麻省理工新提出：新工科人才的12種必備思維
麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology，簡稱MIT)，是由美國自然科學(xué)家威廉·巴頓·羅杰斯于1861年創(chuàng)辦的世界著名私立研究型大學(xué)。該校一直秉持“知識學(xué)習(xí)與操作訓(xùn)練相結(jié)合”(Mind and Hand)的校訓(xùn)，不斷改革創(chuàng)新，致力于工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，無論是在美國還是全球，MIT工程教育均享有很高的聲譽(yù)與影響力，堪稱全球高等工程教育的典范。
2017年8月, MIT啟動了新一輪的工程教育改革“新工程教育轉(zhuǎn)型”(New Engineering Education Transformation, 簡稱NEET) 計劃，旨在重構(gòu)麻省理工學(xué)院的工程教育教學(xué)，從根本上對工程教育進(jìn)行一次系統(tǒng)性反思和變革，變革的重點集中在學(xué)生的學(xué)習(xí)方式及學(xué)習(xí)內(nèi)容，目標(biāo)是培養(yǎng)能夠引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)界和社會發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)型工程人才。
一、工程教育的邏輯重構(gòu)：實現(xiàn)學(xué)科邏輯和心理邏輯的整合
傳統(tǒng)工程教育強(qiáng)調(diào)對學(xué)生進(jìn)行基于學(xué)科知識的認(rèn)知能力的訓(xùn)練，體現(xiàn)出工程教育活動組織與開展的學(xué)科邏輯。由于學(xué)科邏輯過于強(qiáng)調(diào)學(xué)生對工程學(xué)科知識的掌握以及學(xué)生認(rèn)知能力訓(xùn)練的傾向，因此，容易造成工程教育活動的開展忽視學(xué)生個體身心發(fā)展規(guī)律、忽視學(xué)生工程實踐經(jīng)驗構(gòu)建。持教育應(yīng)更多尊重學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律的學(xué)者對傳統(tǒng)教育的學(xué)科邏輯展開了猛烈的批判，強(qiáng)調(diào)教育活動的開展需遵循學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，強(qiáng)調(diào)學(xué)生中心、活動中心及經(jīng)驗中心，體現(xiàn)出教育活動中人才培養(yǎng)的心理邏輯。由此可見，學(xué)科邏輯強(qiáng)調(diào)按學(xué)科知識建構(gòu)開展教育活動，關(guān)注學(xué)生認(rèn)知能力的訓(xùn)練，而心理邏輯則強(qiáng)調(diào)按學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律開展教育活動，關(guān)注學(xué)生的實踐經(jīng)驗, 體現(xiàn)出兩種不同的價值取向，背后體現(xiàn)的是學(xué)科邏輯與心理邏輯代表的兩種不同的教育范式，體現(xiàn)出兩種不同的人才培養(yǎng)主張。
MIT此次的新工科改革采取了整合學(xué)科邏輯與心理邏輯的策略。整合的路徑體現(xiàn)為“學(xué)科串”(threads)的應(yīng)用。“學(xué)科串”是學(xué)生在大二開始學(xué)習(xí)的跨學(xué)科路徑。圍繞驅(qū)動現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的實踐和研究方法，構(gòu)建機(jī)械、材料和系統(tǒng)科學(xué)的跨學(xué)科“學(xué)科串”。每個“學(xué)科串”為學(xué)生提供了前所未有的機(jī)會，讓他們沉浸在跨越學(xué)科的學(xué)習(xí)項目中，同時獲得所選專業(yè)的學(xué)位。NEET目前的“學(xué)科串”主題主要包括：自動化機(jī)械(Autonomous Machines)、生活機(jī)械(Living Machines)、數(shù)字城市(Digital Cities、可再生能源機(jī)械(Renewable Energy Machines)、先進(jìn)材料機(jī)械(Advanced Materials Machines)。
二、工程教育的內(nèi)容重構(gòu)：面向未來的新機(jī)器與新工程體系
MIT認(rèn)為，工程教育應(yīng)從關(guān)注當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界發(fā)展轉(zhuǎn)向面向產(chǎn)業(yè)界未來發(fā)展，即面向未來的新機(jī)器與新工程體系。新機(jī)器是對工程師所制造出來的工程人工物的統(tǒng)稱，例如機(jī)械類、分子類、生物類、信息類的工程人工物。新工程體系是指由新機(jī)器所組成的產(chǎn)業(yè)體系。根據(jù)MIT的構(gòu)想，21世紀(jì)中期的新機(jī)器與新工程體系將會由物聯(lián)網(wǎng)、自動化體系、機(jī)器人體系、智慧城市、可持續(xù)材料與能源體系、生化診療、大數(shù)據(jù)等組成。
與傳統(tǒng)的機(jī)器和工程體系相比，面向未來的新機(jī)器與新工程體系體現(xiàn)出高度的整合性、復(fù)雜性、連通性、自主化以及可持續(xù)發(fā)展等特色。高度的整合性指新機(jī)器與新工程體系超越了傳統(tǒng)的工程學(xué)科隔離，對機(jī)械、信息、分子、生物、建筑、能源等進(jìn)行整合;復(fù)雜性指新機(jī)器與新工程體系所運(yùn)用的工程技術(shù)的復(fù)雜程度不斷提升;連通性指新機(jī)器與新工程體系各部分是高度連通的;自主化指新機(jī)器與新工程體系自主水平提升，可以獨(dú)立于人的行為自主運(yùn)作;可持續(xù)發(fā)展指新機(jī)器與新工程體系與自然生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。
三、工程教育教學(xué)方法重構(gòu)：構(gòu)建基于以項目為中心的方法體系
工程教育的現(xiàn)狀通常是基于以學(xué)科為中心的學(xué)習(xí)方法。課程被規(guī)劃為一系列專業(yè)化程度不斷提高的內(nèi)容結(jié)構(gòu);評價的主要方法是封閉式問題解決。在這種情況下，項目往往被視為補(bǔ)充性的方式應(yīng)用于工程教育。NEET倡導(dǎo)以項目為中心的方法，學(xué)生們選擇一個明確的跨院系課程和項目的“學(xué)科串”，而基礎(chǔ)仍然來自于本院系的要求。由于“學(xué)科串”跨越了院系和學(xué)校邊界，學(xué)生組成了一個圍繞共同項目的團(tuán)隊。評估是以主題和項目為基礎(chǔ)的。學(xué)生通常從大二開始每年參加一個項目，他們的項目需要隨著他們的進(jìn)步而不斷提高深度和專業(yè)性。
NEET不僅重視知識的獲取，而且重視應(yīng)用知識的能力。項目精心安排學(xué)習(xí)目標(biāo)，反映學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)。項目是學(xué)習(xí)制造、發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)和創(chuàng)造力的主要工具。項目有助于促進(jìn)學(xué)生從團(tuán)隊技能到人際關(guān)系技能再到領(lǐng)導(dǎo)能力提升。
MIT新工科對傳統(tǒng)工程教育的教學(xué)方式進(jìn)行變革，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為本，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)內(nèi)容，把學(xué)生真正置于工程教育活動的中心。在開展教學(xué)活動時，通過充分考量學(xué)生個體的認(rèn)知風(fēng)格、學(xué)習(xí)方式等的差異，選擇最適合學(xué)生個體發(fā)展的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，激發(fā)學(xué)生的主動探究與自學(xué)能力，采取項目學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)、團(tuán)隊合作、信息化教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)等手段，為學(xué)生成為引領(lǐng)未來工程發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)者奠定基礎(chǔ)。教學(xué)方式的變革必然會對教師隊伍的核心素養(yǎng)提出挑戰(zhàn)，為確保新工程教育教學(xué)方式的順利轉(zhuǎn)型，MIT也計劃為教師教學(xué)活動的開展提供專業(yè)支持。
四、工程人才的能力重構(gòu)：強(qiáng)調(diào)思維能力的養(yǎng)成
MIT主張，未來產(chǎn)業(yè)界將會更加注重工程人才的學(xué)習(xí)能力和思維等方面的表現(xiàn)，原來強(qiáng)調(diào)知識習(xí)得與認(rèn)知能力訓(xùn)練為重心的工程教育將會受到挑戰(zhàn)。因此，新工科應(yīng)更注重對學(xué)生思維的培養(yǎng)。使學(xué)生在工程實踐中面臨各種未知與復(fù)雜問題時能夠運(yùn)用恰當(dāng)?shù)乃季S思考解決。因此，MIT提出新工科人才應(yīng)具備12種思維，即學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)、制造、發(fā)現(xiàn)、人際交往技能、個體技能與態(tài)度、創(chuàng)造性思維、系統(tǒng)性思維、批判與元認(rèn)知、分析性思維、計算性思維、實驗性思維及人本主義思維。
12種思維能力的基本內(nèi)涵如下：
⑴ 學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)(Learning how to learn)是指學(xué)生利用一定的認(rèn)知方法主動思考和學(xué)習(xí)。
⑵ 制造(Making)指新工科人才發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造出不存在的技術(shù)人工物的能力。
⑶ 發(fā)現(xiàn)(Discovering)指通過采取探究、驗證等方式促進(jìn)社會及世界知識更新，并能產(chǎn)生新的根本性的發(fā)現(xiàn)和技術(shù)的能力。
⑷ 人際交往技能(Interpersonal skills)指能夠與他人合作并理解他人的能力，包含溝通、傾聽、對話、情商、參與和領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊的工作等。
⑸ 個人技能與態(tài)度(Personal skills and attitudes)包含主動、有判斷力、有決策力、有責(zé)任感、有行動力、靈活、自信、遵守道德、保持正直、能終身學(xué)習(xí)等。
⑹ 創(chuàng)造性思維(Creative thinking)指通過深入思考，能夠提出和形成新的、有價值主張的思維。
⑺ 系統(tǒng)性思維(Systems thinking)指在面對復(fù)雜的、混沌的、同質(zhì)的、異質(zhì)的系統(tǒng)時，能夠進(jìn)行綜合性全局性思考。
⑻ 批判與元認(rèn)知思維(Critical and metacognitive thinking)指能夠通過對經(jīng)由觀察、體驗、交流等方式所收集到的信息進(jìn)行分析與判斷，以評估其價值及正確度的思維。
⑼ 分析性思維(Analytical thinking)指能夠?qū)κ聦崱栴}進(jìn)行分解，運(yùn)用理論、模型、數(shù)理分析，明確因果關(guān)系并預(yù)測結(jié)果。
⑽ 計算性思維(Computational thinking)指能夠把基礎(chǔ)性的計算程序(例如抽象、建模等)以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)算法則等用于對物理、生物及社會系統(tǒng)的理解的思維。
⑾ 實驗性思維(Experimental thinking)指能夠開展實驗獲取數(shù)據(jù)的思維，包含選擇測評方法、程序、建模及驗證假設(shè)等內(nèi)容.
⑿ 人本主義思維(Humanistic thinking)指能夠形成并運(yùn)用對人類社會及其傳統(tǒng)、制度以及藝術(shù)表達(dá)方式的理解，掌握人類文化、人文思想、社會政治經(jīng)濟(jì)制度知識。上述12種思維能力圍繞工程人才應(yīng)該成為什么樣的人的問題展開，涉及到工程人才的工程思維、科學(xué)思維與人本思維，體現(xiàn)了MIT新工科改革以學(xué)生為本的理念和創(chuàng)新實踐。
本文章轉(zhuǎn)自“高校大數(shù)據(jù)與人工智能推進(jìn)聯(lián)盟”