當前出現(xiàn)的“工科理科化”困境或許意味著工程教育新舊范式之間的“范式轉換”即將到來。圖片來源：中國科學報

前言

3月10日，《中國科學報》在頭版頭條位置刊登了徐衛(wèi)林等25位科學家和企業(yè)家聯(lián)合署名的文章《屈從論文 難下工廠，“工科理科化”亟待扭轉》（以下簡稱聯(lián)署文章），呼吁讓更多工科教師、學生到一線工程現(xiàn)場，及時、有效地解決產業(yè)領域的關鍵技術難題，讓企業(yè)不再對要害環(huán)節(jié)的“卡脖子”問題無計可施，推動制造業(yè)健康發(fā)展。這一呼吁引起了社會的廣泛反響。

從卓越工程師能力培養(yǎng)的角度看，聯(lián)署文章提到的解決方案都是合理建議。不過，如果考慮工科課程體系結構的制約，學生可用于專業(yè)實踐的時間非常短，這些建議即便高校用心落實，能落實到何種程度、產生何種效果還需做更多討論。

聯(lián)署文章還談到教師職稱評定機制等深層次問題。20年前，老一輩高校教師并沒有“屈從論文，難下工廠”的問題，但如今該問題卻日益突出。在此過程中，“指揮棒”的微妙變化扮演了重要角色。而討論這一變化就不能僅看高校，還要考慮校際競爭以及高校與社會的互動。工科大學為謀發(fā)展，通常要將外部對大學的評定方式與大學對教師的職稱評定方法相關聯(lián)，久而久之，便形成了現(xiàn)有局面。

想解決問題卻發(fā)現(xiàn)處處掣肘。這很可能意味著“工科理科化”困境已是盤根錯節(jié)的結構性問題。工科高校近些年做了很多推動產學合作協(xié)同育人的改革，也做了很多“破五唯”工作，雖然頗有成效，但“屈從論文，難下工廠”的社會質疑卻仍在激化。這是令人深思的。

美國科學哲學家?guī)於髟岢鲋姆妒嚼碚?。該理論通過一組概念（如范式、共同體、反常和范式轉換）解釋科學革命的結構性特征。工程教育范式應被視作工程教育共同體和社會普遍接受的一系列關于工程教育如何實施的理論體系或基本信念。而“反?！眲t表示一個舊范式在運行過程中陷入僵局，無法用以解決共同體所面臨的問題。

工業(yè)發(fā)展是工科大學的存在基礎，如果后者的運行機制已經使師生普遍難下工廠，那么庫恩范式理論所揭示的“反?！本涂赡芤殉霈F(xiàn)且非常嚴重。這說明現(xiàn)有的高等工程教育可能面臨質變一樣的結構性調整，直至新工科范式出現(xiàn)并將工程教育帶到下一個發(fā)展階段。

從這個意義上看，當前出現(xiàn)的“工科理科化”困境或許意味著工程教育新舊范式之間的“范式轉換”即將到來，至少是一個契機。

1、現(xiàn)有工科課程體系面臨結構性問題

為深入理解當前工科大學范式存在的問題，有必要對目前工科課程體系結構的設計弊端作深入剖析。

作為工科大學教學運行的“操作系統(tǒng)”，目前的工科大學課程體系設計思路基本是大一公共基礎課、大二專業(yè)基礎課、大三專業(yè)課、大四畢業(yè)設計。該思路已延續(xù)70余年，深刻影響著一代代工科師生。但無論從現(xiàn)代工程教育理論角度還是從實際教學效果來看，該體系都存在很多問題。

這一體系中，專業(yè)課程和專業(yè)實踐從學生大三時開始，如此短的時間，學生不可能獲得很好的專業(yè)視野和實踐能力。如今，新概念、新技術層出不窮的同時，“舊工科”時代的技術概念并未完全過時，新老課程內容競爭有限的教學時間，使學生很難在一年或一年半時間內對所學專業(yè)形成全面、深入的認識。

實踐能力訓練方面的問題更為突出——通過動手實踐解決復雜工程問題的能力是多元化和復合化的，要靠大量實踐項目熏陶形成。但根據(jù)現(xiàn)有課程體系，學生進行動手實踐的時間并不多，且位置偏后。動手實踐能力不強的學生即便在大三、大四認識到實踐的重要性，希望補救和調整，也只能等到研究生階段或工作階段了。

現(xiàn)實中，許多大三學生將大量精力投入研究生或公務員考試的備考中，有些甚至從大二就已開始，導致其投入實踐能力訓練和專業(yè)知識涉獵的時間與精力大打折扣?？梢姡瑑H從學習時間規(guī)劃的角度看，現(xiàn)有課程體系無法保證大部分學生獲得足夠的工程實踐訓練。由此，師生即便進入一線工程現(xiàn)場，理解消化所見、所聞尚不見得能做到，更遑論解決企業(yè)的關鍵技術難題。

現(xiàn)有課程體系的另一弊端是使大量專業(yè)課教師與低年級本科生幾乎隔離。很多工科大學將公共基礎課教師納入統(tǒng)一學院，承擔大部分專業(yè)課和專業(yè)基礎課的教師則分布在各專業(yè)學院。專業(yè)學院教師規(guī)模很大，但只有少數(shù)教師有機會開設專業(yè)基礎課，并由此接觸大二學生，大部分開設專業(yè)課的教師只可能接觸到大三以后的學生。

受限于總體學時和專業(yè)必修課數(shù)量，學生習慣于在大一、大二將選修課選完，所以當大三開設專業(yè)選修課時，已經不會有太多學生選課。這導致基礎課教師需要完成大量課時工作量，一堂課近百人，根本忙不過來；與此同時，許多作為高端人才被引進的青年教師，一年只有4學分的課程工作量，實際課堂上也只有五六名學生。學生在大學期間的學習主要由各專業(yè)學院管理，但學院的大部分專業(yè)教師卻少有機會和時間接觸大一、大二的本科生，這是非?；闹嚨恼鎸崿F(xiàn)象，但已習慣成自然。

大一和大二是學生建立專業(yè)志向的寶貴時間段。此階段的學生是非常迷茫的。此時，生志、立志教育能體現(xiàn)“一個靈魂喚醒另一個靈魂”的教育內涵。多接觸專業(yè)課教師便多一些實踐機會，有利于學生的志業(yè)萌發(fā)。否則，學業(yè)可能因缺乏自驅力而荒廢。如果專業(yè)課教師接觸學生少，也不利于其積累育人經驗。

聯(lián)署文章中的建議如“學習與實踐交替進行”“跨學科合作培養(yǎng)”“模塊化教學”等都非常好，但在落地環(huán)節(jié)可能遇到如何與課程體系和具體課程銜接的問題?，F(xiàn)有工科課程體系的問題是結構性的，會從很多方面對上述建議的實施形成制約。如果工科課程體系不改革，留給“下工廠一線，解實際難題”的可騰挪時間將是非常有限的。

2、工程本體觀尚待調整認知

追本溯源，無論是“工科理科化”揭示的運行機制不合理問題，還是上文探討的工科課程體系設計不合理問題，都與工程教育界對工程本體觀的認識出現(xiàn)偏差有關。

作為工程哲學概念，工程本體論（或工程本根論）是關于何為工程以及如何認識工程的根本認識。在設計課程體系或運行機制時，人們或多或少都會受到某種工程本體論的潛在影響。如果工程本體論存在錯誤或偏差，建立其上的教育體系便會失去穩(wěn)定的根基。此時，如果不能對原有體系進行重新設計，只進行局部修補是不可能使工程教育走出困境的。

從這個意義上講，建立工程本體觀的新共識，形成工科課程體系設計的新思路是新工科“范式轉換”的核心問題之一。

目前存在新舊兩種工程本體論——舊理論認為工程是科學的應用，是科學或技術的派生物。但在新工程本體論看來，工程即造物，具有獨立的本根屬性，并非某種科學知識的派生物。兩者的核心差異在于是否認可工程具有獨立于科學的本根屬性。

不同的工程本體論會導致不同的工程教育體系設計思路，更會影響工程教育的運行機制設計，工程教育界必須在新舊兩者之間作出選擇。

根據(jù)舊工程本體論，由于工程是科學的應用，學生的工程認知方式自然是先學科學，再做工程。將課程體系按照“數(shù)學、物理基礎課-專業(yè)基礎課-專業(yè)課-工程應用”的次序進行設計也就順理成章。

在這種教學安排下，學生在大一、大二階段課程中的理論知識量比較大，學習過程非常緊湊。依賴短期記憶、通過考試拿到學分的學生，3個月左右就會將前一學期的大部分課程知識忘掉。當他們在大三、大四尋找這些知識的用途時，卻已將其忘得干干凈凈。對此，大部分工科師生都能在實際教學中有所感受。

然而，盡管實際執(zhí)行效果不好，但由于“工程是科學的應用”在人們的思想中已是鐵律般的存在，所以很少有師生會質疑課程體系結構設計的正確性。

根據(jù)新工程本體論，由于工程即造物，而造物必然會涉及多種學科知識的交叉與綜合，不可能等學生將全部知識學完后再開始創(chuàng)新，所以必須培養(yǎng)學生“邊學邊做，邊做邊學，知行合一”的能力——先知道要解決什么工程問題，在工程實踐中打破專業(yè)壁壘，需要做什么就學什么，并在這一過程中思考知識應用。

在新工程本體論視野中，學生能否從多視角發(fā)現(xiàn)并提出工程問題、能否構思突破性解決方案、能否通過跨學科團隊的合作解決工程問題等，表征了工程教育的成效。新工程本體論強調工程具有獨立的本根屬性，這并不代表基礎科學不重要、知識學習不重要，而是強調工程活動、工程思維是工程教育的本根，應處于主導地位。

根據(jù)新工程本體論，“先理論后實踐”的傳統(tǒng)工科課程銜接邏輯便不再有鐵律般的正確性。縮短工程實踐訓練和專業(yè)訓練時間的做法反而令人無法接受。同時，引導學生根據(jù)工程實踐的創(chuàng)新需求進行跨學科的自主學習應成為教育者最關注的內容，而“真刀真槍，做點東西”的工程實踐創(chuàng)新則應成為工科“基礎課”。

基于新工程本體論的課程體系設計并不會否定數(shù)學、物理等理論課程的必要性，而是主張課程設計應以工程實踐創(chuàng)新能力為導向，將產學協(xié)作、工程實踐、數(shù)學物理、人文社科和專業(yè)技能的學習統(tǒng)合銜接起來，即從“先理論后實踐”轉變?yōu)椤斑厡嵺`邊理論”，實施一種工程主導型的工程教育。

3、新工科不能建立在錯誤本體論之上

工程科學史中有大量事例并不支持舊工程本體論。

眾所周知，人類的現(xiàn)代科學只有幾百年歷史，但如果將使用石器工具視作一種工程造物活動，那么人類已經有百萬年以上的工程史。先秦《考工記》揭示出當時已經出現(xiàn)了鮮明的手工業(yè)分工和標準化，以工匠群體為主的墨家學派除了有大量發(fā)明外，還記載了與現(xiàn)代幾何光學非常接近的實驗記錄。這說明工程有著獨立于科學的發(fā)展進化軌跡，并非科學的派生品。

事實上，即便隨著現(xiàn)代科學出現(xiàn)，工程和科學的互動增多，工程也往往在許多領域先行于科學并引導新科學發(fā)現(xiàn)。例如，美國工程史學家文森蒂和比林頓分別在《工程師知道什么以及他們是如何知道的》和《思維決定創(chuàng)新》等書中，通過航空技術、晶體管技術等多個領域的歷史事例分析指出，即便是現(xiàn)代工業(yè)實踐，也存在著大量工程探索先于理論的現(xiàn)象。

盡管如此，半個多世紀以來，世界范圍內還是形成了“科學優(yōu)位”的社會價值觀和思維習慣，并將其貫徹到理工科教育體系運行的每個細節(jié)中，深刻影響了工程教育和整個社會。相比之下，新工程本體論雖然在1990年左右就已在工程史研究中被提出，但至今并未引起充分重視。“工程是科學應用”的觀點不僅根深蒂固，甚至還“毫發(fā)無損”。

這一觀念導致“重視科學家、輕視工程師”的現(xiàn)象廣泛存在。當此觀念長期作用于教育界，工程碩士與工學碩士的培養(yǎng)趨同、工科大學教師“屈從論文，難下工廠”也就不難理解。

許多人認為，現(xiàn)行工程教育體系已經運行多年，約定俗成、盤根錯節(jié)，只能做局部的修補與改進。這種考慮雖然有其道理，但如果始終不徹底調整認識、不邁出某些關鍵步伐，便很難脫離舊工科的桎梏，通達“新工科”的彼岸。

當“工程即造物，工程具有獨立于科學的本根”的觀念尚未普遍建立，工業(yè)界和工程教育界反而會對“工程主導”的工程教育如何設計缺乏足夠的想象力和突破的勇氣。目前，新工科范式的教改探索仍在進行，但無論新工科范式最終為何物，有一點是明確的——我們不能讓其繼續(xù)建立在一個已被證明為錯誤的工程本體論之上。

從這個意義上講，“工程具有獨立本根”應作為新工科范式的工程本體論盡快確立下來，并在獲得更大范圍共識的基礎上，加速推動新工科范式的探索與變革，這應是走向“范式轉換”階段的關鍵一步。

從新工程本體論角度看，對工程的認知、工程能力訓練、工程思維養(yǎng)成乃至大工程觀的塑造都應從工程實踐活動中來。中國工程院院士朱高峰曾在其著作《工程學與工程教育》中指出，“工程教育‘回歸工程’的實質在于其主導地位由實踐取代理論的變化……雖然理論與實踐必須結合，但只能是工程實踐主導的結合?！倍鴮崿F(xiàn)實踐主導甚至是工程實踐創(chuàng)新主導，需要對工科課程體系和工科大學運行機制進行一系列有針對性的調整。

這樣的改革必然會遇到內外部的各種阻力。但如果教學共同體能接受新工程本體論，從“工科理科化”困境中進行反思，理解工程實踐創(chuàng)新主導的理論與實踐相結合的工程教育理念，對新課程體系的內容和方法進行扎實、有效的持續(xù)建設，避免一陣風式的朝令夕改，那么反對的阻力將會越來越小。

4、實踐創(chuàng)新型新生工程教育可進行規(guī)?；瘜嶒?/strong>

“工程實踐創(chuàng)新主導的理論與實踐相結合”可以作為工科課程體系重構的基本原則。只有讓工科大學生在本科期間始終有接觸實踐創(chuàng)新的機會，才可能實現(xiàn)“實踐創(chuàng)新主導”。而要做到這一點，最難但最具價值的一步，就是在學生大一時對其進行高水平的實踐創(chuàng)新訓練。

實踐創(chuàng)新型新生工程教育認知側重于對工程概念與方法的親身認知，主張讓工科生在進入大學的第一周就能接觸到工程實踐，鼓勵其“在工程中認知工程，在創(chuàng)新中認知創(chuàng)新，在學習尚未完全展開之前自主學習、勇于探索和試錯”，逐步建立“邊學邊做，知行合一；真刀真槍，做點東西”的新工科工程學習觀。

單純從課程體系角度看，實踐創(chuàng)新型新生工程教育的實施與否，可作為判斷一個學院是否已開展新工科教學探索的重要標志。因為即便將實踐創(chuàng)新類學習活動前置到學生大二階段，仍有“先理論后實踐”的傳統(tǒng)工科課程之感。只有在學生大一時就實施相關教育，才能鮮明體現(xiàn)出“邊實踐邊理論”的新工科特征。

實踐創(chuàng)新型新生工程教育的實施意味著大批專業(yè)課教師要進入大一階段的教學中。這種教育模式有著“面向適變，回歸育人”的基本思想，更多關注學生面對挑戰(zhàn)、適應變化的能力，是一種能產生新知識、新概念和新發(fā)現(xiàn)的“生成式教育”，與傳統(tǒng)教育有著截然不同的教育內涵與教育規(guī)律。

新生工程教育是一種匯聚引導型的前置教育，學生遇到的主干知識會在更高年級有更詳細的后續(xù)展開。這使得教師能將更多精力投入到對學生工程思維的塑造上。我國幅員遼闊，即便是同一所大學的學生，在高中階段形成的思維模式和學習習慣也有很大差異，大學階段的學習狀態(tài)更是各不相同。實踐創(chuàng)新型工程教育更多強調項目式學習、生惑探究式學習、自主學習、群體學習、線上和線下相結合的學習。學生在這種多元化學習環(huán)境中的表現(xiàn)各不相同，其規(guī)律需要把握。

從筆者目前所做的一些新生工程教育探索來看，新工科范式的某些重要特征，如產學合作、多學科交叉、線上線下學習、項目式學習、無邊界學習、群組學習等，都能在新生階段有不同程度的體現(xiàn)。工程思維、系統(tǒng)思維、設計思維、創(chuàng)意思維、人文思維等多種類型的思維方式也可以在其中得到培養(yǎng)。新生工程教育允許師生在學習方法調整和自我建構方面進行充分、自由的嘗試，因此適合作為面向工程認知的“新工科教改實驗室”。

聯(lián)署文章提到“廣大教師普遍將精力投入在科學研究與撰寫論文上，而輕視了教學，認為從事本科教學只是為了完成任務”。如果這種現(xiàn)象屬實，并且工科大學暫時還難以讓教學成為所有教師普遍關心的事業(yè)，那么至少應盡力創(chuàng)造條件，以此發(fā)揮部分教師的創(chuàng)造力以及學生的能動性、想象力，探索屬于未來的新工科教育。

實踐創(chuàng)新型新生工程教育的實施意味著可以實現(xiàn)工科教育實踐創(chuàng)新四年不斷線，并可能在大工程觀的指導下反復在實踐中學習，將基礎、專業(yè)、社會的相關知識充分融合在實踐中，形成大工程體驗，在工程創(chuàng)新過程中完成真正意義的學科交叉創(chuàng)新。

近期，學科交叉已成為教育風向，但也有教師僅將多個學科的課程放在同一課程體系框架中，然后便宣稱實現(xiàn)了“學科交叉”，這只是“靜時亦覺意思好，才遇事便不同”。如果學生只上課而不進行相關實踐，遇到需要解決的實際問題時，他們很難立刻將多學科知識交叉綜合。新工科教育要創(chuàng)造“事上磨”的機會，讓學生在實踐訓練中把所學知識自然而然地融會貫通。

工程教育有許多區(qū)別于傳統(tǒng)學科式教育的重要特征，如產學合作、多學科交叉、動手實踐、面向創(chuàng)新、面向適變等。如果這些特征是未來工程教育的關注方向，就應讓學生在大一時體驗到這些方向。一年之計在于春，春天側重于萌發(fā)而非成熟。類似的，大學一年級教育也應是一種萌發(fā)。學生需要“生志”，才談得上“立志”。

在此過程中，要有更多工科教師帶領學生實際接觸工程世界，探索其奧秘，學生從事工程事業(yè)的志向才能萌發(fā)，并更容易形成自驅力。該年齡段的學生自控力尚未完全形成，如果4年的學習缺少自驅力，將很可能耽于娛樂而陷入比較糟糕的學習生活狀態(tài)。

推動實踐創(chuàng)新型新生工程教育固然比較困難，但相較于整個工程教育體系的大改革卻是相對容易的一步——既能引發(fā)系統(tǒng)性變化，又不至于出現(xiàn)過于劇烈的突變，有利于形成一種新舊工科并存過渡的遷移，適合作為“范式轉換”的突破口。在過去幾年的新工科教改探索過程中，這樣的教學改革探索經歷了一定規(guī)模的教學檢驗，其意義已經顯現(xiàn)出來。

受舊工程本體觀和舊工科課程體系的長久影響，目前工科大學乃至整個社會對新生工程教育還缺乏足夠的了解和關注，有些學校舍不得加大投入力度。但如果我們希望向新工科方向邁進，就應從新生工程教育的角度進行切入和破冰，建立新工程本體觀的認識體系，彰顯工程的本根內涵，逐步開啟新工科范式的工程教育。

5、“工程實踐創(chuàng)新四年不斷線”應作為階段目標

教育體系層面的改革之所以困難，就在于盤根錯節(jié)、牽連甚廣。人們既希望變化，又希望求穩(wěn)，這要求我們必須找到適合的突破點。

讓大一新生能接受實踐創(chuàng)新方面的工程訓練是工科教育改革的必然趨勢，更是“工程實踐創(chuàng)新四年不斷線”得以成立的基礎。有了這個基礎，才談得上“將工程實踐創(chuàng)新主導的理論與實踐相結合”。此后，各種類型的新工科教育創(chuàng)新就可以順理成章地展開。

大學應從新工程本體論角度出發(fā)，圍繞“工程實踐創(chuàng)新四年不斷線”進行增強，針對課程體系和教師資源分配等核心問題進行教學設計和運行機制設計，展開規(guī)?；母母飳嶒?。這既有利于新工科已有教改成果的有序應用，也能為破解現(xiàn)實中的“工科理科化”困境提供一些體系化的解決方案。

在過去“先理論后實踐”的課程模式中，實踐的作用僅在于驗證理論。這類實踐更像是一組“規(guī)定動作”，每屆學生完成的實驗報告大同小異。但在工程實踐和科學研究中，實踐還有很大一部分作用是為了發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，這樣才能創(chuàng)新。

當前，許多高才生提出問題的能力堪憂——不僅在課堂上提不出問題，在工作崗位甚至研究型工作崗位中也提不出問題。我們近來發(fā)現(xiàn)，先秦墨家已經有了在生活與生產活動中產生疑問并進行探究的教學方法。對此，我們需要在工科教學中進行合理的繼承。這樣培養(yǎng)出的學生才能把發(fā)現(xiàn)和探究企業(yè)中的真問題作為其應有的認識。

從長遠角度看，我國作為工程大國，需要普遍形成尊重工程師的文化。這種社會文化的營造也應從工科教育做起。新工程本體觀有著充分的事實依據(jù)，對它的堅持能體現(xiàn)出工業(yè)界和工程教育界的文化自信。

從現(xiàn)實角度看，面對后疫情時代國內外經濟社會發(fā)展的新形勢，社會對高水平工程人才的渴望也變得更加強烈。在這一局面下，工科大學“屈從論文，難下工廠”的長期積弊也凸顯出來，而反思“工科理科化”困境的成因和過程，會發(fā)現(xiàn)這不是一個簡單的孤立的問題，而是指導理念、價值目標、課程體系、運行機制、人員構成和實際效果等綜合因素乃至社會觀念和社會環(huán)境都出現(xiàn)了問題。如果希望從根本上解決上述問題，需要從“范式危機”的高度認識當前的“工科理科化”困境。

只有對工程本根的理解發(fā)生變化，才有可能引發(fā)系統(tǒng)級的工程教育變革，并使產業(yè)界、工程教育界乃至社會形成合力；然后因勢利導，對工科課程體系、工科大學運行機制和教學方法如何變革的諸多問題進行探討與實驗，如此進行“范式轉換”，遇到的現(xiàn)實阻力就會小很多。在這一方向進行教改迭代，新工科范式就能逐步建立起來。

（原標題《建立新工程本體觀 重構工科課程體系 以“范式轉換”突破“工科理科化”困境》）

（作者紀陽，系北京郵電大學信息與通信工程學院教授；作者張平，系北京郵電大學信息與通信工程學院教授、中國工程院院士）