【摘要】当前高等教育“新工科”建设的讨论中，从“应用理科”延伸出“新工科”被认为是一种可行的方案。本文分析了“理科”和“工科”的关系和区别，并从此角度探讨了由上述方案可能引出的问题及其解决途径。文章指出，从“应用理科”衍生出来的“新工科”在教育教学上必须增加新的工科要素或“基因”；其中特别强调了由“创造人所需的有用物”的“工程”定义及其“多源”的综合性质所引发的“设计”与“融合”在教学上的重要性。笔者阐述了北大早年尝试建设新工科的经验教训并对此加以了说明。结合新经济所要求的“四新”，文章分析了“融合”在“新产业”中的作用，据此提出了在建设新工科的课程体系中贯彻“融合”的一些原则建议。同时，文章还阐述了实践对新工科教育的重要性，并就“学产研”结合之途做了多方探讨。
一、引言
2017年11月2日在南京召开的“第二届中国高等工程教育峰会”上，我这个刚接触到“新工科”词儿的“新知者”，觉得十分高兴。因为教育部高教司吴岩司长的主旨报告中，将高等教育的理科和工科画成两个互相交叠的大圆，其中交叠部分，既可看成是“应用理科”，也可看成是“新工科”。于是，我这个老龄新兵又可当作“老兵”了，我从事应用理科已有50多年。
的确，理科和工科之间很难划一条明确的界限。近代工程技术都是建立在严密的自然科学理论之上的。早在1957年，钱学森就提出在自然科学的基础科学和工程技术之间还要有一类技术科学做媒介把两者联系起来[1]。它既是自然科学向工程应用的延伸，又是工程技术的理论基础，并为之服务。在西方，“技术科学”通常被称为“应用科学”，我们也这样称呼了。我们常将自然科学（含数学）的基础学科称为“理科”，所以后来“技术科学”就常被称为“应用理科”[2]。我国高等教育的学科体系里，许多修读技术科学或应用科学专业的学生既可获得理科学位，也可获工科学位，往往看他们所在学校是属于文理综合大学还是多科性理工大学来区别。所以，吴岩司长的话完全符合实际，我不但同意，而且高兴。
然而另一方面，我多少也感到这是一种迁就现实的“模糊处理”。如果较起真来，你既可叫“理科”，又可叫“工科”，那不就是“理”=“工”了吗？这在逻辑上又说不通。实际上最多只能说，有部分理科，偏向或接近于“工”，而另有一些工科，则偏向于或接近于“理”。他们处于两者交集处，“非理非工”、“亦理亦工”，于是就这样模糊处理，皆大欢喜。
但我还是喜欢打破砂锅问到底。“亦理亦工”，起码“理”里要含有“工”的元素，“工”里要含有“理”的元素。那么区别两者的基本元素究竟是什么？只有厘清这样的问题，我们才能清晰地回答当下“新工科”讨论中一些令人困惑的热点问题。笔者在上述“峰会”上做了一个《“新工科”建设的文化视角》的报告（下称“上文”[3]），试图从一个特殊角度出发对这个问题做一些回答。本文则从理工两者的科技内涵及社会作用来分析它们的要素，由此入手并结合北大当年尝试建设新工科的经历，再来探讨一下这个问题，希望对如何建设“新工科”提出一些更为具体的想法和做法，以求同行指教并讨论。
二、“理”、“工”之别与“新工科”的“基因”
钱学森在20世纪80年代谈到现代科学技术的结构时明确说过，自然科学是要认识自然界、认识客观世界和改造客观世界的。因而自然科学可以有三个层次：基础科学主要承担认识世界的任务，而工程技术（他将各种工程，如土木工程、航空工程等包含在这个层次）是要直接改造客观世界的，技术科学则介于其间，成为沟通两者的桥梁[4]。这里基础科学处于上游地位，工程技术要依靠基础科学认识的原理、规律和理论，因此“工”里天然含有“理”的成分是不言而喻的。但是“理”中含有多少“工”的元素呢，却不一定。其实，“工程”和“技术”是两个不同的概念[5]。固然对近代技术，从基础研究到工程技术（理解为做工程的技术）的这种源流关系还算合理。但“工程”还有更丰富的内容，有更复杂的“源”。改造客观世界过程中对工程技术提出的问题，有一些带有根本、基础的性质，需要从基本原理上加以解决，因而基础科学还可从工程技术得到反馈而不断产生与发现新问题，从而得到不断更新与发展。所以“工”和“理”之间的关系是双向的，但并不能因此就说“工”是“理”的必要元素。
什么是“工”的必要元素或“基因”？我们通常将工程技术学科称为“工科”，是要教学生做工程的。“上文”引用西蒙的一句话：“工程就是创造有用的人造物”[6]；王沛民等人的书中也说：“工程就其本质而言，是人类创造有用的人工物之一种实践。”[5]所以工程：其一是要创造；其二“创造”的是“有用的人工物”，而“有用”是有明确意向、要满足人们需求的。这两者是工程的核心元素。顾名思义“工科”要教会学生“创造”为人所需的“有用物”（在汉字语境中可略去“人工”二字，因为人创造的必然是人工或人造的）。这里的“物”包括人改造过的自然环境。
自然科学的基础研究也要“创造”，它创造的是人对自然界各种现象的存在及其内在结构本质联系与运动变化规律之认识（知识）。所以“理”的核心元素也是“创造”，只不过它所创造的是知识，是一种精神现象，不是人为谋衣食住行等生存与发展所需的物质而已。而要实现这种认识，还得通过“物”做媒介。比如，要保存、获得、传播与创新科学知识，都得有载体，如书报、电子媒体等来承载，用语言、文字、数学符号、公式和图像等来表达。否则这种认识只存在你头脑里，谁也看不见、摸不着。因此精神需求还得归结为“物”的需求，靠工程来支撑，有文化产业。这也是一种工业啊！何况从事任何基础科学的教学研究，离不开图书资料、仪器设备和特殊装备的场所等，这些也都是由工程来提供的。所以国家经济不振，休想有繁荣的基础科学。而且，这种“物”是只有受过一定训练、具有一定“精神”准备的人才有需求，才能享用的。对于不识字的人，书本报刊对他们不具有任何意义感或狭义的文化价值；它们或许只可作为天热扇风取凉的工具和天冷生火取暖的燃料而已。因而渴望“精神”享受的往往只是少数特定人群或人类总体，他们还需通过“文化产业”的工程造物来满足。看来属于上游的基础科学还是要被处在下游的工程技术所收容。这也自然，河流下游所囊括的疆域总是远大于上游的，因为它往往是复杂“多源”的。工程技术就是这样，所以它与基础科学并不是线性关系[7]。
这样，我们将“创造”为满足人的生存发展所需的“物”作为“工”（这里的“工”是广义的，指创造或产生“物”的产业，包括“农”）的核心元素，即“工程”的要素或基因，并以此来构建“工科”教育是合理的。基础科学或“理科”教育就没有这样普遍宽泛的要求了。
从这点出发，工科的一个必要任务就是要教会学生能够“造物”。“理科”只要发现一种自然现象，认识一条规律，发明一个原理，创制一套理论，就是大功告成，满可以获得奖励了。至于是不是有用，有什么用，能不能据此开发出什么新技术，做出什么新产品，可以一概不管。“应用理科”则具有定向性，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。从这点看，“应用理科”具有工程“创造人所需的有用物”的基因。正是这一点，可以将“应用理科”与工科产生交集，故具有“亦理亦工”的合理性。但它并不管如何造物，造什么样的物。而“工科”则要学习和制作这些物的技术路径、工艺流程，在若干环节上还能具体操作。当然，由于“物”的门类种别太多，人们只能分门别类地去学习研究，所以工科的分类较细，是相对比较狭窄的。但是，既然同属“工科”，就要掌握一些共同的特殊知识和技能。
从教学上，笔者认为，对于“造物”，最重要、最基本的本领是两个：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，因为工程所制造的“物”，大都是由许多零件和部件组合而成的“系统”。即使“物”是一个零件，比如铆钉或螺帽，从原材料处理到形成产品也还有多道工序组成的“系统”。所谓“物”，也并不一定都是一个完整的东西如汽车，而可能只是其中一个部件或组件，如发动机或安全系统。因此在传统工科课程体系中都含有这两方面的课程，如画法几何与机械制图、工程设计与系统结构等，或功效相仿但名称不同的其他课程。为适应“新工科”要求，图形或模型不仅是三维的，而且还要加上“时间”这一维，成为四维图像或模型，能反映物件动态状况（所谓“时空一体化”）；而其作品可以是利用3D打印的模型或计算机模拟的虚拟仿真图像（如动画）。将此两者合而为一，就叫“设计”，也可以说是“工科”的要素，而对于“应用理科”则并非不可或缺。正如西蒙所说，“设计是所有专业训练的核心，是将专业(profession)与科学(science)区分开的主要标志”[6]。设计要将“人工物”的各种用途与性能等因素都“综合”起来，在给定约束条件下创造出为实现对人“有用”的“目标物”尽可能最佳的方案。这些“约束条件”包括工程实施过程中所必需的各种技术条件与限制，如一定性能的材料的可获得性、工艺的可行性等，要在各种可能性中找出最优配置。工程还必须考虑经济合理性（效益），投入与产出、成本与质量等，并体现“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念。最根本的是，工程产物要满足人的物质与精神两方面需要。这就要懂“人性”：既要好用，还要美观、舒适、方便、合乎个性，并满足生态环保、伦理正义的要求。在笔者看来，“工程”是完全契合窃所最欣赏的费孝通的“人为，为人”四个字的“文化”定义了[8]。这些也可说是工程的“基因”，在工程的设计与实施中都应顾及。这样一来，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。因此，工程就会有严密细致的分工与协作，构成大量组织管理问题。它们都是“工程”的输入元素，是“源”，要互相协调配合，所以“工程”本质是“综合”的[9]。这些也是工程教育要考虑的必要成分。
对于“新工科”，当然还要有“新”的要求，以区别于传统工科。这就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，为迎接“中国制造2025”、“互联网+”，以及由数字信息技术、人工智能、生命科学等带动的“工业4.0”等潮流带来的科技与工程内涵，“融合”成为一个新要素。对此，学者已经有大量论述，这里就不赘言了。
这样，我们看到“新工科”建设既囊括了“工程”的元素，又含有“新”的意义，它们构成“新工科”的基因，形成一个错综复杂的教育教学体系。所以在新工科建设中大家都强调“融合”，各种要素要协调和谐有机配合。
三、北京大学早期试办“新型工科”中的困境
“上文”介绍了1952年全国高校院系调整之后，为了使学校在以经济建设为中心的社会主义四个现代化中做出更大贡献，避免陷入边缘化的危险，历任北大领导都力图摆脱单纯以文理基础学科构成传统“综合大学”的定位，纷纷增设应用学科的研究方向和专业。这样还可纾缓因为缺乏国家急需的科研项目而导致学校经费拮据的困境，减轻历次政治运动中被批判“理论脱离实际”的罪责。
从20世纪50年代后期起北大逐步设置了不少国家现代化急需的技术科学或应用理科的学科专业。改革开放后，不但成立了许多新兴的交叉复合科学技术研究中心和国家及部门重点实验室，而且还举办了一些新型工程学科与专业，一些院系专业及研究机构更是公开亮出了“工程”的旗号，如“化学与分子工程学院”、“力学与工程科学系”和“工程科学”、“结构工程”等专业，以及“蛋白质工程与植物基因工程”、“生物膜工程”、“生物有机分子工程”等实验室。进入新世纪之后，又成立了“信息与工程学部”和“工学院”，还正在筹建新型的农学院。不少院系具有授予工学士学位和培养专业学位研究生的资质。
不过在笔者看来，至少在新世纪之前，北大一些学科专业虽已挂上了“工程”的牌子，但跟真正的“工程”专业却还有相当距离，他们的存在只是表示一种意图和愿望而已。对于这种状况，“上文”从文化上做了探讨，主要是两点：一是以文理基础学科为主的原“综合大学”在思想观念上以科学“求真”为导向，自视“清高”，看不大起“计较利益”的经济活动。这实际上是学术与市场文化冲突的反映。但是对于从事应用科学的教师与学生来说，这个问题不难解决，因为他们都有一种“爱国”、“为民”的共同目标和担当精神，毕竟这些都属于“兴国”的举动。二是整个学校的办学体制机制还难以适应应用学科和新型工科在学校里诞生，它们毕竟还只占小部分。对此下面还会进一步提及。
这里想着重说一些另一方面的问题。
其一是我们对工程技术的内涵了解不足，特别是对于上述工科的“基因”，没有什么概念。虽然设置应用理科或新型工程专业的院系在制订教学计划的时候也调查过国内相关行业的实际需求情况，参考过国外同类专业的课程体系，但由于总体上这些专业相当新，可参照的可信资料不多，而我们自己对于这些新学科的发展脉络也研究掌握得不透，所以不可能设计出十分周到的、能反映“工科”特点的课程体系来。当然，我们也尽可能按照自己的理解做了一些。比如，对于应用物理方向学生，我们就要求选修“机械制图”的课程，对于应用化学则要修读“化工基础”课，在生物学方面则有“切片”等技术课程。仅此而已。这跟上述的“工科基因”的要求还有很大距离。这里当然还涉及师资队伍的结构，有相关行业或产业经验的教师很少，特别是基本上没有所谓“双师”人员。
其二是缺乏相关产业链的实习实训条件。“工程”本质上是实践的，学生光从课堂上学理论绝对算不上是“学工”的。“上文”说到，我们曾设想使一个院系能做到基础科学、应用科学和工程技术相结合，教学、研究与技术开发及产品生产（“学研产”）统筹兼顾。我们设想“分子工程”能够根据化学原理，对特定材料提出性能指标要求，有针对性地设计出合成与制造工艺，经过小试、中试等环节，进行批量生产，提供产品。这与现在的CDIO（概念构思、设计、实现、运行）产业链的运作模式已相当接近。但我们没有能按照这种设想，建设起一套能联系基础学科、应用学科的新型工科的教学体系来。这里，学校难以提供小试、中试等实践条件，特别是设施与场地是一个主要原因。这样，产品的研制开发链实际上连接不起来，工程学科的完整教学体系就不能保证了。
其三是社会几乎完全不能提供与教学配套的实践条件。那时候，北大化学学科已经研制开发出一批具有广泛应用前景的科研产品。但除个别依靠外界投资、北大以技术入股的形式组成产业，以及凭借企业提供小试、中试等条件在企业进行了批量生产外，多数并未能转化为工业产品。20世纪我国经济增长主要依赖于劳动密集型的低端产品，难以觅得与大学工程教学相匹配的企业条件自可理解。为了解决科技开发的先端产品得以进行中间试验、投入规模生产，有时学校不得不拼凑条件自行组织公司来进行产品生产。这似乎可以形成科研、开发、生产一条龙的产业链了，从而保证相关专业的教学实践，形成较好的工程教学的生态。然而一旦校办产业真正成为“企业”，市场行为决定了它视经济利益重于教学功能，因而对工程教学的帮助与效果并不如理想。
上述三个问题都涉及教学体系中容纳工程核心课程与工业实践环节等方面。其中最主要的还是对“工程教育”的理解严重不足，此问题不解决不但原综合大学难以从“应用理科”衍生出“新工科”来，而且还会使某些貌似“新工科”的专业办成不三不四的“应用理科”来。西蒙曾批评美国某些工学院有这样的倾向。他说：“20世纪以来自然科学几乎将人工物科学从专业学院课程中驱逐出去的做法的确使人啼笑皆非。工程学院逐渐变成了数理学院，医学院变成了生物科学学院，商学院变成了有限数学学院。”[6]笔者深望我国不再重蹈此覆辙。此外，当下许多政府文件与学者针对“新工科”建设，都强调“融合”二字。但在教学体系里如何体现“融合”，却并不简单，下面将着重讨论这个问题。
四、工程之“合”与课程之“合”
“上文”对“融合”二字做了一般的解说，并将“融”与“合”做了点区分。
要实现“融”，重在工程或生产过程整体中各种不同环节之间的人要能同心协力、和谐合作，彼此尊重、互相包容、甚至迁就。每一道工序环节的成员，还要有共同对最终产品负责的意识。海尔提倡“人单合一”（每个员工都对终端产品负责）的理念，就体现了“融”的观念。这可以说主要是对员工必须有良好品德操守的要求，使工程中的各个环节配合默契，做到“化合”，而不是“掺合”。
至于“合”，包括综合、组合、整合等，其必要性在于工程是综合的。工程不仅是“多源”的：需求、“有用”是多元的，有用途、方便、美观、舒适、个性化、符合伦理正义与环境生态的要求；技术是多样的，数学、物理、化学、生物，都是基础；经济上要考虑成本、人力开支、融资渠道、销售途径；管理上有组织体制、运行机制、风险处理以及上下左右关系等。这些都是工程的“输入”，经过工程的综合，才能取得合乎理想的“产出”。而且工程还是高度分工的。尤其是新经济所强调的“四新”，建立在当代信息技术空前发达、交通运输高度便捷的基础上，利用全球化和互联网、物联网、智联网等条件，使“造物”的创意、设计、生产、营销与服务等环节细密分工，体现了优质资源最大利用、要素禀赋最大发挥的经济竞争力。现在不仅产业间有分工，而且还提出了“产业内分工”和“产品内分工”等概念，并成为国际产业分工的潮流。比如，一个汽车产业，就不是一家公司将从高档小轿车、越野车到货运大卡车的生产统统都包下来，而是有不同分工，各有所长的，因为它们的技术内涵并不相同。“产品内分工”则进一步将产品分工深入到生产工序层面，利用外供、外包等形式包揽一种产品的概念设计、材料加工、零件定制、部件外购、组装外包等等，自己可能只做总装调试出厂。汽车制造有几百道工序，各道工序分别在不同工厂、地区甚至国家来进行。即使小至一件服装也可在国际间进行分工：在一个国家买原料，另一个国家做纺织印染，从第三个国家定制纽扣，从第四个国家做拉链等；自己只做设计、缝纫（甚至此两者也可外包），订单则来自世界各地的营销商。其间，在资金周转等环节则还需与金融机构打交道。所以，即使是这样一个寻常的传统产业，如能融入新经济要素，充分实行开放分工、协调共享，也能成为一个创新产业。有分就有合，“合”成为关键因素，“融合”起着关键作用。这样才能使各种优势都发挥出来，达到1+1＞2,∑(1)n＞＞n，取得最高经济竞争力，创出靓丽的品牌。
笔者长期从事原子钟工作，这是一个小而高精尖的装备。比如铷、氢、铯三种实用原子钟，由于其科技内涵不同，多年来实行“产业内分工”，由不同团队分别研制生产三种不同的钟。直至近十年，才真正领会“产品内分工”的威力。只有摒弃过去那种“肥水不流外人田”独家包揽一切的小家子气，将一种钟的各种组件分配到高度专业化的不同单位里研制生产，才能使成品钟作到精准可靠长寿命。当然，这也与整个国家的基础制造业达到了精细繁荣发达有关。不过“分工、融合”确实也起了关键作用。
因此，“新工科”为适应新经济的需要，在其教育教学体系中、课程设置和实践环节的构建上自然也要体现“融合”。这都牵涉到对学生品德、知识和能力（含思维与行动两方面）结构的要求，实际上就是培养目标：我们要造就什么样的新工科人才？
从上述对工程的“基因”与“多源”输入分析以及对“新工科”建设的讨论看，似乎大都要求毕业生在具备良好品德的共同基础上，在知识上除了突出“设计”的要素之外，还要做到“文理工管”四者汇通，强调交叉复合；在能力上则不仅要具有关于本学科的基本运作思维与动手能力，还要能够在不同工作、职务之间融会贯通，同时还能够在“官产学研”之间周旋，游刃有余，从而达致协同创新的目标。总之，大家希望一个工科毕业生既了解人性，懂得“真善美”，又能够将所有“新工科”的知识能力要素“合”于一身。
原则上说这样的要求似乎也合理，因此教学体系中就要有繁多的课程设置，并配有大量的实践环节。但是，我们讨论的主要是一般只有四年的本科教学，这种要求未免“过高”，势必造成学生负担过重。或是由于面面俱到，难免都浅尝辄止，成为什么都知道一点，什么都不精通的“万金油”式的人。他们是最不受欢迎的。我们的高等教育绝不能这样做，要另觅创新之路。
解决的办法似乎就在于两条：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。还要在“本研结合”、“校企所结合”上下功夫。本节先着重就课程问题做点探讨。
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。
至于从“工科”本身的专业科技内涵和产品生产与产业运作方面如何来处理课程问题。前面已经提到“设计”的重要性及其两种本领。
对于工科“造物”来说，不管哪个行业，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。也可单独开设讲授“设计理论”及最优化算法等知识的课程。这里就牵涉到上述工程“输入”的“多源”性，简直涵盖了“文理工管”四大类全部学科的课程。要给学生开出全部课程不但不可能，也毫无必要。通过通识教育选修一些专业的相关课程，虽有一定补益，但总归只能知些皮毛，懂得有关学科的特殊思维方法就是很成功了。而“设计”课程却是创造有特定应用目标的人造物而将各学科综合起来的极好锻炼机会。各类工程的院系要根据自己的专业特点制定“设计”类课程的教学方案，特别是从技术的“源”上来确定先修课程。对所有工程学科，数学、物理、计算机等课程是必不可少的。对于许多当代工程技术来说，研究生命现象的生物学也很必要。重要的是通过自主的设计练习，要学生自己去学会补充课堂上所没有讲授的学科的内容。“设计”特别要强调创造性思维，工程中有的关键技术、窍门、know-how，乃至材料，一时可能难以突破，就要“另辟蹊径”，绕道而行。这就是体现了设计中的“创新”。
王沛民等在《工程教育基础》[5]一书中特别提出了“普通工程学”的探索，推崇设置“综合工程学”、“工程原理”等课程系列。它们使原有的独立课程，特别是科学课程，能在特定的“工程”需求背景下构筑具有学科交叉复合意义的专门课程。这还会使原来作为自然科学延伸的“工程科学”（类似于“应用理科”）真正成为“工程的科学”。这对工程教育具有重要意义。
然后，就要讲到分门别类分层的课程了。第一类是梅贻琦对清华学子的要求，要成为“组织工业的力量”、“工业建设的领袖”[10]。对于他们，自然要掌握更加扎实宽广的自然科学的知识，如数学、物理、化学、生命科学和环境科学等，以及更多的人文社会科学知识，以洞察世界潮流与科技发展的大势，从而能高瞻远瞩，规划与组织国家和地区的产业发展的大势。他们也要有一定的实践知识，理解产业的运作和具体生产过程，才能做到“接地气”、“顶天立地”，而不是不切实际。第二类是具体产业或一个行业的组织管理者，他们可以不精湛于具体操作，但也要有宽厚的知识面。比如对于制造业，不仅要有较丰富的数学、力学、电磁学和自动控制等基础知识，还要具体懂得机器生产、信息传递与物流输运，以及经营管理与金融业务等方面的知识。第三类是一线生产人员。这里当然还有从事设计、研发、制造、运行、营销、服务等区别，这种分工往往有赖于人员的个体特长及工作需要。在教学上，除了在实践环节、毕业设计等可显现一些区别外，一般是很难再区别对待了。不过，这里还可有层次之分。例如，“国际工程联盟”对工程教育毕业生的要求就区分为工程师、工程技术专家和工程技术员三个层次，分别由《华盛顿协议》、《悉尼协议》和《都柏林协议》来确定其资质认证。他们之间的区别只是程度不同。例如，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”等概念。这些概念听起来似乎很抽象，难以具体理解，实际上就是对他们在自然科学和工程的理论要求依次递减，而实际动手能力则逐次提高。从这里可以看到研究型高等工科大学、一般工科大学和职业技术学校之间的区别。后者偏重于培养技术技能型人才。
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”的本领[10]，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。“文理工管”四大类课程绝不会掺合成为大拼盘，而是各有侧重和特色的。这样才能体现出各类人才的比较优势,把“1”做强，能“融”会“合”，从而在未来工作中可发挥出1+1＞2，乃至∑(1)n＞＞n的作用。达致这种效果当然不是通过简单相加，而是依靠生命有机体“化合”的组织力量。以造汽车为例，其设计不仅要求动力、控制、安全等系统很完善，而且还要人坐着有美观舒适感、长期不疲劳。为此，企业经理宁愿要一位懂得心理的人体工程师来帮助设计座椅，而不一定会去劳驾学机械类汽车专业的毕业生。人们宁可在产品上求“合”，而并不追求个体在各种知识和技能上都会“合”，成为无所不通的“多面手”，而是通过组织作用做到“强强联合”。当下为适应新时代新经济的特点，高端产品往往是个性化定制的，多属“磨合型”，而不是简单组装式的“模块型”产品，各生产环节之间的精准契合具有重要意义。所以，我们强调的不是各门学科都要平均地学好，而是每人都要各有所专，各有所强，发扬优势，又能“融合”，才能实现“强强联合”！
进一步说，当代新技术、新产品往往是建立在多种相差颇远的学科交叉复合之上的，例如，生物与数学、医学与物理、艺术与物理，不过虽然学科对象相距甚远，术语迥异，给人以“隔行如隔山”之感，但深究起来，其研究方法与精神仍有相通之处。一个人真正掌握了一门学科的门道，得其精髓，就能举一反三，触类旁通，相对较易于理解另一门学科。因此，所谓培养学科交叉的复合型人才，决不是面面俱到，将相关学科浮光掠影、表面皮毛地都学一遍，而要在以一门为主、深入领会的基础上旁及他门、融会贯通。这样的人才能做出创造性的贡献。
当下中国高等教育研究生比例已经很高，“新工科”课程体系建设必须将本科与研究生通盘考虑。即使本校不具备相关研究生专业，也要给学生以继续深造的可能性。这样根据学校的职责定位统筹谋划，就可制定出适当的各专业的课程体系，既为欲求深造的学生留有余地，也为直接就业的人能找到合适岗位。
最后要强调，“工程”是非常贴近文化整体、富有人性的，在学生的一切知识培养或课程教学中都要充分贯彻渗透人文精神，处处要为人的福祉着想，避免遗祸于人。
五、“学产研”之“合”与实践训练、协同教育
上面说到课程问题。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”），有的还具有竞赛性。它们都是学生演练与施展才华的舞台。
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。如上述的设计练习。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“输入”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。
实验是他们遇到的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。所以实验不能停留在教师安排好的几个固定的实验课题上，还应该给学生以自主提出想法，设计实验方法，物色所需仪器设备，自己动手制作，进行试验测量，以期得到预想结果，并完成分析总结，写出报告或小论文的全过程。这样就能启发创意，锻炼开发创造的能力。
上述实验通常仅针对一门基础课程。新产业要求多学科交叉综合，光凭听一些不同学科的概述性课程，往往只能知其皮毛。要领会学科交叉综合的真谛，还要从“干”中学。所以大学真要培养复合性人才，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。例如，最近北京大学团队发明了一种新的利用纠错编码的DNA荧光测序法，研制出一种崭新的解码基因组信息的科学仪器，大大提高了测序精度与效率[11]。团队7名成员都来自一个交叉学科研究机构——北京未来基因诊断高精尖创新中心。他们有的出身于化学，有的强于生物基因，还有的精于计算机编程，以及算法和数据处理。有一位骨干，本科毕业于化学，博士却在北大工学院研读。成果是他们长期精诚团结、艰苦磨练的结晶。因此，学校的院系、学科、专业之间，教学与科研之间，师生之间，本科生与研究生之间都要打破藩篱与壁垒，在“突破”上下功夫[12]。这样才能使学生真正从学科交叉、不同学科的各种思维方法与应用手段等方面获取滋养，发展多种多样的才能。
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。应该说，一般高校的这种实习，与真正的生产实践还是有一定距离的。生产工艺技术日新月异，学校的课程与装备设施不可能快速及时地更新，往往远远落后于生产实际。这是我们过去毕业生在实际生产岗位上常常显得动手能力不足的一大原因。
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[13]，使学生能感受与体验接近生产实际的场景。然而这不但花费巨大，而且难以完全体现市场运作的真实情况。近年来笔者看到，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[14]。这是一种好现象。可惜这种做法并不普遍，而且还只有发达地区的政府和中小企业比较积极。
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”。这就是要推行教育部高教司倡导的产教融合、校企合作、协同育人的新体制机制[15]。从历史经验教训看，这是我国高校面向实际的改革的一个难点，人才培养和产业需求脱节的“两张皮”现象长期存在。但是，我们也欣喜地看到，为了解决这个问题，前不久（2017年12月5日）国务院办公厅发布了一个《关于深化产教融合的若干意见》的文件，规定了三十条指导思想和具体措施。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。要严格实行“专业预警和退出机制”。对企业来说，则要在育人中发挥“重要主体作用”。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。并且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）。《文件》还对财税用地等政策问题做出了一些规定，这是使上述许多体制机制问题得以解决的关键。相信如果上述规定能得到落实，就能建立起“学产结合”、“协同育人”的“双主体”机制，从而使长期困惑高校的实习实训难题迎刃而解。
笔者往年在加拿大访问的时候，滑铁卢大学介绍了一种“夹心式”的工程教学模式。这就是学生在学习期间，可以有一段时间（一年）直接到企业去工作，然后再回校学习。由于带着生产中的问题学习，收效就会更加明显。北大为鼓励学生创业，也曾推出过“停学”制度，允许学生在本科学习中有一段时间（最长三年）保留学籍到社会上去创业或就业，然后根据其意向再回校继续学习。其间有的课程还可通过自学考试得到学分。这种培养方式显然有利于学生接触实际。
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”（十九大报告），创新是引领发展的第一动力。考虑到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。我国相关政府部门往往也直接组建研发基地，发布研发项目、课题与经费，因此还要大力推动“官学产研”相结合的体制机制。学生在这样的体制内耳闻目睹，感染熏陶，才能培养出像梅贻琦所要求的工业组织人才，会在“错综复杂的情景之中，可以有最低限度的周旋的能力”[10]。
为此，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”，在这里学生可以锻炼创新创业的实际才干。事实证明，当前信息和生物医学领域许多高新企业的创业者就是从学校的环境里开始尝试的。美国许多小型微型生物企业就是几个大学毕业生从承担一些科研课题研制产品起家的。由此可以像滚雪球那样逐渐产生“高大上”产业。
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。不仅如此，创新链中从大学基础研究到形成产品之间的小试中试、关键工艺技术等令学校头痛的困境也可由此得以摆脱。从根本上看，真正做到“融合”还在于相关各方都能收到利益共享“共赢”的结果。这种利益不是“近利”，而是长远的收益。在社会普遍追求急功近利的当下，要做到这点实在不易。不过既然企业是“创新”的主体，企业自当在市场导向下对创新乐而为之。现在中央规定，企业还要在“育人”中发挥主体作用，与学校并列为育人的“双主体”，实施“协同育人”。这对许多企业恐怕一时还难以全面落实。学校就要多做解释与协调工作，使企业理解这种具有长远意义的重大举措。
最后，我们决不能轻视整个校园中多方面的“非教学”的实践活动，或所谓“第二课堂”的活动，包括李培根所说的“非正式学习”[16]。这可说是生活实践，它们对人的教育作用甚至胜过学校安排的教学活动。“上文”提到被比尔•盖茨誉为“改变世界的神奇学府”的印度理工大学就在这方面充分发挥了作用。我们可以从中得到宝贵的启迪。此处不再赘言。
六、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，似乎是建设“新工科”的一个源头，尤其从原综合大学衍生新工科好像是一条捷径。然而“理”与“工”毕竟还有质的区别：“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[9]。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。这两者也可称之为“物化”和“有用化”。这“两化”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。这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，“工程”是十分人性化的。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”，而不致成为面面俱到、没有一技之长的“万金油”式的人。为此，新工科学生要在实践中展现与锤炼自己的才能，凸显自己的特长。创建学生的实践平台是新工科建设中的一个难题，当下中央政府出台了新举措，给解决这个难题以极好的机遇。我们相信，在中央新文件的指引下，“官学产研”的融合必将成为现实，从而为“新工科”建设开拓顺利宽阔的道路
参考文献：
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[2]"技术科学”国外也常被称为“工程科学”或“工程学”，它与“应用理科”是相似的。1948年钱学森在《工程与工程科学》一文中对“工程科学家”做了具体解释，而未对“工程科学”做明确定义，但看来有点像“应用理科”（见JournaloftheChineseInstitutionofEngineers,Vol.610-14,1948）。但这个“工程科学(EngineeringScience)”还不是“工程的科学(ScienceofEngineering)”，见下面讨论。
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