李培根：工科何以而新？

2017-07-02 李培根 知識分子

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撰文 | 李培根（中國工程院院士、華中科技大學前校長）

最近，教育部推出「新工科」計劃。在科技日新月異的時代，在新工業革命正在來臨之際，在中國正在向工業強國的行列闊步邁進之時，「新工科」計劃可謂恰逢其時。官方的正式通知中指出「新工科」要體現五個「新」，即工程教育的新理念、學科專業的新結構等。應該說，該計劃意義很大，方向正確。

教育部的新舉措自然引起工程教育界的廣泛關注。對「新工科」，已經有不少解讀，有的解讀不乏真知灼見。但筆者也注意到，有些解讀不得要領，有的甚至可能把「新工科」計劃引向誤區。如有人認為，老工科對應的是傳統產業，新工科對應的是新興產業。【1】

「新工科」計劃的順利推進，有賴於實施者對「新」的正確認識。雖然五個「新」指引了方向，但真正實施起來，尚有很多具體的東西需要明晰。理念新在哪裡？結構新在何處？如此等等。某種意義上，工科一直在不斷更新。在當前特殊的時期和特殊的節點上，工科之「新」更要體現在工程教育的內涵上， 本文試圖探討工科究竟何以而新？

01

新素養

「新工科」的目的當然是為了培養能夠適應、甚至引領未來工程需求的人才。既如此，有必要廓清未來的工程人才應該具備什麼樣的新素養。不妨從以下幾個方面分析。

多一點「形而上」

夫子曰，「君子不器」，《易經·繫辭》中言：「形而上者謂之道，形而下者謂之器。」幾千年的傳統使技術與工程師在中國的地位多少顯得有些「形而下」，至少不像人文、科學那樣「形而上」。

然而，西方一些哲學家、思想家對技術本質和作用的思考表明技術或工程依然是非常「形而上」的。如，海德格爾在《存在與時間》中言，在人的在世存在中，技術存在優先於科學理論。他還將現代技術的全球運動看成是「一種力量，它對歷史所起的決定性作用怎樣強調都不過分。」 【2】敖德嘉.加塞特認為 「人類心靈生成的最偉大奇蹟之一——物理科學，起源於技術。」 「技術的最初使命就在於讓人『有空』去『成為他自己』。」 【2】

類似的論述不勝枚舉。「新工科」教育若能讓學生也了解一點類似的觀念乃至引發學生思考一點工程與技術的「形而上」問題無疑是有很大好處的：有利於增強工科學生的價值感與使命感；有利於他們興趣的形成；有利於他們將來能夠在更高的層次和境界上進行創造性的工作。

對「超世界存在」的關注——一種使命感和價值感

任何時期，學校培養的學生都應該具有使命感，如家國情懷、創新、服務社會等等，這些自不待言。結合我國高等工程教育培養人才的現狀和未來工程對人才的需求，我們希望學生的使命感和價值感中應該注入新的元素嗎？

法國著名科學哲學家、新認識論奠基人加斯東.巴什拉談到繪畫時說：「 沒有什麼藝術比繪畫更直接地具有創造力……畫家基於原始想像的宿命，總是更新對宇宙的偉大夢想，…」 【3】其實，工程與技術難道不是更能更新對世界的偉大夢想嗎？

近些年，我國的科技創新能力不斷提高，但較之某些發達國家，我們的創新能力依然有較大差距。具體而言，我們的創新多屬於「增量創新」，即在別人基礎上的創新。真正屬於我們自己的原始創新、顛覆性創新、引領未來某個新的技術領域的創新還是太少。未來的工程教育怎樣為改變這種現狀做出貢獻？這對工程教育提出的挑戰是什麼？顯然，「新工科」培養的學生在關注工程中的現實需求的同時，還應該具有引領、想像、創造未來社會需求的欲求和能力。

敖德嘉.加塞特說過，「兩種完全不同的實在——人和世界——以這樣一種方式共存，即二者之一（人）要在另一者（恰恰是『世界』）中建立『超世界』的存在。如何實現這一點的問題——類似於工程師的問題——正是『人的生存』的主題

。」 【4】

換句話說，卓越的工程師應該關注未來社會「人的生存」主題。就此而言，目前我們培養的學生似乎相對欠缺這方面的素養。美國莫哈韋小鎮上的一幫年輕人致力於向火星移民，他們7年、10年時間就「撂」在那件事情里，時間、精力都耗在這樣一件不知道何時能夠有利益回報的事情（因為沒有現實需求）。有人說這是美國式創新的一個重要特點——百無禁忌地想，還踏踏實實地干【5】。什麼力量使他們能夠在同樣是功利的熙熙攘攘的社會中免於利益的誘惑？這種情況下的堅持只能基於一種使命感和價值感——對「超世界存在」、對人類未來的關注。因此，「新工科」應該把這種新元素給我們的學生，使學生能有一種創新的閑適（哪怕最終只有很少一部分學生能夠達到此境界），使他們能在時間軸上的未來點上自由馳騁，能夠陶醉在想像「超自然存在」、「超世界存在」的樂趣中。可以預期的是，這樣的使命感和價值感一定能夠孕育偉大的創新。

空間感

傳統的工程教育，尤其是中國的工程教育，過分拘泥於專業的細節，學生的思維容易捲縮在狹小的專業空間。其實，工程問題需要大工程觀。大工程觀也是系統觀，卓越的工程師應該能在大的科學空間去觀察、思考問題。現實中，哪怕一個小產品完全可能涉及多學科問題，如LED，從學科言，涉及電子、物理、材料、製造、機械等諸多領域（學科空間）。因此，「新工科」要幫助學生建立多學科交叉的意識，養成在多學科空間觀察、思考問題的習慣。

技術、尤其是信息技術的發展使得企業運營空間、信息空間在增大。如很多製造企業在進行從生產型製造向生產服務型製造的轉型。相應地，在聯盟企業中建構數字生態系統、數字供應鏈等都是企業的新需求。「新工科」培養的學生應該具有這種空間感。

空間感應體現在「問題空間」的構建。現代專業人員的視野主要不體現在知識上，而是體現在「問題」上。於學生而言，不能只是專註於「知識」，還要意識到存在哪些問題。哪怕有些問題的解決有賴於別的學科（多學科協同），甚至有些問題的解決尚無定論。觀察和思維常常徜徉於問題空間之中，創新自然就在其中了。那麼「新工科」如何幫助學生構建「問題空間」？

空間感還要體現在「社會空間」中。比爾.蓋茨號召大學生關注人類社會的重大問題，貧窮、饑荒、流行病、環境……「社會空間」中存在林林種種的問題，部分是能夠通過技術去解決或緩解的。那麼，「新工科」如何培養學生在「社會空間」中觀察問題的習慣以及通過技術去解決某些重大問題的責任感？這其實是一種技術意識加人文情懷的素養。

關聯力

加拿大學者喬治·西蒙斯提出關聯主義理論，強調學習與知識是建立於各種節點之上，學習是將不同專業節點或信息源連接起來的過程，持續的學習需要培養與保持各種連接，好的學習應能看出不同領域理念與概念之間的聯繫【6】。 「新工科」應幫助學生建立專業節點或信息源的關聯，使其成為獲取知識的重要途徑。這也是未來的創造者所應該具備的基本素養。

關聯力首先表現在問題空間中感知關聯的能力。例如，軸承涉及精度、磨損等問題，精度與加工、裝配等諸多問題有關； 磨損問題又和材料、潤滑、摩擦、甚至化學等問題有關；精度問題和磨損問題又相互關聯……

關聯力其次表現於在物理或現實空間中感知關聯的能力。例如，關於機械加工，人們可分別在機床的運動中、在材料的變化過程中、在機器能量消耗的變化中、在刀具與材料接觸的界面中去感知關聯……

關聯力也表現在虛擬空間中感知關聯的能力。看似垃圾的數據，卻又組成了斑斕的世界，大數據中潛藏著人平常根本意識不到的關聯。車間中影響質量的隱性因素，即使專家也未必能意識到。未來工科學生應該意識到從虛擬世界中有可能獲得對某一問題新的認識。

關聯力還表現在與他人交往的空間中感知關聯的能力。不能把「關聯」僅僅看成是一種內源活動，即純粹自己的活動。要善於把內源的關聯過程向外源拓展，把自己對某一問題的初始關聯向外發散，讓朋友協助關聯，其廣度深度都不一樣。也要善於把外源的關聯結果轉化成內源的結果，即把朋友關聯的結果變成自己的知識或認識。

想像力

想像力是創新能力的重要表現。與工程和技術有關的想像表現在很多方面。如想像的需求，現實生活中人們尚未意識到（也就無所謂需求）；想像的技術，基於預測、想像的，目前並未形成技術； 想像的模式，當前尚不存在的、潛在的商業模式；想像的職業，技術的發展導致某些職業的變化、消亡，新職業的產生……

宏思維

宏思維指對超越於自身專業之外的社會、科技、工程、文化等多方面的重大問題的觀察思考及領悟能力，從系統的角度，從時間、空間的大尺度去觀察、思考問題。德國 「工業4.0」和美國「工業互聯網」所呈現的宏思維就是很好的例子，沒有一批具備宏思維能力的專家，就不太可能有「工業4.0」及「工業互聯網」。

批判性思維

批判性思維是對思維方式進行思考的藝術。批判性思維需要自由空間。沒有批判性思維就沒有馬克思主義，沒有批判性思維也很難創新。「新工科」需要培養學生自由自在、獨立思辨的能力。工程教育中應讓學生養成思維習慣，看某一結論或陳述中，其證據是否充足？數據和信息與其來源之間的聯繫是怎樣的？是否存在矛盾的、不充分的、模糊的信息？存在論證的邏輯錯誤嗎？證據存在漏洞嗎？如此等等。

02

新結構

關於新結構，應該從專業結構、課程及知識體系等方面審視。

有學者認為，「新工科」首先是指新興工科專業。筆者則認為，「新工科」主要不在於增加新興專業。當然，不應該排斥根據學校情況建立某些新專業，或則面向新技術的發展，或則面向產業特定需求。建立少數面向未來的、相對綜合性的新專業是可取的，如華中科技大學的工程科學學院（頗有大工程含義的專業）、中國科學院大學的未來技術學院（前沿的、綜合性的領域，如腦科學與智能技術、光子與量子晶元技術、光物質科學與能源技術等）所嘗試的。但普遍性地增辦新興專業顯然是不可取的，因為這種思路一定導致新一輪的專業過度細分，而我們已經在這方面有過教訓。應該認識到，某項新技術的發展需要依賴於多學科交叉，需要多學科的學者從不同的視角進行研究，局限在一個新的專業中未必是好事。如增材製造（3D列印），在機械、材料、光電、生命科學、醫學等多學科學者的努力下，該技術得以快速發展。成立相應的跨學科的研究中心是有必要的，但若是一窩蜂地成立增材製造（或3D列印）新專業，絕對沒有必要。當然，個別應用型大學開辦類似的新專業也未嘗不可。

問產業需求建專業，似乎是情理之中。但需要注意的是，一流大學不能被動適應產業需求，而要引領產業需求。關於新專業問題，需要考慮產業需求，但不能被產業牽著鼻子走。如果說要考慮產業需求，更多的是在考慮企業長遠的、潛在需求的意義上，而非眼前、當下的需求。有一種觀點認為，好多企業希望大學畢業生進入企業後能儘快上手，因此按企業定製辦工程專業，筆者認為個例尚可，普遍不宜。

順便指出，建立新專業應是基於自由探索氛圍下的學校自主行為，而不必基於政府部門的行政推進。

新結構的建立主要在於邊界再設計，多年前筆者有過關於邊界再設計的論述【7】。「新工科」需要重新審視專業邊界。如，機械設計與製造自動化，新技術的發展應該使該專業的學生有物聯網、大數據分析、人工智慧、生物醫學等方面的概念。新結構還應表現在課程的邊界再設計。如，對於多數工程專業（如機械、電氣、土木、建築……）的設計課程而言，融入人工智慧的內容是非常有必要的。不僅是智能優化、案例學習、群體智能等方面的內容，還包括所謂「知識工作者自動化」，即以人工智慧替代工程師的常規工作，使未來的工程師從一些繁瑣的常規工作中解放出來，從而有更多精力專註於有創意的工作。

新結構理所當然地包括課程重構。如新增某些課，減少必修課，某些課可轉為選修，某些課可合并，少數課甚至可裁掉（其中某些內容作為知識點融在某些課中）。學生新的知識結構中，除了某些多學科交叉的新內容外，還應該包括一點前述的「形而上」的內容。構建一門包括某些「形而上」內容、有利於培養學生宏思維和批判性思維等素養的「工程導論」課可能是非常有意義的。包括筆者在內的一個教學小組正在進行這方面的實踐，這裡不再贅述。

03

新方法

「新工科」當然要體現在教育、教學的新方法上。未來可能出現很多新方法，本文在此作粗淺的探討。

關聯

前述新素養中提到「關聯力」。要培養學生的這種能力，需要在教學的多個環節體現「關聯」。如，教材中如何凸顯關聯？如何突出知識節點、問題節點？如何引導學生建立問題空間及其相互的關聯？課堂教學中如何啟發、引導學生關聯？這些都需要教師有意識地進行探索、實踐。

非正式學習

真正善於學習之關鍵，可能在於課堂之外。未來的「新工科」應該把學生的非正式學習納入教育者的考慮之中。既然是非正式學習，就不應該是模式化的。但不等於說教師就不應該引導學生進行高效的、有益於創新能力形成的非正式學習。非正式學習的能力使學生終生受用。網路、模擬系統、未來的智能系統都可能給學生提供非正式學習極好的手段。很多碎片知識可作為正式學習的很好補充。從朋友那裡學習也是聰明的學習方法。

去中心化

傳統的教育是以教師為中心的，教師教什麼，學生學什麼；教師講什麼，學生聽什麼。未來的教育不能以教師為中心。教師要更多地考慮如何開發學生的潛能，包括前述的非正式學習。即便在課堂上，教師如何讓學生逐步擴展其問題空間？如何利用學生的群體智能？讓學生的群體智能使教育進化。

想像學習

如果學習僅僅針對經過權威證實和實踐檢驗的知識，則不利於學生想像力的豐富。能否讓學生涉獵一點科技趨勢預測、展望，甚至科技幻想？學生也可自己想像、討論，完全不切實際的幻想也無妨。這種想像學習一定有利於培養學生思考「超自然存在」和「超世界存在」的自覺，為他們日後形成「頭腦風暴」奠定基礎。

04

結語

「新工科」計劃的推進關鍵在於對「新」的內涵的認識。而「新」的內涵首先表現在面向未來的工程人才應該具備怎樣的「新素養」。為了使學生具備「新素養」，需要工程教育的新結構，其主要的著眼點應該在專業和課程的邊界再設計、課程重構等。「新工科」要落地在教材和教學方法的「新」。學校和教師需要探索若干新方法，諸如「關聯」、非正式學習、去中心化等等。

「新工科」計劃應避免專業碎片化，避免成為爭佔資源的活動。

作者簡介

來源：華中科技大學官網

李培根，華中科技大學前校長，教授，中國工程院院士。

參考文獻：

[1] 闞鳳雲 陳彬：《新工科，一場工程教育新革命？》，《中國科學報》 ，2017-03-14 第6版，動態。

[2] 吳國盛編：《技術哲學經典讀本》，上海交通大學出版社。2008年第8-9頁，第289頁。

[3] 加斯東.巴什拉，顧嘉琛、 杜小真譯：《夢想的權利》，華東師範大學出版社2013年版，譯序。

[4] 敖德嘉.加塞特，高源厚譯： 《關於技術的思考》，見《技術哲學經典讀本》，上海交通大學出版社2008年版。

[5] 虞立琪，《南方周末》特約撰稿， 2016-08-30。

[6] George Siemens， Connectivism:A Learning Theory for the Digital Age,http：//www.itdl.org/ journal/ jan_05/ article01.htm 2013/04/03.或《關聯主義:數字時代的一種學習理論》李萍譯，《全球教育展望》2005，（8）。

[7] 李培根：《高等工程教育中的邊界再設計》，《高等工程教育研究》2007年第4期。

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本文原載微信公眾號《高等工程教育研究》，《知識分子》獲授權刊載。

製版編輯：陳婧嫻丨

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