李培根：未来工程教育的几个重要视点-凯时尊龙官网

摘  要：本文指出，需要从新的视点去观察、思考未来工程教育。文中强调，“问题视野”比“知识视野”更加重要。对未来多数工程学科都会产生重大影响的某些技术发展趋势（如互联、人机智能等）应该成为各工程学科教育改革共同的关注点。未来工程教育需要因应由于科技发展而致的某些逻辑或理念变化而进行改革。文中探讨了如何从人的视点去思考工程教育改革，如创新者内心世界的培育、工程与技术伦理、人机智能时代人的作用等。关于人与工具的边界问题，文中提出“形式工具”与“本质工具”的概念。

在工程教育界，尤其是中国的工程教育界，如果以一个字表达人们的关注点，非“新”莫属。科学和技术不断发展，工程教育理所当然地产生新的学科、新的内容乃至新的教学方法。官方推出“新工科”计划，各学校纷纷响应，制定规划，勾画蓝图。一大批新的设想层出不穷，可谓争“新”斗艳。

尽管这些努力都是有意义的、值得称道的，但还有更值得我们进一步深入思考的问题。如果我们把工程教育比喻成教育的一个山脉，它由众多工科专业的群山形成，那么它的高峰是什么样子？只有在更高处而且从不同的视角去观察方能有利于攀爬工程教育的高峰。

新工业革命正在到来，新能源、新材料、大数据、人工智能、物联网、智能机器人、增材制造（3d打印）等新技术开始进入工业应用乃至人们的生活。工科专业教师自然需要把自身专业的新技术融入到课程体系、课程内容的改革。但如果只是简单地就技术论技术，通过增加新课程或在课程中增加新技术的内容，恐怕还未悟到未来工程教育改革的真谛。如何使学生从单纯的技术发展上升到更高的层次，进而领悟新工业革命的影响？如何从更深的层次体会技术在工业和社会中的走向？未来技术融合而致的大趋势、人类社会存在的重大问题对技术的挑战、新技术应用场景中人的作用和地位是什么？这些都是未来卓越的工程师及技术人才需要关注和思考的，自然也是今后工程教育改革中需要特别重视的问题。

本文分别从问题、趋势、逻辑和人的视点去看未来工程教育改革。

于一个优秀的工程师或工程技术研究者而言，“问题视野”比“知识视野”更重要。中国教育中存在的一个普遍问题，便是重知识、轻问题。教师多看重知识的完整性、系统性，而不注重引导学生联系“问题”，不注重拓宽学生的问题视野。如此方式培养出来的学生不仅难以具备解决重大或复杂工程问题的能力，而且也难以在关乎人的生活质量之“小问题”上取得原始创新。

二十一世纪工程与技术本身面临很多重大挑战，如能源、环境、气候变化、健康、航天等等。切莫以为某一重大问题只是与其紧密相关的学科有关，其实每一个重大问题都可能与多数工程专业有关。如能源、卫生健康问题都分别与机械、材料、电子、控制、计算机等诸多专业相关。因此，专业教材和课堂讲授中理应加强相关知识与重大问题的关联，以有利于学生拓宽问题视野。

缺乏对社会问题的关注，恐怕也是今后工程教育需要正视的问题。社会中存在的很多问题，如贫穷、清洁水资源、老年社会等一系列问题的解决至少部分依赖工程技术。这些不仅是技术问题，也是工程专业学生应有的情怀。

问题视野还应该涉及到对人的日常生活、生存质量之“小问题”的细微关注。这种细微关注其实也是创新之源。以马桶盖为例，这一产品尚未问世之前，人们根本不知道有此需求。如果缺乏对日常生活中人的生存质量的细微关注，就根本不可能想象出这种需求，也不会产生开发这种产品的欲望和冲动，更不用说获得这种发明创造了。换句话说，对生存问题的细微关注有可能导致想象需求、创造需求，乃至产生原始创新。

总之，不管是重大工程技术面临的挑战、人类社会中存在的“大问题”，还是涉及人们日常生活中的“小问题”，于工程专业的学生而言，需要拓宽“问题视野”，至少应该养成关注“问题”的意识。欲达此目标，其实无需增加学时。只不过在教材中可增加若干“问题”案例，教师在课堂讲授中稍加点拨，实践环节中启发学生自己去关联，如此而已，何难之有？

新技术发展一方面导致技术本身细微的逻辑变化，另一方面引发教育中某些逻辑的变化。

增材制造（3d打印）技术的发展使得设计理念产生些许变化。如过去设计一个结构，首先考虑的问题是在满足基本功能的前提下如何能够最容易被制造出来，这里的逻辑是“实现性优先”。而有了增材制造技术之后，基本不受零件结构的限制。尤其在某些重要的场合，工程师们可首先从如何最优地满足功能的视角考虑问题，此乃“功能性优先”的逻辑。

以前，人们设计机器、装置或者软件系统，皆视其为人的工具。未来，或许现在已经开始，事情正悄悄地起变化。如应用ar技术于装配、维修等场景的人机智能系统，工人一步一步的操作均在智能系统的指挥下。此情此景之下，谁是谁的工具？人和工具的边界在哪里？是否存在理念或逻辑的变化？本来机器是人的工具，但是形式上人却成了机器的工具或者智能系统的工具，人和工具的边界在哪里？上述情况中，工人愿意成为智能系统的“工具”，因为操作更方便了。所以从人的角度看，此情此景下的智能系统本质上还是还原成提升人的能力的一个工具。一个很严肃的问题是，未来会不会出现一种情况：人机系统中的人无法有“能力提升”的感觉，反而是受智能系统役使的感觉？如果是这种情况，显然非人所愿，当然也不应该为人机系统设计者所为。前一种情形，智能系统还原成提升人的能力的工具，如果说人看起来像“工具”的话，我们不妨称之为“形式工具”。后一种情形的人机系统中，如果人真正地被智能系统所役使，人似乎就成了“本质工具”。因此，人和工具的边界在哪里？我们在什么程度下能够容忍人作为系统里的一个“工具”？简单的回答似乎是，我们能容忍“形式工具”，要避免“本质工具”，这是工程教育今后要面对的问题。

类似的因为技术发展而致的细微逻辑或理念变化，在不同的专业中自然有不同的内容或形式。专业教师们需要认真审视类似情况，而且要把相关内容及时补充到专业教学中。

新技术的发展，尤其是网络技术的发展，使得知识的逻辑在悄悄变化。知识的存在逻辑在变化：知识不仅存在于老师那里、存在于书本中，还存在于网络中，也存在于人工智能系统中（如alphago中就存在新的、原先棋手们未意识到的围棋知识），甚至存在于看似垃圾的数据里（大数据中可能潜藏着人们完全未意识到的关联或知识）；知识的传递逻辑在变化：跨越时空界限，网络中知识传递呈现碎片化、去中心化等特征。

知识的存在和传递逻辑的变化，应该促使教师们改变传统的教学内容和形式。对于那些很容易在网络中查阅到而且不难理解的知识，课堂中尽量少讲，甚至不讲。教师应该更看重知识的节点，而且要引导学生善于在知识节点之间建立关联（网络就是最好的关联手段）。教师应该摒弃“以教师为中心”的教育模式，如何利用学生的“群体智能”和自学习能力，使学生掌握的知识更“完整”、更“系统”，使学生的“问题视野”更开阔，这些都是需要教师在教学实践中进一步探索的问题。

值得注意的是，近些年来创新的逻辑在悄悄变化，创新的理念越来越开放。现在发达国家中已经相当流行的“开源”就是很好的创新文化，而“开源”在中国尚未真正流行。海尔的研发创新模式，以前是“先有产品再找用户”，现在则是“先有用户再有产品”，他们利用互联网平台cosmoplat将用户的碎片化需求进行整合，用户可以全流程参与设计^[3]。此外，创新的组织与运作也有一些新的模式，如美国localmotors的开源造车令世界汽车行业震惊，他们没有庞大的研发中心，没有庞大的组装车间，没有庞大的营销团队，包括ceo在内只有10来名正式员工^[4]。还有如马斯克的spacex和特斯拉，都体现出创新组织与运作之逻辑变化，几年前马斯克就宣布开放特斯拉的所有专利技术。

可以置逻辑视点相关的内容于“工程导论”课中，当然也可以穿插于一些专业课的教学之中。这些对于培养学生的创新创业能力尤为重要。

工程与技术都是为人服务的，教育又是培养人的，因此从人的视点去看工程教育改革自是理所当然。人，首先是学生，人又是工程与技术所服务的对象，也可以是技术的使用者，还可以是工程与技术的创造者。下面分而述之。

1. 人的自由发展。

应该把人的自由发展，即学生的自由发展视为教育最重要的的目标。让学生自由发展，也就是让他们成为更好的自己。笔者曾专门讨论过此话题^[5]，此处不再赘述。

2. 人机智能时代人的作用。

工程教育显然应该为进入人机智能时代而开始准备。如果“准备”只是停留在增加与智能相关的知识，那样的工程教育不仅不能引领未来人机智能时代工程与技术的发展，甚至可能使产业误入歧途（盲目追求智能）。

新工业革命肯定会引发职业的变化，一部分职业会消失，很多职业的形态会发生变化。自动化不再只是替代人的体力的工作，很多脑力的工作也将被取代。那么智能时代人的作用到底是什么？总不能让众多的人都无所事事，人也不能只是智能系统的“工具”。前述“形式工具”与“本质工具”应该成为工程技术人员分析此类问题的出发点。

在人机智能时代，人与机器共融可能是常态。人和机器发挥各自的优势，面对不确定性的环境，协同进行最优或合理的决策。人机系统中，人反馈的某些信息使智能系统变得更聪明，另一方面智能系统或装置也可以使人的能力大大增强（如看到通常不可能看到的东西，迅速知道通常不可能知晓的事情，快速推理……）。换言之，某些智能系统或装置可以赋予人以“超能”，人在整个工作系统中的作用更强了，人在整个系统中处于更“自由”的状态。

今天的工业界中，人们时常谈到“匠心”的重要意义，它是工业发达、技术进步不可或缺的。那么在智能时代“匠心”的表现形式是什么？或者说“匠心”的表现形式与今天有何不同？如何让“匠心”在未来的先进技术中生息，工程教育责任重大。今天，人们也许很难对此类问题给予清晰、圆满的回答，但这不能成为在工程教育中对其漠然置之的理由。哪怕只是让学生意识到这些问题是值得思考、值得讨论的，那也是颇有意义的。如果学生能够有一些哪怕是“幼稚”的思考，对于他们未来的成长可能有莫大的好处。

3. 创新的内心世界。

近些年来，大学普遍重视培养学生的创新创业能力，不少学校甚至成立了“创新创业学院”。在那里基于各种大赛的创新活动此起彼伏，基于市场驱动的某些小产品或某种“模式创新”令人眼花缭乱。但是，如果稍微仔细地观察与思考，这样的活动中似乎还缺少某种东西。轰轰烈烈的活动有余，安安静静的内心世界不够。

不要把创新或创业本身作为目的，还有比创新创业更高的目的、更重要的意义，那就是人的意义。这也是为什么我们要从人的视点去看创新创业的原因。马克斯·韦伯谈到职业时言，以职业作为生活的意义，意义的重要性会渐渐丧失，甚至被工具化，这最终会导致意义的缺失，让人放弃个人的自由^[6]。创新创业何尝不是如此。

对于工程教育者而言，一方面让学生投身于轰轰烈烈的创新创业活动，同时更重要的是，让学生有一个安静的、充实的内心世界（创新创业的目的是）使人类的生存更便利、更自由。基于这种内心世界、出于此种目的的学生在进行创新创业活动时，自身也处于更自由的状态。

需要注意的是，这不仅仅是一个道德和情怀问题，其实还关乎创新的质量。因为一个人有安静、充实的内心世界，他可能敢于做别人不敢做的事情，他可能想别人根本不愿意去想的事情（如市场上尚不存在的需求），其兴趣也会更持久，投入会更执着。这些都是高质量创新所需要的。不难想象，马斯克如果仅仅考虑市场的驱动，他甚至没胆量做spacex的事情。在这个世界上人们还不知道需要马桶盖的时候，仅仅瞄着市场上需要什么的人是不会去琢磨马桶盖的事情的。

4. 工程与技术伦理。

从人的视点看工程教育，就不能不关注工程与技术的伦理问题。

法国哲学家加斯东.巴歇拉尔曾说，征服多余的比征服必需的能给予我们更大的精神刺激，因为人类是欲望的产物而不是需求的产物^[7]。这种欲望使人类不断地创造出“超世界存在”（世界上本来没有的存在）。毫无疑问，几千年来人类不断创造出的“超世界存在”使人类社会更文明、更进步。今天，人类对客观世界、对自身的认识能力进入一个全新的时代，越来越多的人对诸如生命密码之类的问题充满了好奇。部分人不再把技术仅仅视为手段，技术本身似乎成为目的。如同汉斯·约那斯所言，“现代人更多地考虑技术上能否做到，面对技术说‘不’的能力和智慧已经荡然无存了。”^[8]另一方面，人类潜藏的贪婪、自私本性所致的趋利动机使少数科技人员无所顾忌。如，利用基因编辑技术进行定制的婴儿居然已经问世。

工程教育要面向未来，绝不仅仅是培养学生创造和应用新技术的能力，而且要让学生能够辨别可能导致人类失控的某些技术应用。因此，工程教育改革中一定要增加关于工程与技术伦理方面的内容。

工程教育改革需要特别关注那些对多数工程学科产生广泛影响的大趋势，如人机智能、互联、生命和机器的融合等。因科技发展而致的某些逻辑或理念的改变需要引起教学内容及方法的改变。

要分别从学生、工程与技术之服务对象、技术使用者、工程与技术创造者的视点去审视工程教育改革。其中人在智能系统中的作用、工程与技术伦理等是未来工程教育不可忽视的问题。