从科学范式到工程范式：高质量新工科人才培养的逻辑向度与行动路径

摘要： 新工科建设以培养高质量新工科人才为本体使命。知识生产与人才培养互通互构，基于三种知识生产模式的目的指向、内容组织、情境方式和主体构成等逻辑链及其应用导向性、多学科性、问题实践性和多元协同性等转型特征，型构了传统工科与新工科两类人才培养范式的要素差异。高质量新工科人才培养需要推进科学范式向工程范式变迁，遵循适应和引领社会需求及工程科技应用与实践的核心理念，实现目标定位从知识整全到能力卓越、内容结构从单一学科体系到跨/多学科交融、教学模式从以教为主线到学做贯通、参与主体从产教分离到多方协同的逻辑转向。为此，需立足工程本位，以卓越质量观统整新工科人才的多元结构与复合能力塑造;开放学科边界，基于跨学科建制创新新工科交叉融合育人体系;创建学习范式，实践以学生发展为中心的新工科教学共同体模式;深化协同育人，耦合内外需求与资源平台以增强新工科人才的社会效能。

关键词：新工科;高等工程教育;人才培养;高质量发展;知识生产模式

中图分类号：G640    文献标识码：A 文章编号：1672-0717（2022）01-0019-09

一、问题提出

人类社会正在迈入工业4.0时代，科技、工程和人才的创新迭代成为社会发展的引擎，大学必须加速范式转型和质量革命。新工科是我国为高质量应对新经济发展、新科技革命、新产业需求和新国际竞争发起的重大战略性和系统性工程教育改革计划[1]（P1-8），旨在促进工程教育变革新理念、创生新形态、建构新模式、发展新范式和生成新质量，培养未来关键性、颠覆性、前沿性和创新性工程科技卓越引领人才，驱动工程教育实现从后发外生型“跟跑”“并跑”方式到自主创新型“领跑”“引跑”道路的现代化转型，赋能工程科技和人才资源强国建设。

人才培养是新工科教育的功能性活动。新工科发展势头强劲，但整体处于起步规划阶段，传统工程领域仍占主体[2]（P15），新工科专业规模与人才存量小、缺口大。据统计，高校工科专业数量在2012～2020年从169个增至232个，增设智能制造工程、虚拟现实技术和海洋信息工程等63个新工科专业，而与新兴产业和未来战略性产业相关的航空航天类、生物医学工程类、生物工程类和海洋工程类专业在校生规模仅占工科生总量的2.78%[3]。这反映出作为新工业革命和新经济发展有力支撑的下一代互联网、人工智能、新能源、新材料、高端芯片、集成电路等核心技术领域的系统布局暂未铺开，信息通信技术、操作系统、航空航天、核心工业软件、医疗设备元器件等“卡脖子”技术人才供给较紧缺。更关键的是，高校新工科建设侧重理念建构和学科专业增设，远未触及人才培养模式创新、内涵建设和质量革命等供给侧改革，造成学科建设与人才培养不同步，存在工程科学基础薄弱、技术与现实脱节、设计能力匮乏、伦理缺失等[4]质量短板，以及企业融入协同育人滞后、缺少情境化案例教学、跨学科教育式微、工程实践不足等[5]模式缺陷。其结果是，新工科教育模式、内容和方法仍囿于传统范式，重知识轻能力、重课堂轻实践、重成绩轻育人[2]（P15）的人才培养路径依赖阻滞着新工科教育的可持续发展。

当前，高质量发展成为高等教育改革的根本指向，高校必须把高质量人才培养置于最优先发展战略。有学者强调，人才培养是新工科建设的目标归宿，是满足行业产业需求的关键，必须注重人才培养模式创新和质量建设[1]（P14+30-36）。新工科教育作为新型高水平人才培养体系，应由理念倡导和顶层设计走向实践落实和质量提升阶段[6]。也有学者断言，传统工程教育问题的根源是人才培养局限在单一空间维度，即传统知识生产模式下的旧式工程人才培养模式[7]。可见，未来新工科建设的纵深推进有赖于发力人才培养，促进工科人才培养范式转换、培养高质量新工科人才是其本体功能所在。本研究引入知识生产模式理论框架，由内而外地探讨高质量新工科人才培养的因应逻辑和行动路径，以助推高校建构有质量有内涵的新工科人才培养体系，实现新工科人才培养提质增效最大化。

二、知识生产模式转型：高质量新工科人才培养的内在驱力与理论框架

大学是专业化知识生产机构，以知识为载体进行人才培养和社会服务。工业革命、知识经济、信息技术与产业革命的推进，使基于知识中介的产学合作空前深化，知识转化为社会性与技术性资本，知识生产的市场化、应用化和实践化愈发不可逆，倒逼知识生产模式发生根本演化。工程教育是大学与社会深度交互的产物，是科学与技术复杂知识投入应用到社会生产和生活实践而衍生的专门教育，面向工业、产业和行业且与经济生产和社会市场需求协同，其人才培养自然需适应和依循知识生产的生发逻辑和转型框架，这是确保高质量工程科技人才供给、适应和引领未来社会发展的关键。

（一）知识生产及其模式的本体释义与特征解构

知识生产涵盖两层意蕴[8]：一是知识的创生性，指知识发现、创新和创造，经过探索将未知、不确定变成已知、确定性知识，突出“知识增量”扩展;二是知识的复制再现，指知识传播和共享，将已有固定知识成果向大众扩散，属于“知识存量”传承。知识生产并非封闭式、杂乱无章的自我生产过程，而是动态开放、因循一定模式，始终与时代和社会环境联系互动的结果。

知识生产模式是知识产生形式、理念、方法、价值与规则的综合体，用以诠释知识生成和发展规律的整体框架[9]（P3）。迈克尔·吉本斯（Michael Gibbons）等根据知识生产的不同驱动力、情境、方式、主体和目的，首创性地归纳出知识生产模式1和模式2两类[9]（P1-3）。埃利亚斯·G·卡拉雅尼斯（Elias G.Carayannis）和戴维·F·J·坎贝尔（David F.J.Campbell）根据模式1和模式2的演进法则，结合新时代知识生产的复杂特性，正式提出知识生产模式3[10]（P328）。三种知识生产模式的特征如表1所示。

整体上，知识生产模式演化反映了知识生产活动从简单到复杂、单一到综合、由内向外的推移趋向，折射出从大学垄断、独立化、专业化、制度化到弥散化、应用化和社会化的渐进更迭轨迹[9]（P8-17）。模式1源于“为知识而知识”的经典学科范式和学术认知情境，受大学内部学术共同体的纯粹学术理性和兴趣驱动，内容高度同质且是单一学科导向，知识呈点线结构，从属于严密封闭的学科等级制[9]（P2-3）。模式2强调知识在实践应用情境中处理实际问题的实用价值，突出知识生产适应社会发展、解决实践问题与服务应用需求的目的指向，受政、产、学三螺旋驱动，内容是多元、异质、弥散和综合的，注重知识的交叉联结和多极化、跨学科发展[9]（P4-7）。模式3关注社会公共利益，强调政、产、学和公民社会等多主体合力集聚，通过建构广域开放的多元知识协同创新系统生产和发展以多学科和超学科等网状集群形式存在的复杂、不确定、默会的知识网络[10]（P330-337）。需要指出的是，新知识生产模式并非传统模式的替代或否定，而是创新、改造和升华。

（二）知识生产模式转型赋能新工科人才培养范式转换与质量升级

大学既是人才培养专门组织，也是知识创新、传播和应用等生产环节的关键主体。人才培养与知识生产互通互构：一方面，大学以知识为逻辑起点，通过既定知识选择和传递开展人才培养活动，借助人才培养过程实现知识生产的传输机制;另一方面，人才培养过程具有知识生产属性，蕴含知识生产行为，新创生的知识以特定形式整合凝结成系统化成果，转换为人才再生产新的“培养基”，完成知识生产反哺人才培养的回馈机制[11]。这种双向互动与耦合机制决定了人才培养实践需与知识生产模式相统一，知识生产模式转型成为人才培养系统变革的“催化器”，大学需对传统范式做出适应性调整和动态化改革，实现知识生产和人才培养的联动适配。

世界工程教育整体历经从经验化的学徒模式到专业化的院校模式的人才培养方式变革，以及从注重产出熟练技工的技术范式，到科学基础与工程技术相结合的科学范式，再到回归工程本位、强化实践和培养未来卓越引领型人才的工程范式的转型更迭[12]（P44-47）。工程教育作为大学教育的内容类型，融合工程知识发现创造、传递和应用实践等知识活动特性，其学科发展与人才培养遵循知识生产模式的基本逻辑。新工科是工程教育的新趋向，囊括新型工科（传统工程学科专业的转型、改造和升级）、新生工科（不同学科交叉催生的新学科专业）、新兴工科（新出现的学科专业）。其中，“新”非一元化和标准化的，是动态、发展和建构的状态，指向不断革新学科专业和人才培养[1]（P10-13）。在相对意义上，新工科建设不外乎盘活传统工科的“存量改革”和扩大新工科供给的“增量拓展”两个结构层面[1]（P12），是在系统针砭传统工程学科发展和人才培养问题的基础上，结合新一代技术与产业行业变革需求、未来前沿科技与社会发展做出的创新性改革制度设计。

知识生产模式转型意味着旧知识生产逻辑与方式难以适应时代和社会发展需求，向传统工科人才培养各环节提出全新挑战，赋能构建工科人才培养的新范式和新体系。从学科学术属性到社会应用属性的知识生产模式变迁进程，与从强调科学研究与工程技术相结合的科学范式到突出未来引领性、基础学科和工程学科等多学科集成，回归工程、系统思维和实践应用，满足工程技术“新业态”需求的工程范式[12]（P47）的新工程教育转型变革趋势大体一致，其转型特征与新工科建设及人才培养的理念旨趣、本体意涵与策略方式相通契合：新工科改革的内生基础发轫于对传统单一学科和学术兴趣与认知导向的知识生产模式1固有弊端的反思，模式2和模式3赋予其未来方向参照和进路选择[13]。因为知识生产模式1下的工科人才培养坚持科学范式与学术导向，属于在高校内部进行的单学科性知识型教育，脱离社会现实需求和工程实践本质。模式2和模式3将工科人才培养推进到工程范式，置于社会问题应用和实践情境，是跨学科、多学科甚至无边界的超学科组织模式，通过创新教育教学方式，构建多方利益相关者协同育人机制，塑造和发展学生的卓越工程实践能力。这种凸显新知识生产与应用逻辑、回归工程与实践的工程教育范式和人才培养模式能够适应并引领未来社会，构成新工科人才培养质量改革和转型升级的理念范畴和框架依托。对标知识生产模式的演变轨迹和特征，传统工科与新工科两类人才培养范式的要素差异建构如表2所示。

三、知识生产模式转型下高质量新工科人才培养的逻辑向度

知识生产模式在与社会互动中变革，其从学科内部的学术认知单向度情境到社会需求和问题导向的应用与实践复杂情境的整体演化，赋能新工科人才培养由科学范式向工程范式系统转型。高质量新工科人才培养需遵循适应和引领社会需求及工程科技应用与实践的核心理念，实现目标定位从知识整全到能力卓越、内容结构从单一学科体系到跨/多学科交融、教学模式从以教为主线到学做贯通、参与主体从产教分离到多方协同的逻辑转向。

（一）从知识整全到能力卓越：面向未来、适应产业行业需求、引领社会的创新型工程师和科技人才

目标定位是人才培养的先导要素，约束和规范着工程教育实践方向。知识生产模式1是“牛顿学说”式的科学研究，遵循哲学演绎、科学实验、原理归纳和推理论证等程式和逻辑，以认知、编码和建构同质域知识为主要形式，受学科内部驱动和学术研究兴趣主导。该模式下高校办学坚持学术导向，工程教育从属于科学范式，目标整体单一化地趋同于科学家和学术人才，以学生习得系统的数理基础、工程科学与技术知识、工程学科专业理论为依归。知识生产模式2和模式3将知识情境延伸到社会与应用层面，强调知识生产在实践和应用中解决社会实际问题的工具价值和应用属性。这种模式下大学走向社会中心并履行社会责任，多元化的社会实践与应用需求催生多样化的工程教育类型与模式，工程人才培养以社会适应性、服务性和引领性为价值归属，推动人才素质结构从整全工程科学理论知识转向知识创新、转化应用及服务社会生产和工程实践的复杂工程创新能力。