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新工科研讨（六）：佐治亚理工学院工程学院的“重大挑战”学术项目概况

来源：中国科教评价网发布时间：2021-01-21 11:04
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佐治亚理工学院工程学院的“重大挑战”学术项目概况

2008年，美国工程学会提出21世纪工程和科学领域面临的14个重大挑战，涉及教育、虚拟现实、医疗保健、大脑和能源多个领域。麻省理工学院工程学院设置了“重大挑战”学术项目（Grand Challenge Scholars Program），向招收的最优秀学生提供专业课程、合作课程和课外实践相结合的专业培训，研究生可以在导师的帮助下设计学习计划，学习计划需要涵盖研究项目、跨学科项目、创业、多元文化和社会意识五个要素。

14项重大挑战的具体内容

(1)促进个性化学习

传统的教育方式推崇统一的教学模式，没有照顾到不同学习者的学习需求。在科技传媒学习系统得到广泛应用的时代，为学习者提供更加个性化的学习成为可能。设计并开发创新的、应答的系统优化学习体验是工程教育中面临的主要挑战。

(2)大脑逆向工程

工程和神经科学交叉融合，并运用到健康保健、制造业和沟通领域中。在全面挖掘大脑潜力的过程中，人学会了让机器学习、思考，理解大脑机理是在技术领域中运用的第一步。测试并分析神经系统信号的复杂性、动力、路径和反馈环是巨大的挑战。

(3)工程师优化医药研发

工程师可以利用基因信息、身体中的感官变化开发新的系统，测试新药物、开发疫苗。将基因信息和临床数据结合起来研发个性化的医药也成为可能。研发个性化医药主要基于对身体系统对蛋白质的反应以及身体的生物化学反应的深层次认识。工程领域的重要挑战是研发快速分析、诊断不同药物能够快速被识别并能够快速应用的方法。

(4)建立人体健康信息系统

获取、管理、运用信息促进人体健康管理能够极大地提高医疗和公共卫生领域的工作质量和效率。信息系统能够保护公共安全，同时也需要防止信息的误用。

(5)恢复和完善城市结构

高级材料的研发和设计能够改善交通、能源、水资源和废弃物系统，有利于建设更加可持续发展的城市环境。工程师也应投身环境友好型城市建设。

(6)网络空间安全

电子计算和交流带来的网络空间安全问题是工程师面临的最棘手的问题之一。在金融和军事领域，网络空间安全问题频发，引发了严重后果。开展全方位的网络保护为工程师提出了挑战。

(7)提供清洁的水资源

缺少清洁的水资源对人类的威胁远远高于战争。目前，全球有六分之一的人无法获得清洁的水资源。提供充足的清洁水源是工程师的重要挑战。

(8)从聚变中提供能源

主要工作目标是在保护环境的前提下促进人造能源的商业化应用。

(9)阻止核威胁

核问题不仅是政治问题，也是技术问题。工程师需要寻找世界上所有具有危险性的核物质，并开展跟踪管理和保护，避免被恐怖主义分子利用。

(10)土壤氮循环管理

在不使环境退化的情况下保持食物供应的可持续发展需要采用更科学的方法开展土壤氮循环管理。工程师要通过优化施肥技术帮助维持氮循环和储存营养之间的平衡。

(11)开发碳回收方法

日益严重的碳排放加剧了全球变暖，减少碳排放刻不容缓。工程师们需要开发回收、利用、处理碳的方法和工具。

(12)工程师助力科学发现

重要的科研任务和科学发现往往需要工程师开发工具并提供其他相关支持。工程师需要一如既往地加强与科学家的联系，共同探索自然界的未解之谜。

(13)使太阳能能源更加经济化

目前太阳能占人类能源来源的比例不足1%，但太阳能能够提供的能源远非如此。开发利用太阳能是今后的重要课题。

(14)提升虚拟现实技术

虚拟现实技术能够用于培训、治疗、交流等领域。针对虚拟现实技术，工程领域遇到的挑战是提高虚拟现实的分辨率，增加真实感，提供声音、触觉和动画之间的真实性和互动性。

“重大挑战”学术项目的实施方法

学生根据自己的研究兴趣选择一项“重大挑战”作为学习和研究内容，与佐治亚理工学院的教授共同制定个性化的培养方案。核心培养目标是达到以下5项能力。

第一，创新技术解决方案的科研能力

第二，多团队多视角合作的跨学科能力

第三，创新解决方案的创业能力

第四，理解潜在文化内涵的多元文化能力

第五，对社会产生积极影响的社会意识

学生一旦选择了“重大挑战”学术项目，入学后会与有相同兴趣的学生组成团队共同学习，并在教授的带领下开展相关的社会实践学习，培养成为行业技术骨干和管理者的能力。在学习过程中，每学期至少参加一项专业学术或实践活动，并以数字化的形式在网络等公开的渠道发布。完成学业后，学生可以获得项目认证证书和国家工程学院重大挑战项目专家的推荐信。

（浙江高等教育研究院供稿）