2008年，美國工程學會提出21世紀工程和科學領域面臨的14個重大挑戰(zhàn)，涉及教育、虛擬現(xiàn)實、醫(yī)療保健、大腦和能源多個領域。麻省理工學院工程學院設置了“重大挑戰(zhàn)”學術項目（Grand Challenge Scholars Program），向招收的最優(yōu)秀學生提供專業(yè)課程、合作課程和課外實踐相結合的專業(yè)培訓，研究生可以在導師的幫助下設計學習計劃，學習計劃需要涵蓋研究項目、跨學科項目、創(chuàng)業(yè)、多元文化和社會意識五個要素。

  傳統(tǒng)的教育方式推崇統(tǒng)一的教學模式，沒有照顧到不同學習者的學習需求。在科技傳媒學習系統(tǒng)得到廣泛應用的時代，為學習者提供更加個性化的學習成為可能。設計并開發(fā)創(chuàng)新的、應答的系統(tǒng)優(yōu)化學習體驗是工程教育中面臨的主要挑戰(zhàn)。

  工程和神經科學交叉融合，并運用到健康保健、制造業(yè)和溝通領域中。在全面挖掘大腦潛力的過程中，人學會了讓機器學習、思考，理解大腦機理是在技術領域中運用的第一步。測試并分析神經系統(tǒng)信號的復雜性、動力、路徑和反饋環(huán)是巨大的挑戰(zhàn)。

  工程師可以利用基因信息、身體中的感官變化開發(fā)新的系統(tǒng)，測試新藥物、開發(fā)疫苗。將基因信息和臨床數(shù)據結合起來研發(fā)個性化的醫(yī)藥也成為可能。研發(fā)個性化醫(yī)藥主要基于對身體系統(tǒng)對蛋白質的反應以及身體的生物化學反應的深層次認識。工程領域的重要挑戰(zhàn)是研發(fā)快速分析、診斷不同藥物能夠快速被識別并能夠快速應用的方法。

  獲取、管理、運用信息促進人體健康管理能夠極大地提高醫(yī)療和公共衛(wèi)生領域的工作質量和效率。信息系統(tǒng)能夠保護公共安全，同時也需要防止信息的誤用。

  高級材料的研發(fā)和設計能夠改善交通、能源、水資源和廢棄物系統(tǒng)，有利于建設更加可持續(xù)發(fā)展的城市環(huán)境。工程師也應投身環(huán)境友好型城市建設。

  電子計算和交流帶來的網絡空間安全問題是工程師面臨的最棘手的問題之一。在金融和軍事領域，網絡空間安全問題頻發(fā)，引發(fā)了嚴重后果。開展全方位的網絡保護為工程師提出了挑戰(zhàn)。

  缺少清潔的水資源對人類的威脅遠遠高于戰(zhàn)爭。目前，全球有六分之一的人無法獲得清潔的水資源。提供充足的清潔水源是工程師的重要挑戰(zhàn)。

  主要工作目標是在保護環(huán)境的前提下促進人造能源的商業(yè)化應用。

  核問題不僅是政治問題，也是技術問題。工程師需要尋找世界上所有具有危險性的核物質，并開展跟蹤管理和保護，避免被恐怖主義分子利用。

  在不使環(huán)境退化的情況下保持食物供應的可持續(xù)發(fā)展需要采用更科學的方法開展土壤氮循環(huán)管理。工程師要通過優(yōu)化施肥技術幫助維持氮循環(huán)和儲存營養(yǎng)之間的平衡。

  日益嚴重的碳排放加劇了全球變暖，減少碳排放刻不容緩。工程師們需要開發(fā)回收、利用、處理碳的方法和工具。

  重要的科研任務和科學發(fā)現(xiàn)往往需要工程師開發(fā)工具并提供其他相關支持。工程師需要一如既往地加強與科學家的聯(lián)系，共同探索自然界的未解之謎。

  目前太陽能占人類能源來源的比例不足1%，但太陽能能夠提供的能源遠非如此。開發(fā)利用太陽能是今后的重要課題。

  虛擬現(xiàn)實技術能夠用于培訓、治療、交流等領域。針對虛擬現(xiàn)實技術，工程領域遇到的挑戰(zhàn)是提高虛擬現(xiàn)實的分辨率，增加真實感，提供聲音、觸覺和動畫之間的真實性和互動性。

  學生根據自己的研究興趣選擇一項“重大挑戰(zhàn)”作為學習和研究內容，與佐治亞理工學院的教授共同制定個性化的培養(yǎng)方案。核心培養(yǎng)目標是達到以下5項能力。

  第一，創(chuàng)新技術解決方案的科研能力

  第二，多團隊多視角合作的跨學科能力

  第三，創(chuàng)新解決方案的創(chuàng)業(yè)能力

  第四，理解潛在文化內涵的多元文化能力

  第五，對社會產生積極影響的社會意識

  學生一旦選擇了“重大挑戰(zhàn)”學術項目，入學后會與有相同興趣的學生組成團隊共同學習，并在教授的帶領下開展相關的社會實踐學習，培養(yǎng)成為行業(yè)技術骨干和管理者的能力。在學習過程中，每學期至少參加一項專業(yè)學術或實踐活動，并以數(shù)字化的形式在網絡等公開的渠道發(fā)布。完成學業(yè)后，學生可以獲得項目認證證書和國家工程學院重大挑戰(zhàn)項目專家的推薦信。

 

 

（浙江高等教育研究院 供稿）