1.一流本科教育：南洋理工大学的理念与实践
2.融合创新范式下“中国制造2025”人才模型和课程规划
3.论创客教师的知识基础
一流本科教育：南洋理工大学的理念与实践
摘要：一流本科教育是世界一流大学和一流学科的基础所在，建设一流本科教育是当今一流大学的责任和使命。新加坡南洋理工大学作为后发优势的世界一流大学，凭借其科学与工程领域的强大优势和人才培养享誉国际。在培养全方位的人才、追求教育卓越、少教多学和国际化等四大教育理念下，南洋理工大学实践了一套先进的教学体制机制，实施了博雅教育，开展科研教学一体化，构建课内课外相融的学习体系，立足世界培养人才。其教育理念和实践经验对中国大学建设一流本科教育有重要的借鉴意义。
关键词：一流本科教育，教育理念，南洋理工大学
创建“世界一流大学和一流学科”是当前中国高等教育的新使命。教育部提出一流大学的基础是一流本科，各高校要将建设一流本科教育纳入“双一流”建设方案。“本科教育是一流大学的立校之本”[1]，本科教育是培养人才的主体教育，那么什么样的教育才是一流本科教育？世界一流本科教育具有哪些特征？在我们自身的历史框架内，中国的大学与世界一流本科教育需要怎样的磨合？笔者受国家留学基金管理委员会的资助，在新加坡南洋理工大学开展以“本科教学”为主题的访学，为期3个月。南洋理工大学（Nanyang Technological University，NTU）1981年建校，目前拥有文、理、工、商四大学院，为33000余名本科生和研究生提供全方位教育。作为一所建校30余年的大学，近年来声名鹊起，在全球高等教育的地位不断攀升，已跃居亚洲前列。在2019年QS世界大学排名中，NTU综合排名全球第12名，其中工程技术、电气与电子工程、材料科学学科分别排名全球第5、第12、第3。[2]在2018年泰晤士高等教育副刊大学排名中位列全球第52名。[3]NTU作为后发型世界一流大学[4]的代表，其发展轨迹蕴藏着很多成功的经验值得研究学习。笔者通过听课、访谈、查阅资料和实地考察二级学院的方式，对其本科教育的理念、实践经验进行了研究，希望能够为我国大学建设一流本科教育提供参考与借鉴。
一、南洋理工大学一流本科教育的理念
教育理念是指关于“教育应然”的价值取向，是大学教育活动的愿景及方向指引。大学的理念是对大学的理性认识、理想追求和所持的基本哲学观点，包括大学的使命、培养什么样的人和秉承什么样的原则培养人等观点。理念是教育的灵魂，一流本科教育需要一流的教育理念，NTU在办学历史中形成了先进的教育理念，在大学使命、培养目标和具体教学观念上具有远见卓识，引领着学校的变革与发展。
（一）培养全方位的人才
新加坡作为东南亚一个仅有500多万人口的小国，资源不足，人才匮乏，但政府高度重视外向型发展，思想开放，向瑞士、瑞典等经济富强的欧洲小国取经。从1965年新加坡建国以来经历了“劳动密集-资本及技术密集-知识经济”三次经济转型，80年代以来受益于以英语国家为引领的全球化和出口导向型战略，实现了经济的飞跃，成为东南亚经济火车头。经济增长主要靠人才资源和高科技的创新驱动。配合新加坡的经济转型，NTU担当着培养创新科技人才和优秀管理人才的重任，积极发展科技教育，引领新加坡走向创新并持续发展。
NTU发展愿景是“创新高科技，奠定全球性卓越大学，全方位教育，培养跨学科博雅人才”[5]。前校长徐冠林认为“只有培养全方位的人才，才能适应瞬息万变的社会”。未来经济将变得更复杂和多元化，大学教育体系必须做出两项重要调整：一是更加注重健全人格与专业知识，二是鼓励打造终身学习的良好循环。NTU把大学生作为未来施国理政的精英人才来培养，这种人才素质全面，能面对全球挑战，能带领国家的发展。具体素质表现为5C精神（Conscience良知、诚信；Competence专业、能力；Creativity创新、企业家精神；Communication交流，团队；Community职业精神，公共服务）。在新人文主义的影响下，NTU实施全人教育，保证其教育质量处于全球前列。
文化融合、种族融合是新加坡的显著特点，而融合正是跨学科的基本要义。植根于新加坡历史的NTU深刻认识到跨学科的重要性，并将其上升到人才培养的使命中去。培养目标定位在跨学科博雅人才，使学生具有复合能力，注重博雅教育，给学生深厚的文化滋养，使大学生理工与人文相通、博学与专精兼取、教学与实践并重。
（二）追求教育卓越
新加坡一方面沿袭英联邦的精英教育模式，另一方面从世界各地吸取先进经验，采纳东西方文化之长，改进本国教育体制，发展一流的高等教育。世界经济论坛发布的《2017-2018年度全球竞争力报告》显示，新加坡竞争力仅次于瑞士、美国，位居全球第三，在高等教育及培训方面的得分居全球之冠。[6]
NTU在建校之初就剑指世界一流大学，李光耀政府对其定位是建成东方的麻省理工学院。NTU始终以服务国家为使命，追求科研和人才培养的卓越。2008年《南洋理工大学自主化框架协议》明确指出学校战略目标是“实现卓越教学与科研的国际化”，力求发展成为一所卓越的全球科技大学。具体目标为建设世界一流的教育，发展国际领先的教学水平，力争成为教学领域的领导者；追求全球可持续发展的科学研究，为本国和全球的科技创新做出贡献。一流本科教学具有高选择性招生的特点[7]，NTU招收至少3门课得A的新加坡优质文凭学生。另外，严格筛选国际生，例如在中国招收本科生参考原985、211高校的录取分数线，并且依据“领导才能、创新与冒险精神、热忱”这三方面选拔学生。
经过30余年的耕耘，NTU已进入全球顶尖大学行列，其人才培养享誉国际，其工学院被誉为全球最杰出的工学院之一，培养了一流的工程科技人才。NTU的毕业生由于较强的技术能力和社会适应性，广受社会欢迎，其毕业生起薪为新加坡大学毕业生中最高水平。
（三）“少教多学”的教学理念
新加坡在出台的教学改革政策中，紧紧抓住教学的核心，即学生的学习。1997年国家提出“思考的学校，学习的国家”计划；2004年，新加坡总理李显龙提出“全国教师教得少一点，学生能够学的多一点”（Teach Less，Learn More），后来延伸为“少教多学”教学理念。“少教多学”以学生为中心，鼓励学生积极学习、独立思考，点燃求知欲，特别是培养终身学习的热忱。“少教多学”并非是让教师投入得更少，而是要求教师教得更好，教会学生如何更新知识，重要的是用科学的方式来培养未来的学生。
新加坡教育部在基础教育、职业教育、高等教育全面推行这一理念。NTU领导层和教师积极贯彻“少教多学”理念，关注学生的综合素质、个体差异等特征，重视教与学的质量，启发学生面向未来和社会，强调终身学习的能力，使学生能自如应对未来职场的挑战。为了确保这一理念的实施，采取了一系列保障措施：开出多样化的课程满足学生个性化的需要；拨付经费开展大规模的教师培训，重视教学方法改革，让教师在“少教”的前提下“会教”；拨付资金改造学校教学设施，保障现代化教学模式的实施。
（四）国际化的教育理念
新加坡高等教育的国际化有其先天的条件。新加坡主要由华人、马来人、印度人等多民族组成，政府推行了双语政策，学生从中小学开始在英语教学的基础上必选一门母语课。该项政策使新加坡人保持着多元的文化传统，同时又能与英语系国家自由交往，充分国际化。李光耀曾把双语政策誉为“新加坡建国基石之一”。双语政策使新加坡大学生具有良好的英语交流和沟通能力，同时为外国学生、专家学者来新加坡学习与工作提供了便利。
在90年代，新加坡政府提出高等教育国际化战略[8]，从全世界名校大力引进国际化优秀人才。2002年提出了环球校园计划，吸引世界一流大学到新加坡建立分支机构，力争使新加坡成为国际学术中心。NTU自1981年起全部采用全英文授课，在人才培养上致力于保持其国际竞争力，借助全球智慧，培育具有国际竞争力的高层次人才。NTU始终以国际化的理念来明确自身定位，确保在国际社会中的不可或缺性，学校的办学理念、发展战略和改革举措都在国际视野、国际资源下进行。光明日报曾报道南洋理工大学快速成为世界知名大学，完全是受益于国际化。[9]
二、南洋理工大学一流本科教育的实践
一流本科教育需要一流的教育理念，也需要一流的人才培养机制、一流的教学体系、一流的课程、一流的教学法等，后者是教育实践的范畴。NTU面向社会自主办学，把实现教育卓越作为本科教育的顶层设计，践行了一套培养全方位人才的理念，在课程设置、科教融合、国际化教学、教学法、宿舍导师制等方面形成了自己的人才培养特色，为本科生提供了良好的学习空间，培养了学生的创新精神、领袖才能和国际视野。
（一）实施博雅教育
NTU为学生创造灵活的、能自由选择、并能发挥他们潜能的教育环境，建立了通识教育课程体系，开设了一流的跨学科课程，实施跨学科人才培养模式，在全球树立了自己的教学品牌。
1.提供跨学科教育项目。跨学科理念受到了NTU师生的高度认可，院系之间开展了不同学科的交流与合作，营造学科交叉的学术氛围。设置了双学位、辅修、精英课程等跨学科教育，给学生广泛的学科选择。大刀阔斧改革本科选修制度，减少主修，增加跨修，同时精简课程内容。从2011级开始所有本科必修科目减少14%，工科课程缩减至134～138个学分，理科和文科则缩减至120～126学分左右。增加了自学时间和跨院系选修课程，例如工程学院要求本院课程和其他学院课程比例为7：3，人文学院可以选修45%的跨院系课程。强化通识教育，通识课程的总学分占到毕业总学分的45%（见表1）。根据业界与雇主的需要，及时推出特色课程。借鉴英国牛津剑桥教育模式，实行分等级的荣誉学位，公共选修课与公共基础课一起计入最后的学分，毕业学位分为不同档次，与就业市场薪酬直接挂钩，此举大大激励了学生学习的积极性。
2.实施宽口径的专业教育。相比中国较窄的学科与专业划分，NTU的本科教育是在通识教育基础上的宽口径专业教育。笔者在电机与电子工程学院调研发现，该学院是世界上最大的电子学院之一，在校生3000多名，有50个实验室11个研究中心，然而学院仅设置一个本科专业，专业内涵十分丰富，实行跨学科大平台培养，开设了广泛且均衡的课程。从大三开始，学生需要从九个专业方向（供电工程、电子、计算机工程、控制与自动化、通讯工程、微电子、数字信号处理、光电学、信息通信）中选择一个方向进行学习，大四进行为期一年的毕业研究课题。本科课程体现了高度综合化的特点，既涵盖相应的科学知识，还涉及到工程应用。这种情况下院系教师不受自身学科方向的限制，可自由指导学生，强调培养学生的复合能力，而非某一具体专业的技术能力。
（二）科研教学一体化
科研是教学的“源头活水”，一流大学依托学科优势，通过科研促进教学。NTU拥有世界一流的科研实力，学校建有综合性跨学科大楼，拥有4个跨学科研究项目和10个科研中心，致力于跨学科交叉集成，并成立了南洋科技创业中心。实验室和研究中心同时服务于本科教学。学院教师组成课程团队，既负责课程教学任务也负责科研项目。在高水平科研的支撑下，优秀本科生从入校开始就接受各种科研锻炼。2004年NTU推出了“本科生研究项目URECA”，项目类型涵盖工程、人文、管理等各学科，到2016年每期项目超800个[10]，遴选二年级以上本科生参与，激发学生的学术研究兴趣。在科学和工程领域有造诣的学生还可以参加校内“杨振宁精英计划”，学习全球首屈一指的研究性课程为进入世界顶级研究生院提前做准备。另外，学校还为本科生设立了“全球研究实习计划（GRI）”，资助学生开展境外研究，旨在进行跨文化的智慧碰撞、获得更广泛的朋友网络。NTU实施科教融合，强调本科生在探究、讨论的过程中完成知识的积累，在科学探索中培养创新性思维。
（三）课内课外相融的学习体系
“专业学术学习”和“学生课外活动”是现代大学生成才的两大支柱。NTU一方面通过优化课程结构，更新教学方法，推行卓越教学，打造学生个性化学习；另一方面鼓励学生参加各类社团活动、创新创业活动等，从而逐渐构建自己的自学体系和学习方法。NTU将人才培养的核心价值观落实到大学的每一堂课、每一个院系、每一种活动中去。
1.探索多样化教学法。在少教多学的理念下，教师不再是知识的传授者，而是知识管理者和学生学习辅助者，学生不仅是知识的接受者，更是知识的创造者。NTU在2015年设立了教学卓越学院，聘请了最优秀的教授和教师，研究和推动新颖的教学法，提高学生的学习成效。时任教务长梅彦昌教授指出“一个伟大的研究员可以是一个具有启发性的教师，设立卓越教学学院保证学校始终有一组人在关注教学，让优质的教学在校园内变得更鲜明，使教学和科研产生更大的互动。”[11]为激励教师追求一流的教学，每年颁布“教学卓越奖”。NTU国立教育学院是新加坡国家师资培训机构，能针对各院系教师不同需求，提供系统化的培训，不断更新教学理念和教学法。为配合小班化、研究性教学，从2009年开始对传统教室进行全面改造，除保留几间大讲堂外其余全部变成小班化多媒体教室。截止2016年底共有215间教室改造成了现代化的研讨室，桌椅自由组合，三面墙均配置液晶屏与白板。在NTU，无论是国际知名教授的讲授还是助理教授的小组指导，教学的目标最终都是为了学生的学习，促进学习成果的获得。
2.实施宿舍导师制。课外活动是学生发现自我、认识世界的有效途径，同时有助于培养创新能力、组织合作能力，增强社会责任感等。NTU发挥学生的主体参与意识，通过学生会和学生社团开展学生治理，塑造学生自治的形象。NTU作为新加坡最大的寄宿大学，重视寄宿文化的培育，实行了独具特色的宿舍导师制。宿舍导师均由住宿教授担任，住宿教授由各学院教授自由申请，食宿均在学生宿舍，完全与学生打成一片。学校目前共有18栋宿舍，每个宿舍能容纳500至659位住户，以宿舍楼栋为单位选举学生干部，举办丰富多彩的文体活动。每栋宿舍配备至少6位住宿教授，指导学生的课外学习、课余活动，帮助解决学生的学习、生活乃至心理问题。不同专业背景的学生混合住宿、文理渗透、专业互补。宿舍导师制实现了学生通识教育和专才教育的融通，拓展了学生的学术及文化活动。
3.营造无处不在的学习环境。一流的本科教育需要一流的教学环境和设施。新加坡教育部为公立大学提供年度偿债基金，帮助现有建筑设施的更新换代。NTU在不同宿舍区建有8个图书馆，馆内设计了静思空间、合作空间、社区空间、互动空间等不同的区域，满足学生个性化的学习需求。图书馆规划部吴淑妮女士认为：“图书馆是课室与家、实验室与宿舍之间的驿站。图书馆承担加强个人学习、适应不同的学习方法、培养独立意识和终身学习的功能。”2015年NTU学生学习中心（The Hive）投入使用。这栋世界著名的建筑由12座圆形塔楼组成，内部布局了56间辅导室，服务于全校学生。其建筑理念是“促进学生和教授随时聚集和交流，方便地开展小型研讨和自主学习。”笔者在NTU学习期间，深切感受到建筑设施的“用心”，处处体现以学生为中心，校园综合建筑体几乎囊括了学生学习生活一切所需。学习场所无处不在，教学楼内、露天广场、楼栋之间的走廊都摆满了宽大的学习桌椅，甚至食堂都能变成开放式的自修室，学生可以随时入座学习。这样宜人的外部学习空间和优越的教学条件，营造了一种学习文化，为大学生自主学习打下了良好的基础。
（四）立足世界培养人才
2005年新加坡政府发布了《大学自治：迈向卓越巅峰》报告，从此新加坡高等教育进入自治阶段，公立大学实施企业化改革，成为非营利性办学实体。同年《南洋理工大学（公司化）法案》经新加坡国会通过，NTU从此成为自主化大学。政府通过政策协议、绩效协议、质量保障体系三个协议对大学进行管理。NTU拥有充分的办学自主权，建立了现代大学制度，实施国际化战略，立足全世界办学，追求教学的卓越。
1.实施国际一流的教师发展战略。师资人才是大学最宝贵的战略性资源，是一流本科教育的最根本保障。NTU秉承新加坡政府“人才立国”理念，以打造国际化高水平人才队伍为目标，面向全球招聘校长、学术副校长以及有国际水准的学者和优秀青年人才。通过建立国际一流的实验室，实施配套灵活的人才制度，如“带薪休假制度、住房补贴、子女教育资助”等，吸引世界杰出科学家和海外知名教授加入NTU。对引进的教师要求为持有美国排名前30的大学博士学位，待遇上不低于美国前30-50名大学年薪酬的标准。新引进的教师必须通过学校组织的现场教学水平考核。目前教职工来自全世界80余个国家或地区，根据泰晤士报大学排名的数据，50%教师和70%的研究人员具有国际化背景。[12]截止2017年底，NTU拥有1750名教师，3527名研究人员，其中20多位世界级的资深教授，70多位杰出青年科学家和学者。专业化的技术支持人员和管理人员为教师、学生提供了精细的管理和服务（见图1、图2）。教师全球化的教育背景、多元化的民族来源为大学生带来了丰富的层次和视野。
NTU借鉴美国tenure制度，实行严格的国际同行学术评价制度。目前，NTU拥有教授192人，占比仅11%，终身教职岗位申请非常激烈。所有的教师必须为本科生上课，教授每学年课时最低100学时。学校对每一位教师都建立了详尽的KPI关键指标体系，在教学、科研和服务三方面进行考核打分。根据机械与宇航工程学院副院长洪维德（Ang Wei Tec）的访谈了解其具体的评估框架（见表2），评估等级分为五档，规定一定比例的不合格名额，影响人员的去留、长期聘任、年终的奖金，甚至终身教职的申请，以此引导和激励教师在不同领域做出贡献、获得发展。
2.人才培养高度国际化。第一，吸引全世界范围优秀生源。25%的本科生和70%的研究生是国际生。第二，NTU课程得到国际认可。NTU与全球37个国家300多所大学有合作关系，开展合作教育项目50余个。学校大部分专业课程通过了国际认证，所有工学专业均通过了华盛顿协议的认证，商学院通过了欧洲质量发展体系（EQUIS）和美国国际管理教育联合会（AACSB）两大权威认证。第三，学生培养全球化。NTU与国外60多个海外顶尖大学包括麻省理工学院、东京大学等合作开展联合培养计划和双学位计划。实施“全球浸濡计划”“全球暑期学习计划”“国际学生交流计划”来培养学生跨文化交流、国际合作的能力。根据官方统计，每10名本科生当中就有8名学生到海外高校修读相关科目、参加交流活动或国际竞赛等。在实践教学环节，NTU与全球性的行业和研究的领导者、顶尖企业开展密集合作，与宝马、劳斯莱斯、弗劳恩霍夫协会、博世和Thales等开发联合实验室，通过校企合作培养一流的人才。
三、对中国大学建设一流本科教育的启示
综观南洋理工大学30多年迅速崛起的历史，开创了后发型大学发展新模式，可以说人才汇聚、资源充裕、高水平管理是其跨越发展的重要因素。[14]更重要是NTU能紧跟全球高等教育发展的步伐，追求教育卓越培养全方位的人才，支撑了新加坡的经济发展。NTU提出了一流的本科教育理念并实践了一套世界先进的教学体制，从而培养了具有创新精神、领袖才能和国际视野的一流人才。相比之下中国大学不缺一流的教学条件，在教学资源、经费投入上都可以引领潮流，但教育理念和教育实践存在两张皮的现象，人才培养机制不同程度地脱离实际，借鉴NTU本科人才培养的经验，有以下几点启示。
一是一流的教育理念是一流本科的核心。NTU本科教育成功之处在于前瞻性地提出了四大教育理念，以先进的理念引领了学校卓越的教学改革。中国大学建设一流本科教育需要创新，以宏大的视野凝聚理念，激发动力，引领发展。理念一旦形成全校共识，必须在学校的政策制度、人才培养模式、课堂教学、校园文化等贯彻落实。二是高质量的教学是一流本科的本质表征。NTU汇聚了全球化的高水平师资，为学生提供广泛的选择空间和灵活性，给予学生最好的学习体验。中国大学教师的教学投入、学生的学习融人均与国外一流大学有较大差距。在高等教育“双一流”发展战略下，必须保证高端人才服务于本科教学，推进科教协同育人，使“立德树人”成为教授的自觉行动。三是一流的教学制度是一流本科的根本保障。NTU建立了新加坡模式的现代大学制度，按照企业化自主办学，建立了卓越的人才培养制度和学习体系。在“放管服”背景下，我们高校要发挥自主性，建设一流的人才培养机制和教学管理制度，营造浓厚的学术氛围，为教师的职业发展与学生的能力培养提供制度保障。四是国际化办学是一流本科的必然路径。毋庸置疑NTU是国际化办学的成功典范。当今世界以中国为引领的全球化不断深入，人力资源全球流动成为新常态，国际化是中国本科教育落实“世界制造强国战略”和“世界创新中心”的使命要求。通过教师、学生和研究的全球合作，通过学生互换、教师互派互访等形式，让学生拓展国际视野，学习跨文化交流，熟悉全球产业链，为在世界范围内工作做好准备，从而更好地造就一流本科人才。
作者简介：魏银霞，厦门大学教育研究院博士生，桂林电子科技大学发展规划处副研究员；王金辉，河北金融学院国际教育学院教师。（桂林/541004）
作者： 厦门大学 魏银霞 河北金融学院国 王金辉
来源： 《高教探索》2018年第08期
融合创新范式下“中国制造2025”人才模型和课程规划
摘要：在分析新工业模型及其人才需求的基础上，基于融合创新工程教育范式的要求，从课程设置角度分析了影响工程人才需求的四个要素：行业或应用领域、工业价值链、“智能”层级、学科领域，形成了面向新工业革命的工程人才四维模型。根据这个模型，可以依据产品或技术所在的行业或应用领域，在工业价值链中所处的位置、“智能”层级来精准分析预测工程人才需求，再结合所需的不同权重的学科领域，交叉跨界衍生新的专业，以适应和引领新工业革命。最后按照工程人才四维模型的要求分析了先进制造专业和物联网相关专业，案例分析表明工程人才四维模型是进行专业分析设计的有效工具。
关键词：新工业革命，工程教育，融合创新范式，工程人才，四维模型
一、新工业模型及融合创新范式
2015年5月国务院发布了“中国制造2025”计划，其核心是科技创新驱动发展，主线是工业化和信息化两化融合，主攻方向是智能制造。[1]计划描绘了未来工业化发展的宏伟蓝图，初步形成了新工业革命的新工业模型。工业化和信息化两化融合就是要推动新一代信息技术在工业产品、制造装备、业务流程、生产要素等产业体系中的全面渗透、广泛应用和深度集成，建立更具有竞争力的新型生产模式、组织体系和产业形态，不断增强信息化带动工业化发展的内在动力，加快建立新型工业化体系。智能制造即制造业数字化、网络化、智能化，在制造诸环节中，将机器、数据、技术进行有效的集成并促进融合，借助计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。智能制造在技术上体现了“集成与融合”和“智能与创新”的统一。[2]以智能制造为代表的新工业模型的特征主要表现在智能制造优化产品的设计和制造过程，实现多品种、小批量、定制化生产；智能制造大幅度提高资源和能源的利用率，实现物料的循环再用，减少污染排放，实现可持续发展；智能制造实现以人为中心的工作和生活方式。
人才为本是“中国制造2025”的基本方针之一，只有完善多层次多类型人才培养体系，才能实现制造业由大变强的历史跨越，而工程教育是这个人才培养体系的重要组成部分，那面向新工业革命的工程教育的本质或工程教育范式是什么呢。从第一次工业革命开始到现在，科学技术的发展使得工程教育范式已经实现了技术范式、科学范式、工程范式的三次转换。现今在以跨界、融合、创新为特征的新工业革命驱动下，工程教育范式已经开始向融合创新范式[3]转换。融合创新范式要求工程教育将各种创新要素创造性地进行融合，创新要素包括工程、技术、产业与商业，融合包括工程与技术、产业形态、商业模式、商业过程的融合和工程人才与商业人才培养的融合。就是说在人才培养中务必考虑工程教育的目标、课程、内容、工程人才培养模式等方面都要实现工程技术与产业形态和商业模式的融合，这样才能使整个工程教育体系的整体功能从量的叠加到质的飞跃，形成独特的、不可复制的创新能力和核心竞争力。
二、新工业模型下的人才需求
“中国制造2025”计划提出大力推动的产业包括新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备等十大产业[4]，但新一代信息技术、新能源、新材料等的应用并不局限于此，尤其是新一代信息技术，可以深度融合到建筑工程、电力、石油石化、冶金矿山、电子商务等行业，也能促进各行各业节能减排、安全生产，还在建设智慧环保、智慧医疗保健、智慧城市等方面有着广泛的应用，并渗透到人类工作和生活的方方面面。而这正是新工业革命应有的景象，这也表明各行业各领域都需要具备一定新一代信息技术基础的工程技术人才。
新工业革命的核心要素是高技术生产力，在以数字化与智能化为基础的新工业体系中，将配备大量的智能化设备。从产品的寿命周期角度看，各行各业需要大量具备设计制造这类设备的工程人才，也需要销售并提供技术服务的售后工程人才，同时在产业一线需要大量具备操纵和维护数字化和智能化设备的技术人才。因此新工业革命推动劳动力与就业需求结构产生重大变化，需要大批新型工业化人才，特别是需要新型具有跨界知识结构、综合素养的创新型工程技术人才，以及能够开展创意转化等创业实践活动、并带动创业创新的创客人才。
如此看来，新工业革命对工程教育的影响已经涉及到工程人才需求、课程设置、工程教育教学模式等方面的改革和变化。美国工业互联网、德国工业4.0和中国制造2025等三大新工业模型对工程人才提出的需求就是新工业革命对工程教育影响的直接体现。“中国制造2025”人才培养体系中提出了要加强产业人才需求预测[5]，完善各类人才信息库，构建产业人才水平评价制度和信息发布平台。当前国家正努力推进的新工科建设也是为应对未来提供智力和人才支撑。
传统的工程人才模型主要是以学科为逻辑的一维模型来构建，这在以前的工业时代或者对于以学科为逻辑的理学类专业尚可，但在面向未来的新工业革命的“大工程”、“跨界融合”的背景下，这种模型显然难以培养能够适应和引领新工业革命的工程人才，难以精准预测应对未来的工程人才需求。因此，有必要构建新的工程人才模型，达到精准分析人才需求及人才培养目标的目的。
以机器人为例具体分析相关的人才需求。机器人是一种半自主或全自主工作的机器，集现代制造技术、新型材料技术和信息控制技术为一体，是智能制造的代表性产品。2015年，日本政府对外公布的“机器人新战略”报告[6]中指出，为应对未来挑战，机器人革命的目标之一是将传统意义中不视为机器人的物品，通过添加传感器技术和人工智能技术，转变为机器人（例如将汽车、家电、手机或住宅视为一类机器人设备）。报告中也提出了一系列方案加强人才队伍建设，但并没有提及具体的人才需求，而机器人的人才需求是全方位的。如图1所示，从机器人的应用领域、技术产品系列及产品生命周期三方面可以清晰展现机器人工程人才需求，比如使用和维护用于医疗康复的服务机器人的人才需求。在此基础上，再进一步分析各类人才的技术、能力需求，即可形成培养该类人才的课程规划。
机器人主要技术包括人工智能、信息物理系统、传感器及识别系统、机械装置、驱动器及其操控系统，操作系统和中间软件、安全评估与产业标准等。
人工智能是机器依照人类指令或场景产生思考与行为的技术，比如知识工程、情景感知、模式识别、自决策、自执行、可视化等技术，用于提高智能制造核心信息设备的智能化水平。传感识别技术为向机器输入有关场景信息的技术，比如传感器无线通信技术、传感器信号处理技术、传感器可靠性设计与试验技术、传感器精密制造与检测技术等。机械装置、驱动器及其操控系统，机器人设备（例如电机与手臂）中的机械运动技术。比如高精度减速器、伺服驱动器等。机器人单元技术、配件以及机器人本身，还需要通过操作系统，应用软件等基本软件实现集成。另外还需要考虑机器人的安全评估与风险预测技术等。显然不同领域、不同层次的机器人工程人才需求对这些技术的要求是不同的，各有偏重。
三、工程人才四维模型的构建
新工业革命以新一代信息技术为核心驱动力，建立起来的更具有竞争力的新型生产模式、组织体系和产业形态的新型工业化体系里面，工程人才需求将涉及哪些主要应用领域呢？各应用领域又包含哪些具体的职业或任务呢？
根据文献[7]中的“信息化与工业化深度融合”内涵分析[7]及文献[8]中的新工业革命的内涵分析[8]，基于融合创新工程教育范式要求，认为工程人才需求分析可以从行业或应用领域、工业价值链[9]、“智能”层级、学科领域这四个要素考虑，形成工程人才四维模型，达到精准预测应对未来的工程人才需求的目的。
行业或应用领域方面。工程教育与各类产业密切相关，工程教育的产生就是为各行各业服务、为应对自然环境挑战的，有极强的目的性、功利性及时效性。以三次产业分类、职业分类等为基础，对各行业或应用领域深度分析，明确在未来专业服务的行业或专注的领域，尤其是对于一些新兴领域的人才需求及课程设置分析至关重要。因此，行业或应用领域是人才需求及课程设置分析的重要因素，应该选择作为工程人才四维之一的行业或应用维度。
价值链及工业价值链分析。价值链是1985年由哈佛大学商学院的波特教授首先提出的，认为“每一个企业都是在设计、生产、销售、发送和辅助其产品的过程中进行一系列经济活动的集合体，这些经济活动互不相同但又相互关联，可以用一个价值链来表明。”借用这个概念，在工业行业领域即为工业价值链，在农业行业领域即为农业价值链，在畜牧业行业领域即为畜牧业价值链等。
而在工程教育方面，CDIO人才培养模式的出现和发展，CDIOR人才培养模式和过程式课程体系构建方法，以及针对新工业体系的设计、研发、制造、营销、服务等各个阶段人才的需求而进行的教育创新，这些需求正是价值链的基本构成，说明人们自觉或不自觉地在按照价值链理论进行人才培养模式的创新，显示价值链是人才需求分析的重要因素。因此在人才需求分析中将价值链中的基本构成作为四维之一价值维度。
“智能”层级分析。数字化、智能化是新工业革命的重要特征。随着信息技术与产品自身的创新，以及在工业产品中应用方式的创新，工业产品智能化的程度将不断提升。各行各业在新工业革命的驱动下，都将进入一个智能化的新产业、新业态。从计算机技术、软件技术、通信技术、传感技术到物联网技术、移动互联网技术，新的信息技术、产品不断以新的方式“嵌入”到传统工业产品中去，比如智能电网、能源互联网、智能制造以及集成化、智能化的信息与服务网络，包括下一代互联网、移动互联网、云计算与服务、物联网、社会化网络、大数据分析与服务平台，以及它们之间与传统工业、农业、畜牧业等的交叉与融合，都将出现全新的变化。因此，智能化因素也是人才需求及课程设置分析的重要因素，选择作为工程人才四维之一的智能维度。
学科方面。传统的专业主要是按照学科来设置的，但当前学科分类体系是较为完善的。对未来工程人才分析，继承和发展现有体系是可靠选择。从继承现有的学科分类体系角度出发，保持延续性、继承性，同时强调学科交叉融合。因此学科因素依然是人才需求及课程设置分析需要考虑的重要因素，选择作为工程人才四维之一的学科维度。
以智能制造为例，如图2所示，在新的工程人才模型中，X轴为行业或应用领域，Y轴为工业价值链，Z轴为“智能”所处的层级，C轴（第四维，颜色轴）为X、Y、Z三维坐标点所涵盖的学科领域等。
X轴表示各行业或应用领域，包括智能制造所涉及的信息技术产业、高端传感器、高档数控机床、工业机器人、电力装备、新材料等。
Y轴表示工业价值链，包括产品和产品线开发、过程和设施开发、产品制造和售后服务、技术设施四个部分。也可以进一步细分为如下7部分：产品与产品线开发（产品开发、产品线计划、产品线管理、终止管理），方案与设备开发（方案开发、制造工程、维护计划、停产计划），产品制造和售后服务（工业生产、售后服务、废物处理），技术设备（设施建立、工业生产、维护、回采），标准和规范，方法、模型、技术，工具等。
Z轴表示智能元件、智能设备、智能单元、智能系统、智能工厂、智能制造六个“智能”层级。其中智能元件包括基础性的硬件和软件两个部分，例如轴承、传感器、操作系统、数据库、中间件、网络等。
C轴（第四维，颜色轴）表示学科领域。理学、文学、历史学、哲学、经济学、管理学、法学等自然科学和人文社会科学是人才培养的基本需求，为减少该坐标的内容，这些学科不再列入，只列入工学的相关一级学科。以制造业为例，其所需的工学一级学科主要有：机械工程、材料科学与工程、电气工程、控制科学与工程、信息与通信工程、动力工程及工程热物理等，体现学科交叉。第四维可以理解为特色维，因为高校本身学科特色不尽相同，不同应用领域包含各学科权重不同等因素。权重可以体现课程设置上，或体现在学时分配上。
这个工程人才四维模型的特点体现在：
（1）按此模型，即可按产品所在生命周期、所在价值链中的位置、处于何种“智能”层级来组合所需的不同权重一级学科、二级学科知识来规划课程。这样培养的人才既是“跨界”的，又能适应和引领新工业革命。
（2）按照这种工程人才设计思路，能够精准分析企业工程人才需求，并能够将企业需求转换为高校人才培养要求及课程体系要求，是一种能把企业需求分析转换为工程人才设计的有效方法。有关高校可以按照这种思路，结合学校特色，社会需求以及智能制造的发展趋势，用这个方法来分析完善现有专业，也可以用来设计新的专业，以面向未来的新工业革命。
（3）这个工程人才四维模型考虑了多重要素：行业或应用领域、工业价值链、智能层级等，尤其是第四维是特色维，包含应用领域、学科权重以及智能制造技术组成等要素。该模型能体现未来发展趋势，又能体现各高校的学科特色。
（4）根据工程人才四维模型设计的工程人才培养体系强调工程人才按过程培养，模型产生的人才培养课程体系符合产品生命周期或价值链运动规律。
四、基于工程人才四维模型的专业分析与设计
1.先进制造专业分析。
下面以重庆大学机械工程学院的先进制造专业为例分析该四维模型的作用。
以重庆大学“双一流”建设为契机，学院研究先进制造技术内涵、本质特征及其对制造过程、管理服务运作模式的变革影响；研究先进制造学科交叉的知识和技术融合特性。据此，从学科导向转向以产业需求为导向，开展新工科制造工程人才培养需求研究，然后依次分析工程人才四维模型中的行业或应用领域、工业价值链、“智能”层级、学科领域这四个要素，加快先进制造专业的新工科建设。
基于重庆大学先进制造一流学科群的优势和特色，打破固有学科领域界限，依托机械传动国家重点实验室、国家2011计划重庆自主品牌汽车协同创新中心、国家镁合金工程技术研究中心、国家工科机械基础教学基地等国家级教学科研平台，结合制造业发展和国家重大需求，通过学科交叉，围绕先进制造技术三个层次（部件级、系统级、典型产品级）和五个方向开展先进制造专业集群建设，如图3所示，部件级包括先进材料及其制备加工成型方向和智能传感与测控仪器方向，系统级为智能制造技术与系统方向，典型产品级有智能新能源汽车方向和智能机器人方向。这五个方向在工程人才四维模型里面就是代表行业或领域（X坐标），如图4所示。
这五个方向分别需要考虑智能对象或智能层级及工业价值链。以智能新能源汽车方向为例，依据学院自身的机械传动学科特点及汽车协同创新优势，智能对象重点放在在智能单元和智能系统两个层级，在工业价值链中重点在产品和产品开发这个环节。然后综合机械工程、电气工程、控制科学与工程、信息与通信工程、动力工程及工程热物理等学科，按合适权重形成智能网联汽车、新能源汽车技术、纯电动汽车底盘控制技术、电动汽车结构与原理、深度混合动力汽车技术等几门主干课程，这五个方向的跨学科主干课程如图5所示。结合先进制造关键科学问题，开展面向工程过程的、融合关键应用的跨学科课程教学实践，突破按照学科知识体系构建的层级式课程结构，加强学生对工程规律的认知，提升学生解决复杂工程问题能力，通过模块式课程构建促进学生的个性化发展。
2.物联网相关专业设计分析。
物联网可以从狭义和广义上理解，狭义上的物联网指连接物品到物品的网络，实现物品的智能化识别和管理；广义上的物联网则可以看作是信息空间与物理空间的融合，将一切事物数字化、网络化，在物品之间、物品与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互方式，并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为，是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界。从通信对象和过程来看，物联网的核心是物与物以及人与物之间的信息交互。
物联网的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理。全面感知：利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取；可靠传送：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；智能处理：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。
如图6所示，物联网技术的应用领域包括公共安全、医疗保健、交通、消防、移动互联、建筑、航空航天等，智能对象包括传感器等智能元件，手机等智能设备，航天航空卫星系统等智能单元、智能系统等，工业价值链包括产品和产品线开发、过程和设施开发、产品制造和售后服务、技术设施四个部分。这样各高校根据自身的学科特色及应用领域，可以对所开设的物联网相关专业进行设计。比如专注培养消防领域的智能元件设计制造人才，如图6所示，希望人才能够贯通产品和产品线开发、过程和设施开发、产品制造和售后服务、技术设施全过程。学科领域分析有关学科基础，比如电子工程、光电工程、传感器技术、软件工程、数字信号等，以此为基础就可以进行系列课程设计了，通过整合、优化、重组课程，达到工科专业之间、工科与其他学科专业交叉融合，培育建设新兴工科专业的目的。又如图7所示，表示某高校专注培养交通领域的智能单元设计人才，希望人才能够熟悉产品和产品线开发、过程和设施开发，在分析有关学科基础后，完成课程体系的开发，比如这个课程体系可以综合计算机技术、软件工程、传感器技术、集成电路技术、电子工程等，形成一条嵌入式系统技术主线。
五、结束语
综上所述，本研究在分析新工业模型及该模型下人才需求的基础上，基于融合创新工程教育范式的要求，从工程教育课程设置角度分析了影响工程人才需求的四个要素：行业或应用领域、工业价值链、“智能”层级、学科领域，形成工程人才四维模型。
根据这个模型，可以按产品所在生命周期、所在价值链中的位置、处于何种“智能”层级来组合所需的不同权重一级学科、二级学科知识来规划课程，也可以精准分析工程人才需求，将企业需求转换为高校人才培养要求及课程体系要求。根据这个模型设计的工程人才培养体系强调工程人才按过程培养，模型产生的人才培养课程体系符合产品生命周期或价值链运动规律。
最后按照工程人才四维模型的要求分析了先进制造专业和物联网相关专业，案例分析表明这个工程人才四维模型是进行专业分析设计的有效工具。
作者简介：李良军、金鑫，重庆大学机械工程学院副教授；朱正伟，重庆大学土木工程学院研究员；李茂国，对外经济贸易大学党委副书记。
作者： 重庆大学 李良军 金鑫 朱正伟 对外经济贸易大学 李茂国
来源： 《高等工程教育研究》2018年第04期