（圖片來源：全景視覺）
李澤湘/文2019年2月24日，我參加了牛津大學中國論壇組織的以中國科技創新爲主題的活動，並與參會者分享了港科大自動化技術中心師生在過去20多年的産學研探索經驗， 以及對粵港澳大灣區機器人産業發展的個人看法。
隨後，我拜訪了英國帝國理工學院的戴森工程設計學院(Dyson School ofDesign Engineering)和愛丁堡的兩所大學——愛丁堡大學和赫瑞·瓦特大學(Heriot－WattUniversity)。這之後，我又赴美國波士頓，花了3天時間調研學習歐林工學院(Olin College of Engineering)的辦學經驗。
三年前，我第一次接觸這所1997年才成立、只設立本科並只有三百多在校生的學校，至今，這是我第三次來這裏學習取經了。
2018年12月中旬，我曾邀請該校創校校長理查德·米勒(Richard Miller)教授訪問香港科大、大疆公司、南方科大和松山湖機器人基地。6天時間，我聆聽了米勒教授有關歐林教育改革實驗的3次報告，參與了多次交流互動、對歐林的教育改革有了基本認識和理解。
波士頓行程中，我還拜訪了麻省理工學院(MIT)機械系陳剛教授、戴維·華萊士教授(David Wallace)和Maria Yang教授，了解他們推動麻省理工機械系本科教育改革——設立2門項目設計課程和1門畢業設計課程(Capstone)的情況和所取得的成就。
再之後，前往舊金山灣區的加州大學伯克利分校，與機械系和電機與計算機系多位教授交流，並往斯坦福大學哈斯普拉特納設計學院拜會了托尼·瓦格納(Tony Wagner)在《創造創新者》(Creating Innovators)一書中介紹的機械系艾德·卡裏爾(Ed Carryer)教授，聽他分享過去30年在斯坦福大學推動工程教育改革——引進1門本科課程，4門研究生機電一體化項目課程的經驗體會，並與其中兩門課的同學溝通交流，了解這兩門課程對他們的影響和改變。
之後我參觀了斯坦福大學哈斯普拉特納設計學院創始人大衛·克裏(David Kelley)創辦的創新設計領域著名企業IDEO公司，同時拜訪了硅谷著名風投公司紅杉資本前主席邁克爾·莫裏茲(Michael Moritz)先生和兩家新創科技公司，對硅谷的創新生態有更深的了解和認識。
在回港飛機上開始了這篇文章的創作，希望對中國新近開展的新工科教育、創新體系建設、尤其是大灣區打造有重要國際影響的科創中心這一宏偉目標有借鑒意義。
致謝這次活動拜訪的多位國際同行。作爲工程教育改革的先鋒與楷模、他們的大膽實踐與熱情分享，讓世界變得更加美好。也致謝參加這次活動的國內同行，大家一道頻繁的討論與爭論讓我們對新工科教育理解的更深入、更透測。
跨越科研與商業化鴻溝關鍵
科技研究史領域曾有過著名的李約瑟之問，“爲什麽現代科學(以及之後的工業革命)沒有在中國出現？”
畢竟北宋時期中國就已經出現了世界最早的百萬級人口大都市，繁華的商業、貿易和文藝(見《清明上河圖》)，以及領先世界的科技成就——四大發明、水運儀像台等。
工業革命史的研究者們困惑，“爲什麽工業革命沒有出現在文藝複興和現代科學誕生地佛羅倫薩、或者是商貿之都威尼斯，而是出現在遠離歐洲大陸的英國”？
創新科技的研究者們發問，“爲什麽硅谷沒有出現在美國東部的科學之都波士頓，或者是金融商業之都紐約，而是出現在偏遠的西部舊金山灣區”？畢竟波士頓的128 號公路附近曾出現了大批包括DEC在內的知名科技公司；紐約旁邊的新澤西地區也曾想把該地區著名的貝爾實驗室(BellLab)、普林斯頓大學與華爾街融合起來，打造東部的硅谷，但最後卻以失敗收場。
深圳的研究者們疑問，“爲什麽中國的硅谷沒有出現在上海、廣州甚至香港，而是出現在40年前還是個小漁村、30年前沒有一所像樣的大學、20年前的世界代工廠、10年前還被稱爲‘山寨之都’的深圳”？
畢竟深圳北面100公裏不到的廣州擁有南中國最著名的大學與研究所，廣交會是中國對外貿易的主要窗口，還有近乎10倍于深圳的土地面積。
而深圳南面一河之隔的香港曾是深圳建立市場經濟體系的“師傅”與“引路人”，擁有4所 QS 大學排名前一百的高校、國際化的大環境和一系列發展高科技的有利條件。
董建華時代，在原加州大學柏克萊分校校長、著名華裔科學家田長林的幫助下，香港也曾制定了一個雄心勃勃的高科技産業發展計劃。可惜與深圳同時起步的香港高科技制造産業占今天香港GDP 的1%還不到。而相比之下，深圳的GDP不僅碾壓了廣州，其財政收入甚至達到了廣州的2倍(而其土地轉讓收入只有廣州的30%)，其GDP同時也超過了香港。
英國劍橋科創圈著名人物赫曼·豪澤爾(Hermann Hauser)博士于2010年，受前英國貿工部長 P. Mandelson 爵士委托爲英國貿工主管部門撰寫的一份報告《技術與創新在當前與未來的作用》(The Current and Future Role of Technology and Innovation)指出：盡管英國擁有僅次于美國的全球第二位基礎科學研究實力：比如擁有4所世界排名前十的知名大學和發表了全球14% 高引用論文，但英國並沒有把基礎研究成就很好地轉化爲以高科技産業爲主的經濟成就。該報告指出，從基礎研究到産業轉化存在一條巨大的鴻溝(Critical Gap), 而這一鴻溝很容易被忽視、認爲只要有了科研成果，經濟效應也就會隨之而來。在研究了大量案例後，豪澤爾博士發現，決定技術轉化成功的兩個主要因素一是團隊素質，二是技術成熟度。
圖 1: 一條巨大鴻溝橫躺在科研成果與商業應用之間。一些國家與地方政府設置的技術創新中心試圖在兩者之間搭建一座橋梁，但成效之關鍵在于團隊與機制。
先看技術成熟度。一座銜接大學實驗室成果與能接受市場投資的産業化技術之間的橋梁是實現技術商業化的重要條件。這座橋梁被一些國家稱之爲“技術創新中心”(Technology Innovation Center，以下簡稱：TIC)。
知名的TIC有德國的弗勞恩霍夫研究所(FraunhoferInstitute)、法國的卡諾研究院(Institute Carnot)、比利時的微電子中心(IMEC)、 台灣的工研院 (ITRI)、 新加坡科技研究局(ASTAR)、日本的産業技術綜合研究所(AIST)、美國的小型企業創新研發計劃(SBIR)、小型企業技術成果轉化(STTR)和 國防高級研究計劃局(DARPA)以及香港的應科院(ASTRI)。
各國的技術創新中心運作模式不盡相同，效果也不一樣。比如台灣工研院在推動台灣早期的半導體産業和近期的顯示産業方面成就斐然；新加坡ASTAR幫助吸引國際高科技公司落地新加坡功不可沒；美國DARPA成就了互聯網等一系列技術的商業化。技術商業化的成敗取決于轉化過程的速度與效率。
雖然技術原創者有先發優勢，但在産業化這馬拉松般的漫長進程中，以及通訊技術的進步和創新環境的差異下，最後勝出者往往出乎意料。這種從科學發現，到技術發明再到技術商業化的過程被稱爲“正向研發”或“技術推動(Technology-push)”
著名案例包括從量子力學到貝爾實驗室的三極管發明，再到仙童公司的三極管産品。然而，諾貝爾獎得主、三極管的發明者之一威廉·肖克利(W·Schockley)曾試圖通過建立肖克利半導體實驗室來實現該技術的商業化，最後卻以失敗收場(但這場失敗卻導致了硅谷的誕生，W·Schockley也被譽爲硅谷之父)。
我們采訪研究了多個國家的技術創新中心，大部分都試圖把自己研發的技術成果轉移給企業去産業化。好比你生的小孩交由別人抱養，而別人同時又有十多個自己的小孩，導致成功率不高甚至很低（見圖2）。
社會面臨的挑戰與問題往往需要多學科、多技術的交叉融合才能解決。這種從用戶痛點問題出發，通過多學科融合找到解決問題的方法，稱爲“問題導向思維”或“市場引導(Market-pull)”。2011 年，美國通用電氣公司采訪了12個國家的千多位企業高管，69%認爲人的創造力比高水平科研更能推動創新。而77%的人更認爲，21世紀最偉大的創新將來源于基于解決人類面臨的挑戰問題而不是追求利潤的創新。
圖 2: TIC （TechnologyInnovation Center） 充其量也就是連接不穩的一座獨木橋。 過橋者有很大概率的要掉下去 （事實上技術轉化成功率一支很低）。
創新者的關鍵素質
無論是技術推動還是市場引導的創新，從概念原型到一款成功的産品 都需要經曆千難萬險的多次叠代。
戴森的第一款吸塵器叠代了5127次。松山湖機器人基地創業團隊的每一款産品也都需要過百次的叠代。技術思維和産品思維必須互相融合，才能最後走出去。
皮埃羅·斯加魯菲(P.Scaruffi)在《硅谷的曆史（1900-2014）》(A History of SiliconValley(1900-2014) )一書中寫道，硅谷並沒有發明讓其名聲大噪的三極管、集成電路、計算機、互聯網、社交網、搜索引擎、智能手機等技術、但卻有一種幾乎邪惡的訣竅來理解這些技術並且把它們轉化爲巨大的財富。創造硅谷奇迹的人，用紅杉資本的總結 (Founders’ Codes)： 是一批有激情，有野心、充滿好奇心、不安穩甚至反叛、固執且卓傲不群的年輕人。很多具有移民背景，他們從小事著手，不懼失敗、聚焦産品，最後改變世界。英國工業革命的推動者和深圳高科技産業的創造者，也都具有類似特質。
教育（從K12 到大學），尤其是本科階段的工程教育，怎樣才能更好地培育優秀的創新者（我們稱之爲“雙創人才”）？這不只是“錢學森之問”和“李約瑟之問”的根本，也是理清硅谷、以色利和深圳發展的訣竅，解釋一些城市複制硅谷模式失敗的原因。
在采訪了大量的企業，科技和教育界領袖之後，美國熱銷書《創造創新者》(Creating Innovators)作者托尼·瓦格納(Tony Wagner)總結了創新人才需具備的關鍵素質(也叫創新者素質)：
好奇心：養成提問題，對問題抽絲剝繭，系統分析的好習慣(Curiosity: The habit of asking good questions and desire tounderstand more deeply)；
團隊合作能力：學會傾聽他人意見，向不同背景和專業的人學習自己不懂的東西Collaborators: which begins with listening to and learning fromothers who have perspectives and expertise that are very different from yourown)；
聯系或集成思維能力：從多方面看問題並能構思突破性解決方案能力(Associative or integrative thinking)
作者尤其指出，創新者素質是可以培育、學習和引導的。無論什麽人，創新者素質在適當的環境和機會條件下，都可以有非常大的提升和改變。很多研究也證實，後天的學習和努力比天分更重要。很顯然，我們目前的灌輸加考試型教育滿足不了創新人才培養的要求。
相反，我們常常看到小孩4歲時會很好奇很喜歡問問題，而到了六歲半以後就往往停止問問題了，因爲老師只喜歡正確答案而不是出格的問題。高中以後，好奇心就基本沒了。教育把學生的好奇心給毀掉了。
哈佛大學商學院教授特瑞莎·阿瑪拜爾(TeresaM. Amabile)博士經過35年的研究得出了産生創新的三大要素：
專業知識(Expertise)：創新的起點。關鍵是需要多少，什麽時候需要，以及如何獲取（Just-in-time learning)
創新思維技能(Creative-thinking skills): 創新者素質。
驅動力(Motivation):知識固然重要，缺少創新思維更不行。但更重要的是驅動力，尤其是內在驅動力。包括金錢、股票和獎勵之類的外在驅動力能改變人的行爲，但要跨越創新過程的萬水千山和艱難險阻沒有內在驅動力萬萬不行。
圖3:創新的三要素：專業知識（比如 STEM ），創新思維和內在驅動力, 而實現創新的路徑是從 Play (玩樂）到 Passion （激情），再到 Purpose （使命）。父母、老師和導師在這個過程中的幫助至關重要。
內在驅動力是如何産生的？我們又應該如何培育與引導呢？
加州大學柏克萊分校心理學教授艾莉森·戈普尼克(Alison Gopnik)經過多年的研究認識到，人的創造力與生俱來。幼兒好奇、好動(探索)和富于想象即是明證。而玩樂(Play)是小孩學習和掌握創新技能、認識和了解世界的最佳手段。亞馬遜創始人傑夫·貝索斯(Jeff Bezos), 谷歌創始人拉裏·佩琦(Larry Page)和謝爾蓋·布林(Sergy Brin)等人的共同之處就是他們都經曆過蒙氏教育(MontessoriSchool)。
有時，“惡作劇”式的玩樂也是學習的過程、但往往不被學校所接受並認可。玩樂不只是人的本性也是內在驅動力的表現。玩樂産生激情，而激情又促使人去進一步探索、學習新的東西、理解和掌握更難的東西，哪怕要用過萬小時的時間。
即便如此，純粹的激情仍不足夠。創新需要超常的毅力與耐力。 只有通過一波又一波的激情， 不斷探索和深化了解，直至對所從事之事産生使命感（Purpose)並相信它能改變世界。 就如史蒂夫·喬布斯(Steve Jobs)那樣, “在宇宙中留下痕迹”（“put a ding in the universe”）,或者如傑夫·貝索斯(JeffBezos)一樣, “創造曆史”(“makehistory”)。 有了使命感，才敢于冒險，不懼失敗，百折不饒去達成目標。
創新者的成長路徑就是通過玩樂，去實驗、探索、認識和理解事物並産生激情，再深度探索，從激情到新的激情，最後産生使命感。
從玩樂到激情再到使命感的過程中，創新者學會了重要知識(expertise), 掌握了創新者思維，直至産生內在驅動力。 他們學會如何不懼失敗和風險，正如美國知名設計公司IDEO 所提倡的“Fail early and fail often”。成百上千次的叠代就是從失敗中總結經驗、不斷加深認識和了解的過程。創新者在成長的過程中，不是獨立作戰，而是從父母，老師和導師處獲得支持與鼓勵。而正是父母、老師和導師不尋常的支持(Acted differently)， 使得年輕的創新者們具有不尋常的思維(Thinking differently)。
改進傳統課程體系
——MIT和 Stanford的兩個故事
應該如何定位工科教育與創新人才的關系？
我們常說，“工程師必須具備分析問題和解決問題的能力”。這話是不錯，但是“問題”從哪來？
傳統的教育中，問題主要來源于老師或書本且多年不變。圖 4(a) 以電機專業爲例，展示了該專業傳統的四年課程體系（過去50年基本沒變）。
學生從數理課程開始，到專業基礎課，再到專業課、最後到畢業設計課程(capstone)。畢業設計之目的是要把之前的知識融合起來去解決一個老師指定的問題。畢業設計課題大部情況下都是之前用過的。一些專業課程可能也附帶了一些實驗或者項目(project)，但大部分都是驗證性質爲主。
圖4 (a): 傳統美國工科課程體系，每學期大約5門課，40門課程畢業。
很顯然， 工程教育在這裏被定位爲應用科學範疇，即正向研發或者單向技術思維的範疇。歐林工學院創校校長米勒教授認爲， 工程師應該是能夠 “Envisioning what has neverbeen and doing whatever it takes to make it happen!” （想前人不敢想，且能排除萬難去實現之）。
工程教育應該從視野培養開始，樹立遠大目標。爲此，學生必須學會用設計思維去提問題，發現問題和定義問題，再用數理、科學和工程技術去探索和叠代解決問題的方案，同時了解人文、商業技能和倫理去推動方案的商業化。如圖4(b) 所示。
圖4(b): 科技創新三要素：需求、技術與商業模式
在此過程中，學生必須學會團隊合作、跨學科思維、具有創業者精神和國際視野。從學徒制演變過來的項目制教學在醫科和設計領域已不陌生，但在工科領域的應用仍處于萌芽階段。與傳統教學方法相比，這一教學方式對于培養學生動手能力，團隊合作能力、多學科融合能力、觀察和定義問題能力等方面優勢明顯且潛力巨大。
有過項目制學習經驗的學生無論是在初創公司還是其他環境都比同齡人表現卓越。按歐林學生的說法：“已有3到4年的工作經驗”。
MIT機械系經過多年的努力，終于在其本科的培養方案裏增加和完善了兩門項目制設計課程和一門Capstone課程。
其中一門課程是玩具設計。這類課程的特點是以學生爲中心、傳統的被動式傳授模式被主動的啓發式學習所取代。
線上線下相結合、通過團隊合作去完成客戶調研、産品定義和樣機制作的全過程。頭腦風暴式的項目計劃、討論、總結和彙報貫穿其中（項目管理知識）。學生同時還學習和了解預算與成本控制（商業技能）。
Stanford 機械系設計組(Design Division)與大衛·克裏(David Kelley) 一道建立了Stanford著名的d.school, 爲不同學院的同學提供了一個以項目制學習爲主、融合企業資源的交叉學習平台。
該系教授埃德·卡裏爾(Ed Carryer)爲學生開設了一門本科機電一體化項目課程和四門同樣題目的研究生課程。這些課程最大的的特點就是爲學生賦能，很多包括蘋果、特斯拉等著名科技公司的工程師和項目主管都曾是這門課的學生。
說到爲什麽要開設這類課程，卡裏爾滿懷深情的說道：“我畢業于傳統的教育模式，我學會了解決老師給我的問題，比如把課堂裏學到的知識應用到各類考試中去。但在實際生活中，我沒信心從零開始設計一個新的東西。在互聯網時代的今天、學術知識本身的作用並不大。如何把知識應用到新的環境或者新的問題中去才是關鍵。通過這些動手爲主的項目課程讓學生掌握如何融合多學科知識去解決一個又一個有挑戰的新問題，並建立自信，使得他們能毫無畏懼面臨各種新的挑戰，這就叫‘給學生賦能’。”
圖 5: (a) 與 Ed Carryer 教授合影，(b) 與機電一體化項目制課程學生及他們的作品合影，(c) IDEO 合夥人DavidWebster與他的創客空間。
我們去了埃德·卡裏爾教授的教室兼實驗室，看了學生的課程實驗，聽學生們介紹這門課程對他們的影響和改變, 從學生角度直接認證了卡裏爾教授所言。能進斯坦福大學的學生成績都很不錯，但大部分也沒有太多的動手經驗。這門課極大提升了他們對工程的興趣和自信，他們學會了如何應用知識去解決新的問題，甚至定義自己的問題。
完全采用項目制教學的困難和挑戰
在此我們不禁要問，既然項目制教學有如此多優點，爲什麽我們不更多地在培養方案中引入項目制課程，甚者完全采用項目制教學？
理想很完美，現實很骨感。最大的困難與挑戰包括：
機制約束：首先，研究型大學的定位主要以學術影響、學科與大學排名、科研經費等KPI 爲主。相比之下，大學更願意設立以研究爲核心的跨學科組織機構如各類研究中心，而非以教學爲核心的類似組織。
Stanford d.school, Berkeley JacobsInstitute, MIT Media Lab 等只是極少數案例。其次，大學對老師的考評主要以論文發表、項目經費、獲獎和獲得包括傑青、千人、院士等帽子爲主。
雖然有時也強調教學的重要性，但往往一筆帶過。即使在斯坦福大學這樣的名校，教授也只能以世界一流的研究加好的教學，而不是世界一流的教學加好的研究獲得終身教職 (tenure)。
在斯坦福大學機械系教授的網站裏其實還查不到卡裏爾教授的介紹、 因爲他只是合同制教授。盡管他已在Stanford工作30年，他的課程也被産業界公認爲對硅谷的影響比Stanford大部分教授都大（有個笑話是說如果卡裏爾教授想去火星。只要他在網上呼叫一聲，他的學生就會過來，六個月之後他就到火星了）。
第三，開設一門項目制課程要比一門傳統課程多幾倍的資源與時間（據MIT 機械系原系主任陳剛教授介紹，機械系的 Capstone 課程耗去了該系幾乎一半的本科生教學預算，而歐林工學院每年生均成本超過10萬美金。以之相較、港科大包括科研支出也才4萬美金），並且需要一個跨學科教授團隊通力合作、多次叠代才能完成。研究型大學缺少機制保障而教學型大學又缺少資源來推動項目制教學，很多教學型大學實際也是奔研究型大學而去的。
師資約束： 有項目制學習經驗的教師資源極爲稀缺，只能從傳統教育模式出身的老師中選人，但挑戰極大。首先，教師必須對本專業課程的教學非常熟悉，同時也要有與其它專業和企業打交道的經曆（至少是願意並且能快速學習）。其次，需要有一定的動手能力（至少願意與學生一道動手）。再之，需要有情懷有犧牲精神有毅力和耐力去面對項目制教學的各種挑戰（尤其在新的評估體系尚未建立起來或者不完善的情況下）。
學生約束： 經曆過高考的學生需要很大的努力才能適應項目制學習。從被動接受到主動學習、從單科學習到交叉融合式學習、從死背硬記到活學活用以及項目全過程訓練，學生的思維模式、價值觀和世界觀都要經曆很大的改變。不是每個學生都適合項目制學習（還需要K12教育和高考的相應改革）。如何選出適合項目制學習的學生至關重要。
再來看看圖6（a）的培養方案。30年前我在卡耐基梅隆大學（以下簡稱：CMU）讀大學時每學期上5門課，4年共40門課程畢業。從1990年開始，CMU 對之前畢業的學生做了個跟蹤調研並驚奇的發現：課上的越多的學生、之後的成就越差！
正如哈佛大學技術與創業中心教授 保羅·波蒂諾(Paul Bottino)所言，“The value of explicitinformation is rapidly dropping to zero. The real added value is what you cando with what you know. It is really in the doing——in probing of the universe,the pursuit of query —that the real learning takes place” （傳統的灌輸式的教與機械記憶式的學所掌握的知識已經沒有太多的價值了。真正有價值的是你如何利用你所掌握的知識去做有價值的事情）。
之後，美國一些著名院校把課程數目從每學期5門減到4門、也即 32門課程甚至30門課程就可畢業。在此約束條件下每增加一門項目制課程就得去掉一門其它課程。解決了舊的矛盾又産生了新的矛盾、就像歐林工學院校長米勒教授所說，這裏按下去那裏又冒了出來。
圖6. (a) 某內地高校第一學期的課程表。課程數遠超4門、學生很少有獨立思考、主動學習時間。
電子信息專業
圖6(b) 幾所知名大學電子信息專業課程數目統計，遠超32門課程。真正的項目制課程教學在此環境下是很難開展的，不管學生多麽優秀。
圖6 (b) 是內地幾所大學電子信息專業課程數目統計。每學期8到10門課程導致每門課能分配到的時間非常有限。課堂上老師只能講講目錄（學生反饋）、灌輸一些名詞、實驗大多是簡單的操作；考試相互對付——老師以完成工作量、學生以不挂課爲目的。所學知識沒能等到畢業就已還給老師或是過時了。
用專業細分化、基礎形式化、實踐虛擬化和知識碎片化的“四化”來總結這個現象一點也不爲過。一位在斯坦福大學讀博的內地某知名高校學生告訴我，他們同學裏也就極少部分知道學基礎課作用何在。如果我們能把目前的課程數目減少三分之一甚至更多，學生的創新能力也相應會有很大的提升。把藝術、人文與科學和工程融合是最好的減少課程數目的方法，以及歐林工學院在這這方面有很多成功的經驗可借鑒。
歐林工學院的教改模式
2002年才正式招生的歐林工學院今年將迎來其第14屆畢業生。每年招收80多學生（接近50%爲女生），到今年6月份，也就1100左右校友（年齡最大的35歲左右），畢業率達 93% （美國平均只有 50%）。
其中，37% 的畢業生（5年內接近50%）會讀研究生， 76%在理工科領域，24%非理工科領域（體現學生廣泛的興趣和很強的適應性）。前五名研究生學校分別是MIT， Stanford， 哈佛，CMU和加州大學柏克萊分校。就業的學生平均薪酬是83,345美元（高于MIT ）。
就業公司包括谷歌、蘋果、Facebook、Amazon等著名公司、超過80%的學生感覺非常喜歡他們的工作。超過25% 畢業生兩年後參與創業活動（比例甚至超過斯坦福大學）。學生給學校捐款比例全美最高（學生認可學校爲他們創造的價值）。
圖 7. Olin 課程的幾個特點。(a). 第一天就通過項目接觸工程, (b) 以人爲本的設計課程，(c) 跨學科融合課程， (d) 辛苦但快樂的學生群體。
我們專門去了MIT 某實驗室，了解幾位在讀歐林工學院學生的表現。同實驗室的同學告訴我、歐林工學院學生動手和研究能力非常突出（MIT 的研究生來自全球各國極優秀的畢業生）。我們也與多批歐林工學院到學生多次座談和交流，對他們的溝通能力、團隊合作能力、以及他們表現出的對學校和專業的喜愛印象深刻，很少見到一群這麽優秀、有思想且對未來充滿激情的優秀學子。
爲推動新工科教育改革(New Engineering EducationTransformation NEET), MIT 委托高等教育咨詢專家Ruth Graham博士發表了《全球一流工程教育發展現狀》(The global state of the art in engineering education)的咨詢報告。
來自全球的工程教育權威專家一致公認，歐林工學院是全球工程教育的領袖 （圖8）、排在了MIT， Stanford等百年名校前面。從2000年起，該校已經接待來自全球 50多個國家，800多家大學的2500多次訪問。
圖8: (左) 受MIT委托、由高等工程教育咨詢專家Ruth Graham 發表的咨詢報告。(右) 來自全球的工程教育專家一致公認 Olin是全球工程教育領袖，超越了MIT，Stanford 等名校。
Olin 創校校長RickMiller 教授也獲得了美國工程院最高的工程教育獎 Gordon Prize。一所創立才20年，每年才80多位學生，沒有研究生的學校（在國內只能算二本學校）是如何取得如此了不起的成就的？
網上可以找到很多的Olin的報道。但我更想從前面三個方面來論述Olin教改成功秘訣。
機制創新: 由美國企業家F.W. Olin創辦的歐林基金會從1945年起支助了美國58所大學的78個基建項目。後來基金會發現，許多大學在大樓修好後，之前申請計劃所說的教育改革項目基本沒有實現（硬件容易而軟件難）。
經過調研，基金會發現全面深刻的工程教育改革確實很難在已有大學的工學院裏甚至是沒有工學院的大學裏進行。基金會最後決定頃其所有創辦一所小規模的工學院，作爲工程教育改革的實驗室，爲工程教育改革闖出一條路來——這很有當年鄧小平創辦深圳特區，探索市場經濟的改革特點。
1997年，學校完成注冊。1999年，對傳統工程教育頗感無奈的Iowa 大學工學院院長Rick Miller 擔任創校校長。隨後，一批來自名校、理念相同的教授，以及對傳統工程教育不滿的企業高管相繼加盟成爲創校團隊成員。經過大半年的走訪調研和深刻討論，Olin 的創業者們重新定義了工程師，“Envisioning what hasnever been, and doing whatever it takes to make it happen” ( 想前人不敢想、且能排除萬難去實現之)。
爲此，一個工程師必須具備五種思維：（1） Collaborative mindset （團隊合作思維）; (2) Entrepreneurialmindset （創業者思維）, (3) Interdisciplinary mindset （跨學科思維）, (4) Global mindset（全球思維）和 (5) Ethicalmindset（倫理道德思維）。爲實現此目標，學校必須考慮三個問題： Whom we teach (什麽樣的學生）? What we teach（教什麽）? How we teach（如何教）?
利用設計思維方法，學校于2001年，招募了30位高中畢業生作爲學生合夥人 （Student Partner），用一年的時間去檢驗新的課程體系和學習方法。經過不斷的叠代，最後初步形成了Olin 獨特的教育模式（The Olin Way)：
Olin 課程體系：包含四個方面：1)數學與科學課程（Math and Science courses)，2)工程核心課程（Engineering Core)，3)專業課程 （Major-specific courses)，4). 藝術、人文、社科與創業課程（Arts, Humanities, Social Sciences and Entrepreneurship, HAS). 每學期4門課，最低120學分畢業。考慮到學生畢業後在團隊項目裏的定位，學生可選擇常見的電機與計算機工程（Electrical and Computer Engineering, ECE)，機械工程（Mechanical Engineering, ME)，或者工程＋某個專注領域 (concentration), 比如工程＋生物工程，工程＋機器人，工程＋計算，工程＋設計，工程＋創業等。學生甚至可以根據自己的興趣在老師的指導下設計自己的專業，比如工程＋物理，工程＋音樂等，只要能滿足一定的寬度、深度和連貫性要求即可。
Olin 的課程理念：從人到人（starts with people andends with people)。就是要先學會理解人的需求，價值觀和痛點（機會），以及工程的社會作用。學會構思能改變人類的工程創新，並且讓其服務于人類。傳統工科教育面窄，學生只會回答問題而不會找問題，更不會把問題解決方案從實驗室走出來，進入現實世界——Olin的課程體系克服了這些問題。
Olin的課程特點是：首先，學生入校第一天就接觸到工程問題——而不是要等修完一年或更長的數理課程後。這些工程課程通常都是以現實世界的問題爲主題，以動手設計和制作爲主、老師啓發引導爲輔的形式展開。
課程強調理論知識的綜合與應用。從第一年起，學生就接受人文、藝術、社科與創業精神的訓練，並且學會如何把這些知識應用到所有的工程課程中去。通過這些課程，學生學會溝通與交流技能、把課堂知識與課外應用相結合。最後一年，學生用一半的時間完成畢業設計，設計課題直接面向産業或者市場需求。很多知名企業會與學校師生共同定義開放式設計課題，並且負責五萬美金的課題費用以及學生課題的指導工作。這類實戰讓學生學到了傳統教育學不到的職業技能。選擇創業的學生也可以通過市場調研自定課題。
每一門課程都會從十個維度去評估其有效性：1)動手能力（Hands-on skills)； 2)設計與創造能力 （Design and Creativity); 3)場景式學習（Contentlearning)；4)批判思維（Criticalthinking); 5)與實際相結合能力 (Real-world context)； 6)學科融合（Disciplinary integration)；7)溝通能力 (Communication skills)； 8). 團隊合作 能力（Teaming andcollaboration); 9)內在驅動力 (Intrinsic motivation); 10)自主學習能力（Self-directedlearning).
其次，課程特點之二是以學生爲中心， 學生也是Olin教改實驗的聯合創始人。學生參與課程設計、課程輔導、新生招收和學校組織的各類活動。很多學生自定專業、
自己選擇課外活動以及追隨自己的職業興趣（Passionate pursuit）。
圖9. （a) 與一組Olin 學生溝通交流、聽他們眉飛色舞的介紹個人興趣以及參與的項目、對其團隊合作精神印象深刻。(b). 學生 在QEA 課程通過到立小車來學習控制原理場景， (c). 師生課堂討論一景。
第三個課程特點是多學科融合以及團隊合作精神培育。很多課程通過項目載體把多學科知識巧妙融合起來，再通過動手實驗、啓發式學習、翻轉課堂、失敗分析等方法讓學生學會如何融合與應用多學科知識。一年級第二學期和二年級第一學期，學生必修的兩門課程 Quantitative Engineering Analysis (QEA，相當于4門課) 就是一個極好的例子。
QEA 1 的第一個模塊（Module），學生需要設計一艘滿足某些要求的船，並使之能浮起來。老師並沒有告訴學生們如何做。經過短暫的困惑後，學生決定動手試，自己查資料與專利，東西做出來後開始做實驗，但基本都失敗了。老師這才啓發學生需要建立一個模型，並且用Matlab 仿真軟件去分析和優化設計。爲此，學生需要學習力學去建立數學模型，再用多元微積分去分析船的性能，用線性代數和Matlab 仿真軟件去優化設計參數。優化後，大部分小組的設計都能浮起來，但仍有部分達不到要求。老師隨後把大家聚在一起，分析爲什麽達不到要求以及如何去改進。這個模塊把部分力學知識、多元微積分知識、線性代數知識和仿真軟件的使用融合起來，再加以機械設計與制作實踐，讓學生從失敗中學習。學生的團隊合作能力和表達溝通能力都得到很好鍛煉。在經曆多次失敗後成功，他們可以獲得很大的成就感。
第二個模塊是設計與開發一個人臉識別軟件。這個模塊需要融合線性代數裏的本征函數（eigen function），線性回歸（linearregression），主成分分析（principal component analysis，PCA) 等知識以及編程技巧。
第三個模塊是設計一款巡線機器人。學生需要融合和應用微積分的參數曲線表達、梯度算法、動力學和坐標變換等知識，來制作並調試成功一個巡線機器人。
QEA II 包括一個嬰兒保溫器、一個可穿戴設備，一個平衡車和一個自選題目。每個模塊需要學習的知識見圖10. 通過QEA 課程的7個模塊，學生掌握了多元微積分、線性代數、微分方程、工程數學、力學、反饋控制等幾門數理與工程基礎課程等融合與應用。並在此過程中學會了很多職業技能。
圖11 是一門融合材料與化學等的項目課程介紹。圖12 展示了課程交叉融合的結構圖。早期以數學、科學與核心工程課程的融合以及設計課程與工程和AHS 課程的融合爲主。 後面通過畢業設計課程把所有前面所學與企業和市場需求融合起來，學生學會實戰經驗。
QEA Semester1
QEA Semester2
圖10: Quantitative Engineering Analysis （QEA）通過7個模塊， 把多門學科知識的學習與職業技能培養融合起來。
圖11:一門把材料科學與固體化學融合的項目制課程。
圖12: Olin 的課程體系框架。早期把數學與科學以及工程融合起來，設計與工程以及HAS 課程融合起來。Capstone（SCOPE）課程把前面所學與企業需求以及市場需求融合起來。
此外，第四個課程特點則是設計課程（從人到人或者是以人爲本的設計課程 )：專注設計思維訓練與工程實現相結合的設計課程最少有5門，占到課程總數的20%或者更多 （畢業設計課程相當于4門課程）。 課外活動課程比如各類比賽也包含設計思維訓練。第一學期的Design Nature（設計導論），第二學年的 Principles of Engineering,User-Oriented Collaborative Design, 第三學年的 Design Depth，以及第四學年的畢業設計SCOPE。
第一學期的 Design Nature由兩個設計模塊組成。第一個模塊訓練學生觀察能力，
以hopper（跳躍動物）爲主題，讓學生去自然界觀察並選定一款自己喜歡能跳的動物，研究並理解其機理，隨後設計並制作出原型。整個時間大約一個月。第二個項目兩個月左右，爲小學四年級學生（10歲左右）設計一款玩具。學生團隊要去合作小學觀察小學生活動、並進行客戶訪談。隨後分析用戶需求，提出多種解決方案，並根據客戶反饋再優化方案，最後做出一款産品原型並讓潛在客戶來評估。見圖13.
Design Nature Project 1
Design Nature Project 2
圖13. 第一學期的 DesignNature 課程由一個培養學生的觀察能力的模塊和一個訓練解決用戶需求的模塊組成。
Principles of Engineering
User-Oriented Collaborative Design
圖 14: 另外兩門設計課程，Principles of Engineering 和 User-Oriented CollaborativeDesign 的部分圖片
最後一個課程特點是領導力培養。學生通過一系列的團隊項目鍛煉，充分掌握了團隊合作能力——即無論是作爲一個團隊隊員還是負責人，如何溝通、共事，如何化解矛盾與沖突，如何傾聽、表達不同意見等。學生還可參加學生主導、學校支持（資金與場地）的各類興趣俱樂部。此外，學生還可參加老師根據自己興趣組織的小組活動，比如音樂、烹饪等。學校也支持學生自己定義的課外興趣活動（Passionate pursuit ).
概括起來，Olin 學生在四年的學習過程中，將要學習：
25-35門從設計到制作的多學科融合課程；每學期都要展示項目成果由企業聯合出題並負責5萬美金的畢業設計課程費用豐富的課外活動內容企業實習計劃（98% 學生一次，89%學生兩次以上）
圖 15 機械工程專業某4年級學生上的課程
Olin的學生選拔和教師考評
如前所述，在實施項目制教學時需要面臨教師考評與學生選拔的挑戰，歐林工學院有其獨特的學生選拔和教師考評機制。
學生選拔：在確定了辦學理念和課程體系框架後，Olin 于 2001年招聘了30名學生夥伴來參與課程開發。
如何讓本來可以去MIT 或哈佛大學的優秀學生放棄那些機會來加入一所還不存在、沒有名氣的小學校的教改實驗？
Olin 的創業者們費勁心思，制作了一些能打動人心的宣傳資料，告訴那些學生比去MIT 或哈佛更牛逼的事就是拒絕它們。
圖 16 爲了吸引第一批學生參加Olin 獨特的課程測試，Olin創始團隊制造了很多能打動人的宣傳頁。
很多申請Olin 的學生都有過FIRST機器人比賽（或其它賽事） 的經曆。學校從一千多優秀申請者裏，挑選300人分三批參加學校設置的候選人周末（Candidate weekend). 學校老師、畢業生和其它自願者會與候選人一到，組成一個個團隊，用兩天時間參加多種活動。
通過這些活動了解學生如何與人相處，如何團隊合作以及個人的志向、價值觀等，最後學校會錄取90多位同學。
老師考評：沒有院系、沒有終身教職、沒有研究生／博士學位授予權的Olin 又是如何招聘到優秀的教師並且能留住他們的呢？Olin考評標准如何定？
2012年，學校成立一個委員會，制定符合學校定位的教師評估機制。委員會采用User-Oriented Collaborative Design方法， 收集大量信息資料，采訪包括每一位老師、校長、校董等相關人員（Stakeholders）, 舉行各種研討會、聽證會，傾聽相關人員的意見，用兩年時間完成了Olin 獨特的教師考評標准和方法（圖17）。新的考評體系激發了老師創新教學的熱情，爲培養未來的創新者堅定了體系保障。
圖17: Olin 教師考評委員會用兩年時間，用設計思維方法，與各相關人員通過大量的調研與研討會，設置了高度認可的教師考評標准和方法。
Olin 經驗啓示和我們的挑戰
總結起來，Olin的經驗有幾個重要方面值得我們學習，以及我們學習過程中將面臨的挑戰：
體系建設：從零開始開建立一套全新的體系、擺脫舊體制的約束。從老師的招聘與考評、課程體系的的打造，授課方式、到學生的挑選與學習方式等等。
誠然，在中國現有環境下邁出這一步非常艱難。但如果有機會創辦一所新大學，Olin是一個不可回避的重要參考模式。
傳統大學也可以在現有體系旁邊建立一個實驗學院來試點Olin 或項目制教學模式，總結經驗後逐步向校本部推廣，即使在實驗過程中犯些錯誤，影響也非常有限。
廣東工業大學與松山湖機器人産業基地建立的粵港機器人學院 （每年 80左右學生）、南方科技大學新設立的系統設計與智能制造學院（每年50左右學生）、香港科技大學新設立的系統綜合與設計學科部 （每年30 左右學生）、湖南大學與長沙機器人研究院成立的湖大機器人學院（每年50左右學生）、甯波工程學院與甯波智能技術研究院設立的機器人學院（每年100 左右學生）、常州大學在原華羅庚學院基礎上設立的機器人學院即是一些例子。
從廣工、湖大的經驗看，這些學院要做好，需要在機制（編制、人員、考評 等）、場地與經費方面得到保障。現有體系的老師願意參與教改實驗的需全職調入新學院、並接受新的考評機制。並且願意從零開始學習新的教學方式。
此外，一個理解項目制教學，有熱情，好學和有極大犧牲精神的領頭人、且願意化五到十年時間來叠代實驗學院的發展也至關重要。
經費與規模：項目制教學無論是在師生比例、教學經費、場地、設施等方面的要求都是挺高的。Olin 每年的生均成本超過10萬美金（師生比例1:8.5），而港科大4萬美金（師生比例1:20）。
是否沒有超高的經費投入就難以推行項目制教學？也不完全是。一定的經費保障是必要的，但也可以采用很多形式來提升效率。比如網上資源（網上課程、案例、互動等），比如因地制宜、就地取材的方式自制教學設施等等。河南科技大學仲志丹老師在控制原理教學過程中就自制了簡易實驗設備，效果不錯。
港科大機器人研究所學生與粵港機器人學院學生一道研制了幾樣輕便可攜帶的機電一體化教學設備，其口號是“把實驗室裝到書包裏，任何時候任何地點都可開展動手實驗學習”。
此外，如何調動周邊企業的積極性（企業也急需大量的創新人才），讓企業提供實習課題與經費、企業導師參與課題指導、課程開發甚至教學。Olin 每年招生規模80人左右，也沒計劃擴大招生（學校定位是教改實驗室，規模大了就很難大膽探索與實驗了)。
上次Hong Kong X 基金會一個報告，我估算了一下，僅大灣區就需要兩萬多科技創始人級別的人才。如何擴大Olin的規模效應，是一個值得深思的問題。目前，我們聯合港科大，港科大廣州校區，南科大、廣東工大一道探索科創人才培養，希望能突破規模限制。也希望更多的大灣區高校加入我們的聯盟。
教學理念與實踐：仍處于不斷探索和完善過程中的Olin 教學理念與實踐無疑是革命性的或者說是顛覆性的，並具有普適性。該校的師生也非常樂意分享他們的經驗。除了每年超負荷接待大量的來訪外，學校還組織暑期培訓(Summer Institute)。
今年我帶頭組織了一個大灣區學習組，天津大學顧佩華教授也組織了天大新工科組參加培訓。即使如此，我們對歐林工學院的了解還是不足，要讓歐林模式全面的在中國落地有很大難度。只有在自己探索的基礎上才能真正的學習、了解和掌握項目制教學的精華。
每年松山湖機器人基地都會組織兩次以上的新工科教育研討會和多次的小規模課程改革討論班。多個學校的實驗學院一道實踐、討論、總結、再實踐。不斷叠代、快速從錯誤中學習和進步。
創新人才培養的顛覆性創新
科技成果轉化（Technology transfer）是一個地區打造創新經濟首先要解決的核心問題。而解決這一核心問題的關鍵是創新人才培養。
歐林工學院創業者們在研究了傳統工程教育的弊端後，以前所未有之勇氣與決心，在歐林基金會的大力支持下，走出了一條新的創新人才培養之路。
從創新人才的重新定位，到培育創新人才成長的課程體系， 再到課程內容的設置、教學模式的改革、學生的挑選以及教師的考評等等，歐林工學院重建了一個創新人才成長與培養的生態環境。雖然辦學時間不長，規模不大，但歐林工學院所顯示出的效果是驚人的，同時對我們的啓示作用也是巨大的。
用哈佛大學商學院教授克萊頓·克裏斯坦森(ClaytonM. Christensen)的話說，這是創新人才培養領域的一場顛覆性創新(DisruptiveInnovation)。創新人才培養應該是大學(雙一流還是普通高校)最核心的任務。而創新人才培養的拐點，也即我們常說的顛覆式創新模式已經出現。
解決了創新人才培養這一核心問題，我們還需要造另一半橋，産業孵化和加速平台、來鏈接創業人才與産業。
經過20年的創業與孵化實踐，我們積累了一套創業孵化經驗，並于4年前建立了松山湖機器人産業基地來實踐我們的理念。50多家公司在基地生根、發芽並快速成長起來，而基地的孵化生態也伴隨著這些企業的發展不斷叠代和完善起來(我們的創業成活率遠高于其它地方)。
後面我們還會另文介紹松山湖機器人産業基地的經驗體會，展示了這樣一個完整的從創新人才培養到産業轉化的全過程，連接人才與産業孵化的共同支柱就是基于問題的快速叠代。後面我們還會另文介紹松山湖機器人産業基地的經驗體會，圖 19展示了這樣一個完整的從創新人才培養到産業轉化的全過程，連接人才與産業孵化的共同支柱就是基于問題的快速叠代。左邊我們稱之爲項目制教學，右邊稱之爲精益創業（Lean startup）。
圖 18: 左邊的曲線代表傳統的教育模式給學生創造的價值。 處于頂峰的MIT，Stanford，和Berkeley等名校也在探索如何去突破傳統曲線的極限。右邊的曲線是Olin代表的新工科教育，高等教育六十年後一個顛覆式的創新出現了！
圖 19: 一座大橋連接大學／研究所與産業。 大橋左半部是基于項目制學習的創新人才培養，右半部是基于精益創業的孵化平台。精益創業的基本理念就是以最有效的方式快速叠代。與項目制教學的原理一脈相承。
（本文作者系松山湖機器人産業基地發起人、大疆創新董事長、香港科技大學教授）
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