人工智能背景下理工类高校新工科建设再思考

刘丽伟 陈韵如 史庆艳

(重庆理工大学，重庆 400054)

为进一步推动工程教育改革，2016年新工科概念提出后，2017年教育部正式启动了“新工科”计划，先后发布《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等系列指导性文件，新工科建设由此进入高校的视野。

一、引言

人工智能技术随着运动控制技术、电脑软硬件，物联网技术、云计算、大数据应用、新材料等跨学科领域不断突破而迅速发展，对人类社会生产生活都带来了变革，由二元空间发展转变为三元空间，组织形态、生态系统、人类认知等都面临极大挑战。在人工智能快速发展的背景下，为适应社会新需求，高校新工科建设中教学理念、学科专业设计、教学质量评价、人才培养模式以及就业模式等方面提出了更高的要求。2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确提出要完善人工智能教育体系，建设人工智能学科。当前社会经济快速进步和发展，国家人工智能发展战略加快实施，对人工智能人才和新工科人才的需求越来越迫切，高校作为人才培养的重要基地，必然要承担起这一使命。

二、“新工科”内涵

新工科是一场面向未来的工程教育新革命，以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济对工程科技人才提出了新要求。新工科是在工科基础上提出的一个全新概念,对其内涵的研究成果较多。天津大学钟登华校长提出，新工科是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。文章给出了如何面向国家需求，聚焦工程教育的挑战，实施新工科建设的“三个阶段、三个任务、三个突破”战略[1]。清华大学教育研究院林健教授提出了新工科的广义概念，他认为“工科”是指工程学科，“新”即新兴、新型和新生，新工科代表的是最新的产业或行业发展方向，指的是正在形成的或将要形成的新的工程学科。新工科大体上有引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性等几个特征[2]。汕头大学执行校长顾佩华提出了新工科为科学、应用科学、工程科学和工程实践的创新与进步、不同学科交叉与交融，所形成的新兴工程学科或领域、新范式和新工科教育等综合概念，新工科涉及面广[3]。国家教育发展研究中心马陆亭认为，新工科是有别于传统工科的学科交叉物，老工科对应的是传统工业，新工科对应的是新兴产业。综上，“新”是新工科的内涵和本质，体现在传统学科专业升级改造而成的新工科专业，新兴产业催生的新工科专业，还有学科专业发展的新动向和新范式，高等工程科技人才的新规格新要求，体现了对国家战略发展新需求的积极回应、对新科技革命和新产业革命的积极响应，以及对“双一流”建设的积极呼应。尽管目前对于新工科的内涵还没有统一的界定，但关于新工科的内涵特征已基本达成共识，主要有引领性、通宽性、前瞻性、交叉性、开放性、实践性等六个方面特征[4]。

三、高校新工科建设现状及存在问题

2018年3月，教育部办公厅印发《关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》，612个项目被认定为首批“新工科”研究与实践项目，高校新工科建设进入了实施阶段。天津大学作为新工科的“领头雁”，4月25日，率先发布“天津大学新工科建设方案”，旨在为新工科建设提供新范式，为世界新工科建设提供“天大经验”、贡献“天大模式”。为准确把握高校新工科建设总体情况，通过网络调查和走访等方式，对高校新工科建设情况进行了调研。到2019年，我国新增设了数据科学与大数据技术专业点196个、大数据管理与应用专业点25个、智能科学与技术专业点96个、物联网工程专业点14个、网络工程专业点5个。如北京理工大学开设人工智能、数据科学与大数据技术、智能制造工程3个专业，重庆大学新增人工智能、机器人工程、数据科学与大数据技术以及智能医学4个专业。新工科人才培养平台得到建立完善，为学生学习掌握前沿技术提供条件，如天津大学建立了“未来智能机器与系统”平台，汇聚多个相关学院、国内外知名企业的优势资源，对平台进行实体建设，平台采用全新项目式教学。三是注重、推进产学研合作和产学协同育人，与企业合作成立“菁英班”“实验班”等。如重庆理工大学与中国科学院大学重庆学院联合开设相关专业菁英人才教改班，改革传统教学模式，增加企业课程内容模块。四是促进多角度学科交叉融合，如重庆交通大学打破专业壁垒，成立“BIM+创新设计实验班”，实施学科交叉融合培养体系。总之，我国高校顺应高等教育发展趋势，主动对接国家重大发展战略、服务地方经济建设，积极开展新工科建设，在新工科专业建设、工程人才培养模式改革、产学合作协同育人等方面取得了显著进展。但是，还存在着交叉融合不够深入、校企实质性合作较少、课程内容及教学方法落后单一、师资队伍保障力不够等问题。

四、理工类高校新工科建设的路径设计思考

(一)破除专业壁垒，打造“人工智能+”交叉复合型工科专业体系

高校专业设置直接关系到人才培养的结构与质量，对高校办学规模与质量有着决定性的作用。国务院于2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中要求“完善人工智能领域学科布局，设立人工智能专业”。2018年4月教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，要求“对照国家和区域产业需求布点人工智能相关专业，加大人工智能领域人才培养力度”。我国高校大部分专业是按照传统模式进行设置的，按所属学科来传授本专业系统的专业知识，专业设置界限分明，很难涉及到其他学科专业的知识[5]。因此，理工类高校要以国家人工智能发展战略需求为重要依据，在加强人工智能相关专业布局的同时，破除专业壁垒、促进人工智能同其他学科专业的交叉融合、建立“人工智能+”专业体系，建立实现新工科人才培养目标路径。贯彻交叉融合理念，促进人工智能与现有的计算机、控制、数学、统计学、物理学、生物学等传统学科专业的交叉融合，形成“人工智能+”的新兴交叉复合型专业。高校要加大力度，按照学科专业交叉渗透、融合发展的需求，建立组织架构、体制机制和良好环境，实现多维度协同发展、协同建设、协同育人。

(二)更新人才培养理念和目标，探索多学科交叉融合的人才培养模式

现代大学的显著特征是教学和科研、学校和社会的紧密结合，人才培养居于高校五大职能之首。人才培养理念和目标的更新是高等教育人才培养模式变革的前提和基础。只有在明确人才培养理念和目标的基础上，才能对高等教育人才培养模式的其他组成要素进行革新或重组[6]。因此，理工类高校各个学科专业要及时更新人才培养理念和目标，树立成果导向的“通识教育+专业知识”的人才培养理念，建立兼具“品格+知识+能力”的全方位高素质、复合创新型的人才培养目标，并且把人才培养理念和目标落实学校规章制度设计、学科专业设置、课程体系建设、教学内容选择的全过程当中。新工科人才培养模式的改革是一种内涵式、深层次的教育教学改革，按照更新的人才培养理念和目标，树立以工程能力为核心的跨学科理念,建立学科交叉融合人才培养的体制机制,开设广泛覆盖的学科交叉融合课程,探索校企深度融合的产业学院模式, 建立“3+X”“2+1+1”等多样化培养模式，实现校企双主体。优化新工科新知识体系，以工程教育专业认证为标准，全方面调整培养方案和改革培养模式，重构核心知识，科学构筑实践能力训练体系，实现理论教学与实践教学交叉螺旋进行。

(三)对接产业需求，重构课程培养体系

课程体系是在一定的教育价值理念指导下，将课程的各个构成要素加以排列组合，使各个课程要素在动态过程中统一指向课程体系目标实现的系统。课程体系是实现培养目标的载体,是新工科建设的重点内容。为培养高素质、复合型人工智能工程人才，以产业需求为导向，依据新工科多学科交叉融合的特征和人才培养目标，构建与之对应的“人工智能+”跨专业深度融合的课程体系。首先，注重通识教育对专业教育的基础和支撑作用，整合重组和优化通识教育课程体系，开设人工智能+前沿通识课，普及智能学科知识；注重体现多学科交叉融合的新专业课程体系的建设，培养学生的跨学科思维和跨界整合能力，开展人工智能+智慧医疗，人工智能+智能制造等高校优势方向的新工科跨学科专业前沿课程，为推进跨学科交叉、融合的新工科课程体系建设打下基础；注重将新工科学科前沿知识和相关学科交叉知识、原理和方法融入实践课程体系，构建“人工智能+”跨学科工程实践平台，为不同专业提供大数据和人工智能实验平台支撑。

(四)深化产教融合，构建校企协同育人新机制

深化产教融合，是确保新工科人才培养与企业新技术需求的无缝对接，是培养新工科人才的必经之路。现代产业学院是一种新型而有深度的校企合作模式，是校企双方高度融合的“利益共同体”。理工类高校要通过引企驻校、引校进企、校企一体等方式深化产教融合，促进校企双方优势互补、平等合作、共同发展，加强与园区、行业、企业产学研合作，推动校企共建共享专业、课程、生产性实训基地、应用技术中心和培训中心，建设高水平产学研合作示范基地。政府要为高校与企业搭台唱戏，建立校企沟通交流机制，还要建立促进校企合作的生态环境，对参与校企合作的企业在政策上给予适当倾斜，实现多方协同共赢。高校要建立负责校企合作的专门机构，共建现代产业学院，尝试建立基于互利共赢的开放办学模式，打造工程教育责任共同体，吸引企业参与到人才培养、科研的改革环节中。最后，理工类高校还要在管理制度尤其是教学管理制度方面作出变革，整合校内校外教学资源，突出并发挥实践教学的作用。从企业层面来说，要充分认识到高校教师和学生是企业可开发、可利用的人力资源，在技术研发等方面具有先天优势，要以高度的社会责任感参与高校新工科建设。

(五)应用人工智能技术，推动教学方式和方法变革

人工智能对社会的冲击是全方位的，但对行业的冲击首当是教育。人工智能将会改变我们的工作方式、学习方式和生活方式，引起社会政治经济面貌的变革。新工科人才培养应充分利用人工智能等现代技术创新人才培养方法，应用人工智能实现“个性化”教学，通过自适应学习程序、游戏和软件等系统响应学生的需求，经过数据搜集与分析，向学生推荐个性化的学习方案；通过智能辅导系统理解掌握学生喜欢的学习方式，提供改进的学习方案；通过系统反馈填补课程中可能出现的空白，帮助学生掌握知识；使用人工智能系统，学生可以随时随地安排学习。对应新工科人才培养目标，探索个性化、小班化、国际化教学方法，完善学分制，制定柔性化专业培养方案，建立灵活的学生学习制度，提高主辅修质量。

(六)强化保障，打造适应新工科建设的高水平师资队伍

建立高水平的师资队伍是推进新工科建设的重要保障。加大高层次人才、工程实践型人才引进培育力度，补齐配强工科专业师资队伍，规模上满足新工科建设需求。鼓励中青年教师到境内外与新工科学科专业相关的高水平优秀大学、高新技术企业、龙头企业和科研院所进行访学进修、企业顶岗、挂职锻炼和参与合作研究，帮助其更新知识、开阔视野，培养多学科交叉融合能力、提高复杂工程问题解决能力。鼓励教师积极参加相关的国家执业资格或职业技能考试，获得相应的执业资格证书或职业技术等级证书，增强其应用背景和实务经验。健全教师评价、考核与激励机制，完善“双师型”教师职称评聘办法，将参与新工科建设的教学研究、交叉课程开设、项目设计等作为教师职称评聘和考核的内容之一。引导行业企业兼职教师参与人才方案制定、课程改革、毕业设计等环节中，把企业新技术需要的新知识、新技能带到高校，使人才的工程能力、创新能力、综合素养都得到全面提升。

五、结语

新工科建设为我国高等工程教育的未来发展指明了方向, 体现了我国建设世界一流大学,引领世界高等工程教育改革创新的行动和信心。在人工智能背景下，理工类高校必须结合自身学科专业优势，把培养满足未来发展需求的创新型复合型工程人才放在首位，遵循工程教育的规律，遵循新工科建设规律，扎扎实实,以一种新的理念、新的模式、新的策略加快推进新工科建设，为我国重大战略实施和地方经济社会建设发展作出贡献。