麻省理工学院：培养新工科人才的思维能力

    作为新工科改革的国际典型案例，麻省理工学院新工程教育转型（New Engineering Education Transformation，NEET）备受关注。作为NEET的三大创举，思维方式、项目中心式课程（project-centric curriculum）及跨学科串联（cross-departmental threads）也成为学界关注的热点话题。

     一、是什么：NEET思维方式的定义及结构

      NEET思维方式是应对复杂挑战的认知性路径与能力，旨在帮助学生个体及学生在团队中工作时学会终身有效且高效的自主思考、规划及学习能力。该思维方式是一个多维结构，由12种思维组成，见表1。

表1：NEET思维方式一览表

    二、怎么培养：NEET思维方式培养机制

    （一）开发大一到大四全学段思维能力课程

    1.开设大一本科生思维方式选修课

    NEET课程有三大目标：第一，帮助学生理解分析性思维、创造性思维、制造、系统性思维等重要概念；第二，帮助学生把这些概念与特定的方法、工具及技术联系起来；第三，帮助学生利用特定的方法、工具及技术迎接与众不同的挑战。根据访谈教师提供的教学大纲，来自数字化城市、自动机器、气候与可持续系统、生命机器4个NEET串联的教师共同开发课程并轮流授课。

    2.开发大二至大四本科生思维方式课程模块

    在选修课的基础上，NEET团队开发了仅面向大二至大四NEET入选学生的思维方式专门课程——思维方式模块（Ways of Thinking Module）。每个课程模块约90分钟，通过串联项目课（project class）授课。串联项目课是由围绕某一主题，有意识、有目的地构建的一系列相互衔接、难度逐渐递增的若干研究项目组成的有机式项目集成，体现出跨学科性。通过这种授课方式，新工科人才思维能力的培养能更好地与特定的串联主题结合起来。

    例如，自动机器（Autonomous Machines）串联项目课有大二春季学期的“设计与制造：自动机器”、大三秋季学期的“机器人：科学与系统”或机器人学入门、大四春季学期的高级自动机器人系统等。“设计与制造：自动机器”为半自动移动机器人设计、制造和编程课程，培养学生的设计、制造、计算等思维。“机器人：科学与系统”为训练微型赛车的课程，设计自主导航算法，训练赛车自动驾驶，采取的授课方式包括小组活动、展示、汇报等，培养学生人际交往（如写作、口头表达、小组合作等）、计算等思维。机器人学入门强调机器人运动、智能机器等，侧重通过编程、系统集成等实操培养学生的算法思维、计算思维等。高级自动机器人系统是最终项目课，也是春季顶石设计项目，主要内容是设计并实际操作一个自动交通系统，开发一个商业模式并向投资者演示和推介产品，整体类似于运作一家初创公司。学习方式包括在波音公司工程师及NEET教师的指导下开展小组活动、成果展示与推介等，培养学生的设计、人际交往、制造等思维。

    （二）采取多样化的教学策略

    1.明确思维方式的学习结果

     NEET明确了思维方式的学习结果，为新工科人才思维能力的培养指明方向。伦理思维的学习结果包括：（1）能认识到工程活动与道德之间的密切关系；（2）能认识到工程决策在何时具备道德性影响；（3）能运用道德推理来指引工程决策；（4）能评估工程决策对个体及社会环境的影响。

    批判性思维的学习结果包括：（1）能将看似封闭的自治系统概念化为包括人类各种选择的异质性社会技术系统；（2）能认识到不同形式的成本与收益；（3）能认识到并回应技术系统和人类各种选择所隐含的竞争性及政治性本质。

    学会如何学习的学习结果包括：（1）能识别知识存在的特定环境，知道知识不存在于真空之中；（2）能识别不同类型的知识及何种类型的知识存在于何种环境中；（3）能使用恰当工具和策略检索并使用信息资源，用于开展学习活动；（4）能识别出未解决的问题，并用它们去阐释还需知道或理解的内容；（5）能围绕一个研究问题形成并审视自己的想法及相关理论，以此指引自己的工作；（6）能理解社会上存在的各种偏见，了解偏见是如何影响知识形成及知识创新的；（7）能认识到所从事的工作及所属领域其他人的工作在更宏观层面的社会性及历史性影响；（8）能认识到自身的能动性，并能采取相关策略、形成实践方案，帮助人类更平等、更多途径地获取各类知识，并从知识中获益。

    2.推出配套的信息化学习资源

    为跟上智能时代教育数字化、智能化的发展趋势，NEET推出与思维方式配套的信息化学习资源——NEET学习插件。每个学习插件由一个10分钟左右的学习视频和一份包含3个题项的反思性作业组成。学习插件的研发整合了多学科资源，由NEET与MIT众多院系专家共同研发，与思维方式课程模块配套。如创造性思维由NEET、建筑与规划学院负责；伦理性思维由NEET及人文、艺术与社会科学学院语言学与哲学系负责；学会如何学习由NEET、图书馆负责2021年秋季学期推出的学习插件为“工程师的伦理性思维”，其他学习插件的研发工作正在进行中。

    3.强调参与式设计教学理念

     基于参与式设计（participatory design）教学理念，NEET团队融合案例教学法、反思教学法等方法培养新工科人才的思维能力。其核心是学生作为联合设计师（co-designer）参与整个设计过程。

    以“工程设计中的伦理性思维”为例，围绕“智能家居系统”设计案例，学生参与整个设计过程，形成切实的工程设计体验，认识到工程设计中的伦理道德两难困境（ethical dilemma），进而理解与工程设计相关的各种价值观，掌握各种价值观的不同取向，分析各种价值取向的利弊及相互之间存在的冲突，最终形成伦理性思维。

    4.开发思维方式教学与评价框架

    通过访谈得知，NEET开发了思维方式教学与评价的框架：SAFO（System，Architecture，Function，Outcomes）框架。SAFO包括系统、结构、功能、结果等要素。系统指技术工程系统。结构指系统的结构，即该技术工程系统是什么，如何运作。功能指系统的功能，即该系统有什么功用，能够做什么。结果指系统的结果，即该系统缘何存在，其功用如何影响社会。

    （三）资助NEET思维方式培养研究项目

    自2020年以来，MIT共资助了7个思维方式培养研究项目，见表2。

表2：NEET思维方式培养研究项目

     （四）设计系列跨学科挑战项目

    跨学科挑战项目依托一个串联，以一种思维方式的培养为重心。学生以独立作业、小组合作等方式完成挑战。每个跨学科挑战项目持续约2周。表3为2020年的挑战项目。表4为2022年的挑战项目。

表3：2020年的挑战项目

表4：2022年的挑战项目

    （五）构建跨院系组织合作机制

    MIT构建了跨院系组织合作机制，对全校不同院系的资源进行跨学科整合，实现思维能力培养资源的最佳组合。例如，制造思维由工程学院创客空间负责；发现能力由理学院负责；人际交往能力由斯隆管理学院负责；个体能力与态度（如伦理思维）由语言与哲学系、工程学院戈登工程领导力项目负责；创造性思维由建筑与规划学院建筑系负责等。

    （六）对接产业界对人才的思维能力需求

    为对接产业界需求，NEET对40余位高级经理人、40余名知名校友及通用公司等知名企业进行了调研。调研内容包括按重要性为各思维方式打分、指出存在的问题等。产业界的反馈意见为人际交往、个体能力与态度、分析性思维的重要程度最高，其次为实验性思维、制造、发现、创造性思维、系统性思维、批判与元认识思维、计算性思维及人本主义思维；MIT毕业生亟需增强的是人际交往、系统性思维；建议增加第12种思维方式——学会如何学习。基于调研结果，NEET按重要性程度对思维方式进行了排序，着重培养新工科人才的创造性思维、学会如何学习、个体能力与态度、制造及系统性思维，并增加了第12种思维方式。来自通用公司和波音公司的工程师也通过指导研讨、项目课及顶石项目参与了新工科人才思维能力的培养过程，实现了与产业界需求的深度对接。

（摘编自《高教探索》2023年第5期  作者：覃丽君 王建梁）