五大卓越：美國一流大學工程人才培養模式的透視與啟示
——以普渡大學為例

楊 冬 林 健

一、引 言

第四次工業革命正在重構全球科技創新版圖，工程教育水平和工程人才質量成為一個國家決勝未來科技制高點的核心驅動力。為加速推進強國建設和民族復興，黨的二十大報告從戰略高度系統部署和統籌推進科技、教育和人才三位一體發展，提出自主培育和造就一流科技領軍人才與卓越工程師等尖端和緊缺人才隊伍。[1]這是中國為適應由全球競爭格局多樣化引發的世界之變、新科技革命促發的時代之變以及開啟中國式現代化新征程的歷史之變，主動在教育領域做出的重大制度設計和戰略決策。工程教育作為高等教育的主體構成，工科專業數量和工科生存量現已超過高等教育總體量的三分之一，是經濟建設、科技創新、產業升級和社會可持續發展的關鍵支撐，[2]在教育強國、科技強國和人才強國建設中居戰略核心。推進工程教育模式創新和質量革命，既是當務之急，也是長遠之策。[3]

人才培養是工程教育的根本使命。在“卓越計劃”和“新工科”戰略驅動下，中國已經建成全球最大規模、門類齊全和結構多元的工程教育體系，奠定構建中國特色、世界水平的工程教育模式的堅實基礎。[4]12但是，工程師質量不高、“卡脖子”和核心關鍵科技人才缺口大[5]47、工程人才實踐與創新能力不足、跨學科與通識素養不強[6]等短板問題依然突出。囿于傳統工程教育模式的路徑依賴，高校在工程人才目標定位與質量標準更新、課程體系優化、教與學方法變革、產教深度融合[4]13、學科專業交叉與實踐平臺建設[7]39等方面還存在挑戰，致使工程人才供給和國家及社會需求的結構性不匹配的矛盾長期存在，難以為經濟社會創新驅動發展和國家現代化建設提供高質量、復合型和引領型卓越工程人才支撐。面向新經濟、新產業和新技術交疊的工業4.0時代，工程教育該如何構建卓越工程人才培養模式？

學界已有的關于工程人才培養模式的探討整體分為國內實踐分析和國際比較研究兩種。前者主要分析不同院校工程人才培養模式的框架結構、設計邏輯和實施路徑，如“兩交叉四融合”產教協同培養模式[7]39、“跨學科多專業融合”模式[8]、“4I”模式[9]17、新工科3維6核模式[10]18等；抑或宏觀地從培養理念、目標和方式[11]等方面以及從課程體系、教學方法、工程實踐、企業實習與教師隊伍[12]19-21等層面提出工程人才培養模式的革新方向和行動策略。后者側重于探究歐美等國工程人才培養模式的類型、特征與差異，[13]以及聚焦院校層次對多案例高校工程教育及人才培養進行實踐考察、異同比較和經驗參考。[14]107這些研究具有重要的理論指導和實踐啟示，但是，它們對工程人才培養模式的范疇界定過于泛化，內容指涉大而全，重點不突出，分析碎片化，可操作性不強。同時，相關國際案例分析流于資料表象、經驗陳述和共性總結，缺少對國情實際和工程教育制度及文化的差異觀照，專門聚焦世界一流大學工程人才培養模式的典型個案探究甚是匱乏，難以提供精準適用和可行有效的思路借鑒。

工程人才培養模式在本質上指向“培養什么人”“用什么培養人”和“如何培養人”等根本問題。本研究通過借鑒鐘秉林關于人才培養模式涵蓋培養目標、內容、方式和條件在內的諸要素[15]之普遍定義，結合林健關于工程教育之“教育屬性”與“工程特性”的本質界說[12]19，以及卓越工程人才培養的目標、方案、課程、教學與實踐等要素論述[16]41，將工程人才培養模式解構和釋義為由人才目標、組織機制、課程體系、教學范式和實踐育人等核心要素集成的工程人才培養系統。當前，美國既是國際公認的工程教育大國和強國，也是工程教育改革轉型和創新發展的全球引領者，工程師和科技人才培養質量居世界前列。為系統探究美國一流大學工程人才培養模式的基本樣態及其特征，從中汲取卓越工程人才培養的實踐做法和優秀經驗以資借鑒，促進中國新時期卓越工程人才培養高質量發展，本研究基于以下原因選取以卓越工程教育享譽全球的普渡大學(Purdue University)為典型案例進行深度剖析。第一，普渡大學是美國最好的10所公立綜合性、研究型大學之一，其工學院已有130余年歷史，體系完備，特色突出，[17]被譽為“最具創新力的大學”[18]。第二，工程教育規模最大，工科專業布局廣泛，實力強勁，是授予工科本科學位數最多的5所大學之一，工學院排名穩居美國前10。[19]該校先后培養出第一位登月宇航員——阿姆斯特朗(Neil A.Armstrong)、無線電廣播之父——費森登(Reginald A.Fessenden)等世界級卓越工程師。第三，普渡大學位居全球十大工程教育改革領導者行列，以跨學科和“接近真實世界”的工程教育為特色，[20]15首創工程教育系和首開工程教育學博士項目以及社區服務工程計劃等，注重外部社會參與和校企合作，[20]15是美國卓越工程師和科技人才的搖籃。因此，本文基于 “目標—機制—課程—教學—實踐”五大要素為分析框架，深度解構普渡大學工程人才培養模式的卓越密碼，有利于全面厘清美國一流大學工程教育何以實現工程人才目標與其組織機制、課程、教學和工程實踐一體適配，可為中國高校自主構建卓越工程人才培養模式提供有益借鑒。

二、卓越模式：普渡大學工程人才培養的系統透視

普渡大學工學院現有494名教職員工，16，134名學生，畢業生超過100，000人，正加速向大規模卓越巔峰邁進。[21]作為工程教育強校，普渡大學在戰略規劃上追求卓越發展，堅持守正和創新相統一，構建了卓越目標、機制、課程、教學和實踐一體化的卓越工程人才培養模式。

(一)卓越目標：培養服務國家與社會、面向全球和未來的工程師，為學生適應和領導工業界做好能力準備

人才目標在廣義上是對“工程教育為誰服務”“社會需要何種工程人才”及“工程人才應具備什么標準”等問題的集中反映和具象表達，為工程教育教學提供實踐引領和質量依據。[22]普渡大學工程教育目標定位兼備工具性和價值性，既平衡了政府、產業和社會的外部利益訴求，也統合了知識、能力與素質的內部人才質量三維圖式?？傮w而言，該校致力于培養服務國家與社會需求及引領全球和未來發展的下一代工程師，提升學生在工程行業與職業市場的適應力和領導力。

一是接軌國家需求、引領全球工程創新與未來發展。工程教育兼具社會意義和本體意義，需要平衡外部社會需求驅動與大學內在發展間的張力，協調好政府、社會與大學在工程教育的優先次序和愿景使命[23]。普渡大學最初是一所贈地學院，這使得服務國家需求和社會發展的理念深深印刻在其工程教育中，致力于面向州政府和國家發展需求培養世界水平的一流工程師、技術人員和科技領導者。譬如，普渡大學的核工程專業定位于成為國家使命項目(National Mission Project)的領導者，通過核工程、科學和技術領域的前沿和創新研究擴大知識前沿，教育有道德的頂尖核工程師，培養全球核工程界的未來領導者，為全球的核工程界提供技術專長。[24]同時，《全球一流工程教育發展現狀》(The Global State of the Art in Engineering Education)報告顯示，普渡大學是世界公認的全球工程教育十大領導者之一，[23]該校特別注重通過技術創新來引領世界發展和未來變革，培養工程人才的科技競爭力和全球勝任力。譬如，電氣和計算機工程專業旨在教育下一代工程師，探索基礎知識及其應用，創新性地參與和應對具有社會影響的全球挑戰，服務并領導印第安納州、全美乃至全世界的電氣和計算機工程。[25]這種強調服務國家戰略利益與科技創新、促進社會經濟發展和保持全球絕對領導力及未來競爭優勢的高標定位，平衡了國家需求和引領世界、服務現實和未來創新兩大關系，使得工科生能夠適應和引領全美乃至世界工程行業產業的關鍵與尖端領域，站在科技創新和工程應用最前沿。

二是塑造工程專業認同和社會職業適應性。擁有一流工程技術人才的國家往往居于全球產業和經濟鏈頂端，工程教育人才培養須與工程行業產業發展需求保持動態適應和協調平衡的關系。為工業界培養卓越工程師和科技人才是美國工程教育的主要任務。在美國，工程教育先后經歷了基于實踐的模式、基于科學理論的模式及平衡實踐與理論的模式的變遷，改革重點在以理論還是實踐為主之間反復變化，從而有效平衡工程科學和工程實踐的關系。[26]受實用主義思潮和新工業革命驅動，普渡大學的工程教育秉持工程作為社會造物活動的本質理念，強調學用結合、面向工程實踐、滿足工業需求和服務社會發展，全方位提升工程人才的學科專業認同及其在復雜多變的全球經濟社會中的技能、創造性、適應性和世界工程領導力，最終為工程行業產業和勞動力市場就業做好準備。譬如，該校的化學工程專業致力于教育學生從事化學工程實踐，開展推進知識前沿的研究，并通過對產業界、行業界、科學界、政府和社區組織的引領和技術咨詢來促進社會發展和提高專業水平。[27]這種從工程行業和工作世界需求側設定的人才目標，突破了單一工程科學范式和知識導向的學術型人才培養局限，有利于引導學生將學習重心從注重工程學科理論體系構建和學位課程成績獲得轉向工程職業社會化發展，消解工程教育的“逃離工科”質量癥結，形成與工業產業適銷對路的人才供需結構。

三是工程通用能力和專業能力并重。能力本位質量觀是工程范式的產物，工程師培養的重點正從“知”維度轉向“行”層面。普渡大學工程教育對標世界一流和國際互認，化工程知識為工程能力，現已通過國際通行公認的、最具權威性的美國工程與技術認證委員會(Accreditation Board for Engineering and Technology)的學科專業認證。該校各工程專業的人才培養標準以工程專業認證規定和要求的工科生畢業質量標準為通用依據，并結合學校、院系的專業定位與特色進行差異化建構，重點培育學生應用工程科技理論識別并創新性提出和解決復雜工程問題的能力，培養學生的工程設計、領導合作、有效溝通、實驗開展和工程倫理等多元復合能力，進而造就能夠勝任工程行業、具有突出技術實操與實踐能力及國際競爭力的卓越工程人才。譬如，機械工程專業專注于培養以負責任、專業和道德的方式行事的畢業生(公民)，使其能夠在專業實踐、專業發展和專業拓展方面實現預期目標，并將工程技術創新和應用技能以及問題解決能力廣泛延伸到工業界和社會各個領域。其中，畢業生所要達成的能力結果包括：應用工程、科學和數學原理識別、制定和解決復雜工程問題的能力；應用工程設計來生產滿足特定需求的解決方案的能力；開發和進行適當的實驗、分析和解釋數據，并使用工程判斷得出結論的能力等7項能力。[28]這種能力導向的工程人才目標，突出工程的實踐性和應用性本質，與世界工程教育變革同頻共振、一致適配。

(二)卓越機制：依托工學院建制和項目制，貫通大類通識教育、專業教育和跨學科教育

學科是高度綜合化、結構化和制度化的人才培養組織單位?，F代科學和工程技術的創新發展越來越依賴多學科交叉融合，不同學科的理論、方法和技術的交叉滲透正發生在眾多工程領域。普渡大學的工程學科組織建制和專業布局以大工程觀為主導，通過組建整合各個工科專業的工學院，輔以項目制方式，實現大類通識教育、專業教育和跨學科教育一體運行。

一是依托第一年工程項目(First-Year Engineering Program)的大類通識教育。工程教育統一隸屬于工學院，下設航空和航天工程、電氣和計算機工程、工程教育、機械工程與核工程等13個院系。其中，該校的工程教育系是全美首創，承擔工學院的工程大類通識教育和跨學科教育。與其他高校不同，普渡大學第一學年并不進行專業劃分，全部工科生都要進入第一年工程項目學習，統一接受數理基礎、工程科技、人文藝術和創新創業等工程通識教育，完成規定的課程學分與成績考核評價才能通過“過渡到專業”(transition to major)分流至專業教育階段。整體上，第一年工程教育是大工程觀教育的體現，由普渡大學最先創立和實踐。它通過工程通識教育打破院系分割和專業壁壘，引導學生理解和探索工程及工程師，激發工程學習興趣，形成工程系統創新思維，拓展工程教育基礎，并為工程專業方向選擇做好過渡準備。這種大類培養形式在避免過早專業化教育的同時，也為后續工程專業教育的實施奠定通識基礎，構成工程人才培養的“基座”。

二是進階式、個性化和成果導向的工程專業教育。專業教育的實施過程是開放彈性的，由各工科院系自主完成，每個工程專業涵蓋多個專業方向，為學生定制柔性化、進階性和個性化的人才培養方案，最終產出工程類技術、設計、項目與產品等成果。通常，普渡大學采用“一個基礎方案+多個出口”[20]18原則，鼓勵學生在院系專業顧問一對一指導下，根據工程興趣、個性特長、學習需求及職業目標選擇專業和課程。例如，航空航天工程專業要求學生在大二時奠定工程基礎，包括靜力學、動力學、熱力學及飛機和航天器設計介紹等的學習。在大三，學生需要學習空氣動力學、結構和控制系統等專業核心課程內容。進入高年級后，學生與學術顧問協商選擇空氣動力學、航空航天系統設計、天體動力學和空間應用、自動化和控制力、推進力、結構和材料等專業領域，交付一個基于團隊、整合技術學科并形成航空航天系統初步設計的高級設計項目成果。[29]期間，學生享有學習自由權和專業選擇權，可在學位目標變更政策允許且符合平均學分績點、課程類型、科目結構及相應專業課程學分等專業條款和互認標準下變更專業。[30]在這種模式下，普渡大學的工程人才培養堅持“一人一方案”，學生學習的因材施教、多元性和靈活性得以實現。同時，專業教育注重基礎理論和實踐應用相結合，基于特定工程問題、技術設計、產品系統及項目成果進行多學科知識的創新集成與貫通應用，最終系統提升解決真實和復雜工程實踐問題的綜合思維、素養與能力?？傮w上，以成果產出為導向的專業教育進階體系設計和個性化實施，與新時期工程教育強調回歸工程、系統集成及實踐應用的目標需求一致。

三是制度化和項目化的多模態跨學科工程教育?？鐚W科教育是專業教育的拓展和深化，旨在淡化學科專業邊界，拓寬工程學習口徑，培養學生認識和解決復雜工程、多學科工程問題的跨界視野、思維和能力。工學院涵蓋兩種跨學科教育模式。一種是獨立形態、制度化的學位教育模式，由工程教育系實施，包括跨學科工程研究和多學科工程兩種。前者面向想接受工程教育但不從事工程實踐的學生，滿足其在工程和多學科間的跨學科工作需求。比如，醫學工程預科研究為研究生工程學習和醫學博士(課程包括工程、生物學、化學、解剖學和生理學方向)職業做準備。[31]后者是涉及多個學科專業實踐的工程教育，共有聲學工程、教育工程、通用工程和納米工程等9個新專業。比如，通用工程專業定位于工程思維與技能結合，畢業生能夠勝任任何行業和公司的工作，在生產工程、技術銷售、運營管理、制造工程及供應鏈等環節承擔重要角色。[32]

另一種是嵌入跨學科工程實踐的項目化模式，如頂石項目(Capstone Project)、社區服務工程項目(Engineering Projects in Community Service)、專業實踐項目(Professional Practice Program)、垂直整合項目(Vertically Integrated Projects)、全球工程與合作伙伴關系項目(Global Engineering Programs and Partnerships)、創新與領導力研究項目(Innovation and Leadership Studies)、創新+X項目(Innovation+X)等。[33]這些項目皆對標工程實踐，涉及多個學科專業領域，以工程實際問題為主軸，大多來自需求端，用以支持和服務企業發展、社區實踐、某個競賽以及課程教學實踐和體驗等，最終指向工程理論應用、實際問題解決和創新創業，提升學生綜合運用多學科工程知識、以跨學科視角和思維解決工程現實問題的跨學科認知力和行動力。

總的來看，獨立學位模式和項目嵌套模式是普渡大學跨學科工程教育在組織機制上的創新設計和特色改革，為學生跨學科工程學習和工程跨界交叉實踐提供了制度化支撐和平臺保障。它打破了傳統單一工科院系和單一工程專業主導的培養模式，已發展為工程跨學科知識與技能習得、系統工程意識與思維養成和工程綜合實踐能力培育的重要途徑，符合現代和未來工程技術的多學科交叉融合變革趨勢以及復合型創新型工程人才培養戰略需求。

(三)卓越課程：通專并重，實驗、技術和實踐課程占比大，凸顯文理工多學科交叉特征

課程是工程教育的重要載體，課程體系建設的科學性與合理性直接決定工程人才培養質量。工業4.0時代的工程技術發展和工程教育活動范圍愈加廣泛，將在融合基礎學科、工程學科及人文社科的基礎上，更加注重工程人才培養的通專融合、交叉跨界、實踐創新與綜合集成。[10]14以核工程專業為例，[34]普渡大學本科學位課程體系呈現貫通性、層次性、實踐性和融合性4大設計理念，涵蓋了5種課程：第一年工程課程；大學核心課程；數學、科學與機械工程課程；核工程核心課程；技術選修課程。[35]

一是貫通性。工程通識課程與專業課程有機銜接和系統互構。為應對未來科學技術、工業產業和經濟社會變革，工程師要兼備工具技術理性與價值理性，不斷涵養工程科技專業能力、人文社會關懷和倫理道德規范等一體化的素質。普渡大學工程人才培養堅持“通專融合”“先通后?！钡倪壿?，核工程課程體系由通識課程和專業課程兩大模塊構成。其中，通識課程涵蓋大學核心課程和工學院第一年工程課程兩大類：前者側重于人作為社會個體發展所需的通用知識和能力的塑造，包括人類文化、信息素養、定量推理、書面溝通等12學分的課程內容；后者側重于工程領域的通用知識和能力，包括工程、數學、化學、物理與創新創業等不少于29學分的主干課程。專業課程建立在第一年工程通識課程的基礎上，具體包括專業基礎、專業核心和專業實驗/實踐課程等不同模塊，學分占比基本持平。這種課程設置在工程基礎知識與專深知識、工程理論與實踐、工程科學與技術應用間形成耦合平衡，成為卓越工程人才的培養基和催化器。

二是層次性。核工程課程以4年學制及其工程任務重心為軸縱向進階式分布。工程教育既高度專業化，又高度綜合化，工程學習需要一個由易到難、由簡單到復雜、由基礎到綜合的螺旋式遞變。核工程專業學位課程從大一到大四大體是均衡布局的，避免了課程量過度集中抑或分散的兩極化。同時，工程課程編排遵循全周期工程教育理念進行結構化和梯度化設計，根據不同課程在工程人才培養中的功能定位及其重要度、難易度等，構建了表征工程基礎—核心—實踐、初階—中階—高階等縱向進階式課程鏈。譬如，研討課分二年級、中級、高級3個層次漸進實施；工程通識課程和技術選修課程按照類別差異和內容層級分成4個層次開展；工程專業課程由數理基礎課程向核工程核心課程以及實驗、高級設計項目等綜合課程深入延伸和拓展，從而打通工程理論與實踐?？梢?，工程課程并非雜亂無序的，而是以特定的編制結構、層級和順序，將不同類別課程均衡分布在各學段。

三是實踐性。工程專業實驗、技術與實踐類課程占比大。工程教育不僅基于自然科學理論和技術原理，還要經過工程訓練和實踐驗證。[5]47如核工程人才培養總體遵循構思—設計—實現—運作理念框架，注重學做貫通，開發出本科生實驗室、核材料實驗室、核熱液實驗室、高級設計項目、核工程設計和技術選修等29學分的實驗實踐類課程。規?；膶嵺`性課程供給保障了學生在大量的工程實驗學習、技術開發和實踐活動中體驗工程科技知識生產、系統設計、產品創新、項目實施和技能訓練，進而集成工程技術應用全過程的設計、實施、運作、建造和生產等復合能力。另外，這些課程并非集中在某一學期完成，而是遍布工程教育全過程和各階段，與基礎科學理論和工程技術專業知識學習相輔相成，成為促進工程基礎與核心理論知識體系理解、探究、應用以及培養高階工程思維、系統創新意識與綜合實踐能力的強力支撐。

四是融合性。核工程課程非“純工科”性質，多學科交叉化、項目化和綜合化特征顯著。工程技術內在地具有學科交叉與集成特性，傳統單一學科在重大工程問題解決和核心科技領域突破上愈顯局限，工程領域范圍已從單一技術范疇延伸至由科學、技術、社會、文化與人文等眾多領域相互嵌套和集成的復雜系統。如核工程專業課程體系立足工程本位和系統邏輯，不僅注重拓寬學科交叉的廣度，覆蓋科學、技術、數學、信息、物理、生物、人文和社會等不同學科群落的課程內容，而且通過設置面向工程實際問題、工程技術實操、復雜工程實踐的工程研討、工程設計、工程高級項目和工程創新創業等多元項目化與綜合化課程，進一步強化其交叉深度和育人效度。這種融合性課程設計，能夠拓展工程基礎和跨學科素質，培養利用多學科原理、技術和方法解決現代工程問題的綜合能力。

(四)卓越教學：踐行學生中心的“教—學—研”相統一的工程教學范式

教學是工程人才培養的中樞渠道，以學生為中心的教學構成工程專業認證與工程教育質量保障和持續改進的基本原則。普渡大學踐行以學生為中心的新型工程教學范式，通過構建“教—學—研”相統一的工程教學鏈，創造了極具價值的高質量教學和學習活動。

首先是教學轉型，變經典講授型為基于研討、問題、案例和合作等的多元創新教學。工程教育的回歸工程人才培養理念，意味著打破傳統理科化工程教學慣性，用學生中心顛覆教師中心，重構指向工程能力培育的卓越教學。為此，普渡大學發起學術課程轉型計劃(Instruction Matters：Purdue Academic Course Transformation)。該計劃具有作為制度性的教師發展計劃和作為戰略性的學院組織轉型計劃雙重屬性[36]，旨在創新課程教學形式和實踐活動設計，撬動工程教學方式方法變革，探索合作式和研究性教學實踐，創造學生中心教學環境，以使校園文化回歸以學生為中心的教學。[37]最終，用于團隊合作和小組討論的教學空間得以重構，大多數課程教學堅持工程問題、情境與實踐導向，實現從大規模、程式化的單一講授式模式向師生雙邊交互型的合作研討式、專題探究式、案例分析式、沉浸體驗式及項目實踐式教學轉型，以學生為中心的工程教學成為常態。數據顯示，81%的本科生高度評價課程以學生為中心，教學滿意度、學生參與度均顯著提高，退課率大幅下降，如機械工程課程的退課率從30%降到11%。[38]

其次是學習重構，從被動接受式學習轉向自主參與式學習。學生中心主張培育終身可持續的工程學習力，強調工程學習的自主性、創造性和挑戰性。一方面，大力打造工程學習共同體。普渡大學堅持從學生發展和需求的邏輯設計和實施工程教學活動，引導學生根據不同的課程類型、教學內容和組織形式進行挑戰性學習、研究性學習、合作式學習、實踐性學習、項目化學習和跨學科學習。為此，學校高度重視學習專業化服務和資源支持，夯實學生深度開展工程學習和實踐的綜合素質與能力基礎，助力工程學習成功和學習能力提升。如學術成功中心發起學生成功計劃，具體包括：其一，補充指導，即以同伴主導的小組互動式學習方式批判性地思考挑戰性課程內容，幫助學生應用概念并掌握可遷移學習技能；其二，同伴成功輔導，即同伴領導者與學生一對一合作研發學習策略、技能和解決方案；其三，工作坊，即培訓學生掌握時間管理、智能學習與小組學習等技能。[39]這些舉措的重點放在如何學習專業知識的過程性策略和技能，有力地促進了學生自主有效學習及其效能感提升。

另一方面，借助新興技術驅動學習方式變革。普渡大學正在建設面向未來的規模卓越工程項目，定位于打造世界上在虛擬-物理工程界面最好的工學院。具體而言，普渡大學依托數字技術重構虛擬-物理工程教育教學環境與資源，利用信息技術優化升級工程實驗場所、實踐基地與訓練平臺，以保障工程學習場域和空間可擴展，提供開放化、多樣化、創新性且支持大規模、最高學術標準的學習選擇，幫助學生模擬仿真工程或體驗真實工程并過渡到工作世界。[40]工程教育教學利用新興技術工具、信息平臺、網絡手段和數字資源，通過線上與線下、虛擬與現實融合的方式再造工程學習模式。例如，運用信息和網絡技術開發和應用“我的普渡”(MyPurdue)、云學習空間系統(Brightspace)、云視頻通訊(Zoom Video Communications)、學生網訊(WebEx Student)和影像演示(Video Express)[41]等教學應用軟件系統、平臺和工具，用來支持慕課、翻轉課堂、在線直播課堂、在線互動教學、線上線下混合教學和沉浸式體驗教學等新興工程教和學方式的有效實施，[20]23實現以技術為中介的課前自主學習—課上合作研討—課后精準輔導的多元、高效與一體互動。

最后是研以致用，在研究中集成復雜工程能力。工程是科學與技術的集成，系統專門的科學技術理論和工程問題研究，是深化工程認識和應用的有效方式。普渡大學除了在課程教學環節引入研究性學習進行工程自主探究和創新外，還專項實施本科生科研項目引導學生體驗正式課堂活動外的工程過程及其變化。工程領域的本科生科研面向工科專業和其他科學、數學與技術學科，如生物醫學工程、化學工程、工業工程和工程教育等。本科生在教職員工和導師指導下進行跨學科、跨專業、團隊式研究，通過現實和具體工程情境應用課堂理論、方法和技術，強化工程應用體驗、自主學習、探究實踐及其創新成果產出，最終系統集成工程復雜能力、學術研究能力和其他職業技能，推動知識創新和社會進步。[42]該校的本科生科研項目來源廣泛，涵蓋校內和校外、學期中和夏季學期、學分和非學分、大學和工業界、國內和國際多個渠道和多種類型，項目數量截至2021年底有1，014個，涉及大數據/機器學習、生物模擬與技術、復合材料與合金、計算機體系結構、能源與環境、制造與機器人、材料加工與合成、納米技術等多個領域。[43]這些項目多數源于各個工科院系的研究領域與方向，是對工程理論課程教學的延伸與拓展，本科生通常在院系顧問、課程講師和助教等指導下自主申請進入實驗室和課題組?？蒲袆撔禄顒映蔀樘嵘た粕墓こ虇栴}意識、批判性思維、創新素質、科學研究方法應用技能及工程開發、設計與創造能力的必備途徑。數據證實，參與科研的學生畢業可能性提高2倍，攻讀研究生的可能性提高5倍，擁有更成功的職業生涯。[44]

(五)卓越實踐：對接和適應社會需求，以多方協同參與和工學合作項目驅動“知行合一”

工程直接面向工業生產、經濟需求和社會實踐應用，更多在真實的工程場域和問題情境中進行。整合內外各方利益主體及資源，加強工程實踐，是國際工程教育改革的通行做法。普渡大學堅持開放辦學和合作教育理念，并不局限于高校單一主體、工學院內部和傳統課堂場域，通過疏通政府、企業和社會等利益相關者合作機制，實現工程教育多方實踐資源和優勢集聚并形成目標合力，保障工程人才之于工業界、行業市場、企業及社會和國家需求的適應性。

第一，主動跨越學術界限，深化多方協同育人。工程教育以賦能工業、發展產業與服務社會為價值內核。普渡大學致力于建成美國規模最大、質量最好的工學院，通過合作教育加強工程人才培養，面向真實工程實踐。一方面，學校主動與政府、行業協會、產業部門、企業和社區組織等多方利益群體建立合作關系，引入外部社會力量全程動態參與工程人才培養實踐，如工科專業人才目標規格與質量標準研制、工科人才培養課程體系與教學內容設計方案調整、跨工程學科專業研究與工程實踐教學動態實施等。[20]15另一方面，整合相關工業界力量，合作開發和拓展實踐資源與形式，共建實踐平臺和機會，創設多種工程體驗式學習通道，如產業合作、企業實習、項目研究、工作實踐、技能培訓、社區服務和創業支持等。[45]這些方式可有效提升政產學研企等各方主體協同育人的積極性、廣度和深度，打破工程教育長期局限在學校內部空間和學術情境維度，形成課內外、校內外、理論與實踐相聯通的工程育人機制，為高質量履行社會責任和服務社會需求提供保障。

第二，基于“做中學”和合作項目強化工程實踐。工程源于生產實踐的本質決定了工程學習不能坐而論道，“知行合一”和“學做結合”是工程人才培養的內在要求。專業實踐辦公室大力推進工學結合，實行合作教育計劃。這種合作模式是工程項目驅動的，以合作方式提供工程實習、訓練和社區服務等多類實踐項目，通過課程作業、動手實踐學習和技能培訓提升工科學生的工程能力和職業競爭力。例如，技術開發項目(Technical Development)提供編程、3D打印和智能手表設計等實踐學習體驗。工程專業經驗項目(Professional Experience)與政府、公司等400多家單位合作，交替進入課堂教學，提供全職工作經驗、實習和研究項目。全球經驗項目(Global Experience)與全球工程教育和研究聯盟聯合(Global Engineering Alliance for Research and Education)提供國際工作經驗。全球專業技能項目(Global Professional Skills)讓學生合作設計和解決全球工程問題。[46]社區服務項目對標人類社會和全球社區需求，基于跨學科團隊合作全程參與解決現實工程問題，最終獲得支持工程可持續發展的項目識別、設計、構建、測試、團隊管理能力以及領導能力、實踐能力、創新創業能力等。[47]頂石項目針對大中型企業發展和經營中的真實需求和實際問題，讓學生以多學科團隊、課程學習和合作的方式進行對接，為企業提供工程領域具體環節或流程的完整解決方案。[48]此外，普渡大學工學院正在與特斯拉(Tesla)、蘋果(Apple)、羅氏(Roche)和康明斯(Cummins)等世界一流企業開發“邊工作邊學習”的實踐教育新模式。學生可在參與校企合作體驗的同時在線學習課程，并在公司導師和校內導師聯合指導下完成相關工程項目，最終通過完成為期一年的全職工作實踐而獲得合作證書。[49]總之，這些專業實踐的共同點是面向真實的工程實踐與社會需求，通過具體工程情境、問題和實踐對工程知識加以綜合理解、驗證和應用，實現工程專業知識和工程實踐、行業需求的耦合集成，提升工程人才解決工程問題的積極性、創造性以及動態適應社會變化和不同類型工程職業的復合能力。

三、走向卓越：中國工程人才培養模式的創新理路

工程、科技與人才已成為國家硬實力的決定性因素，是社會創新與可持續發展的引擎。中國工程教育正處在由大變強、范式轉型與高質量發展的攻堅區，亟待構建卓越工程人才培養模式。普渡大學的五大卓越密碼，對中國自主培養卓越工程人才，促進科技鏈、產業鏈、教育鏈和人才鏈互嵌集成，建立世界人才中心和科技創新高地具有借鑒意義。

(一)高位對標需求，培養復合能力導向的創新型工程人才

工業革命使大學由象牙塔演化為科學、技術與工程創新中心和孵化重鎮。工科的應用性決定了工程人才培養要充分結合國家、社會、區域、產業及行業市場需求。[50]普渡大學通過統合內外需求實現工程人才培養價值和工具理性的統一，定位于工程師和科技人才服務國家利益及政府戰略訴求，引領全球當下和未來工程產業行業，培育面向工程實際的多元復合能力，最終形成工程人才供需穩態。當前，中國工程教育的不適應性問題比較突出，人才培養目標存在過度工具化、專業化和知識化傾向，工程人才的領導力、實踐力和創新力普遍不強。為此，亟待重塑工程人才培養目標，進一步平衡“政治論”和“認識論”取向，推進人才培養目標向高位化、創新化和復合化方向轉型。

其一，高位對標需求，供給面向國內、國際和未來高精尖工程科技領域的引領型卓越工程師。工程教育是新時代強國建設的生力軍。高校要結合自主培養卓越工程師和拔尖創新人才等國家戰略需求，從適應和引領世界工程及未來尖端性、顛覆性和前沿性科技創新，服務國家核心利益與科技戰略實施的高度，統籌好工程教育的世界一流和中國特色的關系。在此基礎上，進一步科學研制不同類型與結構的工程人才目標及質量標準，定位于產出具有全球格局與視野、領導人類命運共同體建設、堪當強國建設與民族復興大任的卓越工程師[16]41。

其二，工程創新驅動，自主培養服務社會發展的一流創新型工程人才。創新是工程教育改革和發展的源動力。工程人才培養目標既要主動適應新形勢、新產業、新經濟和新技術變革，也要對接工程行業產業和職業市場人才需求的新變化，全面塑造學生的工程創新精神、思維和意識及工程設計、開發、生產與實踐等綜合素質，以保障工程人才在大變革時代和不確定的社會中進行工程可持續創新。

其三，回歸工程本位，增強工程人才的多元復合能力。新時期工程教育人才培養應遵循回歸工程的邏輯和軌跡，突破過度科學化路徑依賴，從根本上走出偏重理論知識弱化工程實踐的困境[9]15。高校要從工程作為一項復雜系統實踐活動出發，大力培育工科生面向工程實際的理論應用能力、研發設計能力、組織與領導能力、學習與溝通能力、動手實踐能力、創新創業創造能力、多學科創新思維與科技倫理等核心能力，以造就善于發現、提出和解決復雜工程問題及能夠綜合開展系統工程項目、產品和技術等設計和實踐的卓越工程人才。

(二)推進學科交叉，以大工程觀整合“通?？纭币惑w化機制

學科相互交叉與綜合集成是工程科技創新的內生動力，人類社會在工程科技上取得的重大理論創新和核心技術突破多在學科交叉融合機制下形成。目前，科學、技術、工程與人文社科的交叉創新呈指數增勢，學科發展正從單一形態、獨立分化格局走向跨學科集成、多學科綜合，通過多學科交叉融合生成學科新增長點和人才培養新動能是未來工程教育的趨勢。普渡大學遵循大工程觀、通專融合和學科交叉理念創新工程教育組織機制，保障了工程人才培養能夠勝任不同工程領域及各行各業。然而，中國工程教育仍主要實行院系制，以單一學科專業為主導，[14]107這種組織機制設計使工程人才培養過度專業化，難以適應新技術和新產業的工程人才需求。未來高校必須開放學科邊界，打破專業壁壘，以跨/多學科交叉為基點整合工程教育組織架構，在“通?？纭币惑w化框架下培育卓越工程人才。

首先，優化工程學科專業結構布局，整合工程相近、相鄰或大類學科專業，通過學部制、書院制、大工學院制、項目制或學科集群等組織形式加強工程通識教育，塑造工程學科認同、系統工程思維、工程核心素養及通用知識體系和能力結構。

其次，改革專業教育體系，縱深實施成果導向的人才培養模式。一方面，高校要優化工程專業人才培養方案，引導工科生培養和學習從過度注重學術知識傳授和理論體系構建，進一步向突出工程實踐應用及工程項目、方案、技術和產品等的系統設計與成果實物產出轉型。另一方面，高校應促進工程專業內容體系的科學精準設計與柔性化、進階化實施，在賦予學生專業選擇與變更權利和學習自由的同時，不斷強化工程人才的個性化培養，根據學生的不同學業需求、個性特質、學習實際和職業規劃進行專業方案的個性化研制與差異化實施，以走出工業時代同質化和單向度的“工具人”培養困局。

最后，擴大跨學科工程教育供給，推進傳統工科、新生工科或新興工科專業以及工科與其他多學科的交叉融合。高?？赏ㄟ^增設跨學科工程教育中心與平臺、專門學位項目、工程實踐項目等不同形式，開放跨學科課程學習、專題研討、合作研究和實踐活動等參與渠道、權限及學業成果認證方式，培養學生的工程多學科素養與跨界創新能力。

(三)重組課程模塊，指向工程核心的貫通式課程體系

工程教育正從技術范式、科學范式向工程范式躍遷。進入工業4.0時代，工程的互聯、集成、創新和智能特征愈加不可逆，致使工程內容、形式和組織結構等底層邏輯產生重大變化，[51]57工程活動的復雜程度不斷提升。課程作為工程人才培養的載體，須順勢實現模塊重組和體系優化，它直接攸關工程教育轉型成敗。普渡大學通過構建工程本位的通專融合式、模塊化課程體系，實現了工程人才培養的理論與實踐、基礎與應用、單學科與多學科的融合交互。借鑒其有益經驗，中國大學應發力工程課程改革與體系建設，從根本上解決課程門類繁多、結構失衡與實踐偏少等工程教育堵點。

其一，開足開齊工程大類通識課程。時下工程技術呈高度綜合趨勢，與理科、醫科、人文社科和其他學科的邊界愈發模糊，交叉合作愈發密切。高校需要從科學技術、數字信息、人文社會、哲學倫理與寫作交流等人的內在素質范疇，整合和開發通識核心課程。同時，結合現代與未來工程的系統性、復雜性與集成性，整合工科師資與課程團隊力量，注重包括數學、物理、信息技術、生物與科技倫理等在內的大工程類基礎與通用課程建設，以使學生在大類教育中認識工程、工程師及工程行業與職業，儲備工程通用知識及發展可遷移素養與能力。

其二，分類整合工程專業核心課程。工程人才培養應遵循工程本位，改變專業課程建設邏輯，從注重課程數量與內容的“大而全、廣而泛”向“小而精、少而優”轉型。具體而言，高校要以工程專業核心課程為主軸，根據核心專業知識體系和工程能力結構系統規劃和精準設置課程體系，構建由專業基礎類課程、專業主干類課程和專業實踐應用類課程構成的模塊化專業課程框架，實現工程課程綜合化、專深化與實用化的相得益彰。

其三，推進工程課程橫縱雙鏈貫通，增強課程的交叉性、項目化與挑戰性。高?？蓮膬煞矫嬷謱φn程體系加以優化。在橫向上，按照通識和專業課程總體架構，結合社會需求和職業分工，對標工程情境、問題和實踐，拓展建設工程問題研討類、實驗教學類、項目設計類、綜合實踐類與技術實操類等多元交叉課程；在縱向上，根據工程人才成長規律和專業課程難度與深度，均衡地將不同類型與梯次的課程嵌套在各學段，形成課程最優結構和實現育人最佳效能。

(四)實施創新教學，引入新興技術變革工程教與學范式

以學生為中心的教學變革是工程人才培養質量保障的關鍵。如今，數字智能技術作為顛覆性力量深度嵌入工程教育，[52]為工程教學模式從“教”向“學”轉型賦能。構建學生中心的工程教學新范式，成為未來與技術協同共生的學習型社會的基本趨向。普渡大學通過實施教、學、研相統一的工程教學，引導工科生學會學習，形成終身可持續發展力，在全校鑄造了以學生為中心的工程教育文化。而中國的工程教學長期處于一種教研分離和師講生聽樣態，理論知識灌輸多而自主探究實踐少[51]54，學生學習的主動性和創造性十分有限。這種“理科化”傾向、被動式知識講授傳授模式阻滯了工程探究創新和實踐應用能力的培養。因此，工程教育亟需以學生中心理念推進教學創新。

首先，構建工程教學共同體，發展師生平等合作關系。高校要改變教師單一的工程知識專業權威角色定位，使學生同步從被動的知識接受者轉為創造性的探究者、合作者與建構者，通過教與學互促革新工程理論講授和知識學習模式，轉向基于工程問題、案例、情境、項目和實踐的合作探究與學做貫通新型模態，最終以多元創新教學驅動工程綜合體驗、深度參與及學習驅動力提升和成果產出。

其次，引入和應用新興信息與數字智能技術，實現工程教學的智能化和智慧化轉型。高校要借助互聯網、大數據、知識圖譜、虛擬現實與人工智能等新技術手段和智能平臺工具，重構智慧工程教和學空間、環境、資源、場景與方式，[53]深入推進翻轉課堂、線上教學、混合式教學、人機互動式教學、虛擬仿真實驗教學、異步自主學習和個性化智適應學習等教學新形態的生成和實施，提升工程教和學的臨場性、生動性、挑戰性和智能性。

最后，強化研以促學和研以致用。高校在普及研究性教和學方式的同時，支持學生結合工程專業和學習興趣，自主參與實驗室課題、工程項目設計、跨學科合作研究與獨立或團隊研究等科研創新活動，從而在工程技術的知識及其生產過程的探究和實踐中增強工程的系統理解和應用，實現工程設計、研發、創造和跨界合作等能力集成。

(五)強化工程實踐，政產學研企協同融合催生工程行動

工程是應用科學技術理論與手段生產滿足人類社會發展需求的人造物的實踐活動，工程人才直接服務于工業界、產業行業、社會經濟及職業市場需求。普渡大學工程實踐教育的精髓在于工程訓練和實踐學習貫穿人才培養全過程，既通過研討課、實驗課、技術課和設計課等實踐課程內化工程理論，也基于多方協同育人機制和工學合作實習實踐項目深化工程實踐能力與技術實操訓練。針對中國工程教育目前存在的重理論輕實踐、重校內輕校外與校企合作渠道不暢通、積極性不高及成效不足等現象，未來構建卓越工程人才培養模式須強化工程實踐和政產學研企協同育人，這是提升工程人才理論應用力、實踐行動力和社會適應力的關鍵。

首先，積極引入社會力量參與工程人才培養。高校須主動與政府、企業、行業協會和科研機構等共建工程合作育人關系，[16]48從外部大力尋求政策法規、基地平臺、技術設備及兼職教師等社會資源和教學條件的支持。在此基礎上，緊密結合國家戰略、政府需求、產業形態與市場結構進行工程科技人才培養模式優化和體系調整，并通過有組織的與企業、公司和科研組織協同開展卡脖子工程技術攻關、重大工程理論創新、前沿尖端工程技術與項目研發等，進一步反哺工程實踐育人。

其次，深化工程實踐訓練基地建設。高校要根據不同工程專業人才培養需求和工程實踐特色，擴大實驗室、工程實訓中心和創新創業基地等供給。同時，應用數字化和智能制造技術改造和升級工程實踐教學環境、設備和平臺，打造虛實一體、時空交匯、內外貫通的智能化工程教學、科研、學習、實驗、實訓和技術孵化基地，支撐工程理論和實踐教學的一體化、高質量實施。

最后，加大工程實踐教育比例，創新工程實踐類型和形式。一方面，增設工程教學體驗、產品設計、技術研發、工程見習、企業實習、創新創業與社區服務等不同實踐項目和跨學科合作學習活動，通過“做中學”深化工程認知與體驗及提升解決復雜工程問題的實踐能力。另一方面，打破傳統固定時間的畢業實習或畢業設計方式，根據工程實際應用和社會實踐需求，彈性結合不同學段和線上線下多元途徑，探索并實踐“邊工作邊學習”模式，培養具有突出技術創新和實踐能力的卓越工程人才?！?/p>