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STEM背景下的跨学科研究生培养改革探究与实践 ——以船舶与海洋工程学科为例
发布时间:2021-11-01 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
STEM背景下的跨学科研究生培养改革探究与实践
——以船舶与海洋工程学科为例
  姜丹,任良棋,李鑫  
(重庆交通大学,重庆,400074)
[  ]分析了跨学科研究生培养探索与实践中普遍存在学科间壁垒严重,跨学科教育资源流通效率不高,管理考核机制不完善等共性问题。以船舶与海洋工程学科为例,结合美国研究型大学跨学科研究生培养的路径实践,从辐射式研究生课程体系、以平台为支撑的跨学科组织以及能力为导向的管理考核机制等方面对跨学科研究生培养改革途经进行了探讨。
[关键词] STEM;跨学科组织;开放平台;管理考核机制
[基金项目]2018年度重庆市研究生教育教学改革项目“交叉学科课题导入式专业学位研究生培养模式研究”(yjg183087)
[作者简介]姜丹、1988年2月28日、女、汉族、湖北、工学博士、重庆交通大学航运与船舶工程学院、讲师、海事安全工程及海事可持续发展,交叉学科研究生培养
 
 
一、研究背景
21世纪复合型工程人才应具备快速掌握新知识技能、收集和评估信息以解决复杂工程问题的能力。各国教育实践表明,STEM(Science, Technology, Engineering and Mathematics)教育有助于培养学生的科学探究能力、创新意识、批判性思维、信息技术能力等工程类人才必备的技能和创新能力。STEM教育六大愿景之一为“包含用跨学科方法解决‘大挑战’的教育经验”,旨在通过将跨文化、跨专业合作的方法和内容引入到STEM教学中,整合教育经验和资源,用跨学科方法解决真实世界的难题和挑战[1]
随着人类社会向智能化、复杂化和综合化方向发展,当今重大工程问题呈现高度的综合性和跨学科性,单一学科、技术或专业无法系统地认识问题并提供完整的解决方案,需要使用跨学科的理论与方法来研究和解决复杂问题。为适应社会变革和经济发展需求,世界各国均对跨学科研究和研究生培养高度重视。例如美国哈佛大学、麻省理工学院等高校近年来都投巨资建立了跨学科研究中心;英国所塞克斯大学突破传统的学科组织形式,以新型学科替代了传统院系组织形式。我国《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》提出“推动高校创新组织模式,培育跨学科、跨领域的科研与教学相结合的团队。优化学科专业、类型、层次结构,促进多学科交叉和融合”等要求。目前,STEM教育受到世界各国政策层面上的重视,但推广过程中仍存在政策上缺乏顶层设计、跨学科师资缺乏、组织机制无法保障与社会资源整合不足等共性问题。突破现有单一学科框架,开展跨学科合作研究与研究生教育是解决社会难题、增强国家核心竞争力的战略举措,也是研究型大学进行研究生教育改革的重要途径[2]。我国研究型大学跨学科研究生教育尚处于探索期,打破学科界限,促进跨学科整合与资源共享,建立不同学科广泛参与的组织机制,是推进我国高校跨学科研究生培养亟需解决的问题。因此,本文旨在通过分析美国大学跨学科研究生培养路径,以船舶与海洋工程学科为例,从跨学科知识获取、跨学科组织平台以及研究生管理考核机制等方面探讨跨学科研究生培养改革途经,从而为工程类研究生跨学科培养模式的优化与完善提供借鉴和参考。
二、船舶与海洋工程学科概况
《中国制造2025》战略文件于2015年5月由国务院正式印发,其中重要指导思想包括以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级。该战略将海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一,为我国海洋工程领域发展指明了方向,也为船舶与海洋工程专业人才培养提出了新要求。随着国家海洋战略的提出,船舶与海洋工程学科近年受到社会各界广泛关注,国内多所综合性大学、“985”院校加大投入建设船舶与海洋工程研究院或学院。清华大学深圳研究生院联合精密仪器系和地球系统科学研究中心共同建立了海洋技术研究中心,浙江大学和浙江省斥资60亿成立了海洋研究院并建立了海洋领域交叉人才培养平台。上海海事大学、宁波大学、大连海事大学、哈尔滨工业大学威海校区也相继整合并组建海洋工程类学院。截至2018年,我国开办船舶与海洋工程专业的院校共31所,其中具有硕士及博士学位授权一级学科的单位共16所。2008-2018年十年间,共有10家单位在工学门类开设了船舶与海洋工程学科。船舶与海洋工程一级学科下包括3个二级学科,分别为船舶与海洋结构物设计制造、轮机工程和水声工程。为适应船舶制造业数字化、网络化和智能化的发展趋势,船舶与海洋工程学科人才培养方向在顺应产业发展过程中不断调整。
三、STEM教育模式下跨学科研究生培养改革途经
STEM教育起源于1986年美国国家科学委员会发布的《本科的科学、数学和工程教育》报告,澳大利亚、英国、日本与科技政策相关的官方报告均强调了STEM 高等教育对社会经济发展的重要作用[3,4]。STEM教育通过融合科学、技术、工程和数学领域的知识和技能,被视为推动社会科技创新的主要动力。研究生作为高等教育最高培养层次的学习者和社会科技进步的创造者,是STEM教育的最佳实践者。跨学科研究生教育是推动知识增长和科技进步的内在驱动力,也是融合STEM教育内涵实现教育创新改革的重要途经。近年来,我国已有部分高校开展跨学科组织的探索与实践。浙江大学研究生院依托海洋研究院、海洋学院和涉海学科协同建设了海洋领域交叉人才培养平台,并招收不同专业背景的硕士或博士研究生开展多学科交叉学术问题研究。哈尔滨工程大学设置了“智能水下机器人”、“海洋观测”、“冰下信道认知”等若干交叉学科培养方向,通过联合相关跨学科院系开展学科交叉博士研究生培养。
(一)构建“辐射式”研究生课程体系
对于跨学科研究生培养来讲,跨学科课程设置是跨学科研究生知识储备的关键环节。目前,我国高校研究生教育课程体系大致按学科建立,课程内容通常建立于学科系统性和知识完整性之上。然而,传统基于知识属性分类的课程体系无法满足跨学科研究生创新思维和实践能力的培养。跨学科研究生课程体系应打破课程的拼盘化局面,充分考虑多学科知识的交叉与融合,在广泛的跨学科界面中激发创新意识,促进新知识的增长。优化课程体系,建立开放式课程共享平台,充分实现各学科教学资源的高效利用,实现从单一学科背景下的专业对口教育,向学科交叉与综合背景多元化教育转变,引领学生以创新的思路和跨专业的角度去发现问题、提出问题和解决问题。
船舶与海洋工程学科作为一门典型的STEM学科,数学是学科的基础,力学是学科的重要支撑,其跨学科界面涵盖材料、机械、通信、环保等多个工程领域。为进一步培养多学科交叉的高素质复合型工程人才,部分高校已开始探索和实践跨学科人才培养模式。哈尔滨工程大学在传统学科课程体系基础上,结合学科最新科研方向及行业发展重点领域,开设了遥控潜水器技术、水下目标探测识别技术等一系列学科前沿课程。上海交通大学密西根学院打破专业壁垒,在六大基础专业外组建设计与制造、机电一体化、通信网络与控制、结构与材料等九大交叉学科组,构建以本学科为主线、相关学科为辅助的多学科交叉知识网络体系。结合当前船舶与海洋工程专业研究和发展方向,建立于交叉学科课程体系框架基础上的跨学科课程体系设置如表1所示。船舶与海洋工程学科核心课程模块主要由数学、计算机、力学、工程管理以及科技论文写作五个子模块组成,子模块下设具体核心课程。结构型课程模块则根据该学科特色研究领域设置支撑学科的主干课程,具体细分为船舶与海洋工程结构、船舶与海洋工程先进制造、船舶设计、水声工程和轮机工程五个方向。拓展型课程可根据各高校船舶与海洋工程专业特色及未来发展趋势灵活设置。
 
(二)基于平台架构的跨学科组织模式
跨学科研究生培养不同于传统研究生,其逻辑起点是培养能够解决复杂性跨学科问题的研究生,开展跨学科研究生培养需要规避传统的学科组织障碍,同时需要整合既有的学科资源[5,6]。因此,跨学科研究生培养的关键问题在于如何打破既有学科组织藩篱的限制,联通跨学科资源和信息交流,为跨学科研究生营造灵活包容的学习空间。宏观层面上的跨学科组织形式为学科交叉研究生培养提供了有力的外部框架,而其内部平台架构和资源流通对于跨学科研究生培养的有效实施至关重要。建立合理的平台架构可充分发挥跨学科组织的优势,最大限度实现导师的自由流动、信息和知识的高效流通以及资源的优化配置和跨学科共享。跨学科研究生培养的主要构成要素包括课程教学、科研训练、导师团队、制度规范以及资源配置。因此,跨学科研究生培养的内部平台架构应充分考虑以上要素,结合大学自身组织模式和交叉学科特征,协调院系间的职能部门和管理机制,实现跨学科研究和人才培养的双重功能。跨学科研究生培养平台架构如图1所示。

图1 跨学科研究生培养平台架构
跨学科研究生培养内部架构主要由课程开放平台、课题开放平台、实验室开放平台、导师共享平台以及学术交流平台共5个平台构成,其中导师共享平台和学术交流平台是跨学科研究生培养的引擎平台,是连通跨学科资源及研究生培养的信息处理器。
(三)建立能力为导向的管理考核机制
目前,我国研究生培养管理考核机制通常为三级运行架构,即学校制定研究生教育总体方针并负责学位授予,研究生院负责研究生培养中间环节的协调与监管,学院及学科则具体制定、实施研究生培养方案,并设定考核标准。研究生考核机制主要由课程考核、科研能力考核及论文答辩等环节组成,各院系与学科通常设有研究生管理办公室对研究生培养过程及考核进行管理。不同于传统研究生教育,跨学科研究生培养主要存在以下三方面差异:一是跨学科研究生除重视核心知识深度外,亦重视知识的广度和知识的融合。二是研究生指导通常采用多学科导师小组制,培养过程将涉及多个学科的不同培养环节。三是跨学科研究生学位论文选题通常为跨学科议题,即属于单一学科无法解决的复杂性问题。鉴于跨学科研究生培养的以上差异特征,跨学科研究生要获得最终学位须经历严格的资格审查及考核过程。船舶与海洋工程专业属于STEM教育范畴,考核机制的设置应融合科学素养、技术素养、工程素养及数学素养等要求,在综合性、多元化原则基础上,创新考核方式,丰富考核目标,建立并完善研究生评价制度与体系。
 
[参考文献]
[1] 金慧, 胡盈滢. 以STEM教育创新引领教育未来——美国《STEM 2026:STEM教育创新愿景》报告的解读与启示[J]. 远程教育杂志, 2017, 35(1):17-25.
[2] 陈翠荣, 李冰倩. 密歇根大学跨学科培养研究生的理念基础、实现途径及面临的挑战[J]. 外国教育研究,45(338): 3-14.
[3] National Science Foundation.A History in Highlights 1950-2000, K12 and Undergraduate Education[EB/OL]. [2016-12-11]. https://www.nsf.gov/nsb/documents/2000/nsb00215/nsb50/1980/k12.html.
[4] 山田礼子, 张文雅(译). 比较视角下STEM高等教育政策与STEM项目跨学科趋势研究.中国高教研究,2019,(2): 86-91.
[5] 焦磊, 谢安邦. 美国研究型大学跨学科学术组织的建制基础及样态创新[J]. 中国高教研究, 2019, 305(01):64-69.
[6] 焦磊. 美国研究型大学培养跨学科研究生的动因、路径及模式研究[J]. 外国教育研究, 2017(03):17-27.
 Exploration and Practice of Interdisciplinary Graduate Training Reform in STEM Background
 
 —— A Case Study of Ship and Marine Engineering
 
 Jiang Dan, Ren Liangqi, Li Xin
 
 (Chongqing Jiaotong University, Chongqing ,400074)
 
Abstract: this paper analyzes the common problems of interdisciplinary barriers, inefficient circulation of interdisciplinary educational resources and imperfect management assessment mechanism in the exploration and practice of interdisciplinary graduate training. Taking ship and ocean engineering as an example, combining with the path practice of interdisciplinary graduate training in American research universities, this paper discusses the reform of interdisciplinary graduate training from the aspects of radiation-based graduate course system, platform-supported interdisciplinary organization and ability-oriented management assessment mechanism.
 
 Keywords: STEM; interdisciplinary organization; open platform; management assessment mechanism