新科技时代工程卓越化与卓越工程人才教育关键理念演化与启示

文摘 2024-07-27 08:00 北京

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新科技时代工程卓越化与卓越工程人才教育关键理念演化与启示

陈向东 ¹²黄行蓉 ³洪冠新 ⁴

1北京航空航天大学经济管理学院，北京 1000191；2清华大学技术创新研究中心，北京 100084；3北京航空航天大学中法工程师学院/国际通用工程学院，北京 100191；4北京航空航天大学中法航空学院，杭州 311115

DOI：10.3724/j.issn.1674-4969.23010827

基于国内外文献分析，本文提出了工程卓越化的概念及其发展特征，并强调了三个核心作用规律：首先，工程理念集成科学技术资源，推动本土问题导向型解决方案的专精化；其次，基础科学与工程实践的双向知识流动是工程卓越化发展的关键路径，特别对于发展中国家和新兴经济体而言；第三，此种双向知识和信息流动也是卓越工程师教育改革的核心，据此支撑工程卓越化可持续发展。基于上述理念，本文提出了卓越工程人才教育的关键理念与实践要点：包括坚实的科学知识支撑、高效产学研合作机制、团队学习模式以及立足本土产业发展的理论与实践训练。这些理念与要点可；为我国的工程卓越化发展和卓越工程师教育提供有价值的参考。

工程卓越化；工程教育；卓越工程师教育；国家创新体系

引言

我国经济建设已经进入质量型发展的新时代，卓越工程和卓越工程师人才的培养教育反映我国经济和社会发展的时代需要。2021年习近平总书记在中央人才工作会议上强调要培养大批卓越工程师，以加快建设国家战略人才力量，是我国建设开发新时代人才队伍特别是科技人才队伍的重要部署，把卓越工程师教育与中国式现代化工业发展实践紧密结合起来，是我国高等工程人才教育的期望方向。

伴随着第五代工业革命发展的事实，特别是知识经济和互联网工业、人工智能嵌入制造业和服务业的发展，未来的工程科学学科体系变革，卓越工程师教育改革及其实践活动，不可避免要提出如下重要问题：何谓卓越工程？卓越工程师教育的重点在哪里？从目前有关工程卓越主题的文章和报道看，所谓工程卓越主要以工程质量体征来概括^[1]，但工程所以卓越的因由讨论不足；而大量有关卓越工程师教育和高等工程教育改革的文献，更多联系的是高校体制内的教学因素^[2]，或注重产业端教育行为^[3]，工程活动趋向卓越的规律与卓越工程师教育主题联系起来的研究和分析工作相对较少。因此，工程及其“卓越”的涵义是本文首先要思考的主题，并希望通过国际、国内工程活动发展的历史比较，分析工程卓越化发展关键理念及其演化内涵，结合相应的人才队伍需求特征及其工程教育改革要点，求得其中针对卓越工程人才教育改革的思考和启示。

1 工程卓越化发展的理念演化：“工程”“技术”“科学”及其联系

本节首先从工程卓越化发展角度审视相关基础概念和理念演化，以推演出卓越工程教育的特征和时代需求，强调所谓卓越工程的话题，不但必须体会其中人类工业文明演化过程中的工程卓越化发展事实，而且也必须领悟其中的话语和理念基础，既反映重要的实践凝练，也有生动的理性思维，值得加以分析和深入探讨。

1.1 工程卓越化发展过程中的“工程”概念和理念涵义比较

工程卓越化起自“工程”理念的内涵演化。事实上，工程活动自人类诞生以来就支撑人类文明的发展，特别是伴随现代大工业发展，以不同国家和地区的专业人员群体活动为载体，是一个根据特定社会不同需求、按照其当期和远期工业发展面临的问题，提出并付诸实施以及修正其解决方案的本土个性化的、群体合作的发展过程，其中的重要理念逐渐演化并不断改革，形成今天工程文明世界中的通用型关键概念和理念。因此，以工程演化的视角审视和探讨工程发展变革及其理念进化具有重要意义。我国工程学界专家多年来针对工程演化规律及其工程哲学问题已有开拓性研究^[4-5]，具有重要的启发和参考价值。

“工程”概念本身作为伴随工业发展的关键术语，其理念内涵一直与其质量型工业生产活动密切相关，其中包含和集成了设计、创造、技能、制造、批量产出等规模活动，集成了各类相关科学技术要素和社会资源要素，而工程进展和演化中的这种集成现象，也是工程哲学特别关注的内容^[4]，审视和提炼人类工业文明从无到有、不断富集科技和工业智慧的创造性活动的内在性质。特别是不同国家和民族在推进工程文明、创造工业文明的活动中，还总是存在既有共性和类似特点的概念、理念，也存在更有个性和差异特点的内涵，值得关注。

我国文化乃至东方文化视角对“工程”理念的理解与西方工程文明发展，有其相同之处，也有着重要的区别。

中文“工程”的含义，就其字面理解，工意味着“工艺”，“程”则有着规则和程序的意思，是一种“匠”作并有常之意。而从我国文化及现实政策意义上的所谓“工程”，实际上涵盖了西方语境下诸多方面，如“技术”“应用科学”“工艺”等等，现实中的“工程”更多是与产业实践活动相联系的部分，是紧密联系生产和工作实践的典型种类，而“工程师”(以工程师职称涵义为代表)更多体现了与工业实践相联系的群体身份。

从我国历史发展看，工程实践特别是大型工程项目自古至今绵延不断。所谓现代“工程”活动的实践以及相关的工程教育是在相对近晚期(约1861—1895年)引入国内，虽然其中某些实践活动其实早已在我国古代社会出现，比较典型的是建筑、冶炼、铸造，以及历史悠久的农业工程(包含水利灌溉、农耕与节气等)。国际上著名科学史特别是中国科学史研究学者李约瑟曾关注并解释其中的“工程”含义：“在中国古代，‘工’意味着某种从事制作(产业)工艺活动，而这种活动有别于农业劳动的技艺成分；至于‘程’则源自某种测量、尺度、数量、审视等含义”^[6]。可以说，中文“工程”更突出其中的“工艺”与工作体量大之下的“有序”“总成”；相比之下，西方近代文化中的“engineering”似更注重其中人为的“设计”和“造”的含义。前者重其承载的“工艺”品质和数量及运行过程的总成关系，例如，我国《新唐书·魏知古传》有“虽盛夏，工程严促”，清刘大櫆《芋园张君传》亦有“相国创建石桥，以利民涉，工程浩繁”等句，现代如“三峡工程”“探月工程”等称谓，更含有工作体量巨大场景下的设计、工艺有序、总成之意，且具有更多科学、技术涵义；而英文的语境则更注重其“人为”的“设计”与“创造”上，例如国际外汇市场上曾作为创新工具之一的外汇掉期交易(Swap，即卖出A货币以买进B货币的行为必须与另一时间上卖出B货币买进A货币的约定捆绑完成，此交易类型可为商业银行通过即期对远期掉期，或远期对远期掉期等操作规避外汇头寸风险提供方便)，此工具的操作即被形容为“engineered”，类似的金融工具创新也被划在了所谓“金融工程(Financial Engineering)”领域，其中的“设计”和人“造”涵义十分突出。这一区别在工程实践以及工程教育上至今似仍存在，也影响到今天中文语境下“工程”词汇希望准确表达所需要关注的活动类型，尤其是与科学、技术这类词汇之间的使用差异，可能会影响工程教育内涵的准确表达。

而从现代工业和工程卓越的演化过程来考察，所谓“工程”与“技术”更表现一种相辅相成的语义关系，正如殷瑞钰等工程大家和工程哲学专家所指出的，“技术是工程的基本要素”“工程是相关技术模块群的优化集成”^[5]。“工程”强调的是知识“集成”和“制造”目的，也包含原创性的“创造”，强调一种卓有成效的人为制造方案及其相关技术的合成，也强调掌握不同技术的劳动者群体之间合作形成的集成型(工程)生产关系，而其中的卓越涵义更包含了为掌握某种技术特别是摸索某种未知技术的认知提升和演化体系，并可延伸到基础科学的认知活动。可以说，工程、技术和科学概念及其理念演化过程中，更多是通过工程活动集成了可操作的科学知识，实现了具象的实体文明创造，并由此凝结相关术语与内涵，表现“工程是现实的、直接的生产力”^[4]；同时，正是由于这种具象的创造过程，也就必然通过本土和本地方案体现不同地区、民族、国家的实体文明创造过程与成果，因而“工程”的理念更有具象的知识统帅意义。

1.2 工程卓越化发展体现科技资源集成活动为基础的质量提升，体现有效集成科学与技术元素过程

根据1.1节分析，人类工业文明活动卓越化发展的事实和实践离不开“工程”理念重要涵义的演化，工程活动本身是一种不断更新和集成多种资源，尤其是集成科技资源的过程，由此不断创造、提升其产出质量，其中既有集成不同技术的横向门类知识的联系，也有集成基础科学研究(例如对数学、物理学、化学等基础科学的最新认识)类型的纵向知识联系，最终聚焦于完成某种本地“制造”方案的实践性成果并可能不断实现迭代和革新。这个横向与纵向知识集成的质量，就构成了现代工程不断卓越化发展的基本内容，也对工程人才群体和能力提出了相应的要求。其中，工程活动集成科技资源的部分，需要强调两种重要特征：

第一，工程活动及其运作体系是以形成“眼见为实”的解决方案(特别是所谓原创型“工程”，即prototype)为目的，往往以本地本土功能需要为要旨，是围绕本土解决方案的知识集成，从典型地区和国家工业历史发展看，相应的工程人才资源集成和运用各类知识的应变能力也是与当时当地特定社会所需要的既定工程目标和工程质量期望同步发展的。因此，工程实践(包含了工程质量期望和工程活动组成，以及相应的工程文化)的知识演化和能力衍生必然有其企业、产业、区域乃至国别差异，同样名称的工程活动和产业实践，因其不同的工程质量期望(其实，对质量的定义及其内涵也存在差异)、不同的经济和社会需求，以及必然形成的本地资源为基础的实现过程，必然造就不同特性(不可比)和不同水平(可比)的工程知识体系和工程教育品格。不过，现代工程活动主要通过工程师这类群体发生实际作用，相比前工业时代以工匠个体精湛工艺取胜的作坊型造物方式有重要区别，工程人才的教育更多以现代科学为认识基础，以更为规范的教育体系促进成规模的人才培养，因而卓越工程人才的培养应具有更多的共性。

第二，大工业时代直接对应生动的工业实践(也有当前实践和未来实践之别)，其工程实践及其工程科学的内涵具有时效性和知识动态发展特点，包含了工程专业知识演化的稳态和动态特点，因而工程活动即使完成了最初的技术“集成”和基础科学知识的支撑架构，还可能仍然需要新技术的再集成，特别是需要基础科学研究的新解释，来不断完善和推进工程卓越化发展过程。这一稳态和动态工程体系演化特点更反映在工程人才的卓越水平上，反映在相应的工程教育所实现的能力培养方面，据此推进工程高质量的创造，即工程卓越化的可持续发展。因此，所谓卓越工程人才的能力内涵(作为工程卓越化发展的群体资源)主要体现在不同复杂程度、不同集成难度实现特定类型工程方案的知识储备和动态应变能力上，考虑到这样的动态发展过程，工程卓越化发展和卓越工程人才培养仍然可能具有产业、地区和国别个性。

此外，再考虑不同产业之间(例如所谓高附加值产业或高技术富集产业等)，因其科学型产业发展特色、附加价值增殖水平、产业工程知识复合集成的范围特点，使得某些产业、某些阶段工程科学的共性重于工程文化个性，而另外一些情形则可能工程文化个性差异起着更为突出的产业推进作用。于是，客观上可能形成以国别、区域或是以产业区分工程和工程教育及其人才卓越，还可能成为不同发展时代、不同经济发展周期、不同国际政治竞争场景下的博弈场所。

后文将通过比较国内外工程卓越化发展史实来证实和支持上述思考。

2 工程卓越化发展国内外特征比较及其理念演化

2.1 欧美工程卓越化发展视角下的“工程”“科学”理念及其工程教育特征

从国际上典型工业工程发展史角度看，美国的工业化及其工程教育发展与其产业实践结合紧密，同时与相关的科学研究活动也有较为密切的联系，反映在政策和实践术语上，“工程”和“科学”往往有更多联系，因而有更好的参考意义。

在美国的“工程”理念演化过程中，“工程”相比“技术”的实践，政策和管理理念更为重要，这种“工程”优先的演化逻辑也恰恰突出了所谓“核心”技术及体系化技术集成的产业工程发展效应。同时，具有基础科学研究性质的科技活动对于(自欧洲)转移先进知识资源、推动本地原创型产业工程都起到强大作用。

兰赛勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)是美国最早(1824年)建立并提供工程教育的高等学校，开设相应的学位和科学、技术课程，集成相关知识体系，其初衷即是为解决本地农业和市政及运河工程问题；美国早期提供工程教育的典型大学如密歇根大学、哈佛大学、耶鲁大学的工学院也都是与当时当地工业工程发展的需要密切结合。特别是美国从20世纪40年代起，其教育机构和政府部门从概念上开始强调科学型工程(science based engineering)，以及后来的科学型产业(science based industries)，为美国的产业工程实践注入了精密层次、质量检测和质量控制方法，工程数据档案存储及数据分析等现代制造业发展的工程思想内涵，甚至相应的工程管理(engineering management，EM)实践和学科也是那一时期发展起来^[7]。相应地，在工程教育和公共教育发展过程中，基础科学的地位凸显。例如所谓STEM学科[即科学(science)、技术(technology)、工程(engineering)、数学(mathematics)作为专用术语却是由承担军事教育的西典军校最早提出^[8]]作为现代高等工程教育乃至普通教育的重要政策术语，成为美国工业化早期发展时代的某种共识。同时，美国注重建立相应的工程教育组织(例如美国工程教育协会，American Society for Engineering Education, 1946年建立)，强化其产业工程及其技术发展关系的协调，也表现出了产业-工程-科学的知识溯源逻辑。从高等工程教育发展和演化过程看，STEM(近年来出现新的术语STEAM，加入Art代表艺术及人文因素以使工程活动更具有社会意识^[9])学科教育作为现代工程教育核心元素已被列入国家竞争力的范畴。1986年，美国国家科学委员会曾发表《本科的科学、数学和工程教育》，把培养优质STEM人才直接与提高国家竞争力相提并论。2009年，奥巴马在《教育以创新》的政府报告中提出，要通过政府、企业、科技组织和非盈利机构的支持，进一步加强科学、技术、工程和数学领域的人才培养，保证美国在科技领域的领先地位^[10]。这类理念不但塑造高等工程教育本身，还影响到普通教育体系中的中学甚至小学文化层面。在这样的创新和教育政策层面，体系化工程发展的理念具有统帅作用，相关层面的重点产业发展中，总有非常典型的工程理念演化伴随其中。

再看欧洲主要工业国家的工程发展活动，法国的工程发展元素及其高等工程教育演化值得关注。尤其是法国工程师教育，其发展历史悠久，特点鲜明，成就卓著。法国大革命之后，“工程师”成为一种国家和地方公共工程(尤其大型工程)需要依赖的精英型人才资源类型；与其相关的现代法国工程教育，其发展历史可以追溯到法国大革命爆发时期的1794年。1794年10月，法国成立公共工程协会，并由该协会成立中央公共工程学校，即1795年成立的法国综合理工学校的前身，建校伊始即强调其中的基础科学成分。进入20世纪后，1934年法国政府本着培养领军人才群体的愿望，成立专门的工程师职衔委员会来规范工程师这一等级人才认定的质量，随着工程教育在两次世界大战期间的快速发展，工程师正式成为一种具有职衔身份的精英群体，也大大影响了法国的工程教育体系。此职衔认证委员会(Comission des Titres d’Ingénieur, CTI)认证规则历经多次更新直至2005年在欧洲的扩展版，坚持了工程卓越化发展的人才内涵需求^[11]。

法国工程师作为一种规范化培训的精英群体，的确在近现代三次工业革命中发挥了巨大的作用，实现了所谓工程建国、工程强国和工程富国的使命，许多工程人才成为行业、社会乃至时代领军人物，如曾经的法国联军统帅福煦(Ferdinand Foch)、总统德斯坦(Valéry Giscard d’Estaing)、诺贝尔奖得主贝古勒耳(Irène Joliot-Curie)、热力学奠基人卡诺(Nicolas Léonard Sadi Carnot)和数学家柯西(Augustin-Louis Cauchy)等，都曾是法国工程师教育体系培养的学生，如今法国工业界空中客车公司(Airbus)、法国电力公司(EDF)、雪铁龙(Citroën)、阿尔斯通(Alstom)、路易威登(Louis Vuitton)、斯伦贝谢(Schlumberger)等世界知名企业的创始人也都曾是法国工程师培养体系育成的人才，促使法国在现代工业各个领域包括航空航天、高铁、核能、信息、建筑、农业、医药和艺术等走在了世界前列^[12]。

整体来看，欧洲高等工程教育机构的探索和演化发展，也伴随着工程实践与基础科学的某种深层联系，特别表现在所谓“工业科学”或工程科学领域，反映了工程卓越化的一种生态发展规律。与此同时，相关创新政策也在不断推动大学与工业界的联系。二十余年前，德国出版的《数学是一种关键技术》系列专著^[13]，就反映德国政府经济和教育部门的一种跨世纪型(执行期自1993年始，延展3次直至2007年)典型政策，把数学相关的基础学科研究与解决产业界工程实际问题紧密联系起来，促进基础科学对于工程科学的推动作用，也是促进大学与工业界的联系，科学与工程的联系也由此强化，借由数学新思想和新方法的研究和探索，解决了微电子工程、薄膜技术和集成电路工程、计算机辅助医疗、交通和能源控制、金融和保险业风险管理等重要产业领域中的关键问题，成为生动的基础科学解决本土工程问题，实现高质量工业工程发展的实例，也造就了世界领先型工程科技储备。

2.2 我国工程理念及工程教育体系演化发展特点

如前所述，在我国现代工业发展历程中，工程理念更多聚焦产业实践，尤其是专业型产业实践，其专而精的实践特征，促进了我国社会主义工业化的快速发展，尤其在改革开放之后，在较短时间内，实现了产业的现代化升级，工程质量比肩传统工业发达国家的步伐，其中，我国高等工程教育机制与时俱进，起到很大的推进作用。

我国高等工程教育自建国伊始，即紧密遵循国家工业发展需要，成为国家现代工业布局的重要组成：20世纪50年代，曾系统引入苏联当时的高等工程教育体制，促进重点工业从无到有、从弱到强，也曾经历全国高校院系专业调整，工业与工程高校覆盖面涉及全国3/4^[14]，工业院系学生占比从26%提升到37%(同前)，基本实现为国家工业快速发展输送专业工程人才的战略意图。1952年,在抗美援朝胜利结束之后，国家特别在全国8个高等教育机构中航空专业院系合并基础上建立北京航空学院，形成我国航空专业工程人才摇篮，是我国高等工程教育改革的典型代表^[15]。建校欢迎新生的横幅“欢迎我国新一代红色航空工程师”是一种响亮的时代呼声。那个时期我国高等工程教育的特点是以工科单科设立院校，以苏联高教体制引进的“大学-系-教研室”架构为支撑开展教育和科研，具有明确的基础科学-专业基础-专业聚焦的纵向知识贯穿学习模式，并形成下大(专业知识量大)上小(基础科学知识量少)的知识量金字塔，优点是知识逻辑体系强、知识聚焦性强、工业实践性强，但缺点则是知识相对固化，工程实践存在的瓶颈问题不易上溯和反馈到基础科学单元，跨学科的平台型动态知识创新与创造更难以实现。另一个需要讨论的是充分细化的专业设置，其优势是专业人才培养速度快、满足当时当事的实践发展需要，其弊端是长远发展易形成学识交流障碍，妨碍学科间融合和交叉学科学术发展。毋庸置疑，当时的高等工程教育非常重视实践环节，并具有体系化的企业生产实习安排，只是这种联系更多注重的是专业理论学习的实践理解，而非工程实践问题的理论溯源。那时的高等工程教育培养模式很好地实现了国家工业化的速度和强度需求，对我国工业现代化的建设具有极大促进作用。随着国际上科技前沿的飞速发展和知识迭代更新，这一专业精细划分的改革也在不断探索，并贯彻到改革开放后我国工程发展变革过程中。

2010年，我国启动“卓越工程师教育培养计划”，从工程教育理念和政策实践上，突出了产业和企业深度融合的培养过程，实行通用标准和产业标准培养工程人才，强化培养学生工程能力和创新能力三个主要目标，取得可喜的成绩，但也存在一些困扰我国工程教育的问题，如创新人才缺乏、工科学生在国际竞争、经营管理、学科知识交叉融合、实际动手等方面能力不足等问题，仍然存在^[16]；人才培养与实际需求不匹配，工程类高校办学特色及优势不突出^[17]等问题亟须解决。2017年我国新工科研究与实践活动启动了打造“卓越工程师教育培养计划”升级版，明确对标“工业4.0”和“工业互联网”，为“创新驱动”“中国制造2025”“一带一路”等国家发展战略服务，以“大科学观”“大工程观”的社会需求为导向，以“人本内涵”为主线，以工程教育“融合创新”范式开展工程教育改革，以培养一大批适应经济社会发展需要的不同层次、不同类型、创新能力强的高素质工程人才为目标，为我国实现工业从大到强的人才战略服务^[18]。

总体来看，对比国际上科技工业发展之下的高等工程教育创新形势，我国科技工业发展和新工程发展取得显著成绩，但存在典型问题也仍然值得关注^[19]：①战略型领军人才相对不足；②产学研融合缺乏深度，工程人才培养的质量受益不足；③工程和工程师能力体系认识相对不足；④工程教育亟须系统性变革和提高。

这些典型问题更多反映工程教育特别是高等工程教育的理念和政策概念变革需要，其中牵涉到对于“工程”理念本身及工程卓越发展的过程规律的理解，因此，对于“工程”“技术”与科学的关系，及其与工程卓越化发展的关系，是值得深入思考和分析的关键问题。

2.3 工程卓越化发展理念演化趋势综合分析

工程卓越化是工业文明发展的大趋势，并与卓越工程人才教育理念演化相结合，在今天工业4.0等发展格局认知框架下，相关研究^[20-22]突出互联网、人工智能、智能化制造及相关新兴技术集成，也在经历新工业和新工程平台发展和演化，并形成从第四代工业革命过渡到强调可持续发展理念的人与自然共生发展的意识框架，以人为中心柔性发展的工业5.0模式理念已出现并且不断付诸实施^[23]；毫无疑问，工程卓越化发展模式越来越呈现出基础科学与工程实践纵向融合，跨产业、跨学科横向结合的立体发展方式，也见证于卓越工程师教育改革大潮之中。

根据国际、国内文献综合^{[4]177-178，224-225，[24-27]}，并结合前述研究分析，本文设计列出工业发展、工程变革形态与相应工程教育内涵和理念演化关系(见表1)，其中特别突出了工程教育改革理念与工业实践理念互动发展的大格局。

表1 典型工业发展格局与工程教育理念内涵演化模式对比Table 1 Evolution pattern comparison: Typical industrial development vs. engineering education ideas & operations

如表1所列，事实上从工业1.0发展版本伊始，基础科学就起到一定的支持作用，只是其支持关系相对独立，机制个性化较强。表1汇总信息反映出几个重要特征：

(1) 工程与基础科学联系日渐强化促进工程卓越化；

(2) 工程与产学研合作质量的联系和发展提升工程卓越化；

(3) 工程的跨学科融合与合作推动工程卓越化。

3 工程卓越化发展的卓越工程人才培养特征分析

3.1 强化基础科学与工程实践活动双向融合机制

从科技发达国家的工程实践历史，以及我国工程质量不断提升的发展历程，可以看出，基础科学研究对于工程实践的支撑联系越来越紧密、越来越关键，主要体现在以下两个方向：

3.1.1 基础科学研究成果支持技术创新和工程路径开拓

在产业技术创新层面，国际技术创新领域的研究工作长期以来比较重视基础科学研究对于工程技术创新发展的支持，早期研究表现在基础科学研究与工业技术发展的密切联系上，如弗里曼(Freeman Dyson)就曾提出“基于科学的技术”(Science-based Technology)；更加细致的研究工作如Meyer-Krahmer和Schmoch^[28]则以专利文本对科学文献的引用为指标，定义产业工程技术的“科学含量”，由是定义化学、生物技术、信息技术等典型产业是基于科学的产业。这些研究都表现出基础科学研究对于产业核心技术的推动作用，也是对工程发展体系的推动。可以说，基于科学的产业(science based industries)类型，更多关心基础科学研究(以发现新知识为导向的研究)成果向生产力转化的单向过程，反映的是技术创新的所谓线性模型，把基础科学和工程技术活动分别看作是新思想、新发现在向生产力转化和融合过程中的贯穿型序列环节，传统上的工程教育模式也属于此类线性序列，这一过程至今仍然是技术创新的重要组成^[29]。值得强调的是，国际上和我国科技政策都十分重视基础科学成果的产业化转移，是这一发展方向在新科技时代的延续和发展。美国麻省理工学院(MIT)2017年推出新工程教育转型(NEET)计划，也是一个从人才教育角度鼓励跨工程学科学生合作创造新工程产出的培养模式。

3.1.2 基础科学研究解决工程卓越化发展中的瓶颈，推动工程科学升级

值得注意的是，上述基础科学支持工程技术发展是一种线性模型为基础的发展视角，其优点是给出了现代工程发展的基础知识指导实践的知识衍生逻辑，其可能的缺陷是单向知识转移的工程实践“硬化”，将工程专业的科学理论基础看作是相对稳定甚至不变的公理，也因此影响到工程教育活动中基础科学研究与工程实践两个环节的分离，形成知识相对固化的基础课→专业基础课→专业课的线性金字塔(即专业课的内涵、知识容量和重要性大于前两阶层的知识)；而对工程和生产实践中出现的问题，尤其是纵深发展过程中的质量提升问题，只在“专业”工程范围内由“专业”工程人员来解决，有意无意截断了工程实践中的科学问题反馈基础科学研究的联系，失去产业工程问题反哺基础科学发展的双向演化关系。而工程难题通过其中科学问题的提炼反馈至基础科学研究，从而解决工程问题，却正是工程卓越化发展的根本途径。这一反馈方向的知识和信息流动往往正是发展中国家和新兴经济体国家工程发展最为需要的环节！因而，基础科学研究与工程实践知识的双向演化、融合的理念亟须确立。

近年来，随着信息技术和人工智能工程发展，基础科学和工业科学也在形成交互融合的新技术、新工程、新产业发展模式，突出产学研机制所赋予的基础科学-工程技术提升过程的双向演化趋势，这正是所谓工程卓越化发展的重要标志。

其实，我国科学家和工程专家已经对此现象有长期的体会，工程活动的精专和卓越水平提升离不开基础科学研究的支持，两者之间存在必然性发展联系。

我国著名化学工程专家、教育家、中国科学院院士余国琮曾以化学工程为例^[30]，强调现代工程实践更多要重视科学，而应“少用点经验”。他曾用流体力学解决了化学工程中精馏的关键工程问题。他尤其强调说，人类在工程实践中逐渐积累起来的经验，固然是工程活动的核心知识，但随着社会发展、工程实践需求的提升，仅凭经验已远远无法满足工程的发展，因此，工程师们引入了科学方法，形成了今天的工程科学。以往过度依赖摸索型实践(不论成功或者失败)经验形成的工程知识，往往导致技术开发过程缓慢、花费昂贵，而且还有诸多不确定性，甚至一些重大问题是在大规模工程实践若干时间之后才能暴露出来，严重制约其工业过程乃至工业文明的发展。即使针对不同应用场景摸索改进的所谓经验模型其实也是一种“经验”，仍会受制于科学认识不足的窘迫。工程卓越化更需要的是“工程科学”，需要紧密联系基础理论研究和工程实践活动的合作平台，而非仅仅体现单向发展的基础科学-应用科学(通常表现是对基础科学的一种知识固化和简化)-专业工程(在工程教育体系则表现为基础课-专业基础课-专业课类型)线性序贯知识逻辑。

因此，高质量工程，或者说工程卓越化发展规律，是一个工程实践与基础科学研究双向联系的动态知识演化过程，卓越工程师教育和人才培养也应符合这样的一种知识演化的能力培养诉求。

3.2 工程卓越化发展富含产学研资源的机制联系，卓越工程师教育需要产学研结构资源的效率型整合，并成为国家创新体系重要组成

综合而言，基础科学与工程实践的知识双向流动都是推进工程卓越化发展的必要途径。反映在高等工程教育机构参与的产学研机制上，即所谓高校-产业-政府三螺旋构造的技术创新过程。通过高等工程教育体制持续提供科技新思想、新方案，围绕工程创新问题而聚集的知识发现和再造形成工程新方案，是开辟新技术路径意义上工程卓越化的必要支撑。这类产学研形成的工程和产业知识创造和再造过程中，高等工程教育机构往往以其新思想和新方案成为这一结构的出发点或制高点，其多样化演进模式在今天大多数新兴经济体国家不断涌现，我国高科技经济更是由此大踏步前进，成果斐然。但从不断提升质量的工程卓越化发展过程看，当今我国新科技工业发展中更值得重视的是，从前沿工程瓶颈问题提炼新的科学课题引领产学研构造，打通实现工程卓越化发展的关键途径。这种逆向知识和信息流动(形成双向知识通道)在新兴经济体国家和地区表现还相对较弱，是短板。应当看到，高等工程教育机构介入此类工程问题“反哺”基础科学的运行机制还是国际上多个国家“国家创新体系”的重要组成。其战略诉求的关键点还在于，围绕工程卓越化发展问题引领产学研实践活动更多是经由“政-产-学”结构实现，即政府政策占据这类结构的出发点和制高点(体现为引领大方向、促进相关机制)，来推动其发展，例如美国相关工业科技政策聚焦的、有战略科技意义的“竞赛规则转换器”类型的工程能力产出，就有很强的国家和地区高科技型工程的竞争性布局和发展前景^[31]。

可以说，从工程高校为主角的产学研结构到以政府政策为主角的政产学结构，工程实践联系基础研究的双向机制十分必要，这也是以工程卓越化能力为标志的国家创新体系核心组成，是卓越工程师教育的必要成分。

4 新科技时代工程卓越化发展理念下卓越工程师教育的团队型能力

根据上述分析，还需要强调的是，工程卓越化发展需要群体型卓越人才队伍，因而卓越工程师教育成为一种新科技时代的标志性教育理念。重点在于聚焦卓越工程师群体的、以卓越工程实现能力为核心的教育机制，既包含前述工程卓越化发展规律的理论理解，也包括行之有效的教育方式方法的革新，在某些国家和地区，也成为工程师这类群体认证体系的组成部分。

卓越工程师教育尤其注重下述团队型能力培养：

(1)促进交叉工程学科类型的团队型合作。应用国际国内最新教育思想、实践和经验，开发跨学科交流合作，创新工程卓越化发展的方式方法。

(2)促进工程团队学习能力的团队型合作。例如学习型组织，通过合作实现学生之间、师生之间、学校-企业之间团队型智慧和使命。

(3)促进新工程活动创造性文化建设的团队型合作。不仅是理论联系实践意义的团队文化建设，更是创造型社区、动手动脑结合的“创客”型文化团队、产学研团队、创新创业团队、校企合作实践型团队类型的文化建设；我国政府大力提倡的“科技下乡”“科技扶贫”团队意识与运行模式也有这样的功能。经过创造性使命和创造乐趣熏陶的团队合作本身就是在铸造一种积极向上的科学与工程、科学与社会、科学与人文结合的文化，领先型高等工程教育机构更需要积极建设此类文化平台。

(4)促进国际合作工程开发建设的团队型合作。此类合作有更丰富的含义，除了民族或国家使命之外，还具有可持续发展含义的人类命运共同体理念及工程伦理担当。

本文结合国际、国内相关研究，对上述卓越工程师团队意义上的工程教育能力诉求的认识分析如下：

4.1 卓越工程师教育的团队能力认识：团队型科技集成和原创能力

现代工程人才的基本能力^[32]首先强调其中的通用要素，尤其是所谓数据素养(所谓Data-Fluency)，成为学习、阅读、写作、表达沟通、计算之后的第6个核心素养要素，也成为卓越工程师核心技能培养要点；通用要素本身具有跨学科发展的知识特征，但与此同时，工程教育改革不是仅仅关心单体和个人的认知能力，而是更关心工程人员团队活动能力，因而卓越工程师教育过程即使考虑工程师个人的工程专业知识和竞争力，也要在融合团队合作与社会意识的层面来考察，其基本构成通常认为由以下要素组成^[33-34]，也作为其竞争能力培养的要素：

(1)技术竞争力(具有足够的专业知识，可以有效计划和组织相应的工程过程，以最好结果达到目标)；

(2)管理竞争力(具有较宽领域的商业知识，在组织确定框架下，遵循既定的规则、过程和指南，在既定期望标准之下运行特定工程项目)；

(3)伦理竞争力(具有工程道德标准意识，在特定工程环境下做出合乎工程伦理的抉择)；

(4)效率竞争力(工程活动效率高，有能力、有效得到预期结果，此术语还特别强调学生不断学习和开发，提升其专业知识的能力)；

(5)人格竞争力(表现在工程环境中的时间管理、人际关系管理、交流能力和冲突管理等能力)。

4.2 卓越工程师教育的团队能力认识：硬实力与软实力相结合能力

国际上研究工作^[35]根据工程师基础科学知识与工程实践结合特点，提出工程师教育和培养的工程硬产出能力和软技能关系框架，其中，所谓软技能更多表现团队型产出，如表2所示，同时亦可看出，其间关系中只有工程设计的硬产出环节更多体现工程师个体能力，大多数环节都需要与他人协作的能力要求。

表2 工程软技能和硬产出能力比较Table 2 Comparison of engineering capability: Soft vs. hard strength

注：● 代表横向因素和纵向因素密切相关；O代表无密切相关性。

4.3 卓越工程师教育的团队能力认识：注重工程贡献社会的综合能力

卓越工程师教育更注重科技发展共性特征和所谓“21世纪工程人才”背景，其素质和能力诉求具有前瞻性，反映出卓越工程师多重身份和能力诉求，也显示出工程教育所必须承载的社会责任和职能，可总结为下述特点：

(1)工程师-方法大师，不仅应是工程理论和规则知识的专家，也应是辩证和灵活把握工程方法的大师；

(2)工程师-科学家，不仅应是工程科学研究的专家和发明家，也应是联系生产和改进技术的洞见型专家科学家；

(3)工程师-企业家，不仅能够组织生产技术产品和提供相应的服务，而且在其他专业工程领域也具有专业知识的组织型企业家；

(4)工程师-政治家，不仅在推进新技术的管理和法律层面是专家，而且在工程师群体和政府相关机构中说服政策制定机构来推进新技术方面也是专家；

(5)工程师-设计师，在各类工程艺术方面具有影响力，直接关系到产品和商业化的工程艺术，甚至社会影响表现等等。

卓越工程师教育的社会责任意识十分重要。卓越工程师教育的跨专业、社会责任、团队型合作的能力培养也非常必要。

5 我国高质量工程人才培养和新工科教育改革启示

如上所述，工程卓越化发展所需要的工程人才和工程教育与基础科学、工业工程实践双向联系的理念、跨学科知识融合理念、工程师团队合作理念，都需要落实于本土工程问题为导向的工程实践及其规律认识上面。

随着“卓越工程师教育培养计划”升级版发展，我国政府近年来积极设立新工科专业学科点，通过产学合作协同育人机制有针对性地设置“新工科建设专题”，汇聚工业企业工程实践资源，具体做法包括鼓励部门高校、地方高校参与“双一流”和新工科教育实践项目，鼓励新工科建设融入产业发展规划等方式，多种渠道融入高等工程教育及多层次工程教育的改革，为我国提供丰富的高质量工程人才储备服务，大力增强我国工程人才资源的竞争力和综合国力。

另一方面，从工程卓越化发展的需要看，中国科协2022年6月曾发布10大问题系列^[36]，分别提出10大前沿科学问题、10大工程技术问题、10大产业技术问题¹，其中，多个典型问题反映出卓越工程联系基础科学研究和产业互动过程的典型解题特征，也反映我国卓越工程制造未来面临的攻关克难需要面对的解题模式，如“自动、智能、精准的化学合成”(属Ⅰ类)、“全固态锂金属电池的工程化应用”(属Ⅱ类)、“高精密复杂硬曲面随形电路”(属Ⅱ类)、“存算一体芯片工程化和产业化”(属Ⅲ类)、“自主可控的工业设计软件”(属Ⅲ类)等实现问题，其“解题”过程大概率都会牵涉到基础科学研究和工程方案、产业实践之间的融通和交流，这是我国工程卓越化发展方向，也是当代中国工程人才教育的时代使命！

综上，我国卓越工程人才教育的理念革新重点，一是要强调“工程”统帅科技元素的理念，突出问题导向、设计优先、技术集成、创造性解决方案内涵，“工程卓越化”发展的理念则促使相应的知识和能力训练更为系统，前瞻性更强；二是要强调卓越工程师教育与基础科学和工业实践的双向联系，保证基础科学与工程卓越的动态互补；三是要强调卓越工程人才教育的团队模式，体现社会和经济发展责任的代际担当。

(1)决定科技要素知识的集成内涵和本土原创型解决方案。相对于技术的发展理念，工程理念更为体系化，在工程及其教育实践中注重项目型或解决方案聚焦类型，以此集成适宜的技术门类。同时还应充分认识，在聚焦解决方案的认知和能力教育框架中，技术作为工具类型的资源，实际上存在现有和未知两类：业已成型的技术更像是一种现有工具箱中的工具，而围绕特定工程问题和方案的未知可选技术主题，更需要以宽广的工程视野来选择和攻关。其中，不论有形技术(例如设备或装备、原型设计图纸等)或是无形技术(例如专利、专有技术等)，不论是现有还是未知特定技术，都是工程活动中的关键要素，都需要多种技术类型的配合与集成。尤其值得强调的是，开拓型的工程活动更可能孕育某种新技术出现，但也需要与现有技术的配合与集成，既有可能出现具有更广范围应用价值的通用型技术，也有可能出现适用于本国本土需要的适用技术，最终都是高效率实现本地工程解决方案的组成。

(2)工程与基础科学双向联系保证卓越工程人才的知识和能力水平。如前所述，卓越工程师的教育规律需要产学研结构的介入，并有生动和有效联系机制，形成基础科学所知所得，有力支撑现有及未来工程科学，现有工程实践问题又能有效提炼为相应的基础科学问题，形成新的科学探索及研究成果，有力支撑现有和未来工程科学及其工程卓越化的演化。卓越型工程教育亦应遵循这样的发展规律。

(3)卓越工程人才教育的团队模式支撑跨学科、知识富集、能力互补和创新文化。工程师的卓越蕴藏于“集思广益”类型的团队合作中，特别是围绕特定工程问题的跨专业、跨学科的团队努力之中；同时，工程团队的意义凸显有质也要有量的诉求，一个工程主题项目、一个企业、一个地区乃至一个国家的工业发展质量，是成百上千、成千上万支有特色的工程师团队在推进。现代卓越工程师培养具有这样的特色和规律。

(4)结合本土工程实践的负责任创新需要卓越工程师教育的团队社会责任。卓越工程师教育理念中，科学与产业相联系的工程社会观是发展大势。随着科学-工业的发展，特别伴随着人工智能工程发展，科学-工程的社会文化变革风险日益浮现，卓越工程师的功能角色延伸到社会责任方面，工程能力的含义也扩展到更广阔的工程社会空间。产业工程技术的体制开发就有所谓“社会能力”的呼吁。世界各国包括科技发达国家和新兴经济体国家和地区都在面临产业-工程-科学发展的社会联系问题及其运行规律，我国作为新兴发展中大国，发展社会和经济的工程方案趋向多元化，因而工程卓越的教育更应未雨绸缪，更好地实现工程创造幸福社会的卓越。

6 结论

本文在分析工程发展、演化历史及国别特点基础上，结合国际、国内相关研究和本文综合分析，得出以下结论。

工程卓越化发展是一种工业文明发展进步的规律表现，主要发展特征及其启示是：工程卓越化发展体现质量型工业社会文明提升过程，主要通过工程活动，依照其工业和社会文明发展需要选择和优化科学、技术资源最新成果，因而工程卓越化发展具有资源集成质量和效率的地域、国别和产业差异，从发展需求上看取决于工程社会文明发展中的近期、远期质量期望，而从其实践过程上看，则取决于卓越工程人才(卓越工程师)的群体能力，特别表现在工程活动推进横向集成技术创新和纵向集成基础科学资源的质量和效率方面；我国作为典型发展中大国，新兴经济体背景的工程演化特征明显，尤其需要注重工程卓越化发展过程中，纵向集成基础科学研究资源的质量和效率，打通工程实践瓶颈问题反哺基础科学、解决工程难题的双向融合通道，通过有特色的产学研联盟机制，通过具有前瞻性政策主导的政产学研机制，从根本上促进工程卓越化提升，并据此与卓越工程师教育体系的持续革新形成呼应。

因此，根据我国工程卓越化发展现实需要，卓越工程师教育的品质和能力素质培养应注重：(1)突出卓越工程师教育的国家工程创新使命意义。卓越工程师教育具有国家工程强盛、民族复兴福祉、关键产业发展、国际市场竞争有力的使命担当，反映在大型复杂系统的攻关或开拓型工程上，特别表现工程师团队能力和执行力；需要“中国创造”品质提升过程的问题导向，从战略性使命型问题入手，以需求驱动新工科模式转型，积极推进卓越工程师教育机制。(2)注重卓越工程师教育的理念创新。①必须强调“工程”理念的统帅地位，打通基础科学与工程发展实践双向联系，高等工程教育机构与工业界紧密合作是关键，一方面造就基础科学(特别是跨学科)新发现、新认识，通过工程认知和实践创造新工程体系，以科学与工程结合实现工程卓越，促进新工程基础上的创新创业；另一方面，解决重要工程瓶颈问题导向的基础科学新发现和新认识运行架构，以优质工程解决方案促进工程卓越。这两类途径都可能奠定工程科学的创新、革新，这种促进科学-工程双向联系的运行平台是保证工程卓越化发展促进本土工程科学演化的必要支撑。②必须强调基础科学理论和本土工业工程实践问题溯源导向两个方向的教育环节，以产学研和校企融合方式、团队形式学习、基于项目的学习等教育方式创新，保持动态知识演化和进步；工程卓越化发展所需要的教育，尤其需要从本国本地区工程新路径开拓和既有工程路径精进两个方面担负起国家创新体系赋予的使命。③卓越工程师教育负有人类命运共同体意义上的可持续发展社会文明演进责任，因而其团队合作型的“创造”和“匠心”更有丰富的工程“人”的科学使命。

脚注

1. 本文中将10大前沿科学问题记作Ⅰ类；10大工程技术问题记作Ⅱ类；10大产业技术问题记作Ⅲ类。

ARTICLE META

Engineering Evolution toward Excellency and Education for Excellent Engineers: Key Concepts and Their Implications under New Science & Technology Era

Chen Xiangdong ¹²Huang Xingrong ³Hong Guanxin ⁴

1The School of Economics and Management, Beihang University, Beijing 100191, China；2Center for Technology Innovation, Tsinghua University, Beijing 100084；3Centrale Peking & International General Engineering School, Beihang University, Beijing 100191, China；4Zhongfa Aviation Institute of Beihang University, Hangzhou 311115, China

This paper, by reviewing various literature resources from different but relevant studies and also analyzing conceptual differences on typical terms in usage between Chinese and Western culture, focuses on key ideas and characters of engineering and engineering education, and proposes a specific term to indicate the fact: Engineering Evolution toward Excellency (EEE), reflecting quality based evolution of the industrial civilization, driven by current and future needs from local region and national capacity, with specific social and economic expectations; in this way, available resources from sciences, technologies, and others are selected, optimized, and integrated through the engineering process, with differentiated efficiencies, depending heavily on capabilities and commitments of excellent engineers in the local and national capacity, and significantly, on the efficiency of local engineering education. The paper therefore emphasizes on fundamental mindsets and understanding over "engineering" with three important rules: (1) it is the engineering process, especially the EEE process, that integrates basic science knowledge, key technologies, and other relevant resources, enabling a quality local-need-based solution to be produced, therefore, concept of engineering and EEE should be the core part to actively understanding the link for continual development between the two fields, one in an active engineering practice and the other a relevant basic science research, to reach an up-to-date solution; (2) it is such two-way knowledge and information transfer between basic scientific research and engineering practices that make EEE occur in a larger scale, especially in ways through which key basic scientific questions on practical bottle-neck could be found, defined, and decoded for higher quality scientific solution; (3) it is such two-way knowledge and information transfer mechanism that is the core part of engineering educational reform for excellent engineers to support EEE in a long run. Hence, this paper provides following important findings and policy suggestions for excellent engineer oriented education: (1) Solid foundation for basic scientific learning should be effectively implemented in order for students either to explore new engineering path, or to find and to create dynamic practical engineering solutions, and the latter part should be even more important in developing and emerging economies as often such function based university-industry consortium is less effective and much more demanding; (2) Effective university-Industrial collaboration, either in terms of UIG (university-industry-government) consortium or in shape of GIU (Government-Industry-University) structure, is necessary mechanism in engineering and in education for EEE upgrading, in which crucial step is on conceptual level reforming;(3)Group learning, especially cross-field group learning system should be well established throughout the course of the engineering educational reform, in order for both students and teachers to accept active co-operations and to jointly produce creative innovations and engineering solutions, when facing challenging dilemma and bottlenecks; (4) In both conceptual and practices, strong commitment for local engineering evolution and fit-in solution should be necessary, starting from regional and national industrial development case, theoretically and practically keeping EEE for local excellent output. The EEE concept and the rules discussed in this paper on education for excellent engineer could be served as reference for readers on relevant topics in engineering and education.

Engineering Evolution toward Excellency (EEE)；engineering education；education for excellent engineers；national innovation system

ABOUT

引用本文：陈向东,黄行蓉,洪冠新.新科技时代工程卓越化与卓越工程人才教育关键理念演化与启示[J].工程研究——跨学科视野中的工程,DOI:10.3724/j.issn.1674-4969.23010827. (Chen Xiangdong,Huang Xingrong,Hong Guanxin.Engineering Evolution toward Excellency and Education for Excellent Engineers: Key Concepts and Their Implications under New Science & Technology Era[J].Journal of Engineering Studies,DOI:10.3724/j.issn.1674-4969.23010827.)

作者简介：陈向东(1953—), 男，博士，教授，研究方向为国际技术转移、技术创新管理、国家与区域创新体系、高等工程教育比较。E-mail: chenxdng@buaa.edu.cn

作者简介：黄行蓉(1989—)，女，博士，副教授，研究方向为高等工程教育研究、航空航天飞行器结构动力学与控制。

作者简介：洪冠新(1967—)，女，博士，教授，研究方向为飞机大气扰动动力学与飞行安全、舰载飞机起降动力学与控制。

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzNjY3ODgxNg==&mid=2247491694&idx=1&sn=2f5df8f1fde5a94f942359f977a14b9a

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