想象力教育引領(lǐng)新工科范式變革

　　工程想象力指的是對(duì)未來工程事物以及社會(huì)圖景進(jìn)行想象的能力。它不僅深刻影響著科技領(lǐng)軍企業(yè)的戰(zhàn)略選擇與未來路徑，還通過塑造不同的企業(yè)愿景、戰(zhàn)略導(dǎo)向、創(chuàng)新價(jià)值觀及技術(shù)發(fā)展路線，對(duì)未來產(chǎn)業(yè)格局與社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。工程想象力教育能夠?yàn)榇蠊こ逃^的萌發(fā)奠定思考基礎(chǔ)，應(yīng)作為未來工科教育探索的一個(gè)重要方向。

　　愛因斯坦曾說過：“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉?！痹诠こ探逃I(lǐng)域，這一名言具有豐富的時(shí)代含義。隨著大模型工具化普及以及知識(shí)大爆炸，人類的創(chuàng)造性將更多地體現(xiàn)在工程想象力之中。因此，工程教育不僅要傳授知識(shí)，更要培養(yǎng)學(xué)生的工程想象力，使他們能夠應(yīng)對(duì)未來的挑戰(zhàn)。

　　1 想象力是創(chuàng)造力的源泉

　　大學(xué)時(shí)期是夢(mèng)想與現(xiàn)實(shí)交織的關(guān)鍵階段，也是工程想象力蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期。學(xué)生們對(duì)未來充滿憧憬，這種憧憬激勵(lì)著他們不斷探索、創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想而努力。工程想象力教育有助于學(xué)生將創(chuàng)新思維與社會(huì)、文化、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等多方面的宏大背景相融合，培養(yǎng)他們的跨學(xué)科思維，引導(dǎo)他們明確自己的使命與擔(dān)當(dāng)。

　　以移動(dòng)通信前沿領(lǐng)域的技術(shù)愿景及其探索為例。20多年前，中國移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)鏈剛剛形成，我國正在追趕發(fā)達(dá)國家的腳步，前瞻性研究的重要性尚未凸顯。但隨著我國移動(dòng)通信技術(shù)逐步進(jìn)入國際前沿，在某些領(lǐng)域甚至進(jìn)入無人區(qū)，對(duì)未來技術(shù)愿景的準(zhǔn)確把握能力就變得至關(guān)重要。2003年，中國無線通信界受WWRF（世界無線研究論壇）邀請(qǐng)，對(duì)未來無線愿景提出構(gòu)想。北京郵電大學(xué)結(jié)合人的移動(dòng)性和周圍智能設(shè)備的泛在性所能帶來的業(yè)務(wù)可能性進(jìn)行了展望，提出了前瞻性概念MUSE（移動(dòng)泛在業(yè)務(wù)環(huán)境），在國際交流中頗受好評(píng)。2018年，北京郵電大學(xué)結(jié)合人工智能時(shí)代信息通信領(lǐng)域的潛在變化，作了一些大膽的想象和分析，并提出“Ubiquitous+（泛在+）”概念。起初，這些概念因聽起來像是科幻一般，并未得到足夠的重視。但在2023年，國際電信聯(lián)盟提出6G愿景，泛在智能與泛在連接是其核心特征，與MUSE和Ubiquitous+概念的路徑基本一致。這代表著國際產(chǎn)業(yè)界在前瞻性研究方面達(dá)成了共識(shí)。

　　從4G到6G，每一次技術(shù)代際更迭，全球移動(dòng)通信前沿領(lǐng)域的科技工作者都會(huì)對(duì)未來社會(huì)進(jìn)行深入探索與大膽想象，這些前瞻性的概念研究最終成為推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步的重要力量。創(chuàng)造力來源于想象力，正是無盡的遐想，逐步引領(lǐng)著事物從構(gòu)想走向現(xiàn)實(shí)。然而，工程想象力的培養(yǎng)在當(dāng)前的高校工科教育體系中往往被忽視。雖然很多高校已經(jīng)開始關(guān)注學(xué)生能力素養(yǎng)的發(fā)展，但他們更多關(guān)注的是數(shù)學(xué)的縝密性、哲學(xué)的思辨能力、物理的洞察力、編程的邏輯性，缺乏對(duì)工程想象力的培養(yǎng)。

　　2 工程想象力引領(lǐng)未來產(chǎn)業(yè)變革

　　目前，教育體系在知識(shí)層面不斷完善，教師為學(xué)生精挑細(xì)選了大量頗具價(jià)值的數(shù)理知識(shí)、人文社科和專業(yè)技術(shù)類內(nèi)容，并設(shè)置了很多提升實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練環(huán)節(jié)。然而，在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生對(duì)未來進(jìn)行想象的機(jī)會(huì)并不多，他們很少有機(jī)會(huì)創(chuàng)造性整合多學(xué)科知識(shí)。由于沒有形成對(duì)未來的內(nèi)心圖景，學(xué)生難以將個(gè)人發(fā)展、專業(yè)學(xué)習(xí)與未來愿景相結(jié)合，容易對(duì)未來感到迷茫。

　　探索未來，意味著要在技術(shù)成熟度較低的領(lǐng)域耕耘，而在這里，前瞻科技探索與工程想象之間的邊界非常模糊。在面向未來的產(chǎn)業(yè)探索中，需要將教育、科技、人才優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為工程想象力優(yōu)勢，以提升原始創(chuàng)新能力。新技術(shù)、新場景、新模式和新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不可能憑空出現(xiàn)，只有產(chǎn)業(yè)鏈涉眾共同想象未來愿景，并逐步達(dá)成共識(shí)，才有可能匯聚社會(huì)力量，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實(shí)現(xiàn)場景需求與技術(shù)供給之間的迭代循環(huán)。

　　當(dāng)前，人工智能和機(jī)器人已大步進(jìn)入我們的生活，人工智能與人類智慧的結(jié)合將創(chuàng)造出更多可能性。過去被視為科幻的概念已經(jīng)與現(xiàn)實(shí)融合，但現(xiàn)代教育卻鮮少包含工程想象力教育的元素。未來產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展需要具有戰(zhàn)略前瞻視野和工程創(chuàng)新競爭力的復(fù)合型人才，這對(duì)教育特別是工科教育提出了新的要求。

　　面對(duì)未來產(chǎn)業(yè)的不確定性，教育如何改變？針對(duì)這一問題，一些高校開始嘗試將工程想象力教育融入課程體系，通過工程科幻創(chuàng)作等形式，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)新潛能。例如，北京郵電大學(xué)近幾年開始有意識(shí)地探索工程想象力教育，構(gòu)建了工程科幻創(chuàng)作教育微型嵌入式教學(xué)單元模式，并在一些本科階段的選修課和必修課上多次驗(yàn)證了該模式的可行性和可推廣性。今年，學(xué)校更是在全校范圍內(nèi)組織了工程想象力教育季和第一屆工程科幻創(chuàng)作大賽，在6G與可持續(xù)發(fā)展、AI反恐、宇宙信息學(xué)、拯救AI奇點(diǎn)危機(jī)等前沿領(lǐng)域做了一些主題性的探索。學(xué)生們不僅寫出了很多精妙的未來故事，還提出了很多發(fā)人深思的問題，其中一些問題頗有啟發(fā)性?？苹靡恢北灰暈橐粋€(gè)文學(xué)品類，而工程科幻則將科幻與工程創(chuàng)新聯(lián)系在一起，為更多學(xué)生觸達(dá)未來工程科技與未來社會(huì)提供了一種有趣的創(chuàng)作形式，進(jìn)而形成了一種新型的教育形態(tài)。

　　工程科幻創(chuàng)作可以視為工程想象力教育的一種實(shí)現(xiàn)方式，為學(xué)生提供了將科學(xué)技術(shù)和社會(huì)人文整體融入工程系統(tǒng)思考的機(jī)會(huì)，能夠激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的激情，促進(jìn)大工程觀的形成，有助于培育具有宏大視野與人文情懷的優(yōu)秀工程師。在第二屆工程科幻創(chuàng)作大賽中，學(xué)校還新增了研究生、博士生以及畢業(yè)生的賽道。

　　3 工程想象力教育成為社會(huì)變革關(guān)鍵要素

　　近年來，想象力教育在基礎(chǔ)教育階段已經(jīng)獲得政策層面的重視。2021年，國務(wù)院印發(fā)《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規(guī)劃綱要（2021—2035年）》，提出“提升基礎(chǔ)教育階段科學(xué)教育水平。引導(dǎo)變革教學(xué)方式，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、開放式教學(xué)，保護(hù)學(xué)生好奇心，激發(fā)求知欲和想象力”。

　　但我們也注意到，在高等教育階段和科技創(chuàng)新后備人才階段的行動(dòng)計(jì)劃中，想象力教育尚未被提及，相關(guān)政策還有待于進(jìn)一步完善。

　　美國航天工程學(xué)家馮·卡門曾說：“科學(xué)家研究已有的世界，工程師創(chuàng)造未有的世界。”這說明，工程師更需要想象力，只有將想象力與工程力結(jié)合，才能發(fā)揮出巨大的效應(yīng)。如果能夠結(jié)合戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)或未來產(chǎn)業(yè)培育等國家戰(zhàn)略，通過大學(xué)生和科技創(chuàng)新后備人才等群體推動(dòng)工程想象力教育的發(fā)展，形成鼓勵(lì)想象的創(chuàng)新氛圍，這對(duì)發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)、繁榮工程文化以及培養(yǎng)創(chuàng)新人才都大有裨益。

　　基于工程想象力教育的教育改革具有開創(chuàng)性，也是中國新工科教育實(shí)踐中的原創(chuàng)特色。當(dāng)前，盡管我們已經(jīng)邁出了關(guān)鍵一步，但工程想象力教育仍然只是初具雛形。想要大規(guī)模地推廣工程想象力教育，還需在理論研究、教師培訓(xùn)、教學(xué)方法、生態(tài)建設(shè)和政策支持等方面落實(shí)相關(guān)工作。我們期待，站在科學(xué)范式的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，未來想象力教育將成為科學(xué)教育、工程教育，乃至推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步與時(shí)代發(fā)展不可或缺的力量。

　　（作者紀(jì)陽系北京郵電大學(xué)教授、信息技術(shù)新工科產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟理事，張平系中國工程院院士、北京郵電大學(xué)教授，孔江麗系北京郵電大學(xué)博士研究生）

《中國教育報(bào)》2024年10月28日 第06版