摘要：面向未来培养卓越工程师是实现教育强国、科技强国和人才强国战略的重要举措，是一项立足长远、着眼未来、面向世界的系统性教育教学和人才培养工作。本文在讨论未来世界对卓越工程师的期盼的基础上，依次从教师队伍、可持续性教育、人工智能、跨学科、批判性思维和战略性思维、科学研究、研究性学习和挑战性学习、个性化需求、终身学习、注重“失败”等多方面，针对未来卓越工程师必须具备的综合素质、工程能力和社会能力的培养和提高进行系统性的分析和讨论，以期为相关高校培养未来卓越工程师提供建议和意见。
关键词：卓越工程师培养、面向未来、教师队伍、可持续性教育、人工智能、跨学科、思维、科学研究、研究性学习、挑战性学习、个性化、终身学习
面向未来培养卓越工程师是党和国家赋予工程教育界的重要使命，也是实现教育强国、科技强国和人才强国战略的重要举措，关系到中华民族伟大复兴伟业和人类命运共同体建设。卓越工程师培养是一项立足长远、着眼未来、面向世界的系统性教育教学和人才培养工作，需要不断积累、持续改进和长期努力。本文在讨论未来世界对卓越工程师期盼的基础上，依次从教师队伍重塑、重视可持续性教育、重视人工智能对工程教育的影响、重视跨学科培养、重视批判性思维和战略性思维培养、将科学研究作为重要培养环节、发挥研究性学习和挑战性学习的作用、满足个性化需求、重视终身学习、注重在“失败”中培养等多方面，针对未来卓越工程师必须具备的综合素质、工程能力和社会能力的培养和提高进行系统性的分析和讨论，以期为相关高校培养未来卓越工程师提供建议和意见。
一、未来世界对卓越工程师的期盼
未来工程的发展趋势和特征充满着变数和复杂性，这一方面是人类与自然相互作用的结果，另一方面是人类主观意愿驱使的结果，因此，未来世界充满着不确定性，人类社会在未来将面临越来越多难以预测的挑战。
工程师作为人类社会客观世界的建造者和改造者，在人类不断追求美好生活的进程中扮演着重要的角色，卓越工程师作为工程师队伍中的佼佼者，其作用更是不可替代并受到广泛关注。为了为中国式现代化提供卓越的人才资源，为了能够应对并找到解决在未来民族复兴伟业进程中各种新挑战的新方案，未来世界对卓越工程师的期望也越来越高，期望他们以中华民族伟大复兴为己任，具有坚实的科学和技术背景、卓越的工程和技术能力、高素质且负责任，包括理解和面对日益复杂的客观世界，设计和实现解决前所未遇复杂工程问题的方案，在跨国界和跨学科环境下工作，在人类社会发展中扮演更广泛的角色等。具体而言，未来世界对卓越工程师的期盼大致有以下几方面。
（一）综合素质方面
1.作为高素质拥有者，具有家国情怀、全球视野、人文社科素养、批判性思维、跨学科和系统思维、追求卓越的态度、勤勉敬业和艰苦奋斗精神；
2.作为未来趋势把握者，了解日益复杂的世界及其内部复杂关系，具有战略性思维、把握未来世界变化趋势及影响变化趋势的主要因素；
3.作为社会责任承担者，深刻认识可持续发展对人类社会的重要性，清楚自身的使命和所承担的自然和社会责任；
归纳起来，未来卓越工程师的综合素质主要包括：家国情怀、全球视野、人文社科素养、批判性思维、跨学科和系统思维、战略性思维、追求卓越的态度、把握未来世界发展趋势、清楚自身的使命和所承担的自然和社会责任等。
（二）工程能力方面
1.作为工程实践者，综合运用多学科知识、原理和方法，设计和实现解决复杂工程问题的可持续、符合职业道德、负责任的解决方案；
2.作为项目开发者，应用先进技术和资源，负责和组织对现代工程工具、复杂工业产品和工程流程进行开发、设计、实施、评估和改进；
3.作为应对挑战者，在面对全球挑战和不确定的环境中寻求应对、挑战和处理未来工程问题的新的解决方案和方法，具有突出的创新创业能力；
4.作为工程研究者，具有坚实的科学和技术研究基础，开展对复杂工程问题的研究、工程技术创新和开发以及工程科学的研究；
5.作为终身学习者，具有终身学习意识，及时更新知识、学习新技术、掌握新技能，动态适应职位、责任和角色的转变；
归纳起来，未来卓越工程师的工程能力主要指：复杂工程问题解决能力；复杂产品开发、设计和实现能力；应对和处理未来工程问题的能力；突出的创新创业能力；复杂工程问题研究、工程技术创新开发以及工程科学研究能力；终身学习和动态适应能力。
（三）社会能力方面
1.作为组织管理者，引领所在制造企业、工程公司、管理部门或研究机构，在绿色和数字化转型过程中，成功实现转型、改造和升级，以适应国内外竞争的需要；
2.作为利益协调者，在复杂工程活动中与利益相关各方有效沟通，协调和平衡各方利益诉求；
3.作为团队领导者，在跨国界、跨文化、跨学科环境的团队中有效工作并发挥领导者的作用；
4.作为多角色扮演者，在经济、科技、金融和商业等社会各界扮演更广泛的角色，与各行各业、国家部委、地方政府、社会各界一道工作。
归纳起来，未来卓越工程师的社会能力主要指：大型工程系统的组织管理能力；多方协调和沟通能力；在跨国界、跨文化、跨学科等复杂环境下的团队领导力；多角色扮演者及多方协同工作能力。
未来世界对卓越工程师的期盼需要通过系统的教育培养打下坚实的基础，未来卓越工程师培养是一项需要得到高等学校、各级政府、行业企业等的持续高度重视和密切配合。然而，面向未来的卓越工程师培养不可能沿用当前现成已有的模式、路径和方法，而必须在充分认识未来工程发展趋势和特征以及把握未来世界对卓越工程师期盼的基础上，经过明确目标、提出思路、制定方案、充分论证、分步实施、质量评估等环节才能实现。
二、未来工科教师队伍的重塑
面向未来培养卓越工程师的首要任务是重塑工科教师队伍，也就是说，建设一支胜任未来卓越工程师培养的教师队伍是关键。具体而言，教师队伍重塑主要包括三方面任务：一是教师自身建设，二是教学团队建设，三是教师评价和激励。
（1）教师自身建设。作为担任教育教学任务的主体，教师在培养未来卓越工程师上应该做好充分的准备，既要更新工程教育理念，也要不断提升自身的能力，还要做好具体的教学工作。
工程教育理念的更新应该在原有的学生中心、成果导向和持续改进理念的基础上，树立面向未来需求、注重学科交融、研究与实践结合的新理念。面向未来需求理念强调的是整个卓越工程师培养全过程的各项工作，包括目标定位、培养方案、课程体系、教学内容和教学方法等，都要围绕着未来世界对卓越工程师的期盼进行。注重学科交融理念强调的是卓越工程师培养工作，不论是学科专业设置、课程体系建设，还是课程教学内容选择，都要针对未来工程发展的趋势和特征，突破传统的学科专业界限，从大工程范畴、多学科交融角度开展。研究与实践结合理念强调的是工程教育实践需要相关研究成果的指导，工程教育研究问题需要源于实践，从而形成研究指导实践、实践促进研究的良性循环，最终达到提升卓越工程师培养质量的目标。
教师自身能力的提升重点在提升工科教师教育教学能力和教学研究和改革能力。教育教学能力提升中十分重要的一项是灵活充分应用现代信息技术、智能化手段和丰富的教育教学资源，以提供高质量的工程教育课程，提高卓越工程师培养教育教学效果。教研教改的目的在于深入研究教育教学中可能遇到的问题，提出解决思路、方案和方法，从而进行工程教育教学改革，最终提升教育教学质量。教师在明确卓越工程师培养目标定位的前提下，需要做好具体的教学工作，包括重新审视培养方案、改革重组课程体系、动态更新课程教学内容、创新教学组织形式和教学方法等，以适应未来的挑战。
（2）教学团队建设。现代工程学科专业的多学科交融性以及对未来卓越工程师培养的高要求，使得加强教师间的合作与配合即加强教学团队建设显得尤为重要，主要具体表现在三方面：一是通过团队中教师之间的相互协作和优势互补，从而形成合力，提高教育教学质量；二是通过团队中教师之间的相互学习和取长补短，能够进一步提高教师的教育教学能力；三是各种教育教学资源能够在教学团队中得到更加合理的配置和有效地使用，从而避免资源重复配置和闲置浪费的现象。
教学团队建设的核心目标是整体提高从事工科教育的教师的教学能力和水平，进而提高工程教育教学质量，以满足未来卓越工程师培养的需要。围绕这一核心目标，教学团队建设的主要任务有五方面：首先，由承担课程教学任务的教师们共同开展课程体系和教学内容改革；其次，针对培养未来卓越工程师可能面临的各种教育教学问题，进行教学研讨和教学经验交流；第三，根据课程教学目标和任务要求，创新教学组织形式和教学方式，以提高教育教学效果；第四，依靠团队的整体力量及其外部联系，整合和开发未来卓越工程师培养所必需的各种重要教育教学资源；最后，借助团队平台相互学习、取长补短，实现团队教师教育教学质量的整体提高。
（3）教师评价和激励。对教师的评价和激励是促进教师队伍建设的有效手段，需要根据院校类型和所承担的未来卓越工程师培养任务的特点，制定教师评价标准和激励政策。
教师考核与评价标准要与未来卓越工程师培养的目标任务直接挂钩，基于这个目标任务分解出来的课程或教学活动目标将作为考核与评价相关教师教学业绩的核心指标，其中的关键不在于教师承担教学任务的投入，而在于教师教学工作的产出，即成效。
对教师的激励在于充分调动教师投入学科专业建设和未来卓越工程师培养的主动性和积极性。激励政策必须立足长远和尊重教师职业生涯道路选择的多样性，包括鼓励教师将教学学术作为自身发展的重点，因此，需要精心设计、广泛征求意见和稳步实施。
三、在工程教育中重视可持续性教育
由于卓越工程师是未来可持续发展的主要设计者和实现者，需要在工程教育中重视可持续性教育。
（1）深入理解绿色发展的重要性，树立可持续发展理念和价值观。当前工程教育往往侧重可持续相关的技术素养，容易忽视塑造未来卓越工程师正确的理念和价值观以及培养影响工程学科专业的伦理道德。为此，一方面要学习可持续发展基础知识，通过对客观世界的真实和深入了解，如气候变化、环境恶化和生物多样性压力等，提高对可持续发展的广泛主题的认识，更加明晰绿色发展的重要性；另一方面要创造学术交流的机会和空间，支持和鼓励学生参与可持续发展论坛和学术会议等活动，通过讨论、辩论和反思等方式，塑造未来卓越工程师牢固的可持续发展理念和价值观。在此基础上，学生就能够成为可持续发展的主导者，有利于将可持续发展融入工程教育的培养方案和课程体系之中，进而提高学生对可持续性教育的重视。
（2）多方式培养可持续发展技能。可持续工程教育需要跨越学科，超越工程的技术视角，一方面要与环境保护、社会进步、经济发展紧密结合，通过研究性学习等参与式学习方法掌握可持续发展的综合性质、获得多方合作的学习经验、培养跨学科可持续发展技能；另一方面要鼓励参与可持续发展实际工程项目和研究课题，通过不同的时空视角，与社会利益相关各方相互作用，整合社会、经济、政治和技术限制，通过跨学科的研究和工程创新，培养和提升可持续发展技能。
（3）加强与不同行业领域专家的合作。可持续发展的核心是在工程活动中减少资源的消耗和提高资源的再利用，然而随着社会的发展，这种认识也在不断得到拓展。如关注如何通过设计可分离部件以便于维修来延长产品的寿命，关注如何在工程活动的全过程中保证产品/工程利益相关各方的利益公平以利于各方共同努力实现可持续发展目标等。因此，人们应该充分认识到，可持续发展往往是一系列相互关联的复杂问题，很少有一个正确或唯一的答案，解决可持续发展问题需要不同行业领域之间的合作，需要工程师、设计师、经济学家、环境科学家、社会学家、管理学家和心理学家的通力合作，需要他们每个人都为实现可持续发展做出贡献。
（4）在教育教学质量评估或专业认证标准中纳入可持续发展指标。目前，在工程教育教学中可以观察到实际学习结果与预期学习结果之间的差异。相当一部分高等教育机构没有充分评估其教学和学习的可持续性成果，因此，在教学和学习中实施可持续性往往没有充分和确切的证据来为培养模式、课程体系和教学方式的调整提供所需的信息。学科专业负责人、课程主讲教师、教学管理人员需要有衡量教学效果的标准和工具，以持续监测可持续性教育的有效性。为此需要将可持续性教育的指标纳入工程教育的质量评估或专业认证标准中。
四、重视人工智能对工程教育的影响
人工智能将以难以预测的方式影响所有工程学科专业和工程教育，这些均需要予以高度重视。
首先，人工智能对未来工程的影响直接映射到未来相关的工程学科专业上。一方面，人工智能的渗透将促进现有工程学科专业的转型、改造和升级；另一方面，人工智能与工程学科的交叉融合将促进新的工程学科专业的形成，这些将颠覆性地改变工程学科专业的性质和内涵以及突破现有工程学科门类和层级的界定等，最终将影响到整个工程教育体系及其构成要素。
其次，人工智能将推动工程学科专业课程体系改革。一方面，人工智能对所有工程学科专业性质和内涵的改变将改变工程学科专业的课程设置和教学内容；另一方面，人工智能使得学生能够自主学习和掌握原先部分需要教师课堂讲授才能完成的教学内容。因此，改革工程学科专业课程体系和更新课程教学内容将成为工程教育教学改革的重要任务。
第三，人工智能将极大地丰富工程教育教学资源。一方面，人工智能将推动数字化教育教学资源的创新、形成、再生和传播，使得支持工程学科专业学习的数字化资源的获取比以往更加可及和容易，教师不再是教育教学资源的绝对拥有者；另一方面，人工智能将不断完善和创新工程实践教育环境和平台，不断丰富工程实践教学实验设备和手段。这些为学生学习提供更多的个性化选择。
第四，人工智能将对教师教学和学生学习产生巨大影响。一方面，人工智能将不知不觉和渐进式地集成到教师和学生使用的教学工具中，这些工具的使用既不需要专门的人工智能知识，也没有过高的硬件要求；另一方面，人工智能将创新和完善工程实践教学方式和手段，为师生提供用户友好的交互界面。这些不仅将从根本上极大地改变教学组织形式和教学方式，而且还会大幅度提升工程教育教学效果。
第五，人工智能将可能使学生失去一些基本技能。类似于计算器出现后人工计算技能的广泛下降以及Windows（视窗操作系统）出现后不需要掌握Dos（磁盘操作系统）一样，人工智能应用的普及化容易使工程教育界忽视作为工程师需要具备的一些基本技能，因此，一方面需要认真分析未来工程师的哪些技能仍然重要，以确保它们在人工智能应用的普及化之后仍然存在，另一方面需要认真研究哪些技能在人工智能时代可以用其他技能来替代。
总之，人工智能将深刻影响着所有工程学科专业的设置和建设、促使工程教育教学理念的改变、推动工程学科专业课程体系改革和教学内容更新、极大地丰富工程教育教学资源、严重影响着教师教学和学生学习、迫使教师和学生在工程教育教学中角色的重新定位，还可能使学生失去一些基本技能。相关高校必须高度重视人工智能对工程教育的上述影响，提前布局、规划和建设相关工程学科专业，做好相应的工程教育改革创新工作，为面向未来培养卓越工程师做好准备。
事实上，未来卓越工程师不仅是人工智能的应用者，而且还将站在塑造未来人工智能的最前沿，成为未来人工智能创新发展的引领者、设计者、建设者和推动者。相关高校要重视培养学生掌握人工智能基本原理及支撑技术，使他们在日后的工作中尽可能广泛地使用人工智能，努力根据工程发展和需要推动人工智能的创新发展，同时要理解人工智能的新发展可能产生的伦理问题、对经济社会的影响及其对人类社会带来的挑战，能够对人工智能所提供的信息进行批判性的分析。
上述各节分析了未来世界对卓越工程师的期盼，讨论了重塑未来工科教师队伍、在工程教育中重视可持续性教育以及重视人工智能对工程教育的影响等基础工作，以下各节围绕着学生综合素质的养成和提升、工程能力的培养和提高、社会能力的培养和提升等，具体讨论面向未来培养卓越工程师还必须开展的教育教学活动。
五、重视跨学科培养
未来卓越工程师必须有宽广的视野，他们必须与校内外不同学科的专业人士合作。跨学科合作（或称多学科合作）是未来卓越工程师作用得以充分发挥和成功的关键甚至唯一途径，这是由于现代科学和工程技术正在呈现高度综合的趋势，不同学科的知识、理论、方法、技术、手段的交叉渗透正发生在包括工程学科在内的广泛的学科领域，人类社会已经步入了多学科交叉融合的时代。具体而言，未来世界工程领域的问题不存在单一的工程学科之中，而必然是涉及多个学科的问题，未来卓越工程师只有通过密切的多学科合作才能解决未来工程问题。
对未来卓越工程师的培养必须从目前的聚焦单一工程领域转变为更为开放的面向未来的以本工程学科领域为主，同时跨越多个学科领域的培养。与此相应的是对工程师能力培养的加强，从目前的主要聚焦解决工程问题的能力转到未来卓越工程师必须具备的多方面综合能力和素质的培养，即从工程问题的分析解决能力，到工程或工业产品的设计和建造能力以及注重市场、安全、质量、效益和环保等，然后到复杂工程问题的解决能力和沟通合作与组织管理能力以及复杂工程系统的运营管理能力，再到工程技术创新开发和工程科学研究能力，具有良好的生态平衡、社会和谐和可持续发展意识，以及复杂环境下的大型团队领导力等等。因此，要通过重视跨学科培养的未来卓越工程师培养方案制定和课程体系建设和实施，使得上述目标，即综合素质、工程能力和社会能力等各个方面的培养均能实现。
跨学科在高等教育领域不是新的概念，已经有丰富的研究成果，从认识层面已经得到广泛共识，但关键的问题是如何在工程教育实践中有效地实现跨学科。例如，跨学科课程建设和教学需要多位教师的参与，跨学科研究项目需要多位教师的指导，学生在做工程研究时倾向于选择与本学科方向一致的单一学科课题等等，这些因素往往成为实现跨学科的障碍。
跨学科培养包括跨学科学习和跨学科活动两方面，这些均需要加强高校内外部不同学科院系之间的合作，包括工科院系之间的合作和工科院系与其他人文社科院系的合作以及工科院系与行业企业和工业部门的合作。跨学科学习主要通过设置多学科交叉融合的课程和综合化的课程以及围绕工程实践项目或工程实际问题开展的实践教育教学活动来实现。跨学科活动主要通过安排学生参与复杂工程问题研究和工程技术创新开发等研发项目、源于行业企业的实际工程项目以及工程学科创新创业活动等来实现，从而促进不同学科专业学生、教师、专家的合作互动，处理好工程与经济、社会、自然等方面的关系。
除了在工程能力培养上具有重要的作用外，跨学科培养对于跨学科和系统思维，大 型工程系统的组织管理能力、多方协调和沟通能力等的培养具有直接积极的作用。
六、重视批判性思维和战略性思维培养
作为未来行业产业的领导者，批判性思维应该成为未来卓越工程师的思维常态。批判性思维是用挑刺的眼光从批判的角度对事物进行分析、研究并提出方案和对策。批判性思维试图以否定事物的方式看待问题，“鸡蛋里挑骨头”，找出纰漏、缺点和不足，进而提出改进、改革、完善事物的方案和思路。批判性思维对于追求自我完善、追求不断进步、追求卓越具有十分重要的意义。一个领导者只有通过否定、再否定的方式看待自己的工作成就，才能够创造性地提出改革的思路、发展的目标和行动的方案。
批判性思维对未来卓越工程师的重要性表现在两方面：一是，在“知识爆炸”的今天，新的信息和知识正以指数级的速度大量产生，随着互联网、社交媒体、数字技术和人工智能等发展，尤其是Chat GPT和类似工具的出现，人们面临着前所未有的大量数据和知识资源，需要具备筛选、整理以及评估真实性与可靠性等能力，因此，需要培养学生批判性思维的能力，以批判性地评估和验证可用信息。二是，作为未来工程领域或行业产业的领军人物，在各种类型大型复杂工程活动决策过程中将面临着大量信息、各方意见、多种诉求和各种建议，需要对这些信息和建议进行筛选和分析，包括剔除其表面的感知和假象，找到信息的本质和核心，从而汲取有益的信息，为做出正确的决策提供支持。
作为未来行业产业的领导者，战略性思维应该成为未来卓越工程师必须具有的基本思维。战略性思维是从全局性、长远性、系统性和根本性角度分析、研究事物的思维方式、思维理念和思维活动。战略性思维具有以下主要特征：全局性、根本性、系统性、前瞻性、创新性、动态性和灵活性。[1] 战略性思维要处理好五个方面的关系：局部与整体、当前和长远、继承与创新、灵活与原则、领导与群众。[2]
战略性思维对未来卓越工程师的重要性源于其在未来工程领域和行业产业的地位和作用，是未来卓越工程师必须具备的一种素质和能力：一方面作为未来趋势把握者，未来卓越工程师必须了解日益复杂的世界及其内部复杂关系，把握未来世界变化趋势及影响变化趋势的主要因素，因此，战略性思维是未来卓越工程师履行自身职责的需要；另一方面作为未来大型重大工程项目的决策者，未来卓越工程师深知自身担任的重大责任和使命，清楚未来世界的变化是唯一不变的，他们必须从党和国家全局的高度、世界经济政治发展的全球趋势、未来科技和工程发展的走向等前瞻性的角度进行分析和决策，因此，战略性思维是提高未来卓越工程师决策能力的需要。
批判性思维和战略性思维的培养不可能依靠开设一门类似于“思维”的课程来解决，需要多门课程的持续努力和不断积累，需要在面对复杂工程问题和真实客观世界的环境下培养。批判性思维的培养核心是培养问题意识，首先，要带着问题看“问题”，对“问题”多问为什么？多给些不同的假设？怎么能做到？等等；其次，要形成质疑的心理，即不要将任何结论性的东西、过去的决策甚至权威的认识视为绝对真理，要带着质疑的心理提出问题，多从否定的角度看问题。在具有问题意识的基础上，批判性思维的形成要保持开放的思维和做到逆向思维，前者表现在异想天开和无限思维，后者表现在对“问题”反着看、对着干、“鸡蛋里挑骨头”。
战略性思维的培养强调从全局的高度、从发展的趋势、从对未来环境的分析来思考 和决策。全局的高度必须是党和国家事业发展的高度，可以从国家相关战略中把握；发展的趋势指的是世界经济、社会、科技、工程等的发展趋势，尤其是与所要决策相关领域的发展趋势；未来环境指的是国内和国际相关工程领域和行业产业未来发展的环境。战略性思维的培养要重视系统思维、前瞻性思维、创新性思维和动态思维等思维方式的培养，同时掌握并运用好相关的管理理论和方法分析和研究具有战略性质的未来问题。战略性思维要求未来卓越工程师做到高瞻远瞩、审时度势、把握全局、运筹帷幄、统筹优化和动态适应。
七、将科学研究作为培养的重要环节
科学研究是高层次的实践和创新，其在未来卓越工程师培养上的重要作用是课堂教学、实践教学、实习实训以及工程实践等所不可替代的，是综合性的人才培养环节，主要作用有：①科研项目的真实性和复杂性支持学生解决复杂工程问题能力的培养；②科研活动需要的人际交往、团队合作和组织管理有利于学生社会能力的培养；③科学研究无不涉及环境保护、生态平衡和可持续发展，要求具有家国情怀、认真负责的态度、坚忍不拔的精神和对高质量成果的追求，有利于学生综合素质的养成；④科研活动必然涉及多个学科，要解决的是前人没有解决或尚未完全解决的问题，多学科交叉为创新创造条件，科研问题的解决需要创新，因此，科研活动是培养学生创新思维和创新能力的重要途径。[3]
对于不同层次的学生，应该基于其知识基础、能力水平和科研经历选择合适的科研项目进行参与。一般而言，适合本科层次学生的科研项目主要包括：国家级和省部级一般项目、源于企业的解决普通工程实际问题的横向项目等。适合研究生层次尤其是博士研究生的项目主要包括：国家级和省部级重点和重大项目、国家部委委托的重大专项、行业企业的重大攻关项目等。在做好保密的前提下，博士研究生还可参加面向国家重大战略关键核心领域的型号项目等。
科研包括查阅文献资料、确定科研选题、制定科研方案、开展科研实验、发表科研成果等多个环节，每个环节都具有不同的人才培养功能，综合起来在人才培养上发挥不可替代的作用。在指导学生开展科研时教师的作用不同于其在课堂教学时的作用。
在查阅文献资料环节，教师要指导学生在浩如烟海的工程和科技文献资料中快速地查找到具有重要参考价值的文献资料以及有效地进行分析研究并得出结论。学生通过这个环节不仅学习了前人解决工程问题的经验和智慧，而且还提高了其终身学习能力。
在确定科研选题环节，教师要指导学生结合自身的学科背景和科研能力优先在国家经济社会发展面临的各类工程问题中选择科研主题，最终确定的科研选题既要有挑战性和创新性，又要是通过自身努力能够完成的。学生通过这个环节不仅能够强化其家国情怀，进一步清晰自身的使命和所承担的责任，而且能够有效地培养其在动荡变化的外部环境中发现和找准问题的能力。
在制定科研方案环节，教师要指导学生提出研究的框架思路、选择有效的研究方法、进行合理的资源配置、并证明科研方案的可行性。学生通过这个环节不仅对科研选题有全面深入的了解，掌握研究重点、难点及可能的创新点，有效地提升其科研问题的分析能力，而且训练了自身的科研计划制定、资源合理配置和可行性分析能力。
在开展科研实验环节，教师要指导学生突破前人的思维定式和经验，在与团队成员密切合作的基础上，把握工程问题的本质，综合平衡和协调各方面因素，坚持科学严谨的态度，创造性地解决工程问题。学生通过这个环节全方位、综合性地提高自己，包括在提出解决工程问题方案时养成优良的综合素质，在解决工程问题的过程中培养创新思维、创新技能和工程能力，在团队合作过程中提升其社会能力。
在发表科研成果环节，教师要指导学生梳理科学实验数据和成果，去粗取精，把握 重点，将科研成果和研究结论等逻辑清晰、条理清楚地展示给业内同行。学生通过这个环节不仅训练了分析和归纳能力，而且提高了文字和口头表达能力，进而加强了沟通交流能力。
八、充分发挥研究性学习和挑战性学习的作用
研究性学习（PBL），即基于问题/项目的学习，也称项目式学习，具有知识的获取、应用和创新；专业能力的培养和提高；社会能力的培养和提高；综合素质的培养和提升等四个方面的主要作用[4]，得到国际工程教育界的普遍认可和推崇。联合国教科文组织（UNESCO）2013年11月批准在丹麦奥尔堡大学成立作为UNESCO二类中心的PBL中心，该大学已将PBL整合到下属所有院系，覆盖工程、社会科学和人文学科等学科，经过多年的研究和全校性的推行，PBL在提高该校的影响力和知名度上产生了巨大的作用。此外，PBL也被纳入欧洲工程教育任务驱动型创新的范例。
挑战性学习（CBL）是在PBL基础上发展起来的另一种引人入胜的多学科教学方法，近年来得到国际上越来越多国家的推广和应用。CBL与PBL的主要区别有四方面[5]，其中，在研究问题上，CBL强调问题的难度和解决问题存在的不可能性，挑战的是客观存在或由外部利益相关者提出的现实世界的问题；在课程目标上，CBL强调培养学生挑战不可能问题的勇气和坚忍不拔的精神以及培养和提升创新能力。
从未来卓越工程师培养角度，目前PBL和CBL的作用没有得到充分的发挥。主要有两方面原因，首先是在用于PBL和CBL的问题的真实性和挑战性上：一方面用于PBL的问题和项目或者不是源于真实的工程实践，或者是为了在有限学时能够完成课程教学任务而简化的工程问题和项目，它们基本上都能够完成，这与工程实践中的工程问题/项目的实际情况存在显著差异；另一方面用于CBL的问题挑战度不高，难以起到实现课程目标的作用。其次是在学习和研究团队的构成上，目前团队成员的构成基本上都具有相同的学科专业背景或者基本上都是在校工科学生，既没有来自不同部门的专家，也没有代表着不同利益的相关者。由此可见，在这种团队中开展PBL和CBL所获得的解决复杂工程问题能力、团队合作经历及能力等与这些学生毕业后在整个职业生涯中需要的能力仍存在较大差距。
为了使得学生毕业后能够较快地承担起未来卓越工程师应有的责任，需要重视PBL和CBL问题的选择和团队的构成，以充分发挥二者在提高学生解决真实复杂工程问题和挑战“不可能”问题的能力以及与不同学科、领域和资历的校外专家团队合作的能力。这就需要做到三点：一是问题选择上，用于PBL的问题/项目必须源于行业企业、有难度且开放的工程问题/项目，用于CBL的问题必须是源于外部客观世界且具有挑战度的现实问题；二是在团队成员构成上，除了校内相关学科专业的学生和指导教师外，还应该有企业工程师、校外有经验的专家或其他利益相关者代表等；三是需要对问题解决方案或项目研究成果进行评估，以衡量学生的问题解决能力、团队合作能力以及创新性和创造力。
事实上，不论是将科学研究作为未来卓越工程师培养的重要环节，还是充分发挥PBL和CBL的作用，都是强调综合性学习和团队合作学习，即在不同成分构成的团队中，通过研究科研项目、解决复杂工程问题、挑战“不可能”问题，将多学科知识学习、专业能力培养、社会能力形成和品德素质养成等相结合，达到综合素质、工程能力和社会能力的培养和提升。因此，必须通过提高课程体系中“做中学”部分、增加PBL和CBL在培养方案中的比重、将参加科研活动作为学生培养计划的构成要素等，改变以往课程各自为政、理论与实践结合不够、能力和素质培养割裂的局面，切实提高学生的学习成效，在未来卓越工程师培养上获得重要产出。
九、满足学生个性化需求
未来世界对人才培养的需求将发生重大变化。一方面，智能时代对工程和产品的影响主要通过智能建造和制造模式实现工程和工业的智能化、个性化和大规模，由此形成对未来卓越工程师需要的多样性和个性化；另一方面，未来世界行业产业发展变化的不确定性和多样性，要求工程教育界培养多样化和个性化的人才予以应对；与此同时，学生基于自身兴趣和能力对未来职业发展的规划，要求高校不能按照统一的培养方案和模式培养学生。以上分析可见，满足学生在学业上的个性化需求成为面向未来培养卓越工程师的一项不可忽视的重要工作。
满足学生个性化需求要充分认识学生的个体差异，承认学生个体在智力、潜能、兴趣和特长等方面存在着差异性，工程教育只有适应这种差异性，才能充分发挥学生的主动性和创造性，使得每个学生得到全面发展，为学生进入未来世界开辟通道，为其成为名副其实的卓越工程师奠定基础。
学生个性化需求的满足要遵循“以学生为中心”的教育理念，将其落到实处，注重 学生的自主性和选择性，主要从以下四方面着手。
首先，从供给的角度，为适应科学技术和外部环境的迅速变化，应该为学生提供满足其自身学习风格、能力、兴趣等特点的包括学科专业之外和跨院系的不同课程，借助智能技术实现差异化的教学模式和实施个性化的学习方式等，给予学生发展上更大的选择空间。
其次，从参与的角度，要鼓励和支持学生积极参与他们感兴趣的相关课程和研究项目的设置、设计和实施，给予他们充分的机会根据自己的个人兴趣和能力水平个性化定制他们的课程和研究项目。
第三，从自主的角度，有条件的高校应该允许学生在学业指导教师的指导下根据自己的兴趣特长和职业规划自主组合课程、自主制定培养计划、自主构建新专业或学科方向，以充分发挥学生的天赋和特长，实现真正意义上的个性化人才培养。
第四，从完善的角度，要重视对学生个性化学习过程、学习效果和满意度的评估和反馈，加强对学生个性化学习的指导，不断优化个性化学习选择和方案，切实提高个性化学习体验和满意度。
智能时代的人工智能、大数据等智能技术的融合应用与创新发展为满足学生个性化需求创造有利条件。首先，智能技术能够极大地丰富教育教学资源，而且为学生随时随地获取课程教学资源提供了可能；其次，智能技术助力构建智慧校园和智慧课堂，为学生提供智能化、个性化和泛在化的新型教学环境，支持个性化学习；第三，智能技术使得教学过程监测、教学数据获取与分析、教学效果评估和反馈便捷和高效，有利于不断完善个性化学习决策。
十、重视终身学习，提高动态适应能力
未来世界的变化是难以预测的，存在着未来从事的工作、将采用的技术和将面临的工程问题的不确定。高校必须为未来卓越工程师从事尚不存在的工作做好准备，使他们能够使用尚未发明的新技术去解决人们尚不知道的工程问题。习近平总书记强调：“如果我们不努力提高各方面的知识素养，不自觉学习各种科学文化知识，不主动加快知识更新、优化知识结构、拓宽眼界和视野，那就难以增强本领，也就没有办法赢得主动、赢得优势、赢得未来。”终身学习是指各类专业人员为了适应社会发展和满足个人发展的需要，在整个职业发展过程中需要的持续不断和长期坚持的学习，以及时更新学科专业知识、拓展专业能力、提高对新事物新发展的认识，从而动态适应岗位、职务和角色的调整，应对社会和环境的变化，使自身始终处于适应当前职位的最佳状态。
从工程教育的角度，首先，在认识层面，必须培养学生不断更新知识和拓展能力的终身学习的意愿，使他们充分认识到终身学习是持续发挥卓越工程师作用和保持在本领域竞争优势的必选项；其次，在能力层面，要在未来卓越工程师培养过程中，通过参与式学习和主动式学习等教学方法的采用，包括上述的PBL和CBL等学习方法以及安排学生课外自主完成学习任务等，培养学生的终身学习能力；第三，在习惯层面，要培养学生将终身学习作为一种生活方式和日后工作的重要组成部分，作为生存和发展的需要，崇尚学习、终身学习，不断提升勤学的自觉和主动学习的习惯；第四，在行动层面，要培养学生不安于现状和追求卓越的态度，做到以知促行、以行促知，达到知行合一，用学习提高自己和指导实践、用工作促进学习和充实自己。
十一、注重在“失败”中培养
失败是成功的先导，失败是成功的基础，未来卓越工程师也需要在失败和挫折中成长。这里所谓的失败包括学习过程中遇到的挫折，在参与科学研究、项目开发、产品设计、团队合作、创新创业等方面的不成功。要使得失败成为成功之母，就必须在这些挫折和不成功中深挖原因、汲取教训、总结经验，表现出坚忍不拔、百折不挠的意志，坚持不懈、不断努力，直至成功。
未来世界对卓越工程师的期盼决定着对他们的培养是高标准和严要求的，因此，学生在整个学习过程中不可能一帆风顺，必然会遇到这样那样的问题和挫折。为此，一方面要培养学生坦荡面对失败和挫折的勇气，培养百折不饶的精神，将失败的经历作为成功的起点，为成功随时做好迎接失败的准备；另一方面，要培养学生认真分析失败的根源，把握好失败这一“财富”，将失败的教训作为成功的经验，在失败中寻求成功的突破。
在整个教育教学过程中，教师可以人为地“制造”使学生“失败”的机会，以更好地发挥“失败”在培养未来卓越工程师上的作用，包括鼓励学生学习培养计划之外难度较高且对其有益的课程，提高PBL工程问题的复杂性和CBL现实问题的挑战度，参与具有较大难度的科研项目等，通过这些“失败”的经历，学生将不得不重新全面审视形成“失败”的整个过程，涉及思路的提出、方案的制定、理论的应用、方法的选择等诸多方面，这样在寻找“失败”根源的过程中，对于加深对问题本质的认识、拓宽学习或研究思路、深入掌握理论方法等均有积极的作用，从而激励学生不怕困难的韧性和勇气，培养学生解决更复杂工程问题的能力以及战胜困难、挑战未来的能力。
十二、培养未来卓越工程师的其他工作
除了上述各项重要工作外，培养未来卓越工程师还需要做好鼓励多方参与培养过程、赋予工程教育国际化新的功能以及发挥课外学习的作用等工作。
1.鼓励多方参与培养过程
在未来卓越工程师培养的全过程中，从培养目标定位、培养标准研制、培养方案制定、课程体系改革、课程建设和实施、工程项目研究，到毕业设计或学位论文答辩，行业企业、用人单位、行业协会、各级政府等利益相关者的参与对于明确培养目标、掌握社会要求、提高培养质量，从而最终培养出适销对路的人才至关重要。
鼓励利益相关各方参与未来卓越工程师培养过程能够使学生获得以下益处：一是学生能够更加清晰地了解社会各界对他们未来的期盼；二是学生能够更加清楚地掌握行业产业及社会发展的趋势；三是学生可以更加明确自身的使命和所承担的自然和社会责任。
鼓励多方参与培养过程需要做好以下几方面工作：①各级政府的支持政策和激励措施，从根本上、长效性地引导和鼓励多方参与卓越工程师培养全过程；②形成多方协同育人的长效机制，在坚持互惠共赢和满足各方利益诉求的基础上创新组织架构、形成制度机制和明确各方责任；③建立多方育人成效评价体系，全面审视多方参与培养各项工作和评估育人成效，找出与目标的差距，为改进工作提供依据。
2.赋予工程教育国际化新的功能
工程教育国际化是指大学通过多种模式的国际合作办学、国际化的产学研合作教育、开展广泛的国际交流和营造国际化的办学环境等形式[6]，为来自不同国家和地区的学生提供面对面交流合作与相互学习的机会。在面向未来培养卓越工程师上工程教育国际化应该被赋予新的功能，即培养全球视野以及在跨国界、跨文化等复杂环境下的团队领导力。
各种形式的国际合作对学生的直接效果有：能够耳闻目染地了解工程在不同国家的发展水平、地位和重要性，熟悉不同国家的工程文化，了解不同文化背景下的工程问题等。这些对于培养学生的全球视野，从全球可持续发展、缩小国家地区间差距、加强南南合作等高度看待和认识未来工程在构建人类命运共同体和实现国家教育强国、科技强国和人才强国中的重要作用。
对作为未来卓越工程师后备人才的学生而言，在学校有目的地组织和精心安排下，他们能够通过与其他国家的学生、教师以及工程领域专家一道，围绕着工程项目研究、开发、设计或实施等工作，开展全方位、系统性的密切合作，研讨、沟通和交流，在提高自身工程能力的同时，有效地加强了学生在不同文化背景下的交流和合作能力，培养和提升了学生在团队中的沟通协调和组织管理能力。
3.发挥课外学习的作用
课外学习也称第二课堂，指的是课堂教学之外的学习活动，是课内学习的补充和继续，能够很好地弥补人才培养方案的缺陷和不足。它不仅能加深和巩固课内学习的知识，扩大学生的知识面，而且能培养和满足他们的兴趣爱好，培养他们独立学习、工作以及与他人合作的能力，激发他们的求知欲望和学习主动性和积极性，激发他们动手实践和创新创业的意愿。
在多学科交叉融合的时代，高等教育所有学科专业的课程教学内容在不断增加，这与高等教育的学制和总课时不变形成矛盾。与此同时，相较于普通工程人才培养，未来卓越工程师培养的目标定位高、学习任务重。在上述两种背景下，发挥课外学习在未来卓越工程师培养上的作用显得尤为重要。
课外学习能够提供丰富多彩、超越理论课程和实践课程教学目标、满足不同需求的课外教育教学活动。如开展涉及多门课程知识的综合性实验，鼓励学生在教师指导下开展不同学科专业方向的自主学习，组织学生基于研究兴趣开展科研活动或参与各类竞赛，依托学生社团开展社会实践，针对学生的兴趣特长开展个性化培养等等。
参考文献：
[1]林健. 大学战略管理[M].北京:清华大学出版社，2023:58-63.
[2]林健. 大学战略管理[M].北京:清华大学出版社，2023:63-66.
[3]林健. 多学科交叉融合的新生工科专业建设[J].高等工程教育研究，2018(1):32-45.
[4]林健. 面向卓越工程师培养的研究性学习[J].高等工程教育研究，2011(6):5-15.
[5]林健. 面向“六卓越一拔尖”人才培养的挑战性学习[J].清华大学教育研究，2020(2):45-58.
[6]林健. 面向世界培养卓越工程师[J].高等工程教育研究，2012(2):1-15.
（作者：林健，清华大学教育研究院教授、博士生导师；来源：《高等工程教育研究》2024年第六期）