在当前以人工智能、量子信息、高端制造为代表的新一轮科技革命与产业变革浪潮中，国家对“卓越工程师”的战略渴求已上升到前所未有的高度^[1]。新时代卓越工程师培养不仅关乎专业知识和工程能力提升，更关乎价值观塑造和使命担当培育。正如习近平总书记指出的，“培养造就大批德才兼备的高素质人才，是国家和民族长远发展大计”^[2]。清华大学基础工业训练中心（以下简称训练中心）深刻意识到，实践教育不应是理论课的附庸，而应是工科专业学习的“压舱石”和“指南针”。通过持续的教学模式迭代，训练中心确立了“以实践为根基、以创新为动力，以思政为灵魂”的“三位一体”育人导向。

透视当前高校工科专业教育的微观现状，我们发现学生在专业学习路径上仍面临着三个维度的“深层瓶颈”，这些瓶颈构成了从“工科学生”向“卓越工程师”跨越的隐形藩篱。

一是“符号化学习”与“物理现实”脱节导致的认知空化。在传统的工科专业课程学习中，学生长期沉浸在“符号驱动”的学习范式里。课堂教学往往依赖于高度简化的数学模型和理想化的物理边界，学生习惯于在已知参数下推导唯一解。这种“黑盒式”学习导致了严重的认知偏差：学生对材料在极端工况下的非线性力学行为、热处理过程中的微观组织演变、精密装配中的公差累积与干涉等工程问题缺乏直观感受。这种现象被学术界称为“认知空化”^[3]。当学生面对真实的工程场域时，往往发现书本上的完美公式被充满噪声的现实数据所击碎。缺乏工程直觉的工科生难以在设计源头考虑制造的可能性，导致创新往往止步于图纸。因此，如何通过高质量的实践供给，让知识在指尖产生“体感”，将“符号化认知”转化为“具身化理解”，是专业学习面临的首要挑战。

二是“学科孤岛化”与“系统综合需求”脱节导致的思维狭窄。现代工程项目已演变为融合了机械、电子、算法、材料、能动等多个领域的复杂巨系统。然而，现行的专业培养方案仍带有明显的工业时代分工痕迹，知识被切割为彼此独立的课程模块。学生虽然在各自的“学科孤岛”内掌握了深厚的理论，但在面对真实的系统性任务时，往往表现出全局意识的匮乏。在真实的工程实践中，往往没有所谓的标准答案，只有在成本、进度、性能、可靠性与环境伦理之间的多维权衡。学生习惯于寻找局部最优解，却往往在系统集成阶段遭遇滑铁卢——“会算不会做，会修不会创”。这种系统思维的缺失，使得工科学生在面对新质生产力下跨界融合的工程挑战时，显得后劲不足。现实急需一种能够打破学科壁垒、模拟真实工程约束的实践环境，来重塑学生的系统工程观。

三是“工具理性”与“价值灵魂”脱节导致的导向偏差。受长期以来“重技术、轻人文”教育惯性的影响，部分学生倾向于将专业学习窄化为一种获取就业筹码的工具，陷入了“工具理性”的迷雾。他们关注算法的效率、结构的强度，却往往忽视了技术背后的职业操守、劳动价值以及“大国重器”背后的家国使命。如果思政教育仅仅停留在课堂上的理论宣讲，而脱离了工程实践的真实土壤，极易产生“两张皮”的尴尬局面，难以触及学生的职业灵魂^[4]。工程师的职业伦理不是空洞的口号，它蕴含在对微米级精度的执着追求中，蕴含在对安全底线的绝对坚守中，蕴含在对“中国制造”由大变强的使命担当中。在“大思政”格局下，如何将劳动精神、工匠精神、科学家精神有机融入工程实践的硬核训练中，实现价值引领与技术赋能的同频共振，是工科育人必须回答的时代课题。

近年来，训练中心大力推动从传统“金工实习”向现代“工程创客”模式的跃迁^[5][6]。这一跃迁不仅是设备与技术的升级，更是教育哲学的重构：试图通过“全链条、真场景、强约束”的项目驱动，为学生补齐专业成长中最关键的现实拼图，让每一位未来的工程师在真实场景中，通过亲手触摸材料、亲历系统调试、亲悟职业伦理，完成从“求知者”向“创造者”的华丽蜕变。

一是推动范式迭代：从“技能实习”向“工程创客”转变。训练中心通过范式变革与路径创新，构建了一个全方位赋能专业学习的工程生态。中心深刻把握工程教育发展的内在逻辑，完成了从传统手工技艺培训向数字化、智能化、系统化创新的范式转型。在基础层面，中心坚持夯实制造根基。基础层面的机床操作和工艺训练，学生不仅是技能习得，更是对物质性的深刻感知。通过金工实习中对微米级精度的硬性要求，学生在汗水中理解了“差之毫厘，谬以千里”的职业准则。在进阶层面，积极强化数字赋能，引入数控加工中心、工业机器人、数字化工厂等前沿技术，将信息科学与机械制造深度融合，让学生感受新质生产力对传统产业的重塑。依托国家级创新创业教育实践基地，构建了“发现问题、设计方案、原型开发、迭代优化”的工程创客教育模式。

二是定制项目制教学：在真实约束中重塑工程逻辑。针对清华大学不同书院的学科特点，训练中心设计了系列高挑战性、强约束、全流程的项目，使学生在实践中实现理论的融会贯通。在面向笃实书院开设的“设计与制造工程训练”中，训练中心构建了一个模拟深空探测的约束环境。学生团队必须在严苛的重量上限与功耗红线内，独立完成火星车的结构优化与运动算法。这种强约束迫使学生走出理论课中参数无限可调的幻想，转而面对硬件性能与软件算法之间的互斥。在研发过程中，学生需要不断在车身轻量化与结构强度之间寻找动态平衡。这种从图纸到实物的反馈，让学生深刻理解了机械原理、控制理论在物理实体中的耦合关系。面对模拟地形中频发的机械故障，学生学会了在挫败中复盘，这种对工程细节的穷举式钻研，正是卓越工程师必备的执着品质。针对探微书院学生的化工背景，训练中心定制了实验室机器人开发项目。该项目旨在消除工科学习中专业越学越窄的问题，要求学生设计并物化一套智能实验室机器人。这不仅涉及化工工艺流程的编排，更涉及精密机械驱动、传感器集成以及底层电控逻辑。这一过程打破了化工专业学生只关注反应流程、不关心底层硬件的认知盲区。通过亲自编写逻辑、设计传动结构，学生实现了从孤立知识向系统集成能力的跃迁。这种跨学科的创新，极大增强了学生在未来解决复杂工业场景下卡脖子问题的底气。同时，学生在解决效率痛点的过程中将人文关怀融入机械结构，使技术向善的工程伦理在实践中自然生长。

三是嵌入“课程思政”：在劳动与创造中升华价值认同。训练中心坚持将思政教育深度嵌入每一道工序、每一个零件，通过打造独具特色的“i劳动”育人品牌，实现了从知识传授到价值引领的自然跃迁。在工程训练的全过程中，思政不再外在于技术，而是表现为职业素养的具身化。中心将安全生产、精益求精、尊重客观规律确立为不可逾越的“隐形红线”，将枯燥的规章制度转化为学生的内在行为准则。在精密加工环节，面对因操作不当或精度超标而不合格的零件，不仅要求学生重新复盘技术流程，更引导其进行关于职业伦理的深刻反思。学生通过亲手纠正微米级的误差，深刻体悟到“工程师的诚实”是工程安全的第一道屏障。这种在真实问题中反复锤炼出的严谨作风，将抽象的工匠精神转化为可触碰、可复现、可传承的职业肌肉记忆；而工艺优化、参数迭代、流程再造等持续实践，则使创新意识真正落地为有技术根基、有责任边界的实战能力。

同时训练中心还积极开展“大国工匠进课堂”等活动。当大国工匠、全国劳模、华能国际电力股份有限公司德州电厂检修部主任技师程平在教学现场演示“在受限真空罩内，双手悬空于刀刃之上完成堆焊操作”的焊接绝技时；当石化工程焊接领域“女掌门”、中石化第四建设有限公司全国劳模李雪梅针对炼化工程领域典型装置关键设备的焊接“卡脖子”技术进行了全面解析；当大国工匠、全国劳模、航天科工集团二院283厂曹彦生在现场演示“在数控机床上，以0.02毫米极致精度雕琢导弹空气舵”的加工绝技时，技术本身即成为最雄辩的价值宣言。这些“亮绝活”场景，远胜千言说教，让学生在惊叹于毫厘之功的同时，真切触摸到“执着专注、精益求精、一丝不苟、追求卓越”的工匠精神实质。

劳动价值的多元表达则是训练中心实现育人目标的另一核心维度。通过“iGarden劳育基地”智慧微花园的生态建设和“清研爱劳动”系列工作坊，中心成功将传统的木工、焊接等制造工艺与校园微景观美化、国家级非遗传承进行了深度结合。在这种创造性劳动范式下，学生掌握的不仅是工具的使用方法，更是在通过劳动成果改善校园环境、服务他人诉求的过程中，完成了对“劳动最光荣”这一核心价值观的深度内化。劳动不再是单纯的体力支出，而是一种连接自我与社会、技艺与美学的纽带。当学生看到亲手焊接的构件成为校园一角的生境景观时，这种从“造物”到“造境”的转变，极大地提高了他们的自我效能感，使学生在创造性劳动的获得感中，自发确立起尊重劳动、崇尚实干的价值取向。

通过在训练中心的深度沉浸，学生在专业成长上获得的质变并非简单的技能叠加，而是底层思维逻辑与价值体系的全面重构。

一是认知维度的深化：从“符号化学习”向“具身化理解”的跨越。认知科学的研究成果表明，人类的认知过程并非独立于身体之外的纯粹逻辑运算，具身参与能极大提升个体对复杂概念的理解深度。在传统的工科课堂上，学生接触的是高度抽象的动力学公式或复杂的信号处理算法，这些知识往往以“符号”的形式悬浮在脑海中，缺乏物理根基。然而，在训练中心的实践场域里，当学生在机械制造实习中亲手处理切削过程中的自激振动，或是在调试火星车动力系统时遭遇因反电动势导致的电机失速问题，那些枯燥的公式瞬间获得了生命。这种从指尖传导至大脑的“体感”，让学生建立起一种极其珍贵的“物理直觉”。他们开始意识到，参数的微小变动在物理世界中会产生何种连锁反应。这种具身化的理解是任何精密的数值模拟或三维仿真都无法完全替代的，它将原本平面的书本知识立体化，为后续高阶专业课程的学习打下了稳固的感性底座，使学生在未来的科研中能够迅速看透现象背后的物理本质。

二是思维维度的重塑：从“线性求解思维”向“系统统筹思维”的演进。工程实践的本质不仅是“做东西”，更核心的是“做决定”。在真实的工程项目中，学生面对的不再是课后习题中给定的单一变量，而是一个相互耦合甚至彼此冲突的复杂变量场。在火星车研发或智能机器人制作的过程中，学生必须在结构刚度、系统功耗、开发周期、材料成本以及环境伦理之间进行折中与平衡。这种思维训练迫使学生打破单一学科的封闭边界，用“系统工程”的视角俯瞰整个项目链条。在这种范式下，学生逐渐建立起一种能够包容非技术因素的系统思维框架。他们会意识到，一个在理论上效率最高的算法，如果对硬件资源消耗过大导致续航崩溃，那么在工程层面就是失败的。这种从局部最优转向整体可靠的思维进化，帮助学生构建了完整的知识体系，使他们能够理解机械结构、电控逻辑与算法指令之间是如何在相互制约中实现系统涌现的。这种系统统筹能力，正是培养卓越工程师和战略科学家最核心的软实力。

三是动力维度的驱动：从“外部被动灌输”向“内生主动探究”的转变。在传统的教学评价体系下，学生往往处于被动接收知识的状态，学习动力多来源于考试压力或就业焦虑。而工程实践中的挫折与挑战，往往是激活学生主动学习兴趣的最佳催化剂。当学生在制作番茄采摘机器人时，发现原本完美的视觉识别算法在多变光照下频频失效，或者设计的机械臂抓取力矩无法满足实际载荷时，这种挫折教育会使失败转化为极强的求知欲望。在成果导向教育（OBE）逻辑的驱动下，学生会产生强烈的内源性渴望，去主动查阅前沿文献、请教老师、钻研理论细节，试图通过知识的再学习来解决眼前的难题。这种由“解决真问题”引发的学习革命，彻底改变了专业学习的被动局面。学生不再是知识的被动容器，而是成长为具备高度自主性的探究者。他们在一次次“失败-反思-再实践”的循环中，体验到了知识物化的巨大成就感，这种成就感不仅固化了专业知识，更激发了学生投身科技创新、攻克国家“卡脖子”难题的原始驱动力。

工程实践教育是工科专业学习的压舱石。它以“动手实践”为引子，以“解决问题”为核心，以“思政育人”为灵魂，在汗水与零件之间，为工科学生搭建起通往卓越工程师之路的坚实桥梁。实践证明，思政教育不是专业教育的“补充选项”，而是育人的“刚需要素”，更是工程实践教育中最鲜活的育人载体-以焊枪与刀具为教鞭、以零件为教案、以失败为案例，在真实工程场景中完成价值观的“硬核交付”，让思政教育真正完成了从“入耳”到“入脑”再到“入行”的全链条贯通。未来，应继续深耕这片沃土，让匠心在实践中闪耀，让青春在强国征程中结出硕果。

本文系清华大学本科教育教学改革项目“面向为先书院的科技产品创新实践课程建设与探索”（DX07_02）的阶段性成果。

参考文献：

［1］于成文．高等教育助力社会主义现代化强国建设的路径探索［J]．北京教育（德育）,2022(06)．

［2］怀进鹏．为全面建设社会主义现代化国家贡献强大教育力量［N]．光明日报，2022-11-30(04)．

［3］崔延强，何臾熹．大语言模型赋能大学知识生产的模式建构与路径优化［J]．大学教育科学，2025(05)．

［4］石娟，倪松平，产教融合视域下管理学研究生思政建设研究［J]．高教学刊，2026(06)．

［5］李双寿．新时代新业态新工科工程训练教学体系创建［J]．高等工程教育研究，2023(01)．

［6］杨建新，张琦，梁雄，等.产业牵引、项目驱动的工程实践通识课程建设与探索［J]．大学教育，2025(06)．

编辑：张琪琪

审核：汤彬