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撰文 | 李澤湘

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新工科教育的使命：科創(chuàng)

首先，我們調(diào)查了世界最大經(jīng)濟體—美國的經(jīng)濟發(fā)展和GDP增長。美國2018年的GDP超過21萬億美元，人均達(dá)到6.3萬美元。其中，經(jīng)濟和科創(chuàng)發(fā)展最強勁的硅谷，也是眾多科技巨頭公司誕生地，占地1.8萬平方公里，擁有700多萬人口（與長沙市情況相近），人均GDP達(dá)到11萬美元。反觀我們中國，作為世界第二大經(jīng)濟體，2019年GDP大約14萬億美元，人均約一萬美元。

那么我們來看看美國是如何走到今天這一步的（見圖 1）。

1765年是人類歷史一個重要的轉(zhuǎn)折點，瓦特對蒸汽機的研究取得了突破性進展，他將冷凝器與氣缸分離，使得氣缸溫度可以持續(xù)維持在注入蒸汽的溫度，并在此基礎(chǔ)上很快建造了一臺實用樣機。第一批新型蒸汽機于1776年制造成功并開始批量投入應(yīng)用。同年（1776），美國獨立， 并經(jīng)歷八年獨立戰(zhàn)爭至1783年結(jié)束。追溯歷史，美國從獨立開始，逐步發(fā)展經(jīng)濟，經(jīng)歷了幾個重大的階段：首先是1765年到1850年的第一次工業(yè)革命，之后進入以電和內(nèi)燃機為代表的第二次工業(yè)革命（1850-1914）。1914年，爆發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)，直到第二次世界大戰(zhàn)1945年結(jié)束。戰(zhàn)后，進入了以三極管，個人計算機為代表的信息時代，直到如今的智能時代。

獨立初期的美國以農(nóng)業(yè)為主，人均GDP 約2千美金。跟隨著第一次工業(yè)革命，美國的經(jīng)濟也開始了工業(yè)化發(fā)展。但是當(dāng)時英國對技術(shù)保護很嚴(yán)格，不僅外界買不到機器，就連技術(shù)圖紙也很難從海關(guān)帶出，不比今天美國對我們的技術(shù)封鎖等級低。

美國著名工程師富爾頓（Fulton, 1765-1815）在拿破侖的支持下，研制蒸汽船，初試非常成功，不料1803年在塞納河試航時失敗了。1804年，富爾頓轉(zhuǎn)為效忠英國，發(fā)明了世界上第一個現(xiàn)代海軍 “魚雷”（現(xiàn)代“水雷”）。1806年，他回到了美國紐約，帶著自已的設(shè)計圖紙，招募了一些工人，在 Hudson River 附近開始了自己的事業(yè)。并且于1807年在紐約使用英國的機器制成以蒸汽機作為動力，可以在河流上使用的船 “克萊蒙特號”，該船上安裝上了一臺當(dāng)時最好的瓦特蒸汽機。

羅威爾（Francis Cabot Lowell，1775-1817，馬薩諸塞州的羅威爾市以他名字命名），將工業(yè)革命引入美國發(fā)揮了重要作用。他18歲從哈佛大學(xué)畢業(yè)之后，開始從事貿(mào)易行業(yè)。美國在政治獨立之后，手工業(yè)還是大量依靠進口，所以羅威爾意識到貿(mào)易救不了美國，美國需要本土的手工業(yè)產(chǎn)業(yè)。所以他自己去英國做工人，秘密學(xué)習(xí)，熟記紡織設(shè)備的建造及工作原理，在1812戰(zhàn)爭（拿破侖戰(zhàn)爭）開始時回到美國研發(fā)紡織設(shè)備。所有的設(shè)備都是在他沒有任何筆記，全憑記憶和理解的情況下，生產(chǎn)出來的。

接著諸如1832年 Baldwin 的火車，1872年卡耐基從英國引進高爐煉鋼的技術(shù)等等。但是這些都屬于引進，消化，吸收，再創(chuàng)新的例子。光靠這些，不足以支撐美國的經(jīng)濟發(fā)展到今天。更重要的是需要原創(chuàng)的技術(shù)。

圖1 美國創(chuàng)新與經(jīng)濟增長進程

圖中紅框是我們整理出來的美國代表性的原創(chuàng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，諸如1845年Morse 的電報，1848年 Francis 的汽輪機，1867年 Ends 用鋼鐵造大橋，之后Bell的電話，Edison 的照明，Tesla的交流電, 懷特兄弟的動力飛行，F(xiàn)orest開創(chuàng)的收音機產(chǎn)業(yè)， Ford 的汽車，Burton 的煉油技術(shù)。再后來1945年的計算機，三極管等，最后到硅谷時代興起（大家可以去查閱相關(guān)的故事）。美國也依靠經(jīng)濟和工業(yè)的發(fā)展，逐步提升，從人均GDP兩千美元一直到現(xiàn)在的六萬多美元。所以我們說，美國的經(jīng)濟能達(dá)到今天的水平，是通過創(chuàng)新實干得來的。

對于產(chǎn)品創(chuàng)新的方法和流程我們也都知道：首先產(chǎn)生創(chuàng)意，然后做出樣機，進入市場，根據(jù)市場數(shù)據(jù)反饋進行學(xué)習(xí)，再對整個流程不斷進行迭代 （如圖2）。

圖2 產(chǎn)品創(chuàng)新迭代

從美國和其他發(fā)達(dá)經(jīng)濟體的經(jīng)驗，我們問這么一個問題 （科創(chuàng)之問）：能不能利用大灣區(qū)或者中國制造業(yè)強大的供應(yīng)鏈體系，打造一批世界品牌？大灣區(qū)的首要定位是成為國際重要的科創(chuàng)中心。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，我們必須要回答前面的科創(chuàng)之問。學(xué)院派創(chuàng)業(yè)者應(yīng)該成為回答科創(chuàng)之問的主力軍，而且也有優(yōu)勢成為主力軍。

科創(chuàng)之問之外，還有兩個非常著名的問題。一個是英國劍橋的生物學(xué)家李約瑟，在研究了中國發(fā)展史之后，提出了著名的李約翰之問：“盡管中國古代對人類科技發(fā)展做出了很多重要貢獻(xiàn)，但為什么科學(xué)和工業(yè)革命沒有在近代的中國發(fā)生”？

同樣，在2005年，時任國務(wù)院總理溫家寶在看望錢學(xué)森的時候，錢學(xué)森提出了對教育最大的一個問題，也就是著名的錢學(xué)森之問：“為什么我們的學(xué)校總是培養(yǎng)不出杰出人才？”

錢學(xué)森可能知道教育問題產(chǎn)生的源頭以及解決方法，但之前我們也有提到，教育是一個復(fù)雜龐大的系統(tǒng)，不是簡單一個人能解決的。它需要整個國家一起來思考，共同努力回答。

錢學(xué)森之問與李約瑟之問一脈相承，這兩個問題也和我們的科創(chuàng)之問相輔相成，都是對中國科技創(chuàng)新的挑戰(zhàn)。

在簡述了三個問題之后，我們再來看看中國的GDP，用2011年美金價格來衡量，我們目前離人均1萬美金還差一些。不過這也是我們現(xiàn)在的一個基礎(chǔ)。那么之后的40年，我們需要做什么去帶動我們的經(jīng)濟，怎樣打造出一批批新的品牌？

綜合之前的經(jīng)驗（見第一課內(nèi)容），有幾個很重要的因素，首先要抓住需求，尤其是新興市場的需求。從歐洲工業(yè)革命開始，到美國的中產(chǎn)興起，再之后日本的中產(chǎn)爆發(fā)，如今中國也有3到4億中產(chǎn)崛起 （圖4），所以我們有足夠大的市場需求，就看怎么樣去把握了。第二是把握好大方向，必須要把市場的需求與科技尤其是硬科技深度的融合起來。在此之外，我們還應(yīng)該清楚今天要做的事情與美國之前經(jīng)歷的有什么同與不同。換句話說，我們已經(jīng)經(jīng)過了互聯(lián)網(wǎng)時代，也經(jīng)過了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，再經(jīng)過過去40年的發(fā)展，我們有了大灣區(qū)這樣的得天獨厚的制造生態(tài)鏈，有能力和速度去迭代產(chǎn)品，這就為后面的物聯(lián)網(wǎng)時代，智能時代，機器人時代打下良好的基礎(chǔ)。

新工科教育定位

新工科教育的定位，要致力于培養(yǎng)和提供大量的科創(chuàng)人才，為回答前面的三個問題提供最重要和最寶貴的人力資源支撐。這牽設(shè)四個基本的環(huán)節(jié)：一要培養(yǎng)創(chuàng)新者基本素質(zhì) 二要學(xué)會產(chǎn)品迭代的方法（見第一課）。三要掌握一套做硬科技創(chuàng)業(yè)不可回避的流程包括從概念到設(shè)計，到驗證，小批量到最后量產(chǎn)。四要學(xué)會系統(tǒng)思維。應(yīng)用系統(tǒng)思維去理清和解決創(chuàng)業(yè)過程中的關(guān)鍵子問題，建立自己的競爭優(yōu)勢。其中最重要的就是如何尋找和定義問題。

我們先來探討下什么叫創(chuàng)新者素質(zhì)。硅谷著名的風(fēng)險投資公司 紅杉資本在

過去40多年的投資經(jīng)驗和百億美金學(xué)費的基礎(chǔ)上，總結(jié)起來優(yōu)秀創(chuàng)業(yè)者的20條特征： 

華為經(jīng)過這些年的摸索，也做出了一套自己的標(biāo)準(zhǔn) （圖7）：可以看出，每一類都分了四個級別。一級是執(zhí)行性人才，二級以上才達(dá)到開創(chuàng)性人才的標(biāo)準(zhǔn)。

哈佛大學(xué)的 Tony Wagner 教授在調(diào)研了大量的創(chuàng)新者，企業(yè)高管和教育家之后，對怎么培養(yǎng)創(chuàng)新者有獨特和深刻的了解。他認(rèn)為， 從教育的角度看，創(chuàng)新者需要具備以下四條素質(zhì)：

2. 必須要有團隊合作能力。無論做產(chǎn)品還是做研究，都要和不同專業(yè)，背景，觀念，價值觀的人一起合作共事，每個人都可以從不同角度對一個問題提供不同的看法。通過團隊合作融合大家的觀點才能把一個復(fù)雜問題弄清楚。

3. 跨界能力。就像喬布斯在斯坦福大學(xué)畢業(yè)典禮時所說，蘋果打造創(chuàng)新的產(chǎn)品靠的是把之前看似毫不相關(guān)的點連接起來（Connecting the dots）。

可以看出，Tony Wagner 教授從教育的角度論述創(chuàng)新者的素質(zhì)，跟紅杉以及華為開創(chuàng)者人才的標(biāo)準(zhǔn)是非常相似的。哈佛大學(xué)研究創(chuàng)新四十多年的教授 Teresa Amabile 還說到：創(chuàng)新者的素質(zhì)并不是先天就有的，而是可以引導(dǎo)和培育的。同樣，Olin工學(xué)院創(chuàng)校校長 R. Miller 強調(diào)人才培養(yǎng)的五個思維：跨學(xué)科思維，動手思維，企業(yè)家思維，倫理道德思維和全球思維。除了這5個思維之外，他們也有自己培養(yǎng)人才的9條標(biāo)準(zhǔn)：

美國權(quán)威的工程教育認(rèn)證委員會 （Accreditation  Board for Engineering  and Technology, ABET） 在2000年終于跟進和修改了工科人才標(biāo)準(zhǔn)， 簡稱 ABET 11條：

我們也可以把這十一條歸為四個類別，分別是：提出和定義問題能力；分析和解決問題能力；生活技能；職業(yè)操守。

 Olin9條和ABET11條的最大區(qū)別在于對發(fā)現(xiàn)和定義問題（設(shè)計思維能力）的側(cè)重度。愛因斯坦曾經(jīng)說過，“如果我有一個小時去拯救世界， 我會花55分鐘去定義問題，5分鐘去找解決方案“。源于傳統(tǒng)工程教育標(biāo)準(zhǔn)的 ABET 11條看來更適合華為的1級人才標(biāo)準(zhǔn)，而 Olin9條瞄準(zhǔn)的是華為2級甚至更高?？鬃友?，“取乎其上，得乎其中；取乎其中，得乎其下；取乎其下，則無所得矣”。新工科教育的標(biāo)準(zhǔn)的制如何定是乎不言而喻。

明確了人才培養(yǎng)的目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)，下面的關(guān)鍵是如何去制定以課程體系為核心的培養(yǎng)方案、以及如何去評估和迭代（就像我們創(chuàng)新產(chǎn)品似的）？

我們知道Olin有套完整的課程體系來支撐他們?nèi)瞬排囵B(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。并且達(dá)成目標(biāo)的方法不局限于單模式。在學(xué)習(xí)方法方面，有項目制學(xué)習(xí)、設(shè)計思維訓(xùn)練;、引導(dǎo)式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)動手實踐學(xué)習(xí)、場景式學(xué)習(xí)、集成學(xué)習(xí)等。教學(xué)的方法更多的采用跨學(xué)科的教師團隊來指導(dǎo)和引導(dǎo)學(xué)生，以學(xué)生為中心，讓企業(yè)積極參與進來。哈佛大學(xué)商學(xué)院的 Teresa Amabile 教授花了四十多年，研究創(chuàng)新是怎么樣發(fā)生的。開始時候她總覺得創(chuàng)新就是少數(shù)的幾個天才的事情，但是后面經(jīng)過大量的研究，她發(fā)現(xiàn)只要掌握好的方法，有一個好的環(huán)境，普通人也可以具備創(chuàng)新能力，或者大幅度提升創(chuàng)新能力。當(dāng)然這里需要三個方面的因素：首先要具備一定的專業(yè)技術(shù)知識，尤其是在知識經(jīng)濟的今天。關(guān)鍵是怎么樣去學(xué)習(xí)知識，怎么去應(yīng)用知識？第二要具備創(chuàng)新思維，也就是 Tony Wagner 提到的創(chuàng)新者四條素質(zhì)。第三，還需要內(nèi)在和外在的驅(qū)動力。外在驅(qū)動力固然重要， 但關(guān)鍵還是內(nèi)在的驅(qū)動力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)之路漫長而曲折、只有對此充滿了激情與熱愛的人才能不畏艱難、抵達(dá)勝利的彼岸。除此之外，好的環(huán)境有如創(chuàng)新的催化劑，鼓勵團隊合作、學(xué)科交叉、 包容和理解失敗。在不斷的迭代和試錯過程中，給創(chuàng)新者賦能。Tony Wagner 教授還提出了創(chuàng)新者培養(yǎng)生態(tài)三部曲：1. 首先要多玩，在玩的時候找到喜愛的東西。在發(fā)現(xiàn)愛好的過程中，去學(xué)習(xí)掌握知識。當(dāng)然在這個階段避免不了今天喜歡這個，明天喜歡那個。這也不是壞事，我們可以從一個興趣，到另外一個興趣，學(xué)習(xí)和拓展知識面，直到最終找到真正的愛好和激情。這種激情，可以促使我們有個使命感，覺得能夠改變自己，改變社會，給人類帶來益處。而有了這種使命感，就會不遺余力去做好了。所以說創(chuàng)新不是一個人的事情，需要父母，導(dǎo)師，企業(yè)等來構(gòu)成整個生態(tài)。

如今我們的幼兒園、小學(xué)、中學(xué)提供大量的補習(xí)班，卻是和這個創(chuàng)新生態(tài)三部曲的原則相違背。Montessori 學(xué)校也提出，要大家盡情的玩，通過玩，去探索、實驗、試錯從而找到自己的興趣，再從興趣里找到自己的定位與使命。正如喬布斯所說，如果要取得偉大的成就，必須要找到自己喜愛的事情。

傳統(tǒng)工科教育的發(fā)展和新工科教育的興起

我們先了解下傳統(tǒng)工科教育的發(fā)展歷程，這也讓我們能更深刻的理解新工科教育的背景、使命和未來走向。前面我們提到過1765年瓦特發(fā)明蒸汽機標(biāo)志著人類從農(nóng)業(yè)社會進入到工業(yè)社會的轉(zhuǎn)折點。我們也不僅要弄清楚轉(zhuǎn)折點之后的故事，更要從轉(zhuǎn)折點開始，理清之前發(fā)生了什么，為什么會產(chǎn)生這個轉(zhuǎn)折（回顧下李約翰之問）。

我們選擇從1450開始。1453年東羅馬帝國首都君士坦丁堡（現(xiàn)在的土耳其首都）被奧斯曼帝國攻陷，奧斯曼成功統(tǒng)治地中海東部及巴爾干半島，絲綢之路被隔斷。為了繼續(xù)引進東方的絲綢、茶葉等產(chǎn)品，歐洲開始航海探索，尋求重新建立一條貿(mào)易的路徑，也是航海時代的開始。同時一大批學(xué)者離開這里，去到了意大利（也帶去了穆斯林從亞歷山大圖書館留存的古希臘文明），拉開了文藝復(fù)興的序章。達(dá)芬奇就是文藝復(fù)興時期藝術(shù)、建筑、軍事、機械、和科學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志。那個時候的中國，還處在明朝時期，先后經(jīng)歷了明代宗土木堡事件和明英宗奪門之變，整個社會依然處于內(nèi)憂外患，動蕩不安。大約一百年之后，伽利略標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)的誕生和科學(xué)方法的開始。同時開普勒也是科學(xué)革命的關(guān)鍵人物。他的著作《新天文學(xué)》、《世界的和諧》、《哥白尼天文學(xué)概要》成就了最為人知的開普勒定律，牛頓也受開普勒的啟發(fā)，想出了后來的牛頓萬有引力定律。還有著名的微積分，也是牛頓因為英國的大瘟疫事件宅在家里，得出的結(jié)論。

經(jīng)過了科學(xué)革命以及科學(xué)方法的運用，造就了我們前文提到過的瓦特發(fā)明蒸汽機。當(dāng)時的中國，處于乾隆時代，也算是中國較為鼎盛的時期?？墒峭绹娜A盛頓總統(tǒng)相比，他們做著截然不同的事情，對后續(xù)的影響也是各不相同。

第一次工業(yè)革命主要是蒸汽機的研制和應(yīng)用。1765年，瓦特把當(dāng)時格拉斯哥大學(xué)的紐科門蒸汽機（Newcomen steam engine）的效率提升了5倍，標(biāo)志著第一次工業(yè)革命的開始。這些技術(shù)被應(yīng)用在礦山，工廠，紡織，輪船，火車等各個行業(yè)，所以這是一個蒸汽機+的時代。

這次工業(yè)革命，從英國向周邊國家輻射。法國處于近水樓臺先得月，系統(tǒng)地“獲取”了英國各項技術(shù)，派出大量人員去英國考察學(xué)習(xí)，還開辦了軍事和工藝類學(xué)校來傳播技術(shù)。受益于工業(yè)革命，法國變得強大起來。1806年秋天，第四次反法同盟爆發(fā)，法軍同時在耶拿和奧爾斯塔特大敗普軍，取得了德國大部分地區(qū)控制權(quán)。受到戰(zhàn)爭的打擊，普魯士人痛定思痛，把這種危機轉(zhuǎn)化成機遇，開始推廣工業(yè)革命，并且組織建立了新型的大學(xué)，洪堡大學(xué)也因此誕生。普魯士王國通過建立洪堡大學(xué)，來培養(yǎng)技術(shù)工人。工業(yè)革命和教育的成果，體現(xiàn)在1870年的普法戰(zhàn)爭，普魯士大獲全勝并統(tǒng)一德國。工業(yè)革命之前，人口組成以農(nóng)民為主， 有少量的工匠。后來隨著科學(xué)方法的誕生，有了科學(xué)家。工業(yè)革命開始之后，社會需要大批工人以及技師來應(yīng)對工業(yè)的發(fā)展。大西洋彼岸的美國，一方面受到英國工業(yè)革命的影響。另一方面，也吸收歐洲尤其德國洪堡模式的優(yōu)點。洪堡模式的主要特點， 一是通過分科培養(yǎng)來大批量培育產(chǎn)業(yè)人才， 二是開展科學(xué)研究和學(xué)術(shù)自由 （主要在理學(xué)院和醫(yī)學(xué)院），通過考試來檢驗效果， 再通過控制老師來控制學(xué)生的質(zhì)量。根據(jù)當(dāng)時工業(yè)革命的要求， 學(xué)生只需要按照要求把事情做好即可。

美國麻州眾議員 Horace Mann 非常欣賞洪堡大學(xué)的體系，于1843年將其引進到了美國， 以此模式建立了霍普金斯大學(xué)（1876）和芝加哥大學(xué) （1890）。當(dāng)時對于如何分科教育有過激烈的爭論。最后， 美國成立了一個由哈佛大學(xué)和芝加哥大學(xué)校長參與的十人委員會（Committee of Ten， 1893），決定分五科（數(shù)學(xué)，科學(xué)，英語，歷史，外語）來學(xué)習(xí)。

洪堡教育模式被蔡元培1907年引進到中國并在北京大學(xué)推廣開來。清華大學(xué)在1931年經(jīng)過梅貽琦的改革，也采用了這種模式。有人把洪堡教育模式比喻成裝配線形式的教育。

可以大批量培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)工人（也叫技工），每個學(xué)生要重復(fù)學(xué)好一些知識點，盡可能不要出錯，當(dāng)然也不需要創(chuàng)新。而美國地理學(xué)家 William Barton Rogers 覺得工業(yè)革命雖然產(chǎn)生了工人和科學(xué)家。但是工人和科學(xué)家脫節(jié)。他希望能創(chuàng)造一個新的工種：工程師， 銜接科學(xué)家與技工（Technician）。所以在1861年他給麻州政府寫了一個建立培養(yǎng)工程師的學(xué)校的報告，也就是MIT的雛形。報告中提到培養(yǎng)的工程師第一要認(rèn)識到知識的價值，二是通過動手去學(xué)習(xí)，三要有專業(yè)技能。從MIT的logo可以看出，手腦并用，理論實際相結(jié)合。但是由于美國發(fā)生內(nèi)戰(zhàn) （1861-1865），學(xué)校并沒有立即運營。時隔四年之后，也就是1865年，第一批學(xué)生才入學(xué)。當(dāng)時還處于第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命的過渡時期，學(xué)校只開設(shè)了三個專業(yè)：機械，土木和礦業(yè)。機械負(fù)責(zé)蒸汽機的修理和研制，土木負(fù)責(zé)鋪路修橋，而礦業(yè)則為了挖礦。

第二次工業(yè)革命 從1850年開始至1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。第二次工業(yè)革命緊跟著第一次工業(yè)革命，并且從英國向西歐和北美蔓延。第二次工業(yè)革命以電力和內(nèi)燃機的應(yīng)用為代表，包括電燈、電報，電話、無線電、飛機，汽車等，是一個電+和內(nèi)燃機+的時代。1876年，愛迪生建立了一種新型研發(fā)機構(gòu)，即著名的愛迪生實驗室，發(fā)明了包括其名下的1093項專利和這些專利的商業(yè)應(yīng)用。愛迪生不止是個發(fā)明家，且善于學(xué)習(xí)。在他實驗室匯集了一批物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家，冶金學(xué)家，化學(xué)家、技工和熟練工人，有機地融合了科學(xué)家、技工和資本， 建立了實驗平臺和產(chǎn)業(yè)化體系，改變了以前小作坊式的技術(shù)創(chuàng)新，成為了現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)研究的一個轉(zhuǎn)折點。愛迪生實驗室的創(chuàng)新模式影響了一大批類似的實驗機構(gòu)，包括1907年成立的貝爾實驗室（Bell Lab），以及二戰(zhàn)期間的MIT Radiation Lab 和原子彈研究工程 Manhattan Project。第二次工業(yè)革命使得電力技術(shù)應(yīng)用越來越廣，包括1882年 愛迪生的第一家商業(yè)發(fā)電廠和1875年貝爾在電報的基礎(chǔ)上發(fā)明的電話（Acoustic Telegraph）等。貝爾還去 MIT 介紹過電話技術(shù), 促使 MIT 在1882年9月成立了電機系、并且由 Charles Cross 開設(shè)了美國第一個電機工程課程。 第二次工業(yè)革命時期，  中國還在延續(xù)一千多年的科舉體系，教學(xué)依然采用古老的方式（推薦觀看央視紀(jì)錄片《科舉》）。這種文化根深蒂固也著實影響了我們后續(xù)的發(fā)展。經(jīng)歷了第二次鴉片戰(zhàn)爭的慘痛失利和太平天過運動，曾國藩等人開啟了洋務(wù)運動（1861-1895），師夷長技以制夷，并派出首批幼童留學(xué)美國。雖然洋務(wù)運動沒能救得了大清王朝，但是對于之前清政府抵制夷人，閉門造車，已經(jīng)是進步了一大截。

按 Rogers 當(dāng)時的設(shè)想，技工可以用已有的科技，做一些創(chuàng)新，科學(xué)家推進科學(xué)進步，而工程師則應(yīng)該是二者的橋梁，不僅使用已有技術(shù)，而且可以應(yīng)用科學(xué)去開發(fā)新技術(shù)。換句話說，工程師不會等待有了科學(xué)之后才去使用，而是可以自己走在科學(xué)的前沿。很可惜，MIT從1865年招收第一批學(xué)生直到1930年代初，Rogers 的這個夢想沒有實現(xiàn)。學(xué)校還是以培養(yǎng)技工為己任， 只要懂得修理和維護機器設(shè)備就好了。有個很有趣的例子，1936年錢學(xué)森去MIT拿到碩士學(xué)位后就離開去了加州理工，師從德國來的馮卡門教授。他自己回憶道，當(dāng)時在MIT的一年時間，并沒有學(xué)到太多。真正Rogers夢想的實現(xiàn)，則歸功于 Vannevar Bush 教授對 MIT的改變。

Vannevar Bush ( 1890-1974）博士畢業(yè)于MIT（1916）。博士之后的頭幾年，他先后為 Tufts，美國國家學(xué)院和MIT等工作，折騰了一段時間 （明顯的創(chuàng)業(yè)者素質(zhì)），期間他還聯(lián)合創(chuàng)辦了 Raytheon 公司，如今美國最著名的導(dǎo)彈公司。他在MIT任教時（1919-1938），首倡工程教育的研究文化。他最為著名的科研成果就是與著名數(shù)學(xué)家 Nobert Wiener 研制了首臺機械式模擬計算機（英國的計算機鼻祖Charles Babbage 雖然提出了計算機構(gòu)想、但并沒能做出來）。同時他還擔(dān)任二元代數(shù)課的教學(xué)，為信息論工作奠定了基礎(chǔ)。之后他擔(dān)任電機系主任，MIT工學(xué)院首任院長（1932-38），教務(wù)長?？梢哉f，MIT 正是在Bush的領(lǐng)導(dǎo)下建立了跨學(xué)科的研究文化。1938年去到卡耐基科學(xué)研究所擔(dān)任主任，這是美國資助科研經(jīng)費最多的機構(gòu)。此時他對美國科學(xué)研究的影響，可以說是最高級別的。同年八月份他又被任命為 NACA（NASA前身）的主任。在一戰(zhàn)期間，Bush 發(fā)現(xiàn)科學(xué)家和軍事之間的斷隔。他也意識到二戰(zhàn)不可避免，而這次戰(zhàn)爭也是科技的戰(zhàn)爭。所以給時任總統(tǒng)羅斯福寫信，并用15分鐘說服羅斯福批準(zhǔn)成立美國 NDRC (相當(dāng)于國防科工委這樣的機構(gòu)），把高校、企業(yè)、政府、軍方等機構(gòu)組織在一起，針對二戰(zhàn)需要的技術(shù)進行研究。對二戰(zhàn)影響最大對研究項目包括原子彈工程 Manhattan Project，MIT Radiation Lab 等。Manhattan Project 匯集了各類各樣的科學(xué)家和技工，人數(shù)達(dá)到13萬之多。戰(zhàn)爭結(jié)束后，Bush發(fā)表文章 ‘Science：The Endless Frontier ’，建議政府不應(yīng)該停止對科學(xué)的資助，并推動成立美國科學(xué)基金會。這篇文章也被李政道引用，用于推動中國成立自然科學(xué)基金委員會。Bush 同時還訓(xùn)練出來一批知名學(xué)生：F. Terman（1924年畢業(yè)）后面擔(dān)任斯坦福大學(xué)工學(xué)院院長和教務(wù)長，被稱為硅谷之父。H. Hazen（1931年畢業(yè)） 是伺服機構(gòu)（Servomechanism）的創(chuàng)始人。G. Brown（1938年畢業(yè)）是第一臺數(shù)控機床的創(chuàng)始人，也是現(xiàn)代工程教育的奠基者。Bush 在1927年開始構(gòu)建微分分析器時，意識到工程的進步離不開數(shù)學(xué)，這也為后來 G.Brown 的教育理念埋下種子。同樣還有被譽為信息論之父的 C. Shannon，哈佛大學(xué)的哈沃德·加德納稱香農(nóng)的碩士論文“可能是本世紀(jì)最重要、最著名的碩士學(xué)位論文”。Bush還有兩名中國學(xué)生，顧毓琇和李郁榮，也同樣非常有名，這兩位學(xué)生也為中國的現(xiàn)代教育建設(shè)做出了杰出的貢獻(xiàn)。

我們來介紹一下 MIT Radiation Lab 以及它對現(xiàn)代工程教育的影響。在二戰(zhàn)時期，德軍潛艇以“海狼”而聞名于世，一度給英國的海上運輸造成了極大破壞，從英國到美國的運輸船只都被德國潛艇攔截，相當(dāng)于將英美兩國隔離起來。所以丘吉爾找到羅斯福尋求幫助，希望美國可以把英國最早研究出來的雷達(dá)進行進一步改進并且批量生產(chǎn)。于是羅斯福把任務(wù)交給了Bush。Bush 去到 Berkeley Lawrence Lab（擁有大批諾獎得主，第一臺回旋加速器誕生地）找了諸如 A. Campton（芝大物理學(xué)諾獎）、 J. Conant （哈佛校長）、 K. Campton（MIT校長, A. Campton 哥哥），還有羅蘭遠(yuǎn)距離導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)明者 Alfred Loomis，一起構(gòu)思組織了跨學(xué)科的團隊，由李·阿爾文·杜布里奇（Lee Alvin DuBridge）擔(dān)任主任（1946年任加州理工校長），以物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家為主導(dǎo)，技工、工程師為配角，來研究微波與雷達(dá)的實驗室。高峰時期實驗室有4000多研究人員，有9位先后獲得諾貝爾獎。從事地面，機載，船載、預(yù)警、火炮聯(lián)網(wǎng)等方向的研究。MIT Radiation Lab 生產(chǎn)了美國一半以上的雷達(dá)，為贏得二戰(zhàn)勝利做出了重要貢獻(xiàn)，所以有句話說，原子彈結(jié)束了二戰(zhàn)，雷達(dá)贏得了二戰(zhàn)。

在 MIT Radiation Lab 基礎(chǔ)上，Bush 的弟子G. Brown 教授， 同時也是首臺數(shù)控機床研制者，MIT電機系系主任（52-59）和工學(xué)院院長（59-68）意識到之前技工式的工程教育讓工程師在二戰(zhàn)的工程研究中處于配角地位。物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家反而成為了無線電、雷達(dá)等重要工程項目的主要推動者?；乜串?dāng)年MIT創(chuàng)始人Rogers在創(chuàng)校方案 Rogers Report 的設(shè)想和Bush的教育理念， MIT 成立了一個由 Brown 教授牽頭的委員會， 檢討工程教育、并于 1950年提出了教育改革方案兩個基本原則（The Brown Report 1950）：

1. 科學(xué)主導(dǎo)工程，工程師首先要被培養(yǎng)成科學(xué)家，強調(diào)教學(xué)中數(shù)學(xué)和科學(xué)的地位。

在Gordon  Brown 主持下， MIT電機系對課程進行了改革、并形成了今天我們所熟悉的課程方案：

從第一年級起， 學(xué)生有兩到三年的數(shù)學(xué)課， 一到一年半的物理課。二年級起， 開始專業(yè)基礎(chǔ)課， 三、四年級專業(yè)和選修課。同時有大約八門人文課程（每學(xué)期一門）。最后1年畢業(yè)設(shè)計。每個學(xué)期5門課，四年總共40門課，120學(xué)分。這個方案在MIT 工學(xué)院推廣后也幾乎被全球所有的工學(xué)院采納。這個課程體系的另一特點是先學(xué)理論，再動手做。專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課一般都會配有相應(yīng)的實驗（見Brown Report的第二原則）。最后 畢業(yè)設(shè)計的宗旨是通過一個項目把之前所學(xué)的內(nèi)容融合起來（項目題目通常由老師定）。在推動工程教育改革的同時， MIT 把辦學(xué)的重點放到了研究生教育。本科生的職業(yè)技能要嗎是通過研究生階段學(xué)習(xí)后得到加強，要嗎是去企業(yè)通過企業(yè)內(nèi)部培訓(xùn)獲得 （美國大企業(yè)有很好的培訓(xùn)機制）。

起源于MIT的現(xiàn)代工程教育，尤其是研究生工程教育、適應(yīng)了戰(zhàn)后經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于推動美國經(jīng)濟和科技發(fā)展起到了舉足輕重的作用。MIT，Stanford 和Berkeley 的創(chuàng)業(yè)者主要以教授、博士生和研究生為主體，技術(shù)主導(dǎo)型的企業(yè)為多。

我們系統(tǒng)梳理下從1930年開始到今天的工程教育演變過程。1927年Bush開始研究模擬計算機，1940年成立 MIT Radiation Lab， 再到50年代 G. Brown 的工程教育改革。在Brown教育模式 往其他大學(xué)推廣的同時，工業(yè)界也發(fā)生了一系列變化。1946年第一臺數(shù)字電子計算機 ENIAC在賓夕法尼亞大學(xué)亮相，1947年半導(dǎo)體三極管在Bell Lab出現(xiàn)。三級管之父威廉··肖克利（W. Shockley）將晶體管技術(shù)帶到硅谷，成立了肖克利實驗室（Shockley Semiconductor Laboratory ）。以Bob Noyce 和 Gordon Moore 為首的 “八個叛徒” （“Traitorous Eight”）從肖克利實驗室辭職后成立了仙童（Fairchild）半導(dǎo)體公司， 后面又創(chuàng)辦了英特爾 公司。集成電路被應(yīng)用到各種各樣的儀器，包括大型計算機、收音機和電視等。1977年， 喬布斯與 沃滋尼克 創(chuàng)辦蘋果公司并推出了Apple II， 開創(chuàng)了個人電腦的時代，微軟的軟件產(chǎn)業(yè)也油然而生。之后硅谷興起，進入了互聯(lián)網(wǎng)時代。隨著電子計算機的發(fā)展，CMU在1965年成立了計算機系，工科學(xué)生也開始需要學(xué)習(xí)編程等基礎(chǔ)課。 同樣，各種各樣的仿真工具誕生，這些工具可以在某種程度或者某些方面來幫助實驗。隨著越來越多的課程加入，仿真也就逐步替代了實際的動手操作，課程里的動手環(huán)節(jié)被逐步削減。因為在當(dāng)時，大家都會覺得上的課程越多，學(xué)到的知識也就越多，越有用，所以難免學(xué)生會超負(fù)荷工作。

CMU在1995年又做了個系統(tǒng)的調(diào)研，通過了解追蹤畢業(yè)的學(xué)生，發(fā)現(xiàn)課學(xué)的越多，學(xué)生取得的成就越差。所以又進行第二次改革，從每個學(xué)期5門課變成4門，減少了畢業(yè)要求的課程數(shù)量。這個教改得出一個很重要的經(jīng)驗，就是學(xué)的多不見得好。在實際應(yīng)用中，如果學(xué)習(xí)的內(nèi)容沒法消化，就相當(dāng)于浪費。

新工科教育的一個重要節(jié)點是2007年蘋果推出智能手機，對整個產(chǎn)業(yè)界和教育界產(chǎn)生具大影響， 同時也開啟了對傳統(tǒng)教育模式的反思。從 Sony的 Walkman 被蘋果的iPod擊垮，到后來 Nokia，Motorola 等手機巨頭也同樣被蘋果打敗，高通的前主席P. Jacbos博士說到，他和很多行業(yè)高管長時間夜不能寐。以前高通通過 Nokia 和 Motorola 等客戶支付的專利費躺在床上就可以數(shù)錢，但是后面這些客戶都被與手機不沾邊的蘋果公司打敗。他開始思考這種現(xiàn)象，分析喬布斯的特點和蘋果公司的不同。從中他意識到傳統(tǒng)的工程教育必須改革（他自己在加州大學(xué)伯克利分校獲得本科，研究生和博士學(xué)位）?！拔磥淼漠a(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖如果只是會專業(yè)技術(shù)已經(jīng)不足以應(yīng)對創(chuàng)新經(jīng)濟時代的挑戰(zhàn)。他們必須學(xué)會如何在跨學(xué)科團隊工作，如何快速迭代產(chǎn)品，從設(shè)計到制造。如何把技術(shù)與藝術(shù)融合起來，如何理解國際市場不同的需求”。2014年， 他給伯克利捐了一筆錢成立了一個新的本科學(xué)院 Jacobs Institute of Design Innovation，開啟了伯克利的新工科教育探索。同一年， Dyson 也在帝國理工建立了與傳統(tǒng)設(shè)計學(xué)院完全不一樣的新型工程設(shè)計學(xué)院，Dyson School of Design Engineering。反觀MIT，早在1985年，建筑學(xué)院利用其在設(shè)計領(lǐng)域的優(yōu)勢建立了一個跨學(xué)科的研究生培養(yǎng)平臺， MIT  Media Lab. 該實驗室招收來自設(shè)計、工程、科學(xué)、藝術(shù)等領(lǐng)域的學(xué)生。學(xué)生根據(jù)自己愛好，組成跨學(xué)科項目組，探索產(chǎn)品定義、迭代和制作。其口號是 Design and Demo. MIT當(dāng)時的工學(xué)院院長很想在本科推行 Media Lab 的改革，但遇到極大阻力。最后說服新加坡政府于2009年成立新加坡設(shè)計科技大學(xué)（SUTD）。

離蘋果最近的斯坦福大學(xué)，于2005年成立了d.school，也在推動類似的教育改革。

當(dāng)然，最有代表性，也最為系統(tǒng)全面的改革還是1997年成立的歐林Olin工學(xué)院。以上是一些新工科教育改革的實例。

為什么說這些改革就像當(dāng)年的G. Brown的改革一樣，對整個工程界和社會都會帶來很大的改變？在二戰(zhàn)及二戰(zhàn)后直到 1980年代， 大學(xué)的科研經(jīng)費主要來源于政府和軍方。問題主要是針對戰(zhàn)爭、軍事、冷戰(zhàn)或太空競爭的各類需求。但是隨著個人計算機，互聯(lián)網(wǎng)以及消費市場的興起，科研經(jīng)費和研究問題的來源已經(jīng)從政府和軍方轉(zhuǎn)移到企業(yè)、民用和消費市場。比如蘋果一年的科研經(jīng)費已經(jīng)超過美國的國防先進研究計劃署 (DARPA)的預(yù)算。同樣現(xiàn)在的企業(yè)對傳統(tǒng)模式培養(yǎng)出來的畢業(yè)生也有新的衡量和評判，像谷歌已經(jīng)從之前招名校研究生和博士生到現(xiàn)在15%的新員工不再有大學(xué)學(xué)歷。同時， 也不再需要提供成績單。（推薦Tony Wagner騰訊講座）。企業(yè)更在乎員工的創(chuàng)新能力，而不是學(xué)位或者學(xué)校的排名。

美國科技企業(yè)和主要高校在新工科教育領(lǐng)域的改革對中國工程教育和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有什么影響？中國的高等教育，尤其是工程教育應(yīng)該如何改才能適應(yīng)中國經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)和未來的需求？

我們先來看看中國工程教育的發(fā)展歷程。

1872年到1875年，清政府先后派出四批共120名幼童赴美國留學(xué)，1881年由于項目中斷有94名回到中國。而這些留學(xué)生對中國的工程教育也扮演了重要的角色。梁誠，第四期學(xué)生，17歲回國， 1903年至1908年間擔(dān)任晚清駐美國公使。他曾為清廷爭回部分庚子賠款，這筆款項支持了逾千名學(xué)生赴美留學(xué)。他當(dāng)年所設(shè)的游美肄業(yè)館，后改稱清華學(xué)堂（清華大學(xué)前身），也被稱為清華之父。唐國安，第二期學(xué)生，1910年任外務(wù)部考工司主事，主要負(fù)責(zé)選派留學(xué)生，1912年5月清華學(xué)堂改辦清華學(xué)校，擔(dān)任了清華第一任校長，在任期間選派大批學(xué)生赴美留學(xué)，包括胡適、趙元任、竺可楨、梅貽琦等。

梅貽琦，作為第一批庚款留學(xué)生，1911年入美國伍斯特理工學(xué)院研究電機工程。1916年回到清華擔(dān)任物理系教授。1931年起擔(dān)任清華大學(xué)校長。西南聯(lián)合大學(xué)成立后，他以校務(wù)委員會常委身份主持校務(wù)。梅貽琦先生是清華大學(xué)（含北京、新竹）歷史上任期最長的校長（1931年 - 1948年、1955年 - 1962年），被清華人尊稱為 “永遠(yuǎn)的校長”。在他擔(dān)任校長期間，清華大學(xué)也突飛猛進，他也留下了至今在教育界仍然振聾發(fā)聵的名言 “大學(xué)者，非謂有大樓之謂也，有大師之謂也”。

我們熟知清華在人文方面，有國學(xué)四大導(dǎo)師梁啟超、陳寅恪、王國維、趙元任。理學(xué)方面也有一批很有名的數(shù)學(xué)和物理學(xué)家。那么工程方面，就要說到前面V.  Bush的兩位學(xué)生了。

顧毓琇，無錫人，1915年，13歲的他考入清華學(xué)校中等科，1923年畢業(yè)，此后留學(xué)美國麻省理工學(xué)院，獲電機工程學(xué)士、碩士、博士學(xué)位 （1923-29，三麻，類似清華三清），也是第一個拿到MIT博士學(xué)位的中國人。1929年歸國后，他歷任浙江大學(xué)電機工程系教授兼主任，國立中央大學(xué)工學(xué)院院長，國立清華大學(xué)電機工程系教授兼主任（1932-33）、工學(xué)院創(chuàng)院院長（1933-37）。創(chuàng)辦清華大學(xué)無線電研究所和航空研究所并任所長。他歷任國民政府教育部次長、國立中央大學(xué)校長、上海市教育局局長、國立政治大學(xué)校長。其間，他還曾兼任國立音樂學(xué)院院長、中大教授，國立交通大學(xué)教授。他也培養(yǎng)出一大批對中國科學(xué)發(fā)展起到關(guān)鍵作用的學(xué)生，包括錢學(xué)森，錢偉長，吳健雄等。江澤民也算是他運算微積分課程的學(xué)生。

李郁榮，顧毓琇在MIT的師弟，也是庚款留學(xué)生之一，同樣在MIT獲得了學(xué)士、碩士、博士學(xué)位（1924-30）。他讀完碩士后，MIT數(shù)學(xué)系教授諾伯特·維納（Wiener）找到Bush，希望能推薦一個學(xué)生幫他把他的想法實現(xiàn)。經(jīng)Bush 推薦， 李郁榮開始了與Wiener教授長期的合作研究，他們共同研制的李-維納網(wǎng)絡(luò)，獲得美國專利。在此過程中，李郁榮和Wiener配合默契，把Wiener的思想理論發(fā)揚光大，在工程界推廣，立下汗馬功勞。畢業(yè)之后, 1934年受顧毓琇邀請，到清華電機系擔(dān)任教授。所以清華電機系早期的課程體系，實驗設(shè)備都和李郁榮密切相關(guān)。

李郁榮促成了Wiener1935年訪問清華大學(xué)并繼續(xù)與之進行合作研究。以下是他給Wiener教授的書信內(nèi)容節(jié)選：

同樣顧毓琇也寫信邀請 Wiener：

請允許我代表清華大學(xué)數(shù)學(xué)系、物理系和電機工程系的教職員工，歡迎您和夫人即將來我校工作，我們對您的到來都十分高興，希望您能早一天來到清華。我和李博士為您的住宿等事宜已經(jīng)做出了初步的安排。我們保證未來一年您會在清華住得很好。您一到上海或天津，請打電報告知您乘火車來北平的具體時間，我們會到車站迎接您。我校電機工程系正在考慮購買一臺小型積分儀或微分分析儀。請您與布什教授聯(lián)系一下，讓貴方的電機工程研究小組的專家為我們制做一臺儀器，并請告訴我們所需費用情況， 我們希望您在清華大學(xué)期間能幫助我們將此設(shè)備建立起來。梅校長剛剛已經(jīng)打電報給您，談到有關(guān)您和夫人旅行費用的事宜，此費用六月份由我校負(fù)責(zé)為您報銷，單程旅費總計1040美元。隨信寄上給杰克遜教授和布什教授的兩封信，請代我轉(zhuǎn)交一下為盼。

致以最美好的祝愿。Y. H. Ku”

信中內(nèi)容可以看出，學(xué)科交叉在當(dāng)時清華是很普遍的一件事情。而且從給Wiener教授的路費1040美元來看，這在當(dāng)時是天文數(shù)字。毛主席在北大做圖書館員的基本工資只有8美元，梁思成在清華教授300美元已經(jīng)是天價，MIT的教授也只有125美元，所以我們可以說，清華在當(dāng)時既有錢，又有人（有大樓也有大師）。

Wiener回國后，還鼓動著名數(shù)學(xué)家、普林斯頓高等研究院終身教授約翰·馮·諾伊曼到清華訪問，諾伊曼夫婦對此很感興趣。1937年5月4日，諾伯特·維納專門就此事同時致函李郁榮、梅貽琦和熊慶來，鄭重推薦約翰·馮·諾伊曼作為清華大學(xué)的訪問教授。然而，由于七七事變，日本全面侵華，遂成為泡影。

同樣很遺憾，1937年李郁榮在去杭州參加親戚婚禮時盧溝橋事變發(fā)生，只好躲在上海避難。八年期間通過開古董店維持生計，他的科研工作被迫中斷。后來致信Wiener并且于1941年拿到了MIT任教的聘書，無奈珍珠港事件突發(fā)，到1946年初才得以重返麻省理工學(xué)院，開始致力于探討通訊中的統(tǒng)計理論，成為了統(tǒng)計通信方面的開山鼻祖。他也和Wiener, Shannon一起奠定了MIT二戰(zhàn)后電機系的基礎(chǔ)。在MIT李郁榮也培養(yǎng)出了一批高水平的學(xué)生，Amar Bose（1956年畢業(yè)）音響設(shè)備巨頭公司Bose創(chuàng)始人, Irwin Jacobs（1959年畢業(yè)）高通創(chuàng)始人, G. Zames （1960）魯棒控制的創(chuàng)始人。

我們能看出，當(dāng)時清華電機系的起步水平還是挺高的。很可惜因為戰(zhàn)爭原因大部分設(shè)備和人才都流失了，一部分人帶著一部分設(shè)備去了西南聯(lián)大。雖然說西南聯(lián)大在人文、理科等領(lǐng)域取得了非常了不起的成就（如陳省身的Gauss-Bonnet 定理），但是西南聯(lián)大在硬科技領(lǐng)域和當(dāng)時30年代的清華是無法相比的。

圖23上部分總結(jié)了美國工程教育的發(fā)展。我們現(xiàn)在梳理中國工程教育的發(fā)展（圖23下半部分）。中國現(xiàn)代工程教育的發(fā)展從1932年顧毓琇回到清華開始，李郁榮（1934年）和Wiener（1935年）來到清華建立電機系為起點。1937年至1945年整合到西南聯(lián)大。1950年院系調(diào)整，工科與文、理分家、失去了重要人文和科學(xué)支撐以及學(xué)科交叉機遇。1966年十年文革；1978年改革開放，迎來了科學(xué)春天，科技復(fù)興。1990年開始高校合并，1999年大學(xué)擴招。雖然辦學(xué)經(jīng)費和規(guī)模得到了大幅提升，但也帶來很多問題。一是管理體系臃腫， 行政化和唯論文化現(xiàn)象嚴(yán)重。二是表合實不合，阻礙學(xué)科交叉的障礙并沒有實質(zhì)性減少。1990年吳家瑋教授創(chuàng)辦香港科技大學(xué)，把梅貽琦、顧毓琇、李郁榮在1930年代開啟但沒完成的事業(yè)、借助香港回歸、小平南巡，留學(xué)生歸國和香港資金及政策支持， 把起源于德國、發(fā)展于美國的研究型大學(xué)尤其是現(xiàn)代工程教育模式在香港落地結(jié)果、同時也推動了香港高等教育過去二十年的長足發(fā)展。2004年港科大開始探索新工科教育。2012年以港科大為模板深圳成立南方科技大學(xué)。這就是中國工程教育發(fā)展的大體脈絡(luò)。

我們再進一步分析下中國傳統(tǒng)（或現(xiàn)代）工程教育的一些問題， 能幫助我們進一步理解錢學(xué)森之問的本質(zhì)。從錢學(xué)森的求學(xué)（MIT和加州理工）、研究 （工程科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、工程控制論等）和工作（兩彈一星等）背景，可以看出他說的創(chuàng)新人才應(yīng)該是現(xiàn)代工程背景下的創(chuàng)新人才。當(dāng)然這類人才在新工科背景下也可能會非常出色（好比Shannon與喬布斯）。

創(chuàng)新首先要有非常好的學(xué)科交叉平臺和環(huán)境支撐（見Amabile 的創(chuàng)新圖，圖8）。但我們現(xiàn)在的大學(xué)，尤其是理工科大學(xué)，結(jié)構(gòu)又是如何呢？學(xué)校首先被分割成理學(xué)部、工學(xué)部和商學(xué)部（叫部或群的都有，本質(zhì)相同）等。

工學(xué)部下面又細(xì)分成 自動化學(xué)院、通信學(xué)院、光電學(xué)院、計算機學(xué)院、軟件學(xué)院等（這些都隸屬于之前或國外的電機系）。學(xué)院下面進一步細(xì)分成多個系或二級學(xué)科。每個系或二級學(xué)科就是一個小山頭。隸屬于這個山頭的老師和同學(xué)跟其他山頭老死不相往來（學(xué)生雖然幾年后就畢業(yè)了，但接觸的全是本家山頭的東西）。

我們再看看每家山頭給學(xué)生提供的課程內(nèi)容。按G. Brown 現(xiàn)代工程教育理念， 先理論，再動手，40門左右課程（CMU 教改后變成了 32門課，甚至 30門課也可畢業(yè)）。前面一部分還行， 后面一部分就難說了。一個根本原因就是隨著知識的爆炸，越來越多的課程被擠進來。每個老牌教授 （或者教學(xué)指導(dǎo)委員會）都覺得自己的課程重要，一課都不能少。知識經(jīng)濟嗎，肯定是課程越多越好。圖24 列出了幾所重點大學(xué)信息專業(yè)學(xué)生所修課程數(shù)目。相信 李郁榮或者 G. Brown 看了這個課程表一定會暈過去 （即使是Shannon 這種超級學(xué)霸也不一定承受得了啊）。每個學(xué)期要上七、八門或更多的課程，最后的結(jié)果肯定是囫圇吞棗。實驗和動手部分要么被仿真替代或者走個形式了（canned-type of experiments）。

畢業(yè)設(shè)計只有一學(xué)期，也是形式化。老師把之前做過的題目讓學(xué)生重復(fù)一遍，也就你好我好大家好了。

再一個就是教與學(xué)的單一模式。這一方面局限于千年科舉的影響。更主要的還是大規(guī)模流水線生產(chǎn)的最好方法就是老師寫版書（時髦的放ppt），學(xué)生死記硬背，只要考試時能把老師教的復(fù)述出來就好。對此現(xiàn)象，Stanford d.school 教授 Ed Carryer 曾說到，“在傳統(tǒng)教育模式中，我能夠應(yīng)對考試，也能回答老師的問題，但是實際生活中我無法設(shè)計任何新的東西”。

美國一所中學(xué) Lawrenceville School，針對灌輸式學(xué)習(xí)方式做了一個有趣的實驗。在暑假開始之前，對一門科學(xué)科目進行考試，全班取得B+成績。三個月后，對同樣考題做一個簡化版，全班的成績竟然是F。灌輸式教學(xué)模式世界各地都有，也不是完全不能用、但不能走極端。

哈佛大學(xué)教授 Paul Bottino 也說：“傳統(tǒng)的通過灌輸式的教與機械記憶式的學(xué)所掌握的知識已經(jīng)沒有太多的價值了。真正有價值的是你如何利用你所掌握的知識去做有價值的事情?！?nbsp;灌輸式的教學(xué)模式讓學(xué)生保留的知識很有限，只有真正通過動手，通過實踐，才能學(xué)會并掌握這些知識。正如那句話所說：告訴我，我會忘記；教導(dǎo)我，我可能記得；讓我深入其中，我才能真正的學(xué)到并且運用。

總結(jié)起來，傳統(tǒng)工程教育面臨普遍性的挑戰(zhàn)有四點：專業(yè)細(xì)分化；知識碎片化；實驗形式化；方法單一化。這是我們在傳統(tǒng)工程教育所處的現(xiàn)狀。這也是為什么，錢學(xué)森通過給總理提出錢學(xué)森之問，讓我們認(rèn)識到問題的存在和嚴(yán)重性，并且去探索問題的解決方法。

新工科教育探索

蘋果、谷歌、高通、華為、大疆、戴森和騰訊等科技公司的經(jīng)歷，創(chuàng)新教育研究者 T. Wagner, R. Miller， E. Carryer 和 T. Amabile 等人的經(jīng)驗，以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)機構(gòu) MIT Media Lab， Stanford d.school， Berkeley Jacobs Institute 和 Olin 工學(xué)院的實踐清楚的告訴我們基于 Brown Report 的傳統(tǒng)工程教育模式， 哪怕登峰造極者如MIT， Stanford 和 Berkeley， 也已經(jīng)不能滿足創(chuàng)新經(jīng)濟發(fā)展對高端人才的需求了。新近出來的MIT新工科教育改革報告（見[14]，與 1950年 G. Brown 報告一脈相承）也清晰指出這一點。圖15結(jié)構(gòu)的課程體系很難培養(yǎng)出紅杉20條， Wagner4條或者Olin9條標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新人才。

MIT Media Lab 前任主任 Joi Ito 教授（他自己先后從塔夫茨大學(xué)和芝加哥大學(xué)休學(xué)，博士沒畢業(yè)）在他的Tedtalk里說到：“今天硬件的價錢很便宜，3D打印以及制造技術(shù)也很方便，知識獲得都在手機和互聯(lián)網(wǎng)上，只要你想學(xué)，知道目標(biāo)在哪里，你就可以學(xué)會?！?在他擔(dān)任 Media Lab 主任時，他把原來的口號由Demo or Die 改成 Deploy or Die。他認(rèn)為，光是把原型機做出來還不夠， 還應(yīng)該通過創(chuàng)辦公司，把自己設(shè)計的東西推向市場。這樣學(xué)生才能真正掌握 P. Jacobs 博士所提出的 創(chuàng)新本領(lǐng)（創(chuàng)業(yè)是檢驗新工科教育的最高標(biāo)準(zhǔn)?。?/span>

要在現(xiàn)有的課程體系去做根本性改革是非常困難的，甚至不可能的。每個老師都不希望自己的課程被改掉（寫了幾十年自認(rèn)為很得意的板書改沒了， 這咋行？）。

MIT機械系的經(jīng)驗可以借鑒。但前提是他們的本科生一直有動手的傳統(tǒng)（該校女生還可以打鐵，這在其他地方絕無僅有）。MIT 機械系D. Wallace 和 M. Yang 教授為本科生開設(shè)了兩門很有特色的產(chǎn)品設(shè)計課程，極受學(xué)生歡迎。一門一年級學(xué)生的玩具設(shè)計課程， 另外一門是四年級學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計課程。畢業(yè)設(shè)計課程的答辯已成為MIT的狂歡節(jié)，學(xué)生會有強烈的參與感和成就感，據(jù)說每年都會有兩個團隊去創(chuàng)辦公司。

另一個模式就是 Stanford 的 d.school 模式。D. Kelley 教授曾幫助蘋果設(shè)計第一代鼠標(biāo)產(chǎn)品， 與喬布斯保持過長期合作，同時創(chuàng)辦了著名的設(shè)計咨詢公司IDEO。2005年， 他在斯坦福大學(xué)創(chuàng)辦了d.school。這個新學(xué)院的使命在于挖掘人的創(chuàng)造能力，更強調(diào)這里是一個環(huán)境，一個社區(qū)，一個改變?nèi)怂季S的地方。學(xué)院的宗旨在于給年輕人賦能，包括以下核心能力：

盡管錄取標(biāo)準(zhǔn)也不低， 斯坦福學(xué)生動手能力仍普遍不足（K12 教育的缺失）。我專門采訪過上 Ed Carryer 教授機電一體化產(chǎn)品設(shè)計課程的本科生。他們覺得這門課讓他們掌握了如何去尋找和定義問題， 如何異想天開，通過動手把想法變成現(xiàn)實。怎么應(yīng)用知識，怎么團隊合作。這門課讓他們對自己變得更自信，給他們賦能了。

我自己于1992年加入香港科技大學(xué)。以前上課也采用傳統(tǒng)模式，板書（+ ppt），作業(yè)加考試三板斧。后面發(fā)現(xiàn)學(xué)生對這種模式越來越不感興趣。第一星期如果有一百學(xué)生來上課的話， 到期中就變成了五十，而到期末最多也就 四分之一的學(xué)生。很困惑、很不理解（后面才聽說有放水一招來吸引學(xué)生，但即使知道，也不會用， 誤人誤己）。2004年，為參加亞太機器人比賽 Robocon， 我開設(shè)了一門項目課程。這門課學(xué)生要學(xué)會定義問題（搞清楚比賽規(guī)則），然后以團隊形式利用各種工具，把系統(tǒng)進行分解（機械、電子、軟件等），設(shè)計、和制造每個子系統(tǒng)，集成、測試和不斷迭代。學(xué)生還去深圳買零部件，做PCB 和機械加工（熟悉深圳的供應(yīng)鏈）。這種新穎的學(xué)習(xí)模式把學(xué)生的積極性充分激發(fā)出來。學(xué)生沒日沒夜的泡在實驗室、趕都趕不走。不少學(xué)生后面跟我講這門課讓他們學(xué)到了比科大四年還多的東西。這門課也走出了汪滔、王銘鈺、陶師正、潘宗良等一批創(chuàng)業(yè)者。這門課嚴(yán)格意義上來講還只是一門工程設(shè)計課程（主題由大賽組委會給，而非學(xué)生自己定義），不能給學(xué)生提供系統(tǒng)的訓(xùn)練。后面我也見到許多 Robocon 背景的創(chuàng)業(yè)者，在創(chuàng)業(yè)這條路上磕磕碰碰，犯很多沒必要的錯誤。后面在這門課的基礎(chǔ)上，我們?yōu)榭拼蠊W(xué)院一年級學(xué)生開設(shè)了一門機器人項目課程。局部的改變了之前先學(xué)（很多）理論再（少少）動手的情況。這門課同時也被廣東工業(yè)大學(xué)，湖南大學(xué)、寧波工程學(xué)院和常州大學(xué)的機器人學(xué)院采用。港科大后面在大疆的支持下，設(shè)立了一個新的學(xué)科部，綜合系統(tǒng)與設(shè)計學(xué)科部（ISD）， 每年30個學(xué)生。期望能更全面的探索新工科教育。

無論是 Berkeley 的 Jacobs Institute，Stanford 的 d.school，港科大的ISD、 還是MIT的 Media Lab， 其工科教育改革還是多方面受到母體的約束， 這好比在國企推行承包責(zé)任制意義、有效果但很難徹底。

唯一系統(tǒng)、全面把新工科教育做到位的是美國波士頓附近的歐林工學(xué)院Olin College of Engineering。我花了很長的時間去了解Olin，也把其改革方案稱之為 The Olin Way（該校前面一條馬路名字）。

Olin 的發(fā)展背景我就不多做介紹了（見[1]、[13]等文）。

首先Olin很清楚培養(yǎng)什么樣的人，Olin的人才標(biāo)準(zhǔn)Olin9條前面已經(jīng)詳細(xì)介紹過。

我通過采訪學(xué)生，走訪課堂，看老師如何授課，與畢業(yè)生和企業(yè)界的人士交談，同校長和行政人員交談，也邀請Olin校長來大灣區(qū)傳授經(jīng)驗，并且派我們的人員去參與Olin學(xué)習(xí)班，深度了解Olin的創(chuàng)新。Olin校園雖然不大，但是留給人的印象很深刻。這里有一個完全不同的創(chuàng)新環(huán)境與氛圍。實驗室與教室整合在一起，教室里到處貼著學(xué)生的想法和成果。

Olin于1997年注冊成立，兩年后校長到位，2000年啟動校園建設(shè)， 教師團隊在準(zhǔn)備課程體系前，先花兩年時間走訪了五十多家學(xué)校， 詳細(xì)了解別人工科教育改革的經(jīng)驗和碰到的問題。2001年招聘第一批學(xué)生，Olin 稱之為合伙人，共同參與課程設(shè)計實驗（這叫與用戶共同設(shè)計 UOCD）。2002年正式開學(xué)（2016年錄取率為1/12）。第一批學(xué)生2006年畢業(yè)，至今有一千多名校友，每年招收學(xué)生80名。教師共有37名，配備行政人員75名。Olin的畢業(yè)生極受企業(yè)歡迎， 平均起薪高于MIT。其中20% 畢業(yè)生創(chuàng)業(yè)，50% 進入著名大學(xué)讀研深造。即使不創(chuàng)業(yè)從事其他事業(yè)的學(xué)生，有了這段經(jīng)歷也表現(xiàn)得很好。Olin的學(xué)生男女比例1:1，顛覆了我們對于偏工科學(xué)校女生不多的印象。他 們的經(jīng)驗也告訴我們，女生在團隊合作中有優(yōu)勢。Olin的學(xué)生在申請學(xué)校之前很多都有參加過中小學(xué)機器人比賽經(jīng)歷、清楚自己要學(xué)什么。學(xué)校也并不依賴SAT成績來錄取學(xué)生，而是通過推薦等渠道，使得學(xué)生有機會參加面試。面試的內(nèi)容是用兩天的時間來參與一組項目，與學(xué)校的老師和高年級同學(xué)互動，觀察學(xué)生的表現(xiàn)，最后才決定錄取。入學(xué)后四年的課程有大概有25-35個項目課程，最后的畢業(yè)設(shè)計由企業(yè)提供，外加五萬多美元的經(jīng)費贊助，設(shè)計結(jié)束后還要在重要場合展示項目。

學(xué)校沒有院系之分，大部分課程都是團隊教學(xué)模式，老師只是一個作為一個引導(dǎo)者，并不像傳統(tǒng)的講課模式。

同時，老師的評估也有一套與傳統(tǒng)不一樣的標(biāo)準(zhǔn)，新的評估體系沒有終身制，需要綜合考察老師對社會的影響，對學(xué)生的成就，以及如何擴大學(xué)校的影響等方面，并不局限于傳統(tǒng)的研究，教學(xué)，服務(wù)。

實現(xiàn)Olin的培養(yǎng)目標(biāo)，最重要的就是有一套專門的課程體系，沒有課程體系作為框架載體，再好的目標(biāo)也不可能實現(xiàn)。Olin的課程設(shè)計圍繞數(shù)學(xué)，科學(xué)，工程，設(shè)計，場景和課外六個方向。

圖26 Olin課程設(shè)計

Olin的課程結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)工科課程結(jié)構(gòu)完全不同。每個學(xué)期四門課，每門課都是通過項目把多方面內(nèi)容融合，其中紅色的都是產(chǎn)品設(shè)計課程?？梢钥闯霎a(chǎn)品設(shè)計課程在整個教學(xué)體系里占有非常重要的位置和比重。比如大學(xué)一年級的Design Nature，由兩個模塊構(gòu)成，第一個模塊為了訓(xùn)練觀察力，讓學(xué)生去自然界尋找喜歡的動物，觀察其特點并且解釋功能，最后做一款實體去驗證構(gòu)思。第二個模塊做一個產(chǎn)品，比如小學(xué)生互動的玩具，學(xué)生們需要分組去調(diào)研，采訪小孩，老師以及小孩的家人，通過觀察小孩怎么玩來定義問題，設(shè)計產(chǎn)品，最后由小孩體驗并評分。每一門課程的定位和目標(biāo)都跟整個課程體系的目標(biāo)相適應(yīng)。

第二類課程就是數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程基礎(chǔ)課程。通過項目載體融合起來，不只是簡單學(xué)會課程內(nèi)容，更重要通過課程培養(yǎng)思維方法并學(xué)會怎么應(yīng)用，怎么學(xué)習(xí)。

有一門課程叫QEA，工程量化分析，通過這門課程掌握多元微積分和基礎(chǔ)物理等基礎(chǔ)科學(xué)知識，通過使用正確的工具培養(yǎng)動手能力，團隊合作等。課程有四個模塊，第一個模塊的內(nèi)容是做一艘滿足要求的船。如果學(xué)生憑經(jīng)驗立馬動手就做，就像山寨創(chuàng)業(yè)者一樣，大部分都會失敗。這時候老師就會強調(diào)科學(xué)方法的重要性，并且開始把相關(guān)的基本知識，為什么需要數(shù)學(xué)物理來設(shè)計等等告知學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生用這種方法分析設(shè)計，再去做，大部分都能成功。通過這種模式的課程，學(xué)生掌握了科學(xué)方法，學(xué)會了使用工具，提升了職業(yè)技能，也知道怎么去學(xué)習(xí)，如何去應(yīng)用。課程并不強調(diào)要做產(chǎn)品出來，而是要把科學(xué)方法，數(shù)理基礎(chǔ)和工程融合起來。

第三類課程是人文，社會，管理，藝術(shù)等相關(guān)課程，也是同樣通過項目載體融合。

我們可以用圖 28 的模型來概括傳統(tǒng)工科與新工科教育對學(xué)生創(chuàng)新能力的提升幫助。Olin利用嶄新的機制，創(chuàng)始人和創(chuàng)始團隊的vision， 產(chǎn)業(yè)對創(chuàng)新人才的渴望， 波士頓的地利，美國對教育創(chuàng)新的政策支持、還有Olin 基金會的強大財源， 經(jīng)過近二十年不斷迭代和試錯， 在新工科教育領(lǐng)域樹立了一個閃亮的標(biāo)桿。

希望我們一些有條件的大學(xué)也能做一些大膽的探索實驗，哪怕規(guī)模小一點。尤其是一些經(jīng)濟條件好的地方政府，在創(chuàng)辦新的理工科大學(xué)時，可以把Olin模式考慮進去。小而精，新模式，引領(lǐng)地方的科創(chuàng)經(jīng)濟上臺階。

新工科教育評估與迭代

[15] 給出了一個設(shè)計項目課程的框架。它分四部分。第一，選定目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)（Goals）；第二，制定系列活動 Activities；第三，梳理活動產(chǎn)生的結(jié)果（Products）。第四，評估結(jié)果（Assessments），迭代，直到達(dá)成目標(biāo)（見圖 29）。

GAPA 框架不只可以用來設(shè)計一門項目課程，也可以用來設(shè)計一個program，比如一個新工科Program。

Olin 9條對于 新工科教育的單個產(chǎn)品（畢業(yè)生）的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很清楚了。但對于這個群體我們是否能用文章開頭的科創(chuàng)之問來作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)呢？（這肯定是個大滯后系統(tǒng)，需要十年、二十年， 也就是我們常說的十年樹木，百年樹人）?；卮鹂苿?chuàng)之問不止是我們的初心，也是我們這一代人義不容辭的責(zé)任。何不把民族的復(fù)興， 李約翰之問，錢學(xué)森之問與新工科教育的使命融合起來呢？記住孔老師名言， “取乎其上，得乎其中；取乎其中，得乎其下；取乎其下，則無所得矣”。

后面兩文我們講介紹新工科教育兩類核心課程的設(shè)計與實踐， 以及松山湖機器人基地為科創(chuàng)人才實現(xiàn)夢想提供的支持。