“中国第一所现代大学”，有一场未来工科教育实验

“认知增强意念小球”实验

撰文｜李想俣‍

在天津大学卫津路校区刘瑞恒楼的一间电子工程实验室，18名学生正在软件中绘制电路板图纸，准备制作一套能够同步采集脑电、心电和肌电信号的神经信号采集系统。这堂课的老师没有站在讲台上讲课，而是在实验室里穿梭回答问题。

这些学生并非研究生，他们还在上大二。而这个场景，发生在天津大学2024级本科脑机班的项目课上。这个班，也被称为中国脑机“黄埔一期”。

今年4月，天津大学获得教育部批准，在全国设立首个脑机接口本科专业。而在此前的2024、2025年，该校已从数百名大一新生中招收42名进入生物医学工程专业的脑机接口方向，即脑机班。

比“全国首个”更值得关注的，或许是一个连行业边界都还在不断扩展的新专业，究竟该怎样培养本科生？

按照天津大学官网的说法，天津大学的前身北洋大学1895年10月建立，是“中国第一所现代大学”。其创办者盛宣怀提出过一句后来被天大人反复提及的话：“自强首在储才，储才必先兴学”。

在天津大学副校长明东看来，这12个字揭示了教育、科技与人才之间一体推进的逻辑关系：技术创新首先要储备人才，而人才培养又离不开专业和学科建设。

“现在脑机接口真正缺的不是应用场景，也不是资金，而是供给侧的成熟。脑机接口自强，首在储才。脑机接口储才，必先兴学。”明东告诉《知识分子》，“供给侧成熟包括技术链和人才链的成熟。技术链成熟高度依赖于人才，而人才培养又必须靠专业和学科建设来支撑。”

在他看来，天津大学设立脑机接口本科专业，是在回应一个当下已然出现的巨大人才缺口。

一个更大的问题被摆在这所中国最早的现代大学面前：当脑机接口等未来产业建立在多学科深度交叉基础上时，过去以单一学科为边界、按课程组织的人才培养模式是否仍然有效？

传统的学科培养模式和学生就业压力凸显，叠加国家发展新质生产力等多元变化，正对工科教育提出新要求。近年来，多所高校相继布局新工科建设。作为全国新工科建设工作组组长单位，天津大学也在寻找自己的答案。

从某种意义上讲，全国首个脑机接口本科专业，也是关于未来工科教育的一次实验。

从“先学后做”到“做中学”

过去数十年，中国工科教育大体遵循相似路径，先学习基础理论，再进入专业课程；先完成知识积累，再进入实践环节。

但脑机接口的出现正在挑战这种逻辑。这个领域既需要电子工程、计算机科学、人工智能等工科知识，也离不开神经科学、医学。不同学科知识并非按照课程顺序依次出现，而是在解决具体问题时同时发挥作用。明东将其概括为“新工科”与“新医科”的典型交汇。

因此，天大脑机班从诞生之初就试图打破传统“先学后做”的培养路径。“学中做，做中学。”这是该专业老师反复提及的一句话。

“项目课是以一个真问题的需求去学相关的知识，能让学生知道某一知识点如何运用到实践，这样学生的学习体验会更好、反馈也会更强。” 首届脑机班班主任王坤告诉《知识分子》，脑机接口专业培养最鲜明的特点是贯穿四年的项目式培养体系。

大一下学期，学生便会接触“认知增强意念小球”项目。这是一个最基础的脑机接口系统。学生需要采集脑电信号，通过算法处理后控制风洞中的小球，使其稳定漂浮，误差需控制在2厘米内。

到了大二，项目升级为“多模态神经信号采集系统”。学生需要自主设计电路，实现脑电、心电、肌电等多种信号的采集、同步传输和显示。如今2024级脑机班的李同学正在进行这一阶段的工作。“整个系统的电路都是我们自己设计的。”他说，“画完板之后还要打板、焊接，再不断调试。”

大三阶段进入脑控机器人项目，大四则进一步接近真实产品开发、落地。项目由简入繁，脑机控制维度越来越多，信号处理难度也越来越高。

《脑机接口导论》课，体验脑机实验

“做项目的难度还是挺大的。我们大一做认知增强小球，需要自己搭硬件。当时还完全没有接触模拟电路、数字通信、信号与系统、数字信号处理等课程，就直接上手做这个项目。做完之后，当我再去学这些知识，就觉得书本上哪些知识要在什么实际场景中应用非常一目了然。”

在王坤看来，这正是项目课程的价值所在，项目驱动能让理论知识获得明确的问题导向。

“脑机接口需要什么知识，我们就教什么知识。”这是对项目式学习最直白的概括。但在明东看来，脑机班的培养体系依然扎牢课堂基础知识，“它其实是传统教学模式的升级，新兴教学模式的迭代。”

明东认为，项目制具有两方面功能。第一是“融”，把原本分散在不同课程中的知识，通过项目进行融通。电子电路、信号处理、神经科学、人工智能不再是彼此孤立的课程，而共同服务于一个真实问题。第二是“求”，相比传统课堂中教师单向的传授知识，项目制要求学生有更主动的求索精神和能力，对项目需要但属于课堂以外的知识主动求索。

“已有的专业基础课的知识怎么融？未知知识怎么求？项目制就是把这两件事打通。”明东说。

大二开始，过上“准研究生”生活

如果说项目课重构的是课堂，那么本科生研究计划重构的则是探索本科教学与科研融合的新模式。

在脑机班，每名学生都会参与“脑语者”本科生重大研究计划。进入大二后，脑机班的学生可以选择感兴趣的研究课题和导师。每位学生都需要在两年中完成开题、中期检查、结题答辩以及全过程考核。

为了完成课题，李同学每周都会接受课题组博士生师兄三四个小时的指导。而此前，他需要通过自学来补齐项目所需要的知识。这种培养模式让学生很早便接触到研究生阶段才会经历的科研训练。与导师沟通、制定研究计划、阶段性汇报等原本属于研究生的科研日常，被提前搬到了本科阶段。

在王坤看来，本科生最大的优势是成长时间。如果从本科阶段就进入科研轨道，未来进入硕、博士阶段就能够迅速研究更深的问题。这也正是本博贯通培养的重要逻辑。

2024级脑机班同学在老师指导下调试设备

当然，提早过上“准研究生”的生活，也意味着压力。“现在我掌握更多的是实践经验，对理论知识的理解未必透彻。特别是电路，很多内容还没有完全搞懂。虽然一些操作在实践可以奏效，能正常使用，但到底是什么原因并不清楚。”潘同学告诉《知识分子》。

在实践能力增强的同时，潘同学也会焦虑，从电路到最后的解码，会遇到很多问题，但对于如何解决问题，还没有特别系统的方法论。因此，同学们会倒回头再去补充理论知识，以及在尝试解决问题的过程中不断试错。

为什么要从本科开始培养脑机接口人才？

在天津大学医学院副院长杨佳佳看来，随着脑机接口的快速发展，传统工科培养模式的局限开始显现，培养周期过长。

“脑机接口的底层仍然是数理化，但同时又必须理解神经科学和医学。”过去，这类人才主要依赖研究生阶段培养，学生的本科专业分别来自计算机、自动化、电子信息、医学等，进入硕博阶段后再完成交叉融合。

“现在的知识迭代速度太快，如果等到研究生阶段才开始进入这个领域，可能无法在最有限的时间中，保持交叉领域培养的强度和精度。”明东直言。

杨佳佳估算，一名硕士阶段开始接触脑机接口的学生，往往需要6年以上才能博士毕业。对此，天津大学将研究生阶段的部分科研训练提前嵌入本科，制定6至8年的本博贯通培养路径。

这种思路与天津大学未来技术学院整体定位一致。今年，该学院面向全国招生600人，下设脑机接口等方向。学生达到规定培养标准后，可实现本博贯通培养。

如果说课程体系决定了学生学什么，遴选标准则折射了校方希望培养什么样的人。过去两年，脑机班一直采用校内二次选拔模式，学生需经笔试、面试筛选。

王坤表示，选拔最重要的并非知识储备。“知识现在获取相对容易。我们更关注的是内驱力、抗压能力和抗挫折能力。”

因此，在某种意义上，脑机班希望选拔的并不是最会考试的学生，而是最愿意不断解决问题的人。

脑机班所在的未来技术学院还采用达标制多元评价，只要达到培养方案规定标准，不需要卷“绩点”，即可获得相应的保研机会。

“我们不觉得末位淘汰的方法好，如果实施末位淘汰，同学们就内卷。评价考核达到水平就可以，这样同一个班的同学都能相互帮助，是协作关系，而不是竞争关系。”王坤说。

在她看来，脑机接口专业的很多任务需要团队协作。如果学生始终处于竞争状态，反而不利于创新。这种理念也逐渐塑造出一种不同的班级氛围。

“我们的关系远超其他班级。”李同学也告诉《知识分子》

这场实验中，同样在不断解决的问题还有专业的创办者。在校内教师们的回忆中，推动专业设立的过程远比外界想象的更紧迫。2024年4月，天津大学开始筹备脑机接口方向本科生培养，当年9月首届脑机班招生，仅用了5个月时间。

“当时我们都觉得这是一件非常难的事情。”王坤回忆说，“明老师特别着急，一直在推动这件事。那时我也会想，怎么这么着急？一定要在这个时间节点之前把事情做出来？”

直到脑机班真正运行起来之后，她才逐渐理解这种紧迫感。

“脑机接口不是未来的事情，而是当下的事情。现在真正缺的不是应用场景，也不是资金，而是供给侧中的人才链成熟。”明东说。

过去几年，无论产业界还是科研界，对脑机接口人才的需求都在快速增长。虽然产业规模尚未完全形成，但一批企业已经开始崭露头角，而专业人才供给仍然十分有限。脑机接口本科专业的设立，本质上正是在回应这种已经出现的人才缺口。

从20人到200人，挑战刚刚开始

更大的考验来自扩招。过去两年，脑机班在校内二次选拔，其中面试能够更直观地考察表达能力、逻辑思维、抗压能力，这些能力是高考成绩未必能体现的。

“思维能力很重要，如果一个学生很有逻辑，遇到问题能非常准地抓住核心，并且回答出来，那么一般动手能力也会比较好。”参加2025级脑机班面试评审的王坤这样总结。

但随着脑机接口专业正式获批，杨佳佳也坦言，按高考志愿录取会缩小学校对学生的筛选空间。

对此，明东表示，脑机接口专业的生源筛选整体是动态、双向选择的过程。如果学生进入专业后发现自己不适合，可能也会调整。其他专业如有更适合的优秀学生，也可以按需求转到脑机专业。

与此同时，培养规模也将快速扩大。据杨佳佳估计，今年报考脑机接口专业的人数可能超过200人。

报考人数水涨船高，问题随之而来，项目式培养高度依赖教师投入，导师制也需要大量科研资源，实验课程更是需要设备、场地和耗材支持。

“如何在学生人数增长的同时，还能保证完全达到24、25级小班的教学效果，这对我们是一个挑战。以前我们辅导大学生创新创业训练时，一个项目可能有5名学生，还是比较靠他们的主动性，自驱力强的学生就容易脱颖而出，但也会有同学在里面摸鱼，人一多就可能出现这种情况。”王坤坦言。

2024级脑机班同学“认知增强意念小球”实验成功时的场景

目前2024级脑机班的18名学生对应十几位导师，师生比在1:1到1:2之间。明东也表示，校方为投入目前为培养两级脑机班倾注的精力、师资和其他资源都很多，比对硕士研究生的投入还要更大。

另一方面，学生规模成倍增长，平均每位导师可能会被分配更多学生，同时需要高年级的优秀硕、博研究生协助指导。授课师资则是另一项挑战。脑机接口课程需要多学科的教师共同参与，如何建立长期稳定的教师激励机制，仍然有待解决。

此外，实验资源同样面临压力。如果学生规模从20人扩大到200人，实验室、设备和耗材的需求也将激增。

不过，明东介绍称，从师资队伍储备到实验教学条件保障，校方都已制定详细预案。课堂授课的挑战相对不大，即使学生规模增加，也可通过分班、分时授课等方式解决。压力主要集中在实践教学环节，学校会匹配更多教师，教师个人也需投入更多时间、精力。同时，教学条件也会按学生规模增加保障。

一场关于未来工科教育的实验

脑机接口本科班的同学，对自己的未来怎么想？潘同学表示，希望在更多学习、尝试后，再考虑选择学术或是产业。

而全国首个脑机接口本科专业能培养出怎样的人才，也有待时间和学生给出答案。招生规模扩张给师资和资源带来的压力已经显现，培养模式仍需不断优化。某种程度上，恰恰是这些不确定性构成了脑机接口这一新兴的本科专业最值得观察的地方。

明东表示，天大主张“脑机+”的人才培养模式，脑机接口学生首先需要系统掌握电子学、通用芯片、基础软件产品、关键底座系统等核心知识体系，作为横向能力。同时，每个学生还要结合情况，在集成电路、人工智能、临床医学、生物或智能医学工程、自动化、机械仪器等方向中选择一个重点突破。

“脑机接口涉及面太广，不可能什么都精通。本科只有四年时间，不可能面面俱到。有的学生对硬件感兴趣，我们支持他做芯片和系统；有的学生对软件和人工智能感兴趣，就向相应方向发展。这样学生既有知识的广度和宽度，又有知识的深度和厚度，即‘T字形’的人才培养模式。”明东说。

在天津大学卫津路校区刘瑞恒楼那间实验室里，18名脑机班大二学生正围绕一个个尚未完成的项目工作。他们的电路板或许需要返工完善，信号解码可能未必顺利，也还需要在不断试错中成长。但这些同学正和自己的老师们一起，开启一场意义重大的新工科教育实验。