原文刊载于《高等工程教育研究》2018年第2期
【摘 要】高等工程教育正面临着来自外部和内部的双重挑战，大学需要从学科、产业、社会、人才成长等四个维度重构以学生为中心的工程学习共同体。华南理工大学以高端工程科技人才培养为目标，以“4I”（交叉复合、产学研合作、国际化教学、深度工程学习）为路径，推进工程人才培养模式改革，取得了显著成效。
【关键词】学习共同体 交叉复合 产学研合作 国际化教学 深度工程学习
【作者简介】王迎军，中国工程院院士、华南理工大学校长；李正，华南理工大学副校长、研究员；项聪，华南理工大学教务处处长、研究员。
一、高等工程教育面临的新挑战：未来社会对工程人才提出更高要求
当前，我们正处在以智能化与信息化为特征的第四次工业革命的开端。与前三次工业革命相比，第四次工业革命将会给人类带来深刻变革：发展速度呈指数级增长，并不断催生和更新更强大的新技术；新技术革命的广度和深度不断扩大，不仅改变我们所做的事情和做事方法，还将改变人类自身；系统性影响越来越深远，将涉及到国家、公司、行业之间以及整个社会所有体系的变革。[1]如果说前三次工业革命解放的是人类的体力，那么第四次工业革命解放的就是人类的脑力。
第四次工业革命不仅将影响工程教育的内容及手段，而且会引发工业及商业的变革并改变工业及商业对劳动力素质的需求，从而对高等工程人才培养提出更高要求。然而，传统的高等工程教育在人才培养目标、培养过程以及培养结果等方面依然不能很好地满足未来社会对工程师的要求，具体表现为：
1. 在培养目标定位方面，片面强调培养学生的工具理性而忽视价值理性的塑造。
第四次工业革命所带来的技术进步将把人类推到一个新的伦理边界，即“我们是应将生物学领域的巨大进展仅仅用于治病疗伤，还是同时也用于提高人类自身能力？如果我们选择后者，就有让家庭亲子关系发展成消费社会商品关系的危险，那么，我们的孩子是否会被商品化，成为根据我们的需求定制的物品？”[1]换言之，未来社会需要工具理性与价值理性兼具的工程师。然而，长期以来大学都在努力把工科学生培养成为能够真正解决实际工程问题的工程师、能够创造世界的工程师，工程师在社会上已成为“工具理性思考的典型”。[2]工程教育的目的异化为培养工具理性的人，即教育鼓励学生通过“理性计算”实现资源利用最大化、经济效益最大化甚至个人利益最大化，而日益弱化培养学生的情感诉求、价值关怀、道德规范。
2. 在培养过程设计方面，偏重学生的理论学习而弱化了实践能力提升。
2016年“世界经济论坛”发布报告《未来的工作》指出：到2020年，对工程人才“复杂问题解决能力”的需求（36%）将远远超过对“认知能力”的需求（15%）。[3]由此可见，未来社会并不关注工程师“知道什么”，而是关注工程师们能够“解决什么”。然而，工程教育过度科学化削弱了毕业生工程实践能力，这一现象不仅中国存在，欧美发达国家同样存在。具体表现为，一是在校内学习方面，课程内容偏重于理论学习，学业考核倾向于考查学生是否已经掌握教师所传授的知识，“真刀真枪”动手机会少。大学四年的工程学习缺乏“实践”加以贯通，学生对自己所学知识无法融会贯通。二是在校外实践方面，走马观花式的参观多，真正直面企业工程问题的实践少，学生无法接触到真实工程情境中的复杂工程问题。
3. 在学习产出考核方面，关注学生的显性能力而忽视学生的隐性素质。
第四次工业革命必然带来生产力的新增长，而生产力的新增长必然进一步突破国家和地域疆界，将促使我们的生产、消费、沟通和生活方式更加具有全球性。就高等工程教育而言，随着全球化进一步加剧，工程项目国际化程度也越来越高，“许多先进工程设计都开始运用由分布在世界各地的研究者组成的高度集成的全球虚拟工程团队。这些团队的运转可以跨越多个时区、跨越多种文化甚至跨越多种语言。”[4]然而大学在考核工程人才培养结果时，通常比较关注某个学生的平均学分绩点（即GPA，Grade Point Average），而对学生的隐性素质（如是否具有社会责任感、具有国际视野、是否能够跨文化交流等等）没有加以足够的重视。
二、工程人才培养的新逻辑：重构工程学习共同体
传统工程教育存在的上述诸多问题，其根源在于其人才培养局限于单一的空间维度。伴随第四次工业革命的到来以及人类社会的不断进步，人群、社会经济、技术和文化等各种情境和各种要素的融合程度不断加深，知识生产模式也发生了演进。英国学者迈克尔·吉本斯等人根据知识生产的驱动力不同，把传统意义上以大学作为唯一驱动力、在“为知识而知识”的学科研究情境中进行知识生产的模式称之为“模式 1”，而把以大学、政府、企业作为多元动力、在一个更为广阔、跨学科的社会和经济情境中进行知识生产的模式称之为“模式 2”。华盛顿大学教授伊莱亚斯·卡拉雅尼斯与坎贝尔注意到“公众及公民社会”对知识生产的作用，进一步提出了知识生产“模式 3”，即以大学、政府、企业、公众及公民社会作为更加多元的动力、在一个由多层创新体系纵向交互、多个组织或部门横向协同所构建的创新生态环境中进行知识生产的模式。大学作为承担立德树人使命的社会组织，必须在知识生产从“模式 1”向“模式 2”“模式 3”转化的过程中主动转换角色，从时间和空间维度重构和优化工程学习共同体，从而确保人才培养质量较好地适应未来社会对人才的需求。
1.“知识生产模式 1”下的工程学习共同体：以知识探究为中心。
在高等教育发展历程中，大学曾在很长一段时间里处于社会的“边缘”，坚守学术独立、自治、自由的传统开展知识生产，并使得知识生产成为大学的专属活动。这种主要由一个特定共同体的学术兴趣所主导、学科内部驱动、以大学为核心的知识生产模式，称之为“模式 1”。[5]在“模式 1”中，大学在知识生产中处于垄断地位，成为能够超脱现实社会、自由探索知识的“象牙塔”。工程人才培养局限在“学科”这一空间维度，大学遵循学科知识生产与加工的逻辑，让学生通过系统地学习掌握学科知识而努力成为工程人才。这个阶段的人才培养模式表现为“双重螺旋线”，即在制度上“表现为一个教学群体和一个科研群体的缠结在一起的教学和科研两股组成”，在人才培养组织形式上则“按照混成一体的安排，他们的学习和生活同时展开，或者以规定的课程学习和写论文的顺序分成一个以密集的科研为方向的教学环境和一个与教学融合的科研环境。”[6]
这种以知识探究为中心的工程学习共同体，其优势在于培养出来的毕业生理论知识扎实；但弊端也很明显，即由于封闭于本校办学，不了解产业发展对人才的需求，导致人才培养目标无法契合社会经济发展或者毕业生因知识结构单一而无法胜任工作岗位。
2. “知识生产模式 2”下的工程学习共同体：以能力提升为中心。
随着工业社会的发展，“大学在继续培养合格毕业生的同时，也在暗暗削弱自身作为知识生产者的垄断地位。很多毕业生在随后有能力对大学的研究工作进行评判时，他们自己也属于从事同样工作的其他组织了。”[7]知识生产开始跨越组织边界，企业、政府或产业研究院逐渐加入知识生产者的行列。大学不再是知识生产的单一主体，而仅仅是知识生产的角色之一。这种在某一实际应用情境中进行，由大学、企业、政府或产业研究院等共同推动的知识生产模式，称之为“模式 2”。与“模式 1”相比，“模式 2”是跨学科的、异质性的，担当了更多社会责任且更加具有反思性。[8]大学在知识生产中的地位也由原先的“垄断”变为“参与”。在“模式 2”中，工程人才培养开始突破原有的单一维度，形成了“学科”和“产业”两个空间维度，表现为“产学研三重螺旋”：在产业维度，相关企业利用大学的科研、人才优势，通过技术联合攻关、人才联合培养等方式提升自身的核心竞争力；在教学维度，学生获得进入真实工程实践情境的机会，可以“真刀真枪”地实习实践；在研究维度，大学在现实技术需求的推动下，加强学科交叉融合，推进科学研究及转化。
这种以能力（包括学生适应未来职场的能力、大学服务社会的能力）提升为中心的工程学习共同体，遵循“知识应用”的逻辑，主动对接产业发展对人才的需求。其优势在于培养出来的毕业生能够在产业界或企业相关岗位快速上手，但弊端在于，他们未来的发展后劲会受到一定限制，而且对学生的社会责任感培养方面也关注不够。
3. “知识生产模式 3”下的工程学习共同体：以学生成长为中心。
随着资源短缺和国际竞争日趋激烈，人类社会原先以“资源驱动”的发展模式已经难以为继，人类发展必须从“要素驱动”向“效率驱动、创新驱动”转型。在此背景下，大学、政府、市场及企业、公众及公民社会都成为知识生产的相关主体，并形成以知识集群、创新网络、分形创新生态系统为其核心的知识生产模式，称之为“模式 3”。“模式 3”突出强调知识创新系统的“多层次”、“多节点”、“多形态”、“多主体”的多维聚合性以及运行机理的共同演进、共同专属化、竞合的非线性协同性。[9]同时，由于基础研究的应用型发展路径和应用研究的基础型内涵路径成为知识创新系统的新诠释，大学作为“人才第一资源、科技第一生产力、创新第一驱动力的重要结合点”[10]，能够在“模式 3”中占据“主导”地位。因此在这个阶段，大学应该充分发挥自身的学科优势、师资优势、平台优势，需要把“人才培养”置于知识生产模式中加以考察，即在知识生产的空间维度中加入“学生成长”这一时间维度，构建起工程人才培养的全新时空维度（如图1所示）：在学科维度，大学为学生提供了参与生产知识的研究环境以及吸收前人理论知识的学习环境；在产业维度，相关企业为学生提供了运用知识、内化知识以及创生知识的真实生产环境；在社会维度，全社会为学生提供了包含创新文化、价值观、生活方式等在内的社会环境；在时间维度，工程教育关注学生从新手到专家的身份建构过程，重点把握的“是生命时间，是生命力发展、成长节奏中的转折变化的时机，而非外在时间、抽象时间”。[11]
这种以学生成长为中心的工程学习共同体为工程学习提供了一个“形态发生场”，而在这个场中存在着一种“空间和时间的共振现象”。[12]正是通过充分利用人类学习活动中的共振效应和同步现象，学生置身于这个工程学习共同体时能够获得更高的学习效率，实现“知识、能力、素养、身份建构”四位一体的发展：一是获取知识、转化知识甚至创生知识；二是通过经历工程问题解决过程的“循环迭代”，获得一定的工程问题解决能力；三是通过社会互动，具备一定的工程伦理和社会责任感；四是完成从新手、熟练者、胜任者到专家的身份建构。[13]
图 1 工程人才培养的四个维度
三、华南理工大学基于4I的工程人才培养模式改革探索
高等工程教育面临的外部挑战与它自身内部的人才培养能力相对不足，构成了自我革新的一种张力和驱动力。在人类社会迈入第四次工业革命新进程、我国高等教育进入注重内涵发展新阶段、学校踏上“双一流”建设新征程的大背景下，华南理工大学敏锐把握和主动适应国家战略需求，以“三个兼备”（工具理性与价值理性兼备、复合知识与工程能力兼备、家国情怀与国际视野兼备）为工程人才培养质量规格目标，以“4I”（Interdisciplinary交叉复合、Industry UniversityInstitute Cooperation产学研合作、International Teaching国际化教学、IndepthEngineering Learning深度工程学习）为路径，努力打造以学生成长为中心的工程学习共同体，为国家和社会培养一大批包括研究型工程师、科技型企业家在内的高端工程科技人才（如图2所示）。
图 2 基于4I的工程人才培养探索
1. 立足学科维度，推进学科交叉，培养学生复合型知识结构。
新经济新产业的来临将导致工程问题更加综合化、复杂化。工科学生只有具备良好的知识结构，才能运用整体性知识和跨学科思维能力提出解决方案。华南理工大学在帮助学生掌握整体性、系统性知识的基础上，注重通过学科交叉为学生学习提供优质教学资源，帮助他们形成复合型的知识结构，同时关注他们究竟“学会了什么”（what is learned）而不是“学了多少”（how much is learned）。具体措施包括：一是在课程建设方面，学校以“新生研讨课”、“专题研讨课”、“跨学科课程”为抓手，推进内容的交叉复合。每学年开出上述课程近300门次，涉及人文、社会、自然和工程等众多学科领域的主题，注重培养学生批判性思维能力、跨学科思维能力、表达能力等等。二是在项目建设方面，学校依托大学生创新创业训练基地建设了一批高质量的跨学科项目（如自然科学领域的跨学科教育项目或融合自然科学领域和人文社会学科领域的教育项目），帮助学生进一步巩固特定领域及学科的知识，强化批判性思考与交流能力，促进其智力发展，为专业或技能的进一步学习夯实基础。三是在专业建设方面，学校先后建设知识产权、生物医学工程、生物制药、光电信息科学与工程、工程管理、智能科学与技术等一系列跨学科专业。如“智能科学与技术”专业通过对计算机、自动化、信息工程等多学科交叉，培养面向人工智能前沿高新技术及其应用的复合型智能科学与技术工程人才。四是在机制建设方面，学校面向全体学生建立主辅修制度，每年约有50%学生跨学科、跨专业修读学业，每届约15%学生获得辅修证书。建立转专业制度，每年约有400名学生顺利完成转专业。先后在工业工程、工业设计等专业组建实验班，培养复合型专门人才。
2. 立足产业维度，深化产学研合作，培养学生解决复杂工程问题能力。
工程科技人才的成长需要真实的工程实践情境，需要长时间的工程经验积累。正如施瓦茨等学者指出，专业人才如果过分追求效率会导致“功能固化”的行为，个体只能有限地迁移到非常相似的情境；同样, 若只强调通用的批判性思维而忽略具体领域的经验积累，个体的批判性思维在许多真实世界任务中面对大的问题空间时，则不过是“一套灵活的弱方法”，无法高质量解决问题。[14]华南理工大学在夯实工科学生数理基础的同时，主动对接产业发展的重大需求，不断深化产学研合作，引导和帮助学生积累工程实践经验。具体措施包括：一是校企共建实践实习基地。引进包括西门子、南方电网、华为、中兴在内的众多国内外大型企业设备资源，共建了641个校外学生实习基地和一批校企高端联合实验室。二是校企共建模块课程。学校聘请腾讯、三星、Google等多个国内外大型企业的工程技术人员，共建以“工程认知—校企模块课程—企业学习”为进阶的课程，目前课程数量近100门。三是构建产学研协同育人模式。在电子科学与技术、软件工程、土木工程、电气工程及其自动化、机械工程等专业组建“卓越班”开展卓越工程师教育培养，参与的企业达75家，每年进入卓越班的学生在600人左右。组建“中广核创新班”“南航创新班”开展订单式培养。四是构建产业创新联盟。学校共建了人体组织功能重建、机械装备等一批产业创新联盟，与广东各个专业镇建立了密切合作关系，参与一大批省部产学研结合研发基地建设。依托上述平台，每年有2000多人次本科生在参与横向项目过程中帮助企业解决工程实际问题，不少学生在此基础上开展“真刀实枪”的毕业设计。
3. 立足社会维度，推进国际化教学，培养学生国际视野和跨文化交流能力。
随着“一带一路”战略稳步推进，不同肤色、不同国籍的人才聚在一起共同进行工程项目建设或攻关的现象会越来越普遍。华南理工大学坚持“立足中国、面向世界”培养工程科技人才，一方面通过思政课程将社会主义核心价值观融入育人全过程，培养学生的家国情怀，让他们以更加自信的心态与世界平等交流与对话；另一方面通过多措并举，培养学生国际视野以及跨文化交流能力。具体措施包括：一是加大全英课程建设力度。目前已建成231门全英文课程，在教学内容、教学资源、教学理念、教学方法手段方面与世界接轨。每年开设约80门“海外名师讲授学分课程”，聘请在某学科或者专业领域具有国际公认的较高造诣的外籍专家或学者来校任教。二是加强全英专业建设。学校从2011年开始先后在计算机科学与技术、土木工程、环境工程、材料科学与工程等专业开展全英专业建设。这些专业与国际一流大学共同开拓优质学位联合培养项目，尤其是大力发展国际交换生项目和暑期研讨项目，为本国学生和留学生营造了良好的国际化学习氛围。三是创新国际化人才培养机制。建立“3+2” “2+2”“2+1+1”“1+2+1”等多类型联合培养机制，让学生在国内和国外分阶段接受高等教育，如与西澳大学在电气工程及其自动化、软件工程、环境工程等专业设立“3＋2”国际化工程人才培养班；建立互换培养机制，采用本校学生到国外学习和国外学生到本校学习的互换培养方式，实现双向国际化。四是进一步拓展境外短期交流项目，让更多的优秀本科生成建制地到境外高水平大学交流学习。每年派出近千名本科生参加暑期学分项目、学术竞赛、联合工作坊、海外实习、国际会议、工程坊等短期交流项目，扩大了学生的国际视野，提升了其跨文化交流能力。
4. 立足学生成长维度，推进工程深度学习，帮助学生实现身份的建构。
研究表明，每个专业领域的人才成长通常要经历适应、胜任、精通等三个阶段，其中进入胜任阶段后，学习者必须运用混合运用表层策略和深加工策略进行学习；而进入精通（专长）阶段，学习者的学习策略几乎完全属于深加工策略。[15]换言之，学生在从新手向专家的身份建构过程中，深度学习是一个必备条件。华南理工大学坚持推进工程教学由“以教为中心”向“以学为中心”转变，通过为学生构建以“实践”驱动的课程体系、创设真实的工程科技情境，让他们在学习中实现“四个深度”（对知识的深度挖掘、对学习环境的深度适应、与教师和同伴的深度互动、与自我的深度对话），从而让心智不断超越经验。具体措施包括：一是在建筑学、工业设计等专业开展基于工程设计的学习。学生在创造人工物的过程中，经历由行动中反思、知识“脱域”设计情境和“重嵌”使用情境、与他人进行社会互动等子过程相互交织起来的复杂过程，提升了自身工程实践能力和综合素质。二是在信息工程、电气工程及其自动化等专业开展基于产学研课题的学习。让学生与企业技术人员一起开展生产技术改造课题，进入真实的工作情境去寻找问题根源直至提出技术改进方案，实现了自身知识运用、共享、转化及创生的过程。三是在材料科学与工程、自动化等专业开展基于工程科学研究的学习。学生通过与导师、师兄师姐、同伴们共同进行科学研究课题的开题、讨论、研究、检查、汇报等工作，不仅直接参与了知识生产的过程，而且逐渐提升了深度学习能力。四是开展基于项目的学习。学校每年投入近1000万元资助“院级-校级-省级-国家”四层次大学生创新创业训练计划项目和学科竞赛项目约1000项，每年近7700人次学生参与。学生综合运用知识的能力、创新创业能力、实践动手能力以及团队协作精神得到较大提升。五是在卓越工程师教育培养计划试点专业开展基于本硕贯通课程的学习。学生通过本硕贯通课程学习，使得自身在工程经验和能力积累方面更具连贯性。
四、结语
通过“4I”路径，大学首先在单一空间维度上构建起“逐级嵌套、功能互补”的工程学习共同体，如立足学科维度构建了以知识为中心的工程学习共同体，并在课程、专业层面形成共同体“逐级嵌套”；立足产业维度，构建以能力为中心的工程学习共同体，并在课堂、课外、校外形成共同体的“逐级嵌套”；立足社会维度构建了以价值观为中心的工程学习共同体，并在校内、校外、国内、国外形成共同体的“逐级嵌套”等等。其次，通过时间维度，各个工程学习共同体根据教育的生命节奏，形成了各自的连续统。再次，各个工程学习共同体连续统通过叠加、交互，构建了结构更加复杂、情境更加真实、学习更具挑战的工程学习共同体。
未来已来，唯变不变。面对第四次工业革命所带来的经济、社会、科技等方面的系统性变革，大学只要坚持“以学生为中心”的育人理念，从空间和时间维度努力构建并不断完善工程学习共同体，就能让更多的优秀工科学生从平凡走向卓越，由新手成长为工具理性与价值理性兼备、复合知识与工程能力兼备、家国情怀与国际视野兼备的高端工程科技人员。
参考文献
[1] 克劳斯·施瓦布. 第四次工业革命［M］. 李菁，译. 中信出版社, 2016: 102.
[2] 路易斯. L. 布西亚瑞利. 工程哲学［M］. 陈凡，译. 沈阳: 辽宁人民出版社, 2012: 50.
[3] World Economic Forum. The Future of Jobs［R］. 2016: 22.
[4] NAE.The Engineer of 2020: Visions of Engineering in the New Century［R］.NationalAcademies Press, 2004: 33.
[5] [7] [8] MichaelGibbons，等. 知识生产的新模式——当代社会科学与研究的动力学［M］. 陈洪捷，等，译. 北京: 北京大学出版社, 2011: 3,11,3.
[6] 伯顿·克拉克. 探究的场所：现代大学的科研和研究生教育［M］. 王承绪，译. 杭州: 浙江教育出版社, 2001: 291.
[9] Elias G. Carayannis，David F. J.Campbell. Mode 3 Knowledge Production in Quadruple Helix Innovation Systems: 21St Century Democracy, Innovation, and Entrepreneurship for Development［M］. New York: Springer, 2012: 23.
[10] 张大良. 以五大发展新理念引领高校改革发展［J］. 中国高等教育，2016(5): 1.
[11] 谭维智. 互联网时代教育的时间逻辑［J］. 教育研究，2017(8): 15.
[12] 罗伯特·谢尔德雷克. 生命新科学：形态发生场假说［M］. 赵泓，译. 北京：社会科学文献出版社,2004: 83.
[13] 项聪. 工程学习:模式变迁与理论阐释［J］. 高等工程教育研究，2015(4): 55-63.
[14] Daniel L.Schwarts, John D. Bransford, David Sears. Effciency and Innovation in Transfer［Z］//Transfer of Learning from a Modern Multidisciplinary Perspective. Greenwich. Information Age Publishing, 2005: 29-41.
[15] Patricia A. Alexander. The Development of Expertise: the Jourmey From Acclimation to Proficiency［J］. Education Researcher. 2003(8): 95-97.