从应用理科到“新工” 从应用理科到“新工” 从应用理科到“新工” 从应用理科到“新工” 从应用理科到“新工” 从应用理科到“新工”
2018年07月05日14时48分
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从应用理科到“新工科”

“理科”与“工科”之区别。“理科”主要任务是发现一种自然现象,认识一条规律,发明一个原理,创制一套理论。“工科”则要学习和制作物的技术路径、工艺流程,在若干环节上还能具体操作,即“工科”就要教会学生“创造”为人所需的“有用物”。“应用理科”介于“理科”与“工科”之间,具有定向性,要求按照人对特定“物”的需要而确定学习和研究的方向,认识与创造“造物”的技术及其特殊原理、理论与规律等。

从教学上讲,“造物”,最重要、最基本的核心是两个:一是根据对“物”的性能、品质和状态要求,将人头脑里的构思想象化为可见的“物”的图像(图形或模型)。由此就可以设计出各种工艺与制造的程序,由技术员和工人来完成产品“物”了。二是将各种零部件有机地组装或整合为“有用物”系统的设计能力。工程产物最根本的是要满足人的物质与精神两方面需要,即“工程”要完全契合 “人为,为人”四个字的“文化”定义。工程往往是一个较大或巨大的系统,从设计、制造和材料、能源供应,到产品销售、服务等,都需周密的筹划和细致的实施,所以“工程”本质是“综合”的。新工科要适应新时代新经济所蕴涵的“四新”(新产业、新技术、新业态、新模式)要求,既囊括了“工程”的元素,又含有“新”的意义,形成一个错综复杂的教育教学体系。

新工科教学体系建设。这个教育教学体系的构建自然也要体现“融合”。牵涉到对学生品德、知识和能力(含思维与行动两方面)结构的要求,即要造就什么样的新工科人才。解决办法大体有两条:第一,通识教育与专业教育相结合,或在通识教育基础上的专业教育,突出追求工科“设计”的要素;第二,各校因地制宜,从学校的定位、特色和学科优势,以及毕业生去向与工作岗位等方面找出路,找准自己在国家、地区或行业中的地位与作用,然后进行分类、分层、分方向的办学,设计出适当的教学体系、课程与实践环节。

通识教育主要是用来“立德树人”,帮学生建立正确的价值观、人生观、世界观,对人类、国家、民族、社会与事业的责任心,理解个人与上述几方面的关系和应处的态度;同时补充一些自然科学、社会经济管理及产业组织运行的知识。这些都涉及文化素养,使人在工程或产业的生命有机体中产生“融”的力量。对于工科“造物”来说,都应当有两门关于“设计”的基本课程:一是将概念想象变成“有用物”的图形;二是构成“物”的系统结构。“国际工程联盟”对工程教育毕业生的要求区分为工程师、工程技术专家和工程技术员三个层次,三者之间的区别只是程度不同。对工程实践所要解决的问题依次是:“复杂工程问题”、“广义工程问题”和“狭义工程问题”等。这一区别体现在自然科学和工程的理论要求依次递减,实际动手能力则逐次提高。对应高校是研究型高等工科大学、一般工科大学和职业技术学校之间区别。

上述分类在工程教育课程体系中的区别反映在:对于第一类人员,其通识教育的分量会大幅加强,对自然科学与人文社会科学理论要有比较宽厚的基础,以使他们学会统揽大局,拥有“对于此一工程与彼一工程之间,对于工的理论与工的技术之间,对于物的道理与人的道理之间,都应当充分了解”的能力,能够应付复杂工程问题的挑战。而对于第三类人员,则要充分扩展其实践环节,以使他们能较熟练地去进行第一线的生产管理与操作。每类的课程体系架构虽然都能体现“文理工管”的融合,但是“融合”的程度与侧重还会表现出颇大的差别。这不仅是课程内容的深浅程度不同,更是课程的结构不同。这就要求培养的学生要各有所专,各有所强,发扬优势,又能“融合”。所谓培养学科交叉的复合型人才,决不是面面俱到,而要在以一门为主、深入领会的基础上旁及他门、融会贯通。

新工科课程及实践教学。课程是教学的主渠道,但并非唯一渠道。对于学生成长来说,毋宁说整个学校环境氛围和教学与生活的实践是更为重要的渠道。学生的能力只能从亲身实践中学到,所以要在注重“融合”的共享经济中如鱼得水,就需要在学生生活中给他们以“融合”的实践机会,使他们能从“做”中学,从而得以充分展示与锤炼自己的才能。

学生在学习期间的实践主要分为教学实践(含练习、实验、实习实训、论文报告、毕业设计、毕业论文等)与非教学实践,后者即校园生活中师生之间、生生之间的各种交流沟通,以及各种文化科技和社会调查服务等社团或课外活动(通称“第二课堂”),各种竞赛性等。对理工科学生来说,作业练习是他们的第一种教学实践形式。这里,学生要从创造有确定应用目标的理想“人造物”出发,综合课程中学到的、以及没有学到但为设计所需而自行找到的各种工程的元素,通过头脑的周密思考,将形成的概念设想化为有形的物的原型。其间,他不仅要运用物理原理,还要进行大量数值、图形与模型的数学计算,这就要运用包括计算机在内的各种工具。经过反复多次、由浅入深的训练,他就学会了工程的核心本领——设计。实验是另一种教学实践的方式。实验的任务不仅在于检验课程中和书本上学到的理论,加深对理论的理解;而且还是科学发现的源头,从而得到新概念、新现象、新理论。新产业要求多学科交叉综合,所以大学要培养复合性人才,还要通过承接交叉综合的研究开发项目,建立交叉学科研究机构,吸纳本科生也能去参加实验,在那里身临其境地去接受多元化的熏陶和锻炼。为此,学校各院系的实验室、研究试验场地还应该充分开放,使更多学生得以共享。再一个是实习实训。这是技能型课程的一个必要环节。目前一般理工科学校,具有“双师”资质的、富有工程实践经验的教师很少,技能型的课程往往也变成了理论课。因此迫切需要提高“双师”资质的教师比例。这种课程必须辅以大量实习,才能使学生真正掌握所学的技艺。

新工科产教融合机制构建。新经济是一种共享经济,从产业间、产业内、产品内分工的协调融合中得到最强的活力,新工科学生的实习实训要尽量接近产业运作实际。为克服这个困难,有学者提出了在学校里举办“学习工厂”的建议,近年,有些地方政府和少数企业,将个别具有创新意义的产品的研发与生产基地放到了一些地方大学或职业技术学院,使研发、生产与教学密切起来。学生在那里既能接受生产实际、师傅带徒弟式的训练,也能积极开动脑筋,激发创意,参与新产品的研发,获得成就感。企业还可根据学生在研发与生产实习中的表现,源源不断地得到新的人力资源。因此,最好的实习就是学生到企业去直接参与生产运行的局部或全过程,接受“实训”。这就是要推行产教融合、校企合作、协同育人的新体制机制。

从学校方面说,首先是要将学科专业体系与产业链与创新链对接,要大力发展和支持一批适应新一轮科技革命和产业变革,以及新经济发展和促进社会繁荣、国家安全的学科专业。要采取“引企驻校、引校进企、校企一体”等方式来健全学生到企业实习实训的制度。鼓励骨干企业联合职业学校、高等学校共同组建产教融合集团(联盟)。

目前我国经济“正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期”,创新是引领发展的第一动力。我国科技研究开发拥有庞大的独立系统,科学院和产业部门设有众多的科研院所,承担着大量研发任务,因此,也要发挥科研院所在育人中的重要作用,建立起“校所结合”、“学研结合”的育人体制,同时要大力推动“官学产研”相结合的体制机制。高校还可在政府的支持下,根据“官学产研”融合的机制,与企业和科研院所联合组成新技术、新产品的“孵化器”。实践中“学产研”或“官学产研”融合是新工科建设中的重中之重。解决了这个问题,困惑高等学校与职业院校多年的“两张皮”、学生实习实训的难题就可破解。

结语。介于“理科”与“工科”之间的“应用理科”具有“亦理亦工”的性质,是建设“新工科”的一个源头。“理”追求事物的本质、内在联系与运动变化的规律,“工”则要用事物之“理”来造出“有用的人工物”。相对说来“理”比较单纯,是分析的,而“工”则更为复杂多元,是综合的。它不仅要懂得事物的“理”与“道”,还要体察人的需求,构建能达到人所期许的有用“器物”。这就构成了工程的“多源”输入环节,其间环环相扣,需要协调配合、有机组合,“融合”成为关键。上述这些区别都要体现在教育教学中。因此,要从“应用理科”真正衍生出“新工科”来,在教学上还必须添加“设计”这种核心要素才能满足“衍生”的条件。它要教会学生两种本领:其一,能从无形的原理概念设想转变为有形的“器物”图像,即“化理为物”、“化道为器”;其二,将各种零部件之物构建为定向“有用”的成系统的物。这需要通过“工”的理论和实践教学来完成。作为“新工科”建设,还要将新经济、新产业的信息化、智能化、个性化、全球化和生物技术、绿色环保、伦理正义等元素融合进来,“融合”显得更为突出。这种“融合”对参与其中的人提出了很高的素养要求:对人和对事业的尊重,能交流沟通、相互理解、合作共事,对终端产物具有责任担当,通晓生产销售服务各个环节的意义价值与接口要领等,就形成了一个庞杂多元的教育教学体系。

构建该体系的办法是在通识教育与职业教育相结合的基础上,根据专业定位,区分类型、层次、学生个性,有侧重地来制订培养方案,而不能各个元素平行掺合。课程体系固然要做到“文理工管”融会,强调交叉复合,理论与实践并重,还必须将“工程文化”精神渗透贯彻到一切教学环节中去。特别要注意使学生在专业主体上要有重点地“做强”,成为某一方面的“能手”。(节选自《高等工程教育研究》2018年第2期,作者王义遒)