《新工科--人才培养》
1.工程教育人才培养目标的多主体多要素模糊综合评价 2.iFabLab：新工科体验式实践教学环境模式探索
工程教育人才培养目标的多主体多要素模糊综合评价
摘要：在中国高等工程教育中，人才培养目标的合理性评价是专业修订培养目标的依据，培养目标达成情况评价是促进教学持续改进的重要基础。当前的培养目标评价通常较为宏观和抽象，影响了评价的有效性。在新工科和大数据的新时代背景下，本文提出面向多主体开展多要素基础数据采集，构建具有实质意义的立体化培养目标评价体系；采用模糊数学理论对专业培养目标的合理性和达成情况开展综合评价，为践行基于“成果导向”理念的持续改进奠定基础。
关键词：模糊综合评价，多主体多要素，培养目标，合理性，达成情况
基金项目：中国高等教育学会高等教育科学研究“十三五”规划课题2018年度工程教育专项课题“‘新工科’视域下地方高校土木工程专业升级改造探索”（2018GCLZD10）；福建省教育科学“十三五”规划2018年度课题“依托专业群建设平台培养土木工程新工科人才”（FJJKCGZ18—803）；福建省本科高校教育教学改革研究项目（FBJG20190175）
2016年，我国成为《华盛顿协议》正式成员，标志着我国高等工程教育历史性的进步，也标志着工程教育专业认证作为一种全球化保障高等工程教育质量、实现工程教育水平和职业资格互认的制度在我国正式启动。按照认证倡导的“成果导向”核心理念，工程教育应遵循“反向设计”原则。[1]根据培养目标合理性的定期评价结果修订培养目标；通过建立毕业生跟踪反馈机制以及高等教育系统以外有关各方参与的社会评价机制，定期分析培养目标的达成情况，反向设计毕业要求、课程体系和教学方法。因此，围绕培养目标的合理性和达成情况开展科学有效的评价，是践行“成果导向”理念的重要一环，是构建专业“持续改进”机制的重要依据。
由于我国开展国际实质等效的工程教育专业认证时间不长，目前在专业培养目标内外部评价的实操中常常设置了“培养目标是否合理”或“培养目标是否已达成”等宏观而抽象的调研问题。因缺乏具体的评价内容和评价指标，被调研人的反馈往往不能准确反应人才培养的实际，影响了评价的有效性。本文以土木工程专业为例，提出多主体参与的多要素调研数据采集和分析方法，并基于模糊综合评价能够综合分析多指标要素、能将定性评价转化为定量评价的特点，开展科学有效的专业人才培养目标合理性和达成情况评价。
一、培养目标合理性评价要素
培养目标是对该专业毕业生在毕业5年左右能够达到的职业和专业成就的总体描述。[2]培养目标的设立往往需要考虑学校定位、社会需求、专业办学条件、利益相关者的认同和期望等内外需求和条件的变化。如果将上述内外需求和条件作为衡量培养目标合理性的依据，则其评价内容和指标要素可细化如表1所示。
表1 培养目标合理性评价内容和指标要素
（一）培养目标符合学校定位。
目前全国土木工程专业布点近600个。其中，既有办学历史悠久的老本科，也有由专科转型发展的新建本科；既有以基础科学研究为主的研究型大学，也有注重成果转换、技术研发的应用型大学；既有在探索改革上先行一步，在教学、科研和社会服务方面发挥示范引领作用的部属高校，也有服务地方经济和产业发展的地方高校。高校的多元化决定了培养目标的多样性。因此，培养目标的制定应符合学校的发展历史和承担的主要社会责任，应符合学校在国家高等教育体系中所处的恰当位置。即学生毕业5年左右的职业特征和具备的职业能力应符合学校的发展定位。
（二）培养目标符合社会需求。
培养目标提出的毕业生专业能力和职业成就主要体现在与国家和地区发展、产业和企业发展、教育自身发展需求的契合度上。在当前新经济、新产业、新业态和新技术的大背景下，作为传统工科的土木工程专业也应适时转型升级，体现“新工科”人才培养新要求。
近年来，我国城市化进程迅猛推进，“一带一路”国际合作战略带来了中国建筑企业走向国际市场的机遇，助推了土木工程行业实现从传统建筑业向现代建筑业的快速变革。因此，从符合国家战略发展需求的角度看，有必要将国际视野和与提升国际竞争力相关的能力要求纳入人才培养的目标。
从建筑业和企业的发展需求看，建筑业由粗放式向精细化、智慧化发展。随着新技术的引入和企业管理模式的转变，对于土木工程全生命周期的各个阶段，都有了新的能力需求。工程设计可视化、生产工厂化、施工装配化、管理信息化、应用智能化已成为土木工程行业和企业未来发展的重要方向。[3]因此，土木工程作为国民经济发展的重要支撑行业，有必要将满足建筑产业现代化的学科交叉能力、创新驱动能力列为当下本专业学生的培养目标。
从教育发展需求看，“新工科”建设和“课程思政”建设作为我国教育改革的两大重大行动计划，正在重构工程人才能力和素养框架。[4，5]首先，是对工程人才“政治认同”的要求，因此培养目标应当体现“德智体美劳全面发展的社会主义事业合格建设者和可靠接班人”的培养总目标。其次，是对工程人才服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的能力要求。土木工程专业的新工科建设应建立在“工业化、信息化、智能化和全生命周期工程教育”的新理念新要求基础上。因此，专业培养目标在知识目标上不再局限于土木学科的理论知识，而应拓展至与信息、机械、管理等其他相关学科的交叉融合；在能力和素质目标上，除要求技术性能力外，还应关注“新工科”人才面向未来发展应具备的终身学习能力、创新思维，关注职业道德、团队意识和可持续发展理念。
（三）专业办学条件支撑培养目标的实现。
专业办学条件主要包括师资力量、实验实践条件、专业资料、教学经费等。师资不仅要求数量和结构合理，而且教师的教学能力、专业水平、工程实践能力、沟通能力、职业发展能力、学术水平等均应能支撑培养目标的达成。住建部高等教育土木工程专业评估委员会于2017年颁布的《土木工程专业补充标准》还特别对该专业毕业设计的生师比做出规定，每位教师同年度实际指导学生人数不超过8人。
在实验实践条件方面，专业补充标准要求土木工程专业应当具备大学物理、化学、计算机、测量、力学、建材、岩土、结构等实验室，要求实验设备仪器完好，场地面积和设备台套数满足实验教学分组要求，操作型实验分组满足人人动手的要求。专业应拥有相对稳定的实习基地，基地类型覆盖勘察、设计、施工、检测、监理等多个领域，能支撑学生职业能力的实现。
在专业资料方面，土木专业及其相关专业图书应达到20000册以上，本专业纸质和电子的中文期刊50种以上，外文期刊30种以上，拥有现行工程建设法规文件、标准规范规程、标准图集，以及课程教学和毕业设计所必需的正版专业软件。
（四）培养目标符合利益相关方的认同和期望。
专业培养目标是否合理，应当得到用人单位、校友、教师和同行专家的认同。一般而言，用人单位从培养目标是否符合未来产业和企业需求，以及该专业历届毕业生达成培养目标的概率综合衡量目标的合理性。校友结合自身及其他校友在职称、职务、执业资格、参与工程项目等方面的成长经历，综合评价专业培养目标是否具有可实现性。教师和同行专家则从课程体系、专业教学资源等方面评价培养目标的实现是否具有足够的支持条件。
同时，专业培养目标还应符合行业部门、在校生和学生家长的期望。在建筑行业，住建部、住建厅均对建筑业提出了远期和近期的发展规划，高校培养的土木工程人才能否符合行业发展趋势，主管部门具有绝对评价权。而学生和学生家长在进行专业志愿填报时就对学生未来的职业成就有所期待，专业培养目标与学生及家长期望的吻合既是学生专业选择的趋动力也是培养目标合理性的评价依据。
二、培养目标达成情况评价机制
建立毕业生跟踪反馈机制和高等教育内外部有关各方参与的评价机制是践行“成果导向”理念的核心。在大数据和智能分析的背景下，专业应构建多主体参与的多要素评价机制，从组织机构、信息收集和反馈、信息平台搭建等多方面保障跟踪反馈和评价机制的有效实施。
（一）三方联动构建评价组织机构。
毕业生跟踪反馈机制的构建需要学校、二级学院和专业三方协同配合且各有侧重。学校主要从宏观的视角，开展学校专业设置、教学水平、师风学风、学生自我发展需要及知识能力诉求的调查，包括毕业生工作性质、薪酬、职称和职务晋升等职业发展的客观性调查，也包括用人单位对毕业生能力素质以及学校人才培养各环节的主观评价。
学院层面将聚焦所在行业企业、行业部门和毕业生，对学院内专业设置、课程建设、教师能力、实验实践条件、毕业生社会竞争力、服务行业和地方经济发展能力等给予评价和建议。
专业层面则更有针对性地对标专业培养目标，在毕业5年左右的毕业生中调研其从业领域、职称职务、执业资格、参加的工程项目和业绩成果等实际专业成就，围绕知识、能力、素质、道德品质等开展毕业生自评和用人单位、行业组织评价。
（二）多元主体参与信息收集和反馈。
毕业生是人才培养的长期受益者，用人单位是人才培养的实际检验者，行业组织是人才培养的舆论反馈者。由于不同利益相关方对高校人才培养质量有着不同的理解和要求，专业培养目标达成情况的评价主体呈现出多元化的特点。采用座谈交流、走访参观、问卷调查、专项调研等灵活多样的形式，构建多元评价主体协同参与的人才培养质量跟踪反馈机制，可以从不同视角反映培养目标的达成。同时，评价信息的收集还应注意有计划地开展定期调查和回访，做到持续性过程跟踪和信息获取。
培养目标达成评价的结果应向学校、被调研的毕业生和用人单位等所有利益相关方反馈。有效的学校反馈应反馈至各个职能部门、学院和专业，为学校教育教学改革提供参考。向毕业生反馈，一方面有助于毕业生认识自身职业能力和素养的不足，以确定努力方向；另一方面，使毕业生持续了解母校的人才培养工作，进一步增强专业认同感。向用人单位反馈，使用人单位深入认知高校人才培养改进情况和人才培养规格及质量，促进对高校人才培养工作的宣传，为毕业生就业创造良好的就业条件和社会接纳环境。
（三）信息化搭建数据管理平台。
大数据时代，搭建智能、快捷、动态的人才培养数据管理平台有利于优化毕业生跟踪反馈制度和培养目标达成评价机制。[6]目前，部分第三方评价机构已汇集毕业生数据，以及用人单位和行业部门等社会需求和评价信息，搭建了常态化、集成性的反馈沟通平台。平台采用文本聚类、自动分类、共词网络、智能跟踪、机器学习等人工智能和大数据分析，开展培养目标达成情况的AI评价诊断。评价既包括各届毕业生间的纵向对比，又包括同类院校的横向比较；既有学校整体数据的分析，又有专业数据的分析，从多角度立体化表征培养目标的达成。
三、模糊综合评价法
培养目标的合理性和达成情况评价是“成果导向”的终点也是起点，应该被清晰地表述和直接或间接地评价，因此往往要将其转换为绩效指标。由于培养目标的评价要素、评价对象以及评价标准存在着不确定性和模糊性，因此亟需提出一种有效的多因素决策方法做出全面评价。1965年，美国人L. A. Zadeh提出模糊数学理论[7]，由模糊性概念找到了模糊集的描述方式，将人们运用概念进行判断、评价、推理、决策和控制的过程采用模糊数学的方法加以描述。本文将这一理论应用于培养目标合理性和达成情况的评价，以期反映多主体多要素的综合评价。
（一）模糊综合评价基本原理。
模糊综合评价（Fuzzy Comprehensive Evaluation，FCE）以模糊数学的隶属度理论为基础，对各个指标因素进行考虑分析，将定性评价转化为定量评价[2]，具有结果清晰、系统性强的特征。这种方法将所有模糊的评价因素收集在模糊集合里，实现多因素制约相互对比，并建立函数关系，形成总体评价。
（二）模糊综合评价的流程。
模糊综合评价通常按以下五个步骤开展：
第一，确定被评价的对象集O=｛O1｝、因素集U=｛U1，U2，…，Um｝、评语集V=｛V1，V2，…，Vm｝；
第二，确定评价因素的权重向量为：；
第三，建立模糊综合评价矩阵
将上述评价矩阵进行归一化处理，使
；
第四，进行复核运算，获得综合评价结果；
第五，将复核运算的结果进行归一化处理，获得各个对象有可比性的评价结果。
四、模糊综合评价法在培养目标评价中的应用
本文以福建工程学院土木工程专业为例，列出培养目标合理性和达成情况的评价指标，并收集至模糊集合中，运用模糊综合评价法做出考虑众多利益相关方和众多评价要素的总体评价。
（一）土木工程专业培养目标。
土木工程专业2018版人才培养方案提出，本专业培养目标为：培养德智体美劳全面发展，系统掌握土木工程及相关学科理论知识，具有良好的人文素养、职业道德、团队意识和国际视野，具备突出的工程实践能力、终身学习能力和创新思维，适应建筑业新业态和新技术发展需求的高素质应用型人才。毕业生能够在勘察、设计、施工、管理等土木工程及相关领域成长为解决实际工程问题的技术或管理骨干。为便于评价和宣传，以上培养目标可归纳为培养“实基础”“宽口径”“强能力”“快适应”“重创新”“高素质”的应用型人才。
（二）培养目标合理性评价指标体系及调研结果。
根据工程教育认证标准，本文将培养目标与学校定位的符合度、培养目标与社会需求的契合度、办学条件对培养目标的支撑度和利益相关方对培养目标的认同度和预期作为土木工程专业人才培养目标合理性调查统计的评价指标。
专业通过问卷和座谈相结合，向130位校友、50位教师、10位企业专家、10位同行专家调研了专业培养目标与学校定位的吻合度。对中建海峡建设发展有限公司、福建省建筑设计研究院、中铁二十四局集团有限公司等30家用人单位和130位校友进行调研，了解企业的人才需求，并分析与专业培养目标的契合度。向50名专业教师和156位在校生发放问卷，从课程设置、课程建设、师资力量、实验室条件、实践基地建设、电子资料、教学经费等7个方面调查现有办学条件对培养目标的支撑度。通过向住建厅人事处、156位在校生和20位学生家长开展专项调研，评价利益相关方对培养目标的认同和预期。调研结果量化统计如表2所示。
表2 培养目标合理性调查统计
（三）培养目标达成情况评价指标体系及调研结果。
为评价培养目标的达成情况，专业向毕业5年的60位毕业生代表和30家长期接收土木工程专业毕业生的用人单位发放问卷，从参与工程项目、工作业绩、从业领域、职称职务、执业资格、综合素质等多要素综合评价6个培养目标子目标的达成情况。调研结果量化统计如表3所示。
表3 培养目标达成情况调查统计
（四）基于模糊综合评价法的培养目标合理性评价。
对培养目标合理性O=｛O1｝进行综合评价，将4项评价要素组成论域：
首先，就单一因素功能Ui，设定评语论域：
根据问卷调查的结果，就单一因素U1，根据调研情况分布，获得从U到V的模糊映射，
F：U→F（V）
V1=｛0.7139，0.2569，0.0277，0.0015，0｝
同理，获得V2、V3、V4，并形成模糊综合评价矩阵：
由于高等教育的目的是为社会发展输送建设人才，且高等教育的多样性决定了人才类型的多元化。因此，在培养合理性评价的4个要素中，培养目标与学校定位的符合度、与社会需求的契合度被认为是培养目标合理性评价的主要要素。因此，对U1、U2、U3、U4赋予权重为：
经权重和模糊综合评价矩阵复合运算，得：
上述模糊综合评价表明，2018版土木工程专业的培养目标在考虑了多个利益相关方需求和多项评价要素后，对其合理性给予高度评价的占75%，给予良好评价的占23%，1.5%评价一般，没有利益相关方给出不合理的评价。
（五）基于模糊综合评价法的培养目标合理性评价。
将“实基础”“宽口径”“强能力”“快适应”“重创新”“高素质”六个培养目标子目标组成论域U。根据调研结果，获得培养目标论域U到评语论域V的模糊映射，形成模糊综合评价矩阵：
根据第三方评价机构连续4年覆盖200多个招聘网站的社会需求数据，大数据统计近5年企业需求信息、岗位需求信息。经数据自动采集、清洗、去重合并，智能提取土木工程专业人才最主要的能力和素质要求。以此为依据，向单一培养目标U1～U6赋予权重：
经权重和模糊综合评价矩阵复合运算，得：
上述分析表明，综合考虑承担的工程项目、工作业绩、从业领域、职称职务、执业资格、综合素质等多要素，由用人单位和毕业生协同给出的综合评价结果是：土木工程专业培养目标达成情况的优秀率为58%，良好率为40%，中和及格各占1%，不存在无法达成的情况。
五、结论
在新工科和大数据的时代背景下，工程教育应面向行业发展新需求，在充分调研和大数据智能分析的基础上，对工程教育人才培养目标合理性和达成情况进行科学评价。本文基于“成果导向”教育理念，将宏观抽象的定性评价转换为绩效指标，提出面向多元主体开展多要素基础数据采集和模糊综合评价。该方法能够较客观、综合地反映专业培养目标的合理性和达成情况，可被应用于专业建设和专业认证的具体实践中。
作者简介：吴琛，福建工程学院土木工程学院院长、教授、博士生导师；麻胜兰，福建工程学院土木工程学院讲师，博士；王展亮，福建工程学院土木工程学院讲师；李惠霞，福建工程学院土木工程学院副教授。
作者:福建工程学院土木工程学院 吴琛 麻胜兰 王展亮 李惠霞
来源:《高等工程教育研究》2020年第05期
iFabLab：新工科体验式实践教学环境模式探索
摘要：推进新工科建设已经成为应对未来战略竞争、服务新一轮科技革命与产业变革、发展新经济、推动高等教育改革创新的迫切需要。当前高校普遍缺乏面向新工科的创新支撑教学平台及灵活多样的实践服务模式，如何在新工科教学改革中建设实践教学环境是新工科建设中的重大挑战。本文基于2014年启动的工科平台培养大类探索和2016年国家第一批双创示范基地建设，以MIT的创客空间“微观装配实验室”（Fabrication Laboratory，FabLab）原型为切入点，提出面向新工科特征的iFabLab建设体系，并以IT和机器人两个iFabLab建设案例，阐述了新工科创新型实践教学实验室的建设思路。最后，工科平台的学生学习效果评估数据佐证了该建设模式的有效性，为后续大学探索新工科创新实践培养环境建设提供了有益的参考模式。
关键词：FabLab Gartner，新工科，创新实践环境，体验式学习
基金项目：2018年教育部新工科研究与实践项目资助（教高厅函[2017]33号）；国家发改委国家双创示范基地建设项目
2016年5月国务院办公厅印发《关于建设大众创业万众创新示范基地的实施意见》[1]，推动未来工科的实践教学建设试点，确定首批共4所高校的大学双创示范基地。2017年教育部明确提出“新工科”建设，升级改造传统工科专业，加快培养新兴领域工程科技人才，提出“问产业需求建专业、问技术发展改内容、问学生志趣变方法、问学校主题推改革、问内外资源创条件、问国际前沿立标准”。[2]
美国工程院也曾在2016年发起了一项创新教育（ETI）研究计划[3]，着重提到环境对创新的重要作用，强调“应该为学生发展或提升创新成果所需的技能创造条件”。前东北大学校长约瑟夫·奥恩[4]和北京大学校长林建华[5]分别阐述了体验式学习对创新的重要意义，号召大学应打开校门，为学生提供原创式科研环境，培养学生有别于未来机器人的创新能力。建设面向创新的教学实践平台，是新工科建设的重要环节，也是我国大学教学改革的全新挑战。如果把各类实验室按照从实训到创新、从学科专业深度到交叉广度进行定位（见图1），传统工科学生大部分的实践教学过程是从实验中心（工训中心、物理中心、化学中心等）、专业基础实验室（电工电子中心、力学中心等）向第四象限的专业教学实验室和科研实验室延伸，通过专业领域的深入产生工程创新。从面向未来的工科实践教学来看，工科专业实践教学体系缺乏学科融合，创新能力的培养面也较窄。自创客元年（2015年）创客空间井喷式发展，掀起“互联网+”热潮，但同时由于投入不够、与企业融合不深、缺乏方向性引导，大部分创客空间只停留在创新程度较低的创意实现区域，无论是图1所标出的Artisan's Asylum还是各类创客空间都是如此。
图1 各类实验室定位示意图
一、FabLab模式及存在的问题
1.FabLab模式及推广。
MIT的Media Lab自1980年成立以来，一直致力于最前沿媒体技术及概念性产品开发。此外，MIT全球领先的工程教育能力和研究水平使Media Lab在面向未来工程实验室的建设模式方面也起到了引领作用。
2001年MIT成立的FabLab，到目前为止已推广到全球109个国家，共建设实验室1316个。中国的FabLab建设自2013年9月第一家“数制”工坊FabLabO-Shanghai在同济大学落成开始，目前在北京、广州、深圳、上海等几十个主要城市相继建立27个。经过近二十年的发展，FabLab已形成低投入、规模化的工程设备标准。技术平台的创新环境和创客们的创新能力有效地吸引了产业和学校的合作，技术平台不断迭代，已具备一定的面向未来的创新实践教育功能，从模式上与新工科的实践教学环境建设要求有一定契合。
2.FabLab模式存在的问题。
中国FabLab建设的初衷是带动高校和园区的成果转化、校企协同育人创新，但经过6年的运营，绝大部分实验室演变成中小学课外教育基地，并未形成符合创新要求的平台体系。主要存在的问题有：
（1）传统FabLab多建在非产业聚集地区，追求低成本的创新教育。而我国大部分新工科建设基地在双一流大学，双方定位不一致，不能照搬照抄FabLab设备技术标准；
（2）FabLab标准设备的加工水平和质量远低于大部分新工科建设大学完整、先进的实践教学装备；
（3）FabLab作为一种活跃技术交流平台，与创客中心、社区技术类实验室的结合更为自然，与高校的教学体系结合程度低。
我校自2014年开始实施工科平台大类培养计划改革，2016年获批第一批国家双创示范基地建设单位。在创新创业示范基地建设过程中，我们以MIT FabLab为原型，提出了全新的iFabLab建设思路，并在学校大类培养的工科平台教学计划中试点，充分发挥iFabLab开放式、交叉性、与产业融合度高、迭代性好等优势，主要做出了如下贡献：
（1）形成iFabLab建设模式，解决传统FabLab创新质量不高的问题；
（2）形成面向新工科的实践教学体系建设，解决传统FabLab未融入到培养计划的问题；
（3）形成广泛企业合作的协同育人机制，解决传统FabLab企业投入不足、无法持续发展的问题。
二、iFabLab建设方案
1.建设目标。
iFabLab的建设目标是为新工科建设提供创新教学实践的技术平台和服务，为大学建设体验式学习环境提供支撑，探索新工科实践体系和环境建设的新模式。拟成为新工科课程和专业的试点平台、高水平新工科竞赛和产业协同育人的训练组织平台。
2.建设内容。
以技术创新实践类课程、高水平技术创新类竞赛为牵引的技术平台搭建；与技术平台领域对应的长期产业合作伙伴建立；可持续发展的运行机制建立（确定产业创新的定义和技术平台不断迭代的机制、形成与培养计划融合的实践教学体系）等内容。iFabLab平台建设遵循同样的框架体系（详见图2），提供如下功能：
图2 iFabLab总体结构示意
（1）平台。
技术平台要从具备引领创新的前瞻性技术中推敲遴选，同时具备开源性质以支持二次开发。相关硬件资源具备使用频率高、便携、易维护、低操作危险等特点，例如对于机器人iFabLab既包括控制系统板卡、各类参数尺寸的车、臂、手平台等，也可以是大型可预约设备、竞赛定制场地。
软硬件台套规模定位于服务不超过两个实验教学班为宜，服务覆盖到学生完成创新类科创项目。如果设备需求更大则应交给诸如设备图书馆或者软件服务中心[6]这样的集中服务机构规划管理。
（2）人员。
由对技术平台熟悉的全职管理人员、技术平台合作企业的兼职工程师以及相关合作院系的双聘教师构成，这些人通过技术平台向上层提供各类服务。
（3）服务。
为新工科培养计划有关创新实践类课程模块提供场地/设备的预约使用、技术平台培训短期课程、校企联合课程、与院系共建辅修专业课程群、组织技术平台相关的高水平竞赛、对外与企业学院开展的各类合作等服务。
（4）管理系统。
提供设备/场地使用率统计、在线咨询，设备资源、计算资源、软件资源的预定/分配/解除等功能。
（5）质量保障。
通过对技术平台的使用效率评估、课程质量等内容的反馈、产业和一线科研人员的论证反馈，持续迭代更新iFabLab的硬软件技术平台建设。
3.运行机制和管理。
iFabLab应参照图书馆服务模式运行，对图2提及的软硬件资源、计算资源以及技术平台咨询等提供全天线上和线下服务，提供各类未来工科实践创新中二次开发所需的复杂系统平台、测试设备、器件、工程工具、耗材、场地等。
每个iFabLab配置不少于3人，分别伺职技术支持、培训授课、面对面的线上线下服务以及有关技术平台的对口院系和企业合作。
4.iFabLab在新工科建设中的角色。
为响应新工科建设，2018年中国226所高校新设诸如数据科学与大数据技术、机器人工程等专业。但是新的专业最终能够成为本科专业，大抵需要经历从科研实验室（学校/企业）科研项目群转化成培训教程、从短课程到选修课、再到专业课、专业基础课再到形成专业课程群，甚至向下延伸影响到数学等基础课的历程，可见课程的积累非常关键。iFabLab正是培育未来工科专业的缓冲器，可以尝试建设积累大量面向工科前沿的短课程来培育未来工科。
另一方面，专业方向的简单增设不能应对即将来临的第四次技术革命面向各个领域的需求，应该对大工科类培养体系重新梳理，充分体现交叉、融合和创新性实践的特点。iFabLab承担的重要角色则是为新工科大类在培养计划创新性实践环节提供支撑。
三、iFabLab的建设
iFabLab建设过程中最为关键的是确定技术平台。由于iFabLab的建设主要是为新工科提供创新实践服务，为此要明确新工科的内涵。钟登华院士对新工科内涵有清晰的阐述：“……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”。[7]吴岩司长做了更为具体的解释：“……新工科理念就是要把学科导向变成产业需求导向，破除专业分割壁垒、进行跨界交叉融合，把被动适应变成主动支撑引领”。[8]由此可见新工科建设的关键是创新、交叉、产业协同。
1.iFabLab的创新定义。
我们在建设iFabLab过程中最终把创新范畴定义为“小于5年会产生产业激浪的领域技术”。因此技术平台论证需要与来自该技术领域一流的企业共同完成。在未来的持续迭代中，仍然按照这样的逻辑持续更新技术平台，形成始终保持产业创新前瞻性的平台特征。
2.iFabLab的建设流程。
如何让创新性技术平台在具体的iFabLab建设中体现，建设步骤如下：
（1）确定技术方向。
确定技术方向的正确并始终能保持其合理性，对建设iFabLab有极大的意义但也有很大挑战。我校通过Gartner图发展路径获得iFabLab建设方向的思路。图3是2019年的Gartner技术预测，从图中标记为灰色的技术触发点可以看到，如果从当前开始建设iFabLab，则切入点集中在增强智能、边缘AI、5G、边缘分析等领域。我们实际使用的是2015年的Gartner曲线进行方向归类，在与“炒作周期”对应的“新兴技术重要性矩阵”中，2-5年内成为主流的革命性技术包括合成数据集、混合云计算、机器学习等方向；5-10内成为主流的革命性技术包括自动驾驶汽车、3D打印器官移植、虚拟个人助手等技术。我们通过归纳合并，并结合学校的优势，最终确定建设四个大类iFabLab中心：IT iFabLab、机器人iFabLab、智能制造iFablab和无人机iFabLab。这些iFabLab更具体的技术平台论证，仍然通过更细的技术预测分解参考，从中读出处于萌芽期2-5年的技术结论，比如5G技术进一步分解出IoT等。
图3 2019年Gartner技术预测曲线
（2）寻求产业合作。
每一个技术领域都要找到标杆企业，这些企业可能是未来技术标准的参与制定者，比如5G技术产业中活跃且影响力最大的是华为，则产业的合作伙伴应该优先展开与该公司的合作，这些技术需要进一步分解，图4是其中有关物联网的技术分解细节，从底层的芯片、到中间件、协议、应用，每一层对应的技术平台，可以进一步深入到产业的具体业务部门开展具体的技术合作，比如芯片中提供IP的synopsis公司、中间件的Tridium公司、通信协议的华为NBIoT部门等。
图4 IoT课程迭代过程
（3）融合课程体系。
不同层次的技术细节从易到难形成递进性课程内容以对应技术平台体系。技术平台必须对应到课程内容，这是iFabLab使用效率的基本保障，同时这些课程要充分利用产业对新技术人才培养的主动性，大幅度改革课程教学方式，形成项目式课程并有更好的教学设计以充分激发学生们的创新潜力。
（4）建立持续迭代。
iFabLab不仅要保证建设伊始具备产业前沿性，还要持续保持这种特征，失去持续迭代能力，创新性功能会随着时间的推移而消失。为此需要注重如下问题：
iFabLab建设为保证技术方向在多数情况下选择正确，应该有很强的企业共建特征。企业对产业的认识要远远深刻过高校，共建的模式涉及到双方的持续投入，共同承担风险的压力机制能够一定程度降低技术平台的方向性错误。
iFabLab要有及时调整方向的能力，我们称之为iFabLab轻量化建设原则。从设备投入、运维能耗以及占地等方面，务必设置对应的建设上限指标，即场地不宜过大、耗电不宜过多、一次性投入不能太多（在3-4年内价值折损完为宜）、维持性投入不宜太多，比如智能制造作为一个大的方向，尤其对从工程训练中心改造而来的项目，有些建设单位建设智能制造产线来体现，这样的项目投入过大、占地过多、维护困难、升级周期长，就不具备轻量化特征，不适合成为iFabLab立项内容。
综上所述，iFabLab建设的基本流程中，把握的特征包括：产业预期主题、学科交叉、学生兴趣；轻量级、高智力需求；与企业共建。下面以IT iFabLab和机器人iFabLab建设为例，介绍iFabLab的实际建设过程。
3.IT iFabLab建设案例。
遵照前一节建设思路，要定义若干更细的技术平台，需要在每个技术环节，找到一流企业开展深入合作，通过实践课程建设逐步纳入新工科培养计划、参与高水平竞赛，形成有特色的共建实验室。
（1）建设目标。
预期IT行业内标杆性企业达到10家左右，形成围绕物联网、5G、人工智能、VR/AR为主要方向的课程、服务于创新实践课程、竞赛等教学活动的技术支撑平台，深入开展与校内电院、微电子学院、软件学院等单位合作，利用有效人事机制调动高质量师资积极性。
支撑学校工科平台实践课程的教学改革，每年课程服务不少于2万人；支撑学生科技创新项目，每年不少于50项；支撑学生社团活动，每年入驻学生团队不少于10支；形成完善的实验室安全管理制度及宣传保障体系。
（2）技术平台。
IT技术领域广，限于篇幅以IoT课程建设过程为例（见图4）：物联网的应用导向来自智慧家居、智慧城市、智慧农业等领域，其分解的技术平台包括边缘计算的系统平台、物联网操作系统、接入通信协议、FPGA的物联网解决方案、物联网SoC级IP（处理器、连接接入、接口），技术平台逐级向下延伸形成对应的实践类课程包括低功耗SoC技术、低功耗FPGA物联网设计、嵌入式操作系统实践、IoT通信协议、软件无线电等内容。这些课程通过有引导的技术平台形成开放式应用，可为应用领域提供新的解决方案，和企业共同推动向产业演进，是一个从产业预期的技术需求开始再回到应用的循环过程。
（3）课程。
课程的建设内容是通过上一节从产业创新例化，推演到技术平台，再通过技术平台归纳形成实践课程模块，课程形式包括：
学院+企业模式：对接企业并在校内寻找合适学院相关方向老师协助授课，启动人事双聘模式；比如Intel+软院的物联网硬件创客模块、软院+HTC的VRAR课程等。
iFabLab+企业模式：基于具体技术平台以项目设计为主，师资也以企业的资深工程师为主，iFabLab则派老师跟课，经过几个轮次过渡到iFabLab老师授课。目前IT iFabLab以此模式开展的课程包括NI的软件无线电通信、腾讯3D平台开发等。
体系课程模式：系统化引进企业带有认证的课程体系。采取学院+企业模式或者iFabLab+企业模式，结合企业或者行业应用，通过择优实习或优先录用的优势吸引在校学生，开展企业的体系课程。目前iFabLab这类课程的参与企业主要有华为、Intel、TI等。
4.机器人iFabLab。
（1）建设目标。
针对新工科人才培养新要求，以综合性机器人平台资源、层次化创新教学体系、立体式能力培养方法，建立完整的机器人实践教学课程体系、开发面向未来的机器人创新实践项目、建设以竞赛为驱动的机器人实践平台、培育符合未来发展的机器人创业项目。
（2）技术平台。
遵照iFabLab建设思路，机器人技术领域广，限于篇幅，以服务机器人课程建设为例（见图5）：其应用导向来自智慧家居、智慧城市等领域。分解的技术平台包括嵌入式系统设计技术、控制系统、传感器平台、机器视觉平台、自然语言理解平台、定位/组网平台等。
图5 机器人课程迭代过程
（3）课程模块。
技术平台逐级向下延伸的实践类课程模块包括移动机器人实践、机器视觉技术、Arduino机器人构建、低功耗SoC技术、FPGA物联网设计、ROS机器人系统开发、SLAM技术等。
5.iFabLab课程导入和运行管理。
iFabLab课程从不算学分的短课程，再到计入学分课程，出口到工科平台的实践教学计划中，主要以课程模块加入到“工程实践”“工程导论”两门3学分必修课以及“工程认知实践”“工程技术探究”两门通选课中。其他的则最终通过选修课以校企联合开课名义开设。
对进入iFabLab的学生采取预约、培训、授权、助教协助等相对自主的管理模式；采用教师+工程师+技师的联合指导模式；教学辅助人员4名+管理人员1名。利用中心网页、微信公众号等网络及多媒体平台等进行分发和活动宣传，定期组织竞赛、邀请院系、企业、投资等多方资源参与扩大影响力。
四、成效分析及问题
面向新工科的实践教学改革主要通过2014年开始的学校工科平台大类培养计划实施完成，其中课程改革主要在工科平台通过3学分的必修课“工程实践”课程大纲40%改造以及两门通选课“工程技术探究”“工程认知实践”完成。因此下面通过工科平台建设初期平台内学生和非平台平行班学生的相关工程实践能力指标对比，以及随着工科平台的全覆盖后持续跟踪的学生各类学习产出评价等方法进行成效分析。
1.iFabLab创新课程的辐射量成效。
2016-2018学年，iFabLab开课受益学生见表1，课程选课人数达到5693人，体现了iFablab的基本运行效率。大部分课程开在培养计划前三学期，为学生后续通过课程设计、竞赛、大创项目、毕业设计等实践教学活动重新回归iFabLab奠定基础。
表1 2016-2018年iFabLab课程受益学生统计
iFabLab在2016-2018学年共开设20门选修课，大部分是校企合作的选修课，课程学科包含了工学、理学、医学三大学科，全校范围内15000余名学生从这些课程中受益。
2.学生实践能力成效评估。
图6是跟踪2018届毕业生调查中有关七种能力评估的结果，其中“工程设计能力”“工程实践能力”“集成创新能力”三项与目前在建的iFabLab相关，这三项指标实施实践教学改革的工科平台学生能力增长值显著高于面上学生。
图6 2018届平台和平行班学生七种能力增长值对比
图7是通过毕业生问卷调查持续跟踪2017-2019届有关独立获取新知识能力、解决问题的实践能力以及创新精神、创造意识和创业能力这三项与iFabLab有关的能力测试指标示意，三届学生这三项指标比入学时提高的幅值，一直稳定显著高于全校平均值。
图7 2017-2019届平台学生创新实践相关能力评估
3.多样化竞赛体系。
通过iFabLab的竞赛聚集能力，组织Robo-Master机器人竞赛、VEX机器人竞赛、中美创客校内赛等校内竞赛，选拔出优秀学生参加相应的全国赛及国际赛，各大赛事在iFabLab常态化举办和发展，为学生提供了多类竞赛平台。
我们针对2014-2016级三个年级工科平台在校2015-2017年统计其参加校级、市级、国家级和国际级竞赛数量，这个数据稳定与工科面上学生相当，一方面工科平台学生课业压力要更重、入学分数也低，但是参加竞赛获奖的比例和面上学生基本持平。2013-2017年全国高校竞赛排行榜上，上海交通大学排在第一[9]，也可部分间接说明iFabLab在创新竞赛上的作用。在iFabLab建设中，涌现出大批优秀的学生团队，仅机器人FabLab在2016-2018年，累计参与学生就达2000余人，先后参加RoboCup2017并获小型组世界冠军、2019VEX机器人世锦赛获世界冠军。
图8 2015-2017年平台与平行班学生各类竞赛数据
4.校企合作成效。
至2019年1月，通过iFabLab达成合作的企业已达70家，先后和谷歌、微软、德州仪器、腾讯、百度、华为等各个领域的标杆型企业签订了合作协议，在课程、竞赛和大学生创新实践项目等方面进行合作。
5.存在的问题。
iFabLab技术平台建设要素与传统实验室建设观念存在矛盾冲突，传统实验室建设思路的惯性影响仍然会带到iFabLab的建设中来。我们一些建设项目还是未能完全遵循轻量化iFablab的建设原则，从后期效果来看确实存在持续发展问题。
iFabLab所需高质量技术人员与目前高校整体招聘导向存在矛盾。iFabLab需要一流技术专家的融入，由于建设的技术平台在产业上是活跃的，相关高质量技术人员的产业市场需求更强，而目前高校重研究轻工程的人事导向极大限制了这类人员的引进和培养，高水平产业创新人才的缺乏会直接影响iFabLab的持续建设质量，尽管我校已经通过各类双聘、兼职等人事改革进行尝试，但是这一问题仍然需要长期的努力。
iFabLab探索的创新实践最终希望影响新工科的培养体系，目前看来相关的实践创新课程通过我校由教务处牵头、学生创新中心等单位配合的大教务处机制得到较好落实，但是更进一步推动工科平台更大范围的实验教学改革，仍然困难重重，大量的课程传统内容难以撼动，课程交叉的形式存在但融合不足，课程教师对新工科的理解较浅、知识体系老化严重、教学思考欠缺。
五、展望
以iFabLab为体验式学习平台，瞄准前沿产业科技、突出科技创新课程的核心地位，通过认知、课程、实践、竞赛、创新等阶梯式培养道路，形成层层递进的新工科创新人才培养方案，重构新工科体系下理论和实践课程并重的课程体系。
我校通过iFabLab建设，开展校企联合开课、共建实习基地，实现学校和企业的深度合作，形成校企融合、学科融合、院系融合等多模式协同育人的创新实践教学模式，基于产业导向的创新平台，贯彻交叉融合的实践教学培养体系，突破专业限制，以期在未来形成新工科大类的培养思路。
作者简介：付宇卓，上海交通大学学生创新中心常务副主任、电子信息与电气工程学院教授，博士；刘婷，上海交通大学电子信息与电气工程学院讲师。
作者:上海交通大学学生创新中心常务副主任/电子信息与电气工程学院教授 付宇卓 上海交通大学电子信息与电气工程学院 刘婷
来源:《高等工程教育研究》2020年第05期