作者简介：赵以霞，中国科学院计算机网络信息中心新媒体部在线教育技术实验室主任、高级工程师；张思思、陶奕湲、李治，中国科学院计算机网络信息中心工程师。

摘要：全球科研科技创新呈现出蔓延生长、不断演化的景象，传统工科人才培养体系已越来越难适应当前社会经济的可持续发展。新一轮科技革命催生下的前沿技术、融合创新给全球工程教育提出更高要求。本文基于中国科学院服务人才高地建设，探索实践以国家重大科技项目为引导的项目式系统化课程设计，以及前沿交叉汇聚的学术型与专业型人才培养学科群布局，系统阐述了线上线下深度融合的人才培养机制。目标是建立面向社会的继续工程教育前沿课程资源，力求为高校本科生与研究生提供前沿交叉学科的选修课程。

关键词：新工科工程教育前沿交叉人才建设深度学习

一、前沿交叉学科建设对新工科人才培养的重要意义

新一轮科技革命和产业变革蓄势待发，全球科技创新加速推进，成为重塑世界格局的主导力量。“神舟”系列飞船成功发射回收，中国高铁成功走向国际化，“蛟龙号”成功探海米深度，“神威·太湖之光”成功获得世界超算三连冠……越来越多的中国制造转变成中国创造，这让西方世界愈发坐立不安，频发各种争端。在年爆发的中美贸易大战中，美国更是把对中国的5G通讯、芯片等高端科技的贸易制裁推到了风口浪尖。新一轮美国“调查”更是聚焦知识产权争端，主要打击中国在威胁美国优势行业的领域产业升级，重点在于技术转让、知识产权和创新领域。[1]这让我们必须清晰地认知到目前我国工程科技领域中关键核心技术受制于人的局面还没有得到根本改变，大部分制造业仍处在中低端领域[2]，而美国仍然是当今世界科技水平最高的国家，是全球科技创新中心。科技兴则民族兴，科技强则国家强。信息科学、生命健康、光电空间、材料能源等前沿技术、颠覆性技术的突破，对培育“新一代”工程科技人才提出了更高的要求和挑战。

教育部“卓越工程师教育培养计划”提出要加快培养面向工业界、面向世界、面向未来的引领新一代科技革命和产业变革的高质量新型工程技术人才。[3]据此，工程教育人才培养需紧密联系科技发展现实，重视前沿知识更新，加强多学科整合与创新能力培养，融入项目式教学，切实构建以实用和实效为目标的工程教育新模式。

随着我国产业结构的转型升级以及“创新驱动发展”“一带一路”“中国制造”等国家重大发展战略的实施，迫切需要大批工程能力强、具备国际竞争力的卓越工程技术人才。[4]新工科背景下的工程人才培养，亟需以国家战略需求为导向，以社会经济要素、可持续发展、民生改善及国家安全为核心，布局未来前沿高新技术领域的人才梯队建设，孕育一批以大数据与人工智能、生命科学与健康、新材料、新能源、现代农业等为代表的新技术、新产业，以推动工程教育培养模式革新，并以优质的资源积累面向国家、地区服务。当前工程项目的复杂程度越来越高，涉及多学科知识交叉融合，工程教育面临人力资源和教育系统的挑战。[5]《中国工程教育质量报告（年度）》显示，中国工科毕业生在针对实际工程问题、创造性提出解决方案的能力方面明显薄弱，毕业生的国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力稍显薄弱。[6]中国科学院（以下简称中科院）作为中国最大的科研机构，目标是到年，建成具有重要影响力、吸引力和竞争力的国际一流科研机构，在部分优势学科领域建成若干具有鲜明学术特色和世界影响力的科学研究中心和创新高地，积极参与全球创新治理。这将对培养我国高水平工程科技人才起到积极的推动作用。

二、中科院十三五重大突破方向和重点培育方向的布局

年3月，中科院正式印发《中国科学院“十三五”发展规划纲要》（以下简称《规划纲要》）。[7]《规划纲要》中指出未来五年，中科院将围绕基础前沿交叉、先进材料、能源、生命与健康、海洋、资源生态环境、信息、光电空间等八大领域，提出60项有望实现跨越发展的重大突破方向和80项重点培育方向（不含国防科技创新），涉及器官修复与再造、大气灰霾追因与控制等多项与民生直接相关的创新方向（见表1）。例如基础前沿交叉领域的“物理与交叉”方向，有“面向未来信息技术的量子物态及调控”“重大工程力学前沿技术研究”等；“化学与交叉”方向有“新物质创制和新功能发现”“绿色碳科学”“精细化学品变革性工业生产技术”等。再例如，在生命与健康重大突破方向有“脑科学与类脑智能研究”这个方向，以脑认知功能的神经基础和类脑智能计算模型为核心科学问题，其和人工智能的交叉融合势必引发新的科技革命和产业革命。为做好科教融合教育体系建设，中国科学院与教育部联合实施“科教结合协同育人行动计划”，实施“大学生创新实践训练计划”，加强与院内外大学人才培养合作。

八个重大创新领域

研究方向

重大突破方向

重点培育方向

1.基础前沿交叉

数学与交叉、物理与交叉、化学与交叉

8

17

2.先进材料

材料创制、新材料应用

4

4

3.能源

能源

5

5

4.生命与健康

健康、生物多样性、现代农业

17

22

5.海洋

海洋

3

5

6.资源生态环境

资源、生态环境

11

11

7.信息

信息、智能制造

7

11

8.光电空间

光电、空间

5

5

合计

60

80

工程项目的复杂性要求工科人才具备多学科知识的整合能力，强调关联和解决工程问题。例如，人工智能是计算机学科的一个分支，被认为是二十一世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一。自年AlphaGo战胜世界围棋冠军李世石后，人工智能得到了愈加广泛的重视，并在机器人、工业控制系统、自动驾驶、区块链、医疗健康、教育等领域加以应用。人工智能的三大领域：计算机视觉、自然语言处理、语音识别，目前仍处于基于数学与计算机的弱人工智能研究阶段，是通过计算机进行大数据分析处理的深度学习模型。而要想制造出真正能推理和解决问题的智能机器，需更深入地研究类脑智能，研究自然神经网络的特性，理解人脑复杂网络的运作机制。《规划纲要》中信息领域重点培育方向包含的“类脑计算与智能”、“混合智能与人机协同”便是针对强人工智能研究阶段的科学交叉前沿。人工智能的未来发展，将打通更多不同学科之间的传统壁垒，在不同学科之间承担起桥梁与纽带，进而创新出井喷式的各类成果。东南大学面向智能制造探索建设了我国首个“机器人工程”本科专业[8]；浙江大学则开创了“机器人＋人工智能”“金融＋数学”“计算机＋大数据”等三个双学位班。[9]鉴于此，相比传统的工科人才培养，新工科建设在人才培养的目标导向、方式方法和结果评价等方面都将发生很大改变，新工科建设对人才培养的知识广度、深度、综合素养等提出了新的更高的要求。[10]

三、前沿项目引导的体系化课程设计——以脑科学与类脑智能计算前沿交叉领域为例

1.中科院八大前沿领域带动的国家级项目引导与混合培养模型。

为满足时代发展需要，世界上多个国家和地区提出以个人发展和终身学习为主题的核心素养框架，使得项目式学习再次成为近些年教育领域







































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