想象力教育引領(lǐng)新工科范式變革

　　工程想象力指的是對未來工程事物以及社會圖景進行想象的能力。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)新價值觀及技術(shù)發(fā)展路線，對未來產(chǎn)業(yè)格局與社會發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。工程想象力教育能夠為大工程觀的萌發(fā)奠定思考基礎(chǔ)，應(yīng)作為未來工科教育探索的一個重要方向。

　　愛因斯坦曾說過：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。”在工程教育領(lǐng)域，這一名言具有豐富的時代含義。隨著大模型工具化普及以及知識大爆炸，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，更要培養(yǎng)學(xué)生的工程想象力，使他們能夠應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)。

　　1 想象力是創(chuàng)造力的源泉

　　大學(xué)時期是夢想與現(xiàn)實交織的關(guān)鍵階段，也是工程想象力蓬勃發(fā)展的黃金時期。學(xué)生們對未來充滿憧憬，這種憧憬激勵著他們不斷探索、創(chuàng)新，為實現(xiàn)夢想而努力。工程想象力教育有助于學(xué)生將創(chuàng)新思維與社會、文化、經(jīng)濟、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，中國移動通信產(chǎn)業(yè)鏈剛剛形成，我國正在追趕發(fā)達國家的腳步，前瞻性研究的重要性尚未凸顯。但隨著我國移動通信技術(shù)逐步進入國際前沿，在某些領(lǐng)域甚至進入無人區(qū)，對未來技術(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，對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)可能性進行了展望，提出了前瞻性概念MUSE（移動泛在業(yè)務(wù)環(huán)境），在國際交流中頗受好評。2018年，北京郵電大學(xué)結(jié)合人工智能時代信息通信領(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成了共識。

　　從4G到6G，每一次技術(shù)代際更迭，全球移動通信前沿領(lǐng)域的科技工作者都會對未來社會進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行業(yè)進步的重要力量。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。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，教育體系在知識層面不斷完善，教師為學(xué)生精挑細(xì)選了大量頗具價值的數(shù)理知識、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)計中，學(xué)生對未來進行想象的機會并不多，他們很少有機會創(chuàng)造性整合多學(xué)科知識。由于沒有形成對未來的內(nèi)心圖景，學(xué)生難以將個人發(fā)展、專業(yè)學(xué)習(xí)與未來愿景相結(jié)合，容易對未來感到迷茫。

　　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，并逐步達成共識，才有可能匯聚社會力量，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)場景需求與技術(shù)供給之間的迭代循環(huán)。

　　當(dāng)前，人工智能和機器人已大步進入我們的生活，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，這對教育特別是工科教育提出了新的要求。

　　面對未來產(chǎn)業(yè)的不確定性，教育如何改變？針對這一問題，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奇點危機等前沿領(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€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)生觸達未來工程科技與未來社會提供了一種有趣的創(chuàng)作形式，進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現(xiàn)方式，為學(xué)生提供了將科學(xué)技術(shù)和社會人文整體融入工程系統(tǒng)思考的機會，能夠激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的激情，促進大工程觀的形成，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計劃中，想象力教育尚未被提及，相關(guān)政策還有待于進一步完善。

　　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?！边@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工程想象力教育的發(fā)展，形成鼓勵想象的創(chuàng)新氛圍，這對發(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相關(guān)工作。我們期待，站在科學(xué)范式的轉(zhuǎn)折點上，未來想象力教育將成為科學(xué)教育、工程教育，乃至推動社會進步與時代發(fā)展不可或缺的力量。

　?。ㄗ髡呒o(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》2024年10月28日 第06版