【学生管理】新工科背景下工程创新人才国际培养的探索与实践——基于“双跨”团队体验混合式学习模式的建构

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作者简介：宋余庆，教授，江苏大学副校长，从事高等教育管理研究。

陈权，教授，江苏大学教师教育学院副书记、副院长，从事高等教育学研究。

引用本文：宋余庆, 陈权, 刘哲，等. 新工科背景下工程创新人才国际培养的探索与实践——基于“双跨”团队体验混合式学习模式的建构[J]. 高校教育管理, 2018, 12(3): 102-108.

摘要：新工科的理想目标是培养适应新时代、新技术要求的现代化工程创新人才。文章分析了新工科背景下工程创新人才的内涵素质和混合式学习的基本理念，剖析了我国工程创新人才培养存在的高等工程教育工程实践和创新力不足、高等工程实践教育国际化视域和跨学科整合不够等主要问题。江苏大学围绕新工科国际化工程拔尖创新人才培养展开了探索和实践，同日本、韩国等多所高校合作，基于混合式学习的基本思路和理念，把传统课堂教学和现代多媒体网络学习有机结合，建构了“跨国、跨学科团队体验式的工程创新能力培养模式”。

关键词：新工科；工程创新人才；混合式学习；“双跨”团队

伴随着网络化、智能化、服务化、协同化的“互联网+”新经济形态的形成和发展，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，教育部于2017年上半年发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》。新工科（Emerging Engineering Education）是基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而提出的，其内涵是以应对变化、塑造未来为建设理念，更加强调学科的实用性、交叉性，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，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征。为探索形成具有中国特色和世界水平的工程教育体系，推进我国从工程教育大国走向工程教育强国，教育部副部长林蕙青在新工科研究与实践专家组第一次会议上提出，高校深化工程教育改革要主动服务国家战略需求，主动服务行业企业需求，多方位、多渠道加快推进新工科的建设与发展。作为全国首批61所“卓越工程师教育培养计划”院校，江苏大学面向未来布局新工科建设，积极探索更加多样化和个性化的工程创新人才培养模式，与亚洲地区多所知名高校合作，构建了一套基于“跨国、跨学科”团队体验混合式学习模式，重点培养学生跨学科、国际化、信息化以及创新工程实践方面的能力，建立了与国际接轨的工程科学与技术人才培养模式和机制，为地方高校工程创新人才培养探索了一条有效途径。

一、新工科背景下工程创新人才的内涵和特征

大学新工科建设本质是什么？张进明认为，新工科本质就是培养创新型人才，核心目标是培养伟大的工程师——应用自然之理进行伟大创新的人。也就是说，新工科的理想目标应该是培养适应新时代、新技术要求的现代化工程创新人才。

工程(Engineering)是指将自然科学的理论应用到具体工农业生产部门中形成的各学科的总称。在现代社会中，工程一般指的是以价值为取向，整合科学、技术与相关要素，有组织地实现特定目标的实践。工程创新人才是工程类的创新型人才，其含义源于创新人才。从20世纪80年代我国倡导培养创新人才以来，学者们对创新人才的内涵进行了广泛的探讨。他们大多认为，所谓创新人才是指掌握扎实理论基础和知识基础，具有创新人格、创新意识、创新精神、创造性思维，创造能力强，在促进科技进步、经济和社会发展的实践活动中做出创新贡献的优秀人才。与一般人才相比，创新人才应该具有其独特的一面。学者们普遍认为，创新人才不但要具备很强的好奇心和求知欲、自我学习与探索的能力、广博而扎实的知识、较高的专业水平，还应具备良好的道德修养、健康的体魄、良好的心理素质并能够承担艰苦的工作等素质特征。王革思、陈玲对创新型工程科技人才的内涵进行了界定，认为创新型工程科技人才是指具有国际视野和工程专业知识及技术，能够在工程实践中不断发现问题并解决问题的综合型创新人才。由此可见，工程创新人才应该是指经过系统的工程课程教育和培训，具有较强创新精神、创新思维和创新工程实践能力，能够在包括机械、电子、电气、能源、计算机、土木、建筑、矿业等各个工程领域做出较大创新和贡献的人。

与老工科相比，新工科更强调学科的实用性、交叉性与综合性。新工科建设的目的是为新技术与新产业发展培养各种工程创新人才，如新工科科技人才与研发人才、新兴产业人才、卓越工程师人才、交叉复合型人才、国际竞争人才、可持续竞争人才等。张进明把新工科培养的伟大工程师的能力特征概述为五个方面，分别是批判性思维、自拓展的知识结构、技术理解力、设计思维和领导能力。美国欧林工学院把现代工程创新人才应具备的核心素养概括为九个方面，分别是定性分析、定量分析、团队工作、交流沟通、终身学习、理解环境、设计、判断力、机会评估及发展等。工程最基本的属性就在于它的实践性，工程实践和工程设计能力是工程创新人才的基本要求。新工科背景下的工程创新人才在知识结构方面还应满足跨学科交叉和整合的更高要求；在综合素养方面还应具有领导力、团队沟通协作等能力。此外，超越国界地域局限、具备全球视野和国际观念，也应该是新工科背景下工程创新人才的必备素质。综上所述，新工科背景下的工程创新人才应该必须具备的素质有国际视野、定性定量分析能力、团队协作能力、理解环境能力、批判性思维、自拓展的知识结构、技术理解力、评估判断能力、设计思维、领导能力、跨学科整合以及工程实践能力等。

二、当前我国工程创新人才培养存在的主要问题

（一）高等工程教育工程实践和创新力不足

高等工程教育的根本任务就是培养具备工程和实践能力的现代化工程人才，其基本性质在于技术科学知识是其主要学科基础，应用技术是其主要专业内容，工程应用是其主要服务对象。因此，工程实践是工程教育的本质特征，也是工程拔尖创新人才培养的基石。我国高等工程教育规模位居世界第一，是名副其实的工程教育大国。然而，在当前工程实践教学基地的规模和教学内涵大为拓展的情况下，工程教育实习时间却不断紧缩，由8周降为5～6周，甚至2～3周，能够保证6周的学校为数不多。

对工程能力和素质的弱化是我国工程人才培养中比较突出的问题，高校对学生工程背景、工程意识和工程实践的教育普遍未给予足够的重视。中国工程院院士潘云鹤明确指出，我国高等工程教育中工程性与创新性缺位的现象具体表现在三方面：一是实践环节薄弱导致的工程性缺失；二是缺少多样化和适应性的人才培养模式；三是缺乏对工程科技创新的兴趣培养。究其原因，一方面，重学术研究轻实践教学的现象在我国高校尤其具有较强办学实力的院校中比较普遍，无论是年终考核奖励，还是教师晋升职称均向学术科研倾斜，单纯从事实践教学而无学术科研的教师根本无“前途”可言。另一方面，工程实践课程开发普遍不足，无法满足优秀工程人才培养的需要。受观念和资源等多种条件制约，绝大多数高校的工程教育课程仍以课堂教学知识传授为主，与产业实践环节的结合不够深入，前沿性、实质性工程实践和工程设计教育内容供给不够多，因此很难进一步提高学生的工程实践能力和创新能力。再者，从事工程人才培养的教师，其本身教学与工程实践经验通常也比较匮乏。有教育学家指出，工程教育的师资是个大问题：博士出身的大学教师几乎100％没有工程实践背景。这就客观上造成了当前高校工程教育的工程实践和创新不足，难以真正培养出优秀的工程创新人才。

（二）高等工程实践教育国际化视域和跨学科整合不够

与国际接轨，培养国际化实践能力是提高我国工程人才培养质量的有效途径，也是工程拔尖创新人才培养的必然要求。有关调查显示，我国工科毕业生中可以达到跨国公司用人标准的仅占10%，造成了许多跨国公司无法在国内招到合适的工程人才，这意味着我国高等工程实践教育国际化水平不高，反映了我国工程人才国际化实践能力不够。工程教育国际化就是要积极利用全球优秀的工科生源和教育资源为全球市场培养工程技术人才，其核心是要按照国际标准和国际化要求培养具有国际视野的工程人才。高等工程教育的国际化不仅表现在理论教学方面的国际化，还应强化实践环节的国际化。在经济全球化的形势下，国际化企业对工程人才培养的要求也不断提高，这也给大学提出了新的挑战。国外许多高校长期实行实践中学习、产学合作的工程教育方式，加强与企业建立紧密的合作关系，不断改进、积累国际化工程教育经验，培养出大批国际化的创新人才，这值得我们学习和借鉴。把学校、学科和个人的发展放到国际参照系中进行比较和检验，学习国外先进经验和做法，为教师交流和工程人才培养创造良好的氛围，有利于提高工程人才培养的质量。

当前我国高等工程教育的另一个突出问题是跨学科交叉融合不够，使得培养出来的工程创新人才的创新意识、创新思维和创新能力等方面都受到了很大局限。所谓跨学科，即现实中的实际工程问题往往非常复杂，复杂到靠单一学科无法解决，必须要整合多门学科知识与思维模式。跨学科与多学科并不是一回事，多学科是指多门学科的简单累加，而跨学科则以学科为依托，重点是对多学科的知识和理论进行整合以形成新的思维方式和知识体系。跨学科要以现实问题的研究和解决为依托，要超出单学科研究的视野，要关注复杂问题或课题的全面认识与解决；跨学科更要有明确的、整合的研究方法与思维模式，它的终极目标是推动新认知、新产品的出现，在跨学科基础上完成创新与创造。

三、 “双跨”团队体验混合式学习模式的建构

(一) 混合式学习的基本理念和特点

随着互联网的全面普及和信息技术的飞速发展，人们的学习方式和教育理念也随之发生了相应改变。线上线下、课内课外、E-learning等多种学习方式被不断提出并应用。通过计算机等高科技设备的使用，可以让不同国籍、不同专业、不同年级的学生坐在同一间教室里，根据自身的学习进度，选择与以前知识和学习风格相匹配的工具、技术、媒体、教材、设备等进行自主学习。

混合式学习是在E-Learning（Electronic Learning）基础上发展而来的。E-Learning是一种基于人与人之间交互作用和新沟通机制的受教育方式。主要利用网络技术传送强化知识和提高工作绩效。虽然E-Learning具有不受时空限制、随时随地满足学生个性化的学习需求的特点，但它却无法完全代替传统的课堂教学。为综合兼顾并充分发挥传统课堂和E-Leaning双方面的优势，国际教育技术界提出了混合式学习（Blended Learning）概念，即一方面要充分发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，另一方面要充分体现学生主体的主动性、积极性和创造性，最大限度地提高学习效率。

通过查阅文献可以发现，国内外学者对混合式学习的认知基本趋于一致。混合式学习的实质是基于建构主义、人本主义等学习理论，以及教育传播、虚实交融和情境认知等多种理论，以学习者为中心，倡导探究式、自主式和协作式学习，通过精心开发在线课程、开展生动有趣的面授、深入进行同伴经验的分享等，把资源尽可能多地整合到一起，建立“一站式”的学习平台，能够让学习者参与多个正式、非正式学习活动。混合式学习的“混合”是指学习理论、学习风格、学习方式、学习资源和学习环境的多种混合。然而，多种理论、风格、资源和环境的混合，并非混合式学习追求的方向和目标。混合式学习所追求的是学生学习的效率、效果、深度及广度。混合式学习是根据学生学习的心理特点和规律，结合新技术特点，以学生为中心，创设情境，最大限度地让学生乐意接受并主动学习新知识和技能。因此，混合式学习不仅仅是一种新的学习方式，更是一种新的教学理念和思想，它是因应“互联网+”时代的必然产物。随着MOOCs、微课堂等新兴教学模式的兴起，传统的课堂教学模式正在受到混合式学习模式冲击，并最终将逐步被取代。混合式学习的设计与应用将是未来高等教育发展的重要趋势之一。

（二） “双跨”团队体验混合式学习模式设计

新工科建设要求高等教育主动适应新的时代要求，积极探索工程人才培养的新理念、新结构、新模式、新质量和新体系。围绕新工科国际化工程拔尖创新人才培养目标，江苏大学展开了积极的探索和实践，与日本、韩国等多所高校合作，基于混合式学习的基本思路和理念，把传统课堂教学和现代多媒体网络学习有机结合，建构了“跨国、跨学科团队体验式的工程创新能力培养模式”。

“跨国”即教学团队和学生团队成员均来自不同国家。优质的教学团队是高质量工程人才培养的必要前提。为此，江苏大学联合了日本和韩国的亚洲名校，以培养学生工程创新能力为目标，选拔了一批在工程领域具有丰富教学和工程实践经验的教师，组成跨国教学团队进行联合教学。同时，为了培养学生国际化意识和能力，在工程拔尖创新人才的培养对象选拔方面，学校坚持优中选优且跨国组建的原则，一个学生团队的成员必须来自不同国家的不同学校。“跨学科”即尽管同属于工程类，但无论是教学团队还是学生团队，其成员所在学科或所学专业都是不相同的，目的是促进不同学科的教师和不同专业的学生在学习实践中实现思想碰撞，最终拓宽学生的设计思路和知识结构，提升学生的批判性思维、技术理解力和跨学科整合能力。同时，“双跨”学习团队的组建还有利于培养学生自我管理能力和领导力。“体验式”即在工程创新能力培训的全过程中，学生始终是主体和主角，教师只充当配角和引导员，引导学生通过亲身经历去感受创新实践的全过程，激发他们的好奇心，在解决实际的工程问题中，潜移默化地提升人文素养。

综上，“双跨”团队体验混合式学习模式是一种以跨国、跨学科团队开展自主体验式创新实践的新型学习模式。依托江苏大学发起的中日韩创新工程系列教育项目，该模式以三国的机械、电子、计算机专业学生构成跨国、跨学科团队，以跨学科的“3D打印/Arduino/树莓派/Android”创客技能构成创新基础知识，在此基础上，引导“双跨”团队围绕某一主题，自我探索问题、自主提出问题、自主设计解决方案、自主完成开发与测试工作，学生在体验创新设计的过程中实现“做中学”，成为学习的主人。

（三）多层次跨学科学生创新实践团队体验混合式教学体系

以创新创业与国际化为背景，以工程教育教学改革为动力，以提升学生工程实践能力和创新能力为目标，面向全体本科学生，依托国家级实验教学示范中心——江苏大学工业中心的优质教学资源，以中日韩多所高校机械、电子、信息、医学等多学科背景教师前期的科研与创新教学合作为基础，学校组建了中日韩跨学科教师团队，面向多学科背景的本科学生，构建“机械/电子/信息技术基础知识教学+自主创新（创新思维训练+头脑风暴）+创新实践+拓展研究+国际竞赛+双学位联合培养”的多层次跨学科创新实践教学体系，探索有效的教学模式，将创新能力培养贯穿整个教学活动的始终。

（四）国际化跨学科混合教师队伍和学生团队组建

依托学校已经成功开展的一系列中日韩教学合作项目，江苏大学整合三国高校优质教育资源，组建国际化跨学科混合教师队伍和学生团队，最大限度促进和帮助学生主动学习、探索学习和协作学习。目前国际化教学团队规模已近百人，并通过深化机械、电子、计算机、通信等专业学生导师之间的国际合作，实践探索出如何形成高水平、稳定的跨专业国际教学队伍；以融合多学科技术的“Arduino/乐高/Android/树莓派/Fischer机器人平台”作为创新设计对象，为三国高校机械、电子、计算机专业学生提供科学合理的创新设计课程体系，在教学中不断提升学生的创新思维和创新能力，及时发现和把握具有工程应用前景的创新课题，使学生能力培养和教师科研紧密结合。

学校组建国际化跨专业学生混合团队，每个团队人数为3～5人，包括中日韩三国学生以及机械、电子、计算机等不同专业学生，以确保知识互补。每年暑期训练项目结束后，学校继续通过网络维持团队工作，以准备中日韩创新设计竞赛/创新研究与教育会议为目标，当年年底继续参加中日韩创新设计竞赛，与团队的日韩成员见面，交流半年来的团队工作成果。学校通过每年暑期训练项目与年底创新竞赛，实现国际化跨专业学习团队的稳定。目前已建立的中日韩系列教学合作，每年将分别在中日韩轮流举办，学生通过三年的项目参与，可以先后访问本国之外的其他两国，了解中日韩三国文化，开拓国际视野。

（五） “双跨”团队体验混合式学习项目平台

1. 暑期创新工程设计项目（Summer Program for Innovative Engineering Design，SPIED）。暑期创新工程设计项目是江苏大学与日本山口大学、韩国首尔市立大学、韩国群山大学等于2013年共同发起的系列创新活动之一，主要在暑期面向中国、日本、韩国等高校的机械、机电、测控、光信息、电气、电子、通信、计算机、医学检验等专业学生，以组成跨国合作小组的模式开展国际创新教学实践，探索国际合作教学、国际联合培养的新思路、新方法。该项目时间为2周，包括1周的综合知识教学与1周的团队创新实践，每年暑期8月的最后两周实施，由三国高校轮流承办；以智能设备为创新对象，以英语为交流语言，通过将不同国家、不同专业学生进行分组实物创造，实现多专业知识融合、工程能力提升、创新能力扩展、团队意识培养、国际交流能力增强，逐步引导学生踏上体验式自主创新实践之路。

项目中，每个“双跨”学生团队包括3～5名学生，必须至少包括中日韩三国学生各1名，至少包括机械、电子、信息大类学生各1名，以便达成专业知识互补、强化国际交流的目标。第一周的教学由三国教师协同完成，全英文授课，教学内容同样围绕“3D打印/Arduino/树莓派/Android”，重点强化若干工程案例。第二周，学生团队以智能设备为目标，围绕某一主题（如服务于老龄化社会的智能装置等），用4～5天时间，自主提出问题，自主设计方案，经教师团队评估通过后，最终完成一项实物作品，向参加项目的所有教师与同学们公开演示、汇报自我设计工作。

2. 创新工程设计竞赛（Creative Engineering Design Competition，CEDC）。创新工程设计竞赛是跨国、跨学科学生团队进行工程创新竞技项目，是在暑期创新工程设计项目基础上发展而来，旨在加强中日韩三国学生之间的国际交流，探索国际创新教育、创新工程能力培养的新思路。

该项目围绕机械、电子、计算机等工程领域智能化装置设计制作，以共享优质教学资源、建立国际化创新教学实践平台、促进校际学术交流、共同提升工科学生创新能力为目的，通过竞赛形式为在SPIED项目中产生的优秀创新作品以及其他优秀参赛作品提供相互比较、学习与完善的交流平台。该项目一般于每年的12月份在中日韩三个国家的高校轮流举办。

3. 国际创新研究与教育会议（International Conference on Innovative Application Research Education，ICIARE）。国际创新研究与教育会议每年12月与创新工程设计竞赛同期举办，为暑期创新工程设计项目提供后续的学术交流环节，旨在交流中日韩三国高等教育教学与科学研究中的创新思路、创新方法以及创新实践，参加者均需向与会代表介绍近期的教育、研究工作，探讨国际化工程创新教育。

国际创新研究与教育会议、创新工程设计竞赛均可视为跨国、跨学科团队体验式创新实践的接力点，经过这一接力点，学生团队获得阶段性成果评价，在此基础上进入下一阶段的自主创新实践。

此外，“双跨”团队混合式学习模式还相应地建立了亚洲创新研究与教学网站和Moodle课程网络学习与交流平台，为新工科工程创新人才国际培养创造了系统完备的混合式学习平台，合理提供了多种学习资源和环境。各个学习实践及创新项目互为基础、密切关联，有效地保证了学生通过一系列教学活动后能够在领导力、团队协作、创新设计、工程实践以及国际化和跨学科等多个方面得到训练和提升。

四、 “双跨”团队体验混合式教学的实践和成效

针对我国高等工程教育工程实践和创新力不足以及国际化视域和跨学科整合不够等问题，江苏大学紧紧围绕新工科工程创新人才培养目标，基于混合式学习的基本理念和特点，建构了“双跨”团队体验混合式学习模式，并积极展开了应用和实践，取得了一系列令人满意的成绩，为地方高校新工科建设提供了启示和参考。

首先，确立并践行了跨国、跨学科团队体验混合式学习理念，有效突破了我国工程人才培养国际化视域和跨学科整合不够的瓶颈。应用“双跨”团队混合式学习模式，以培养具有全球竞争力和跨学科整合能力的新工科工程创新人才为目标，中日韩三国的江苏大学、山口大学和首尔市立大学投入了一定的人力、物力和财力，每年从在校学生选拔具有机械、电子、电气、能源、计算机、土木、建筑、矿业等不同工程背景的优秀学生，组建跨国、跨学科混合学生团队；同时选拔具有不同学科背景的优秀教师组成混合教学团队，参加SPIED、CEDC、ICIARE等项目，把传统教学和现代多媒体网络学习有机结合，发挥混合式学习模式的优势，充分调动了学生们学习的积极性、主动性，提高了学生们协作学习的能力。不同国籍、不同专业、不同年级的学生组成不同的团队，坐在同一间教室里，通过头脑风暴激发团队的创意火花，有效地实现了文化交融、技术交叉，团队意识、批判性思维、知识结构、技术理解力、设计思维、领导能力和工程实践能力等都得到了加强。

其次，创办了四个“双跨”工程创新实践项目，有效推动了高等工程教育工程实践和创新能力的培养。以提升学生工程实践和创新能力为核心，江苏大学先后创办了SPIED、CEDC、ICIARE、“三国三校”研讨会等四个国际创新工程实践教育项目，增强实践创新能力的培养力度。为了帮助学生团队更好地开展自主体验式创新实践，扩大校内参与学生的规模，江苏大学进一步设置了若干创新社团，并积极引导学生团队申请各类创新实践项目，参与国内组织的各类创新竞赛。学校以社团作为学生课外创新实践的载体、以各类创新实践项目凝聚学生团队、以各级竞赛的作品准备激发学生团队的动力，实现了工程能力与创新能力的强化。目前学校已组建了慧鱼机械、智能车、机器人等课外创新社团组织，参加学生约150人/年；学生自主申报国家、省、校三级大学生实践创新项目，年均立项约400余项；完成国家、省、校三级科技创新项目400余项；学生自主参加全国机械创新大赛、全国大学生智能汽车大赛等国家、省级竞赛，获省级以上奖项140余项。

最后，建构了一套“双跨”团队工程创新人才培养体系，积极探索新工科建设背景下工程创新人才培养的有效路径。经过多年的探索，江苏大学以机械、电子、信息、食品等交叉学科知识为基础，以国内“创新课程+创新社团+创新训练项目+创新竞赛”为国内训练环节，以创办的四个国际教育项目为国际协作教学环节，实现创新意识与工程能力的提升、国际视野和跨学科整合能力的扩展，建构了一套工程创新人才培养的有效体系。实践证明，“双跨”团队工程创新人才培养体系满足了新时代工程创新人才培养的客观需求，跨国和跨学科国际化教师团队和学生团队的组建充分调动了师生们教和学的热情与积极性，学生在团队体验混合式学习过程中，最大限度地利用已知学科专业知识和学习环境，交互融合、团队协作、头脑风暴，实现跨学科知识和思维模式的交叉整合，无论是工程实践、技术理解、评估判断和创新创造方面，还是团队协作、理解环境以及领导力方面，相关能力都得到了开发和训练，更为重要的是，学生们的国际视野和跨学科整合能力也得到了大大提升，为未来承担新工科和新工程建设发展重任奠定了良好基础。