最新研究成果：
《基于共同体准则的治理：工程教育认证的理论源流与实践走向》
《超越技术：融合式教学中课堂氛围对大学生学习效果的影响》
《工程硕士教育认证：通用标准与测量方法》
《国际科研机构“有组织科研”发展分析》
《李卓宝高等教育思想与实践研究》
《改革工科研究生教育 着力培养卓越工程师》
《在线同步学习效果的影响机制：交互行为的中介效应——基于清华大学大规模在线调查数据的分析》
《我国工程教育国际竞争力分析与提升策略——基于国家优势理论的5个方面为观照点》
《学生眼里的在线教学:行为、效果与挑战——基于新冠疫情期间清华大学学生在线学习行为调查》
《世界一流大学人工智能本科人才培养模式及启示——基于麻省理工学院、斯坦福大学和卡内基梅隆大学的比较分析》
【摘 要】全球工程教育发展正在进入加速变革期。当前卓越工程师培养面临着一系列重大挑战，文章择要分析了工程复杂性增长、数智技术的加速迭代、知识半衰期缩短、世界可持续发展等十个方面的挑战。结合工程教育中“学术漂移”现象的分析，探讨了卓越工程师培养的若干问题成因，为加快建设中国特色、世界水平的工程师培养体系提出了若干对策建议。
【关键词】卓越工程师；世界水平工程师培养体系；工程教育改革
01
引言
随着全球新一轮科技和产业变革深刻演化，“百年未有之大变局”持续演进，国际科技领域竞争日益激烈，全球工程教育发展正在进入加速变革期。在我国，卓越工程师是国家战略人才力量，是支撑高水平科技自立自强，实现中国式现代化的重要人才支撑。2021年9月，习近平总书记在中央人才工作会议上指出，“要探索形成中国特色、世界水平的工程师培养体系，努力建设一支爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的工程师队伍”[1]。2022年9月27日，教育部、国务院国有资产监督管理委员会共同组织召开卓越工程师培养工作推进会，18家国家卓越工程师学院建设单位联合发布《卓越工程师培养北京宣言》[2] 。2022年党的二十大报告中指出：“加快建设国家战略人才力量，努力培养造就更多大师、战略科学家、一流科技领军人才和创新团队、青年科技人才、卓越工程师、大国工匠、高技能人才。”[3] 这些战略性安排，正在对我国工程教育改革产生全局性、长远性影响。
本文通过分析卓越工程师培养面临的若干挑战，对我国工程教育改革提出若干建议，以更好地应对新时代对卓越工程师的需求，推动工程教育的创新发展。以下列出的十个挑战，主要涉及工程领域、工程知识、工程职业、工程学习等方面正在发生的新变化或大变革。如何应对这些挑战，将对工程教育未来发展产生深刻影响。
02
卓越工程师培养面临的十大挑战
（一）工程复杂性增长的挑战
工程领域正朝着综合性和系统化的大型工程发展方向迈进[4]。现代工程的内涵正发生巨大变化，工程的范围越来越向自然系统、社会系统和生命系统的各个层面延展，以“大工程”为特征的新领域不断产生，例如，与自然物结合的工程（如深海、深地、深空探测工程等）、与社会结合的工程（如人工社会、社会计算等）、与生命体结合的工程（如基因工程、脑科学技术与工程）等。
工程复杂性增长给工程教育带来的具体挑战包括：1. 工程问题域持续扩大，工程活动与经济、社会、生态系统等广泛交织、交互作用，工程问题求解的难度加大；2. 工程知识域动态变动，工程知识与自然科学、社会科学、人文艺术紧密连接、相互渗透，工程学科内容常新且向深度和广度生长；3. 工程管理域日益繁复，不仅要充分考虑技术可行性、经济可行性，还要考虑众多利益攸关者的诉求。工程复杂性的增长，要求现代工程师具备更广的知识背景、更强的技术创新能力和更高的综合素质，要求课程体系更加注重理工结合、文理渗透而非简单增加开课量，要求教学体系更加注重设计思维、系统思维等高阶思维的培养而非简单累积知识量。但是，当前的工程教育对这些要求的系统性回应仍然不足。
（二）工业数字化智能化转型的挑战
工业革命经历了机械化、电气化、信息化和智能化四个阶段，推动了生产力发展和社会分工变革。在18世纪后半叶，人类社会进入了工业大发展时期，蒸汽机的出现标志着机械化的开始，通过蒸汽动力驱动，机器取代了人力，使手工业从农业中分离出来，进一步发展成为工业。19世纪80年代开始，电力取代了蒸汽动力，工业生产流水线出现，零部件生产与产品装配实现了精细分工，大规模生产的工业时代正式到来。20世纪70年代开始，自动控制的机器得到广泛应用，进一步取代部分人类体力劳动，计算机软件蓬勃发展，极大改变了脑力劳动者的工作方式。到了20世纪末和21世纪初，现代信息技术突飞猛进，推动了互联网、物理信息系统（CPS）和物联网（IoT）的深度应用，智能机器正在更大范围地从手和脑两方面替代人类劳动。
工业数字化智能化转型给工程教育带来的具体挑战包括：1. 工程从业者能力素质发生结构性变化。在数字产业化和产业数字化的背景下，数字技能在技能集合中从可选项变成必选项，工程从业者需要掌握与数字技术相关的知识和技能，如计算思维、数据分析方法等，才能适应工程实践中的新挑战。而当前工程师数字胜任力不足问题十分突出，欧美和一些亚洲国家也在此方面加快战略布局。2. 技能提升（upskill）和重新培训（reskill）的任务更加艰巨。据世界经济论坛《未来工作报告2020》[5]预测，在不久的将来，世界上机器工作的小时数将与人类工作的小时数相等。到 2025 年，人机全新劳动分工将使 8500 万个工作岗位消失，同时产生与数字化有关的 9700 万个新岗位。[5]虽然这只是估算，但是新岗位的出现对数字技能的需求无疑是巨大的，对现有教育培训体系提出了更高的要求。3. 工程教育数字化转型成效仍有待检验。新冠疫情加速了世界范围的教育数字化转型。例如，在线教育规模增长之快，对教育体系变革影响之大，这是史上罕见的。具体到工程教育领域，数字化转型的最大难度不在于更高效地传递知识，而在于更有效地培养动手实践能力。虽然虚拟现实、增强现实、数字孪生等新手段在工程教学中的应用不乏其例，但是其成效到底如何还需要证据检验。工程教育数字化转型总体上还处于初期探索阶段，未来发展路径还不清晰，仍需长期探索。
（三）知识半衰期缩短的挑战
知识经济的发展导致全球研发人员规模持续扩大，支持研发的物质条件极大改善，人类的知识生产能力也不断提高，知识总量激增。据马克卢普（Fritz Machlup）推算，1958年美国26.8%的国民生产总值是在知识产业中产生的。[6]335 知识总量增长并不意味着知识价值能够长久保持，恰恰相反，一些知识将随着时间的流逝而失去价值。马克卢普借用物质半衰期的概念，将知识半衰期（half-life of knowledge）界定为特定领域的一半知识被取代或过时所经过的时间。[6]托马斯•琼斯（Thomas F. Jones）1966年估算，工程师的知识半衰期约为10年，40年的工程师生涯需要9600小时的单独学习。[7] 20世纪末，有学者估计中学阶段的知识半衰期大约为20年，大学阶段的知识半衰期缩短到10年，专家知识（professional expertise）半衰期约为5年，而IT领域专业知识半衰期仅仅为1~2年[8]。虽然这不是精确的计算，但在一定程度上揭示了在人的整个学习生涯中，越是在专业领域，特别是信息技术领域，知识更新越快，知识的半衰期越短。
知识半衰期缩短给工程教育带来的具体挑战包括：1. 如何处理通识教育与专业教育的关系。“通”“专”关系具有时代性，由于知识半衰期在缩短，任何教育机构都需要处理好通识课程与专业课程的先后关系、比例关系，并对教师教什么、学生学什么作出安排。而这对课程体系、教学体系、教材体系、评价方式的改革影响至深。2. 如何处理显性知识和隐性知识的关系。工程知识的重要特点是隐性知识占据很大比例，隐性知识虽不易言传，但一旦获得更具持久性，其价值衰减相对较慢。但与此同时，隐性知识的学习通常需要更多的时间投入，而目前的工程教学中存在重显性知识传递、轻隐性知识学习的倾向，未来改革需要投入更多努力。3. 如何处理固定学程与弹性学习的关系。工程教育体系能否支持更加灵活的学制、能否提供多样化的课程选择、能否构建更真实的学习情境、能否认可外部学习的学分，都是值得深入探讨的问题。
（四）可持续发展的挑战
工程教育、工程科技和工程人才在推动经济、社会和环境可持续发展方面发挥着至关重要的作用。联合国教科文组织2021年发布第二份工程报告《工程——支持可持续发展》（Engineering for Sustainable Development），将工程与联合国2030年可持续发展目标建立了全局关联。报告认为，工程和工程师对全部17项可持续发展目标的实现都有支持作用。[9]例如，在提供清洁饮水和卫生设施、完善交通基础设施、化解公共卫生危机、应对全球气候变化、防范自然灾害、发展清洁能源、提供持久电力等方面，工程都可能提供更加创新的解决方案。然而，这些问题解决方案不仅仅涉及技术问题，还涉及大量的非技术问题，同时受到法律法规、道德规范、伦理准则的约束。当前，联合国2030年可持续发展目标设定的期限日益临近，我国要实现2030年碳达峰、2060年碳中和目标，任务也十分艰巨。
可持续发展目标给工程教育带来的具体挑战包括：1. 如何将可持续性融入课程体系。因为可持续发展目标涉及面广，层次丰富，在工程教育中落实的难度较大。在将可持续性融入工程教育方面，国外的一些高水平大学做出了有益尝试，其基本经验是结合专业特点，将可持续性的要求具体化，通过培养目标融入、课程内容细化、项目综合训练等方式加以实现。我国工程教育对此关注还很不够。2. 如何培养学生的可持续价值观。开设工程伦理导论课程固然重要，但更重要的是在专业学习中融会贯通，以保证学生未来在工程设计、工程实施、工程评价中作出正确的价值推理和决策，而当前的工程教育对此关注严重不足。3. 如何培养学生开发应用节能降碳技术的能力。各专业领域的低碳、零碳、负碳技术的发展和应用基础差异很大，工科课程和教材对相关内容的关注度差异也很大。如果停留在一般性介绍，还不足以支持学生相关能力的培养。
（五）工程职业对青年吸引力的挑战
“逃离工科”是指离开工科相关的学习和工作，导致工业劳动力市场缺乏高质量、可雇佣的工科毕业生。这种现象最初在美国等产业空心化的国家发生，并在部分国家去工业化的过程中扩散。由于产业需求不足、薪酬吸引力不高，一些工科学生在毕业后转向与工程职业无关的岗位，许多人首选的专业是金融、贸易、管理、外语、法律等热门专业[10]。
工程职业吸引力方面的具体挑战包括：1. 工程专业在校生规模排序下降。联合国教科文组织统计所（UIS）的数据显示（不含中国、印度等国），自 2013 年以来，尽管高等教育阶段工程专业在学人数仍在增加，但其排序已经从第二位下滑到第三位，而选择就读工商管理与法律类专业，社会科学、新闻和信息类专业的人数排在前两位[9]。这意味着在世界范围内，很多国家的工程教育对青年的吸引力有所下降。我国工程教育规模长期以来约占高等教育总规模的三分之一，这无疑是一个巨大优势。但是要解决关键核心技术问题，从来不是以规模取胜，仍要想方设法吸引更多优秀的学生学习工程和从事工程职业。2. 一些发展中国家的工程教育基础条件薄弱。特别是非洲一些国家的工科院校，教学科研基础设施和师资力量严重匮乏，难以走出工程能力薄弱、工业发展迟滞的循环。如何提高工程职业的吸引力，改善工程教育条件，让更多青年人学习工程，从事工程职业，是巨大的挑战。3. 社会对工程职业的认知还不够。世界上大量的人工物都是工程师创造的，包括为人类生产生活服务的建筑、桥梁、道路、机器等，为人类健康服务的医疗器械等，以及为科学探索服务的科学研究基础设施等，但是公众往往更愿意将这些成就归功于科学家。工程也经常给人学习难度大、付出多回报少、工作环境艰苦等印象，使得一些家庭不愿意让孩子学习工程和从事工程职业，改变这种社会认知需要长期不懈的努力。
（六）学生工程训练的挑战
“做中学”是工程教育的基本途径，高质量工程训练是高质量工程教育的保障。忽视在真实工程情境下培养学生的实际问题解决能力，极易导致学用脱节，这也是工程界多年来呼吁工程教育要“回归工程”的重要原因。
学生工程训练的具体挑战包括：1. 实践教学的薄弱化和形式化倾向。工程训练需要必要的空间、设备、师资保障。一些高校对工程实践教学不够重视，教学资源投入不足，加上教师来源单一、评价导向偏差等原因，导致校内实践教学和校外生产实习有薄弱化和形式化倾向，影响了人才培养质量整体提升。2. 学习过程的真实性和创新性不足。大学的高水平工程训练强调“真实”和“创造”，即重视基于真实问题、真实项目和真实案例的学习，注重将创造思维、创新能力和创业精神培养融入学习过程。虽然我国一些大学作出了有益的探索，但是要做好“真刀真枪”的创新性实践教学，仍然是很大的挑战。3. 校企协同的广度和深度不足。校企协同是工程教育的重要途径，实践教学是连接校企的关键环节。大学和企业的组织目标存在着夹角，由于缺乏利益共享、责任共担的宏观政策支持和微观机制设计，企业广泛和深入参与院校人才培养的动力不足。
（七）工程师持续职业发展的挑战
工程师职业发展具有连续性，一般要包括在校学习期、岗位见习期和职业成熟期几个阶段。世界主要工业强国都十分重视工程师的持续职业发展（Continuing Professional Development, CPD），并将其作为工程师培养体系的关键组成部分。CPD与一般的继续教育不完全等同，CPD活动非常强调胜任力导向，通常在专业团体制定的职业胜任力标准指导下实施，是申请和维持工程师职业资格的强制条件，也是工程师资格互认的重要基础，而继续教育活动一般不具备这些特点。
工程师持续职业发展方面的具体挑战包括：1. 连续性支持不足。从工科毕业生成长为职业工程师需要经历角色转换，这一期间特别需要有指导的训练。一些工业企业对于工程师重使用、轻培养，舍不得将资源投入到人身上，落实“传帮带”机制不够，甚至存在一线员工培训经费落实不到位，内部培训走形式、质量低等问题。2. 个性化支持不足。工程师个体的知识基础和能力专长差异很大，每个人都有自己的能力图谱，工程师培养也需要因材施教，要实现持续职业发展个性化，就需要准确描绘工程师能力现状和发展路径，而一些企业对此重视还不够。3. 胜任力标准导向的培训不足。持续职业发展活动的设计不是随意的，而是需要工程胜任力标准的引导，这些标准也不是简单的条目，而是完整的体系，目前一些领域工程胜任力标准的操作细则还很不完善，难以指导培训活动的开展。
（八）工程师能力评价体系的挑战
工程师个体的能力评价是工程师注册的前提条件。世界主要工业强国例如美国、英国、德国、法国等都建立了较为完备的现代工程师制度，特别是认证注册制度。非政府性质的工程教育认证组织和工程师学会在工程师能力评价标准的制定和实施中具有主导地位。
工程师能力评价体系方面的具体挑战包括：1. 法定性不足。我国对于教师、医师等专业性强的职业都进行了立法，但是尚无工程师法，这对保护工程师头衔的权威性和严肃性不利。2. 贯通性不足。如前文所述，工程师成长具有连续性，院校教育和职业资格需要有效衔接。我国已建立起工程教育专业认证体系，但是专业认证与工程师职业资格的衔接还不够。3. 专业性不足。我国工程师能力评价多轨并存，职称体系、职业资格体系的行政主导色彩较强，工程专业学会在评价中的专业支撑作用还有很大发展空间。
（九）工程师跨境流动的挑战
工程师多边互认（Engineering Mutual Recognition）是不同国家或地区之间的工程师资格互相承认的机制。这种互认的目的是促进工程师的流动，使工程师能够在不同的国家或地区从事工程项目，并获得相应的资格认可。工程师跨境流动对于促进技术交流和国际合作具有重要意义。工程师互认一般需要司法管辖区之间建立等效的标准，签订互认协议。工程师多边互认还需要建立一套程序，以确保工程师的资格和专业能力能够得到有效的评估和认可[11]。
工程师互认和跨境流动的具体挑战包括：1. 职业保护主义限制。一些国家和地区存在较强的职业保护主义倾向，担心工程师跨境流动会给本地工程师带来竞争压力或减少其就业机会。这可能导致对工程师多边互认和跨境流动的抵制和限制。例如在“一带一路”海外工程建设项目中，由于没有实现职业资格互认，我国工程师在当地注册和执业遇到很多困难。2. 全球胜任力不足。工程师跨境流动需要跨越语言文化、宗教信仰等方面的障碍，目前我国工程人才的全球胜任力培养还存在一定差距。3. 专业标准和实践要求的差异。不同国家和地区可能有不同的设计规范、安全标准、质量控制等方面的要求。要实现多边互认，需要确保工程师在跨境工作时能够遵守目标国家的标准和实践要求，等等。
（十）工程教育系统“学术漂移”的挑战
这是一个综合性的挑战。“学术漂移”（academic drift）描述一种知识的发展过程，该知识是有用的，但逐渐失去与实践的紧密联系，同时与某个科学知识体系更紧密地融合[12-13]。工程教育中的“学术漂移”是指工程教育在“科学—技术”连续体中偏向科学一端，在“研究—实践”连续体中偏向研究一端，在“大学—产业”连续体中偏向大学一端。工程教育存在的问题，都几乎与这三种类型的学术漂移有关，这也是工程教育与企业需求脱节的重要原因。
工程教育学术漂移具体表现在四个方面：（1）培养体系的学术化倾向。工程教育特别是高水平大学的工程教育过度强调理论学习和学术训练，忽视对解决工程实际问题能力的培养，导致学用脱节[14]。（2）教师教学“重学轻术”。教师可能更加注重自己的学术研究和论文发表，而实际工程经验缺乏，对产业技术难点缺乏了解，指导能力不足。同时，传统的教学方法可能过于注重理论知识的灌输，而忽视了实践技能的培养[15]。（3）课程设置“重理轻实”。传统工程教育可能过于偏重理论课程，而忽视了实践性的课程设置。学生在这种环境下容易缺乏动手操作和解决实际问题的机会。（4）学业评价“重考轻练”。过于强调学生对理论知识的掌握和应试能力，而忽视了对实际工程实践能力的考察。总之，学术漂移对工程教育高质量发展产生很大的负面影响，未来改革需要平衡协调好科学与技术、研究与实践、大学与产业的关系。
03
新时代我国卓越工程师培养改革的建议
工程教育面临的挑战是十分复杂的，以上仅择要列举了较为重要的十条。为了应对这些挑战，教育界、工业界和政府部门正在推进工程教育的综合改革。结合以上分析，对新时代我国卓越工程师培养改革的重点提出以下建议。
第一，加强跨学科能力培养，以应对复杂性增长的挑战。打破知识和组织壁垒，为工科学生创造更好的条件，使他们能够在大学期间开展跨学科学习。跨学科能力培养意味着让学生能够跨越学科边界，汲取各个学科的知识和思维方法，提高技术创新能力，同时善于与多学科背景的人员合作，共同应对复杂工程问题的挑战。
第二，加强终身学习能力培养，以适应数字化智能化的挑战。从“先学习后工作”的模式转变为“在学中做、在做中学”的模式，使学生能够在实践中不断学习和成长。终身学习能力的培养不仅包括专业知识的更新，还包括新方法和新技能的学习，通过工程学习者自觉进行知识体系吐故纳新，不断跟进和适应工业数字化智能化的挑战，持续提高解决新问题的能力，并在工作中实现自我驱动的成长。
第三，加强可迁移能力培养，以适应知识半衰期缩短的挑战。除了强化专业知识，还要注重培养学生的“软技能”，使他们能够适应未来不断变化的场景，并解决新兴问题。这些软技能包括创新思维、沟通能力、团队合作能力、问题解决能力等。这些软技能不能过度依赖通识课程学习，而是要在通专融合的学习中获得。通过培养这些可迁移的能力，工程师可以更好地适应新的挑战，并具备更广阔的发展空间。
第四，培养所有工程学习者的可持续观念，而不仅仅是在个别学科。要将可持续发展的理念贯穿所有工程学科，在培养过程中全面融入可持续性的要求，培养学生负责任的意识、以工程推动可持续发展的信念和解决可持续发展问题的能力。
第五，不断提高工程师的地位，吸引更多优秀年轻人从事工程职业。加快推动立法，保护工程师头衔的权威性、严肃性；借助工程日、工程师节等，面向社会公众开展工程文化普及活动，树立卓越工程师典型，改变对工程师角色认知的刻板印象；提高工程教育体系的包容性，加强工程专业的宣传，吸引更多优秀青年参与工程学习，投身工程领域，为工程发展注入新的活力和创造力；扩大工程师参与行业和城市发展决策的机会，提升工程师的社会地位。
第六，持续加强创新实践能力培养，将实践教学改革作为整个工程教育改革的突破口。加快体制机制改革，着力解决工程训练虚化、弱化问题，改革教师遴选评价机制，引导工科教师加强与工业界的联系。完善实践教学体系，进一步发挥工程实践教学价值、能力、知识整合的特殊教育功能，通过创新性实践教育活动，将知识、能力和严谨、负责、合作的精神融合在一起。
第七，持续加强持续职业发展支撑体系，提高工程师职后培养质量。注重院校工程教育与继续工程教育的融通发展。落实企业的工程师职业发展主体责任，落实一线员工培训经费，全面提高内部培训质量，为工程师创造更多的研修交流机会；高校加大对工程师非学历教育的支持，安排理论水平高、实践经历丰富、教学能力强的优秀教师为工程师授课；工程专业学会提升专业支撑能力，建立持续职业发展委员会，为高质量开展工程师持续职业发展活动提供指导。
第八，不断完善工程师能力评价标准，适应日新月异的工程创新发展需要。结合工程和工程学科自身的变化，完善工程胜任力导向的工程师评价标准，确保评价体系能够准确测评工程师的能力和水平。此外，完善工程师能力评价配套制度，加强评价人员培训，确保评价规范性和一致性。
第九，加快推进工程师的国际互认，促进工程师的跨境流动。进一步促进工程教育专业认证和工程师资格认证的衔接，加快推进加入工程师多边互认协议，为实现工程师的跨境流动奠定坚实基础。加强“一带一路”国际工程项目合作中的服务贸易谈判，将工程师职业资格互认纳入谈判内容。
第十，系统推进中国特色、世界水平的工程师培养体系建设。全面树立“人人皆可卓越”的工程师培养质量观，创造多样化人才成长路径，着力解决工程教育体系的“学术漂移”难题。在“科学—技术”连续体上，由于中国工程教育规模非常庞大，科学范式与技术范式可能长期共存，而并非替代关系。更注重工程科学知识还是工程技术知识的学习，取决于不同类型、不同层次院校的培养目标和培养特色；在“研究—实践”连续体上，理论研究与工程训练不能割裂开来。研究能力训练能够帮助工程学习者深化对工程复杂问题的溯源和理解，而工程训练能够帮助他们学以致用。要优化理实结合的学习路径，注重数理基础和工程训练的关联性设计，而非顾此失彼；在“大学—产业”的连续体上，调动大学和企业积极性的关键在于宏观政策引导与微观机制设计，要在利益共享、责任共担、人才共育上下功夫。需要进一步发挥工程教育标准和工程师能力评价标准对专业建设的引导作用。此外，进一步加快工程教育数字化转型探索实践，为卓越工程师培养赋能。
总之，中国特色、世界水平的工程师培养体系建设道路上充满挑战，也充满机遇。这个体系建成的重要标志是真正培养出一大批具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的卓越工程师，真正能支撑中国向世界产业链和价值链的中上游迁移，真正能为实现中国式现代化建设目标贡献工程力量。
参考文献 略
本文系教育部哲学社会科学研究重大委托项目“中国工程教育战略与改革路径研究”（22JZDW002）成果。
引用此文
乔伟峰，符杰，王孙禺.卓越工程师培养的挑战与对策[J]. 科教发展研究，2023，3（2）：46-61.
QIAO Weifeng, FU Jie, WANG Sunyu. Challenges and Countermeasures in Cultivating Outstanding Engineers[J]. Journal of Science, Technology and Education Studies, 2023, 3(2): 46-61.
转自：“科教发展研究”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
