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标题

以新工科建设促进高等教育发展研究

范文

付佳周春华王林申

摘? 要：新工科建设是我国近年对工业4.0做出的积极应对，使工科人才的培养积极迎面革新中的工程技术更新，自从在全国推进以来，高等教育发展产生了变革性影响。通过对新工科发展的梳理，结合教育部公布的本科专业布局数据以及美国新媒体联盟发布的《地平线报告》（高教版）中相关预测内容，利用ArcGIS等分析手段围绕新工科专业布局发展、教育技术发展和理念发展趋势三个主题展开研究，呈现国内现行高等教育新工科专业配置发展现状和趋势，探讨在新工科建设阶段我国高等教育发展需要解决的问题。

关键词：新工科;高等教育;专业布局;教育预测

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2020）35-0001-06

Abstract： Recently our country have been promoting the construction of New Engineering Disciplines in respond to Industry 4.0， training engineering talents to adapt to the renewal of engineering technology. Since its promotion around the nation， it has revolutionary impact on the development of higher education. By carding the development of new engineering， combining with the undergraduate professional layout data released by the Ministry of education and the related prediction contentin the Horizon Report （Higher Education Edition） issued by NMC， and utilizing GIS analytical means， this study focuses on three themes： the layout and development of new engineering majors， the development of educational technology and the development trend of ideas， presenting the current situation and trend of the configuration of new engineering major in Higher Education in China， and discussing the problems that need to be solved in the development of higher education in the new engineering construction stage.

Keywords： New Engineering Disciplines; higher education; discipline distribution; educational prediction

我國的新工科建设从2017年初由专家研讨的形式在小范围内开始，到2019年初多个国家加盟的新工科教育国际联盟的创立，新工科建设经历了从理念创建到行动实践、从小范围发起到全国校企联动的全方位发展过程，新兴产业人才的需求和培养模式的改变相互形成促进关系，推动我国高等教育发生改变。创立于2002年的美国新媒体联盟（NMC）每年发布的《地平线报告》（高教版），是由世界各国的教育专家和技术专家围绕教育技术的关键趋势、重大挑战以及重要技术三大主题板块，预测未来五年创新实践和教育技术对全球高等教育的影响，能对全球高等教育发展进行有效预测。本研究以2017年新工科在国内提出年份为研究元年，收集2016-2018年教育部公布的新增备案和审批的本科专业进行整理对比，同时将以预测未来五年教育发展为目的的《地平线报告》的研究年份自2017年向前推进5年、即2013年为报告的数据起点，以2019年为报告的数据终点，摘取其中对教育技术的进展和教育技术的趋势两个板块内容进行分析，从中剥离出高等教育在实际发展和预测中针对新工科建设以及工科人才培养的变化和相关预测内容，为中国高等教育的创新变革和发展提供建议。

一、新工科在国家层面的推进

2017年教育部组织成立了高规格的研究和专家组，先后形成了认识导向的“复旦共识”、方法论导向的“天大行动”以及项目和政策支持导向的“北京指南”，至此标志着以新工科建设为主题的高等工程教育改革掀开全新篇章。同年年底，国务院发布《关于深化产教融合的若干意见》，提出要适应新一轮技术革命和产业变革以及新经济发展，促进学科专业交叉融合，加快推进新工科建设[1]。2018年3月，教育部办公厅发布《教育部办公厅关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》，确立612个项目为首批“新工科”研究与实践项目，推进新工科建设全面开展。8月，中共中央和国务院发文，提出发展新工科、新医科、新农科、新文科，四科并行发展。同年10月，教育部、工信部、工程院联合发布《关于加快建设发展新工科、实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》，推动各地各高校着力建设一批新型高水平理工科大学、多主体共建的产业学院和未来技术学院、产业急需的新兴工科专业，体现产业和技术最新发展的新课程等[2]。2019年4月，在“六卓越一拔尖”计划2.0启动大会上，教育部部长陈宝生指出新工科建设是主动提前应对第四次工业革命，对“新的工科”、“工科的新要求”重点研究，加强战略急需人才培养，最终提高国家硬实力[3]。从以上政策以及近年推行的诸如创新驱动发展战略、“中国制造2025”、“互联网+”系列活动等重大战略举措可以看出国家正在全社会全方位推进推广新型的教育模式、培育新工科人才。

中国要赢得全球人才争夺战、要在世界范围内成为具有竞争力科学中心，必须为培育人才创造良好的环境，一方面是打造有竞争力的高等教育环境，另一方面是支持人才继续教育。2019年4月，欧美亚澳四大洲50多所高校以合作、共享、开放、创新为原则加入了在深圳成立的新工科教育国际联盟，实现了世界新工科人才培养的战略合作，为实现促进高校之间、校企之间开展多元、多边合作奠定了基础，开启了多国多地多校共同探索高等工程教育的新模式。新工科建设从提出至今近三年的时间里，迅速发展壮大，从国内全方位推广到国际联合促发展，正在实现我国新工科建设的全球联动“中心化”趋势，新工科建设正在促进高校教育环境发展变革。

二、新工科建设在高等教育环境中的发展

（一）新工科专业布局发展

我国教育部每年三月根据《普通高等学校本科专业设置管理规定》（教高（2012）9号）和教学指导委员会评议结果对上一年度普通高等学校本科专业进行设置和调整，确定了同意设置的备案专业、国家控制布点专业和新增目录外专业点名单，并将专业备案、审批和撤销专业结果进行公布。梳理2016年、2017年、2018年三年高校备案和新增专业的公布数据，发现每年新增备案本科专业总数量基本稳定在两千个左右，除国家控制布点专业外，我们从备案中可以看到高校专业建设工作紧密结合社会发展需要，以经济社会发展需求为导向，实时调整优化人才结构。

1. 新工科专业发展

新工科专业中“新的工科”是指应对新兴产业的专业类型，以互联网和大数据为核心，覆盖的专业包括物联网工程、光电信息科学与工程、数据科学与大数据技术、机器人工程、智能科学与技术、智能医学工程、飞行器设计与工程、新能源科学与工程、船舶与海洋工程、智能车辆工程、智能体育工程、网络安全与执法等。“工科的新要求”是指对传统工科专业提出新的要求。在连续三年的年度普通高等学校本科专业备案和审批结果中对新增备案和审批本科专业名单数据进行筛选，以“新的工科”为导向，用新能源、大数据、机器人、智能、物联网、飞行器、光电信息为关键词对本科专业进行统计梳理和分析，基本实现对新兴工科涵盖的专业全覆盖统计。

自2017年2月教育部积极推进新工科建设以来，高等工程教育发生重大变化，高校工程类专业建设从传统的人才培养工作转变为“问产业需求建专业，构建工科专业新结构”的发展模式。以七个关键词进行统计分析的结果呈现出专业发展的差异性和导向性，具体表现为四种类型，大幅增长型、稳定增长型、维持不变型和数量退步型：一是大幅增长型，以“大数据”、“智能”为关键词统计的专业数据表现出明显增长趋势。“大数据”为代表的专业从2016年的32项跃迁为2017年的256项，是所有与新工科有关的专业中增幅最大的;以“智能”为代表的相关工科专业2016、2017年分别是21和39项，到2018年突然激增为175项，这与2018年4月教育部办公厅印发的《高等学校人工智能创新行动计划》的通知有紧密的关系。二是稳定增长型，与“机器人”相关的工科专业呈现出三年连续稳步增长的趋势。三是维持不变型，新工科专业中近三年维持数量基本不变的有“新能源”“飞行器”和“光电信息”相关专业，这三个领域的新工科专业虽然具备新工科的专业特点，但是受人才市场需求总量控制，很难有较大的人才培养需求量增幅。四是数量退步型，与“物联网”相关的新工科专业数量呈现出逐年下降的趋势，在2012年的《地平线报告》（高教版）预测中提及“物联网”一次，后续年份都没有出现。结合“大数据”的突飞猛进式发展，可以判断出“万物有联”的物联网模式已经寻找到更好的技术表现方式。除国家控制布点专业外，以“大数据”“智能”“机器人”相关的专业人才培养是未来的人才培养主要产出板块，也是高校教育发展的重要新领地。

2. 专业学位分布变化

在近三年的备案和审批本科专业学位授予门类中，稳定增长的学位门类是法学、教育学和工学，2016至2017年分别增长5.26%、19.72%和15.17%百分点，2017至2018年分别增长24.56%、28.24%和1.15%百分点。其中工学学位专业总量显示出明显的数量优势。以2018年数据为例，2018年工科专业883个，理科437个，工科专业数量远高于排位第二的理学。工科专业不仅历史存量始终领先，这三年发展数量也明显高于其他学位门类。

工科学位专业数量2016-2018年分别是758、873和883个，以关键词大数据、新能源、机器人、智能、物联网、飞行器、光电信息统计专业总数数量占工科所有专业的比重为21.24%、48.00%和63.19%，工科專业数量不仅在所有学位类型中稳步增长，“新的工科”专业数量在工科内部呈现出占比逐年增长的趋势。

在梳理专业布局时，与“大数据”相关的专业遍布在多个学位门类下，同时存在工学、理学、管理学三个门类下，可见数据科学专业是适应新时代需求的新生生力军，具有普及广、渗透快的特点，对除工科外的其他门类显示出强劲的渗透力。

3. 新工科专业空间布局

以1980西安坐标系为空间参考系，在我国31个省级行政区（不包含港、澳、台）地理空间数据库基础上将2016-2018年教育部公布的备案和新增新工科专业导入ArcGIS空间转换工具，得出新工科备案和新增专业空间布局图（图3、4、5）。从空间分布变化看专业发展趋势，2016年新工科专业建设工作没有突出表现，在教育部公示的审批和新增专业类别里，新增新工科专业数量为零，现有数据为审批专业部分属性的体现;2017年数量和影响范围都有所扩大，初步形成新工科专业发展的空间重心;2018年在原有空间重心的基础上，初步形成“中横东纵”的“T”字形空间格局。

2018年新工科专业建设主要集中在自山东向西途经河南、陕西、湖北、重庆、四川的横向中部发展轴上，以及从黑龙江向南途经吉林、辽宁、北京、山东、江苏、安徽、江西、福建、广东的纵向东部发展轴，其中山东为横、纵发展轴的交点，是新工科专业建设的密集型核心。在2018年备案和新增新工科专业统计中，山东、江苏、北京、河南、陕西位列31个省级行政区前五名，新工科专业数量分别为42、40、37、37、32，占全国统计范围内总量的 32.70%。其中以“大数据”“机器人”“智能”“新能源”为关键词的专业数量占新工科专业总量的百分之九十以上（图6），尤其是“智能”和“大数据”方向的专业建设为新工科人才培养打下坚实的基础，累计数量超过省内的百分之六十。这种现象不仅存在于排名靠前的五省，在其他省域依旧存在。

新工科建设意识的推广对高等教育发展的产生深远影响，彻底颠覆了人才的培养类型和产出结构。工业革命4.0带来的工作方式、工作内容的变革，高校相应在组织机构、专业建设、管理机制、运行模式、评价体系、人才培养模式等方面进行更新，是对传统的高校教育进行的补充和升级。

（二）新工科教育技术发展

《地平线报告》（高教版）是由美国新媒体联盟发布的专项报告，旨在预测未来五年全球高等教育实践和技术应用情况，选出最有可能影响高等教育变革的关键趋势、重大挑战和重要进展。研究分析《地平线报告》（高教版），不但可以深入了解高等教育技术和实践应用的发展趋势，同时也可以将其作为国内高等教育技术发展的参照物，对比国内高校教育和全球教育发展的差异，探寻我国教育教学发展的可能性，对由于当前新工科人才培养模式的变化产生的高等教育变革提供启发和思考。

本文以2017年新工科提出年份为研究元年，相应《地平线报告》（高教版）向前推进五年进入到首次预测2017年教育技术的2013年，对7年（2013-2019）的报告进行整理研究。

在教育技术发展预测板块，《地平线报告》（高教版）有5项仅在2013和2014年出现、后续不再提及的内容，分别是平板电脑、在线课程、3D打印、游戏和游戏化以及量化自我。中间三年单独出现的教育技术是翻转课堂、自带设备、情感计算。近两年单独出现、前后没有呈现连续性的教育技术是人工智能、移动学习和区块链。以上三个断层式的技术演进过程展示出在新技术的支持下教育手段的进步，同时也呈现出一定的社会时代烙印。比如受社会经济和文化影响的游戏和游戏化技术，由于游戏在文化上的兴起，使社会大众关注游戏，推动游戏的导向化发展;受计算机技术的进步、互联网普及影响，善于进行学习记录的区块链、改变学习体验方式的移动学习进入教育视域，不仅对高校传统教育模式产生变革式的影响，也会对人才继续教育提供重要的支持和验证。

出现频次较多、基本贯穿时间线的发展技术是学习测量技术和自适应学习技术。学习测量技术是近几年报告里出现次数最多的内容，仅在2015和2017年缺席技术发展预测报告，这说明全球教育专家在持续的关注学生学习成效测量的多样化、全方位、动态化、个性化的现实可能性。近七年出现三次的技术发展有创客空间、混合现实和人工智能，相比较而言，这三项更关注学生的学习环境和过程，是新技术对高等教育环境的影响结果。

纵观报告中有关教育技术的预测变化，结合国内新工科发展趋势，观察新教育技术对新工科人才培养的影响结果。新工科在高校里的发展一方面是以新兴产业为代表的诸如数据科学、智能科学、飞行器、光电信息、机器人、物联网等专业领域，这一类专业的共同特征是以互联网和工业智能为核心，另一方面是对原有工科专业的升级，体现的是传统“工科的新要求”，如建筑建造、工业设计、城乡规划、机械、材料科学、电子信息科学、电气、冶金制造等等。新兴工科专业和传统工科专业在教学中都面临工科学生学习的特征：情境性、实践性和应用性，与这一特点相适应的是专业学习过程中所需教学环境的互动性、教学过程的个性化和教学手段的多样化。在教学过程中，学生利用移动工具完成学习的比例和多样化程度都在飞速进步，平板电脑、手机APP、手机网络、笔记本电脑相互之间的无障碍转换，保证学生的学习体验不受环境的影响，可以随时随地进行，云课堂、网上公开课等资源使学生学习彻底摆脱对传统课堂教学的依赖。这种移动工具参与学习的变化体现技术预测的两种关联：直接关联和间接关联。直接关联是对在线课堂、自适应学习技术和移动学习技术的预测，这三项技术依次出现在2013-2019的前中后阶段，是相互交叠和延续的关系，现实意义是科学技术进步和互联网普及的体现，是教育技术和教育意识同步结果。间接关联的是混合现实技术，平板电脑等移动终端的普及，使其与VR虚拟现实等技术结合后，为学生提供一个真实与幻境、现实和产品无缝衔接、增强体验的可能性，能实现工科学生在现实里完成客观学习、在虚拟幻境里完成学习体验的“所见即所得”的学习愿望，符合工科学生学习过程的特征，吻合工科工程师培养的现实需求，融合“新的工科”与“工科的新要求”两个层面的新工科提出的具有情境交互、实践互动、现实模拟的教学环境要求。2018年12月25日，工信部发布《工业和信息化部关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》中指出要推进虚拟现实技术在高等教育、职业教育等领域和物理、化学、生物、地理等实验性、演示性課程中的应用;促进虚拟现实教育资源开发，实现规模化示范应用，推动科普、培训、教学、科研的融合发展[4]。随着大数据、云计算、智能科学等基础架构与虚拟现实客户端的不断发展融合，教育技术进展预测中有关移动学习、混合现实和人工智能的判断，对新工科建设的教育活动提供了技术保障，为教育教学应用模式开辟了新选项。

（三）新工科理念趋势发展

长久以来，全球高等学校教育的发展一直深受《地平线报告》影响，教育技术的发展趋势预测在过去连续七年的时间里，有7项仅出现在2013和2014年的报告而没有在后续年份中出现，它们是泛在学习、重新思考教育者角色、正式学习和非正式学习融合、在线学习变革、学生从消费者到创造者角色的转变、灵活的变革方法以及社交媒体普及。这7项里有对教与学角色转变的思考，学习方法的预测以及新技术对学习体验的判断。在2013-2019期间，对教育趋势的预测具有强连续性的有4项，分别是混合式学习设计（6次）、日益关注学习测量（7次）、推进创新文化（5次）和重新设计学习空间（5次）。日益关注学习测量在教育技术的进展预测和教育技术趋势预测中都是次数最多的项目，在2019年全球教育专家对该方向的判断结果为短期项目，说明全球高等学校教育在这一领域的持续关注和迫切改革的程度，短期内进行改革的可能性较大。创新是社会对高校的期待，因此创新人才的培养需求落在高校教育的任务里，推进创新文化自然成为教育技术发展的趋势。混合式学习设计和重新设计学习空间，这2项是对学习过程的预测。越来越多的学校注重学生向基于项目的学习、探索式学习和体验式学习方式的转变，在此过程中，学习的状态由过去的被动式学习变成以学生为中心的教与学角色互换的学习模式。学习和技能获取的方法不局限于在课堂完成，还有可能包括在线课程以及完成课程内必要的线上互动等线上内容共同完成。

新工科专业人才培养中重要的人才素养是具备一定的实践能力和应用能力，一方面鼓励学生要具备想动手、能动手的主观愿望，另一方面学校要提供给学生探索、试错和体验的学习条件，在教与学中相互促进创新意识和能力的培养。跨机构跨部门合作是2015和2018年提出的教育技术发展趋势，工科学生的培养过程不能脱离实际项目的锻炼，校企合作、校校联合、校地合作等模式都是通過跨机构跨部门合作育人的探索方式，校企合作育人也是教育部自2017年以来推进的高校企业合作育人模式的实践。新兴工科专业人才的培养不能回避前沿技术对高校的影响，平板电脑、移动电脑、手机APP等各种移动终端对高校学生学习的渗透结果是显而易见的，虚拟仿真技术帮助完成沉浸式学习成果的潜力巨大。在虚拟仿真技术的支持下，学生可以即时的体验工程作业的成果，为学习过程创造了可以互动的学习模式。

三、启示与建议

面向未来，我们需要深刻思考教育、社会与产业变化的趋势，以教育变革主动设计未来、迎接未来、建设未来。新工科建设意识已经在全国全面普及推广，新工科专业建设行动全面展开，以北京为精神核心，以山东为专业建设的省域重心，向西、向南北延伸发展，形成“中横东纵”的“T”字形空间格局，向西至四川形成横向中部发展轴，向南北发展至广东、黑龙江形成纵向东部发展轴，专业建设的两轴同步发展共同对高校人才培养类型和产出结构产生深远影响。

依托互联网的普及，和大数据科学、机器人、“智能+”相关的专业是未来高校新工科专业建设的重要发展趋势，是未来人才输出领域的主力军，教育机构应对人才培养需求的变革，迫切期望打破传统教育模式的桎梏，积极探寻校企合作、产学结合、科教协同、校地合作或者高校内部组织改革的多样化途径，使新工科建设培养的人才具备更好的实践性和应用性。

大数据、虚拟仿真技术等新技术的兴起，使教育教学工作具备多手段、多角度的开发潜能，满足教育发展中具身学习、个性学习、真实交互学习的需求，在成本可控制、模式可复制前提下为学生创造智能化的学习环境，实现工科人才培养的情境式学习要求。

在区块链技术和在线课程的支持下实现“最低处学习有记录，最高处平台可展开”的高校教育目标，鼓励并认可全过程开展正式学习与非正式学习，以利于工科人才终身学习素养的提高。

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