2008年，美國工程學(xué)會(huì)提出21世紀(jì)工程和科學(xué)領(lǐng)域面臨的14個(gè)重大挑戰(zhàn)，涉及教育、虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)療保健、大腦和能源多個(gè)領(lǐng)域。麻省理工學(xué)院工程學(xué)院設(shè)置了“重大挑戰(zhàn)”學(xué)術(shù)項(xiàng)目（Grand Challenge Scholars Program），向招收的最優(yōu)秀學(xué)生提供專業(yè)課程、合作課程和課外實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)培訓(xùn)，研究生可以在導(dǎo)師的幫助下設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)計(jì)劃，學(xué)習(xí)計(jì)劃需要涵蓋研究項(xiàng)目、跨學(xué)科項(xiàng)目、創(chuàng)業(yè)、多元文化和社會(huì)意識(shí)五個(gè)要素。

  傳統(tǒng)的教育方式推崇統(tǒng)一的教學(xué)模式，沒有照顧到不同學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。在科技傳媒學(xué)習(xí)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的時(shí)代，為學(xué)習(xí)者提供更加個(gè)性化的學(xué)習(xí)成為可能。設(shè)計(jì)并開發(fā)創(chuàng)新的、應(yīng)答的系統(tǒng)優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)是工程教育中面臨的主要挑戰(zhàn)。

  工程和神經(jīng)科學(xué)交叉融合，并運(yùn)用到健康保健、制造業(yè)和溝通領(lǐng)域中。在全面挖掘大腦潛力的過程中，人學(xué)會(huì)了讓機(jī)器學(xué)習(xí)、思考，理解大腦機(jī)理是在技術(shù)領(lǐng)域中運(yùn)用的第一步。測試并分析神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)的復(fù)雜性、動(dòng)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(jù)結(jié)合起來研發(fā)個(gè)性化的醫(yī)藥也成為可能。研發(fā)個(gè)性化醫(yī)藥主要基于對(duì)身體系統(tǒng)對(duì)蛋白質(zhì)的反應(yīng)以及身體的生物化學(xué)反應(yīng)的深層次認(rèn)識(shí)。工程領(lǐng)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(shí)別并能夠快速應(yīng)用的方法。

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

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

  電子計(jì)算和交流帶來的網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)空間安全問題頻發(fā)，引發(fā)了嚴(yán)重后果。開展全方位的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)為工程師提出了挑戰(zhàn)。

  缺少清潔的水資源對(duì)人類的威脅遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(biāo)是在保護(hù)環(huán)境的前提下促進(jìn)人造能源的商業(yè)化應(yīng)用。

  核問題不僅是政治問題，也是技術(shù)問題。工程師需要尋找世界上所有具有危險(xiǎn)性的核物質(zhì)，并開展跟蹤管理和保護(hù)，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(yīng)的可持續(xù)發(fā)展需要采用更科學(xué)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(shù)幫助維持氮循環(huán)和儲(chǔ)存營養(yǎng)之間的平衡。

  日益嚴(yán)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(wù)和科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往需要工程師開發(fā)工具并提供其他相關(guān)支持。工程師需要一如既往地加強(qiáng)與科學(xué)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(yuǎn)非如此。開發(fā)利用太陽能是今后的重要課題。

  虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠用于培訓(xùn)、治療、交流等領(lǐng)域。針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，工程領(lǐng)域遇到的挑戰(zhàn)是提高虛擬現(xiàn)實(shí)的分辨率，增加真實(shí)感，提供聲音、觸覺和動(dòng)畫之間的真實(shí)性和互動(dòng)性。

  學(xué)生根據(jù)自己的研究興趣選擇一項(xiàng)“重大挑戰(zhàn)”作為學(xué)習(xí)和研究內(nèi)容，與佐治亞理工學(xué)院的教授共同制定個(gè)性化的培養(yǎng)方案。核心培養(yǎng)目標(biāo)是達(dá)到以下5項(xiàng)能力。

  第一，創(chuàng)新技術(shù)解決方案的科研能力

  第二，多團(tuán)隊(duì)多視角合作的跨學(xué)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(nèi)涵的多元文化能力

  第五，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生積極影響的社會(huì)意識(shí)

  學(xué)生一旦選擇了“重大挑戰(zhàn)”學(xué)術(shù)項(xiàng)目，入學(xué)后會(huì)與有相同興趣的學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)共同學(xué)習(xí)，并在教授的帶領(lǐng)下開展相關(guān)的社會(huì)實(shí)踐學(xué)習(xí)，培養(yǎng)成為行業(yè)技術(shù)骨干和管理者的能力。在學(xué)習(xí)過程中，每學(xué)期至少參加一項(xiàng)專業(yè)學(xué)術(shù)或?qū)嵺`活動(dòng)，并以數(shù)字化的形式在網(wǎng)絡(luò)等公開的渠道發(fā)布。完成學(xué)業(yè)后，學(xué)生可以獲得項(xiàng)目認(rèn)證證書和國家工程學(xué)院重大挑戰(zhàn)項(xiàng)目專家的推薦信。

 

 

（浙江高等教育研究院 供稿）