学方法以外，部分教师开始接受OBE的理念，但是他们对OBE的理解是存在差异的。一些人赞同美国学者贝迪的观点，认为OBE就是“聚焦于为学生获得未来生活的经验做准备的活动”。大部分人还是赞同夸克提出的“OBE实际上是一种用学习结果或学习产出来推动所有课程和学习评价过程的教育方式”。[34] 但是需要注意的是，虽然OBE中在强调学习结果，但其关键词却是学习评价过程，很多人关注的是“学习过程”，却丢掉了“评价”两个字。值得注意的是所丢掉的“评价”这两个字是最为关键的，因为“评价”是指挥棒，整个教育与学习过程都是围绕“评价”而建立的。
也可以说，OBE教学理念是一门学问，需要有专门的机构来对教师们进行指导。目前很多大学都设立了教学研究发展中心，依托这些教学研究机构，扭转教师们的观念，实现教学范式的改革。例如上海交通大学以教学发展中心为核心，设计了以学习效果为中心的教学设计的学习与实践研修培训。新进教师在申请讲授本科生课程前需参加该项培训并通过考核达到结业要求。该活动的主要目标是通过贯穿整个学期的各类教学研修活动，以“行动—反思—行动”为研修模式，切实提升新进教师的教学能力，这对推广OBE理念是非常好的尝试。此外部分学者提出的回溯法原则，即“培养目标与相关专业课程要形成矩阵对应图”[35,36]以及“设计相关评价指标时，需要体现平等协商精神”，注重“民主评议”等[35,37]，都对实现OBE教学模式具有非常好的借鉴作用。
（二） 项目式教学：从“学中学”到理论与实践相结合。
项目式教学，不仅与传统的“学中学”有很大差别，同时与杜威提出的“从做中学”以及陶行知所提的“教学做合一”也是不同的。杜威提出的“从做中学”涉及到了一切活动，包括艺术制作、手工活动以及科学研究，其中更为重视的是手工活动。杜威强调学生的本能和兴趣，认为在“做中学”过程中，需要是自发的，而不是强制的。[38-40] 陶行知所提的“教学做合一”，也不是专门针对科学教学，而是强调做生活中的事，做社会中的事。陶行知说:“教学做是一件事，不是三件事。我们要在做上教，在做上学。在做上教的是先生，在做上学的是学生”。[38,41]
进一步分析陶行知的话，可以看出是用一个链接，也就是“做”，将教师和学生连接在一起，即认识驱动实践，然后实践再对认识提出更高的要求（图11）。在这个过程中，项目式教学与校企合作是比较重要的一个环节。项目式教学特指与理论知识相结合，在特定的范围内选取实践项目，通过科学或者科研实践，提升学生的终身学习能力。这个过程没有像杜威的理论一样，完全从兴趣出发，而是采用所学习的课程理论范畴加以限定。也没有像陶行知的理论一样，只强调做的连接作用，而是理论与实践的结合。可以实现好奇心驱动的创造力与终身学习能力的培养。
图 11 认识与实践的关系及项目式教学对终身学习能力培养的作用
对于工程教育来讲，采用项目式教学为牵引提升学生对理论知识的理解是非常重要的。德国大学的习明纳教学法，可以看成是项目式教学的起源，习明纳组织学生们单独或形成小组，完成实验、调查、分析等，从而解决问题并形成报告。英国的项目式教学以牛津大学、剑桥大学为例，一般是实行导师制教学模式。导师制的主要特点是师生以学院为单位，每一名本科生由一名或数名导师来指导，对于一位导师，所指导的学生数量不等，包括5~25本科生左右，导师会安排学生进入到一定的科研项目，依托科研项目进行思想拓展训练。美国的项目式教学主要体现在CDIO工程教育理念方面。麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究机构在2004年成立了以CDIO命名的国际合作组织。[42-44] CDIO教学模式强调分析和解决问题能力的培养，主要以科研为主的实践项目作为载体。[42-44] 近年来项目式教学最为成功的是荷兰的代尔夫特理工大学，该大学开展了系列课程与教学模式改革，其航空航天学院2018年被MIT《全球工程教育现状报告》列入典型教育改革案例，在全球排名前十。
国内上海交通大学机械与动力工程学院是较早进行项目式教学改革的，从2012年开始实行对设计与制造系列课程进行改革，全部采用项目式教学作为牵引，结合课程进行项目讲授，3~5名同学组成项目团队，进行实践、制作与答辩。每年春、秋两季举办项目展。这种教学模式通过学生的自学能力培养，结合教师的课程讲授，在学习理论知识的同时，培养学生解决复杂工程问题的能力，进而培养终身学习能力。
图 12 上海交通大学机械与动力工程学院的项目式教学
五、 结语
卓越工程教育不同于普通工程教育之处，也就是“制造”与“创造”的不同之处。只有处理好工程教育与科学教育、人、自然及社会之间的关系，才能为卓越工程教育奠定好基础。知识的爆炸式发展与学校的学分核减反向而行，利用有限的学分，建设一个能够支撑终身学习能力的课程体系，是实现未来工业升级的必由之路。
(本论文以上海交通大学林忠钦校长2019年国际工程教育的主旨报告为主体思想，整理、补充完成。)
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