中法合辦工程師教育的跨學科實踐

袁怡佳?鐘圣怡?歐亞飛?陸佳亮?邵凌翾?李萍?李真珍

摘 要：培養能夠從跨學科視角思考和解決問題的復合型人才是我國高等教育人才培養的一大宗旨。上海交通大學—巴黎高科卓越工程師學院借鑒法國工程師學院的教育培養模式，在預科基礎階段非常重視跨學科教育。本文介紹了學院在日常教學活動及項目式探究性學習中具體開展跨學科教育的做法，為我國高校如何更好地實行跨學科教育提供經驗和借鑒。

關鍵詞：跨學科；法國工程師教育；預科基礎階段

2012年上海交通大學與法國巴黎高科工程師集團（以下簡稱巴黎高科集團）開展合作辦學，創立了上海交大—巴黎高科卓越工程師學院（以下簡稱“交大巴黎高科學院”），旨在借鑒法國高等工程師學校的教育體系和先進理念，致力于培養符合當代社會發展需要的高水平工程師人才。法國高等工程師教育屬于精英教育體系，具有規模小、專業化程度高、重視實習實踐等特色[1]。此次合作辦學創立了獨特的“預科基礎階段+工程師階段”的人才培養計劃。學院學制為4+2.5年，其中最初三年的“預科基礎階段”不分專業，課程以數學計算機、物理化學為主，目的是使學生具備扎實的數理化基礎，構建全面完整的知識體系，具備獨立思考和解決問題的實踐能力。預科基礎教育階段對于學生而言，是后續的工程師專業階段乃至日后整個職業生涯的基礎，其重要性顯而易見。

跨學科是指打破學科的單一邊界，注重不同學科之間的聯系?？鐚W科教育是當前跨學科復合型人才培養的必然趨勢[2]?？鐚W科教育不僅能完善學生的知識體系，使學生用更寬廣的視角思考問題，而且還能激發學生的學習興趣，使他們覺得學有所用，繼而學有所樂。學習興趣是形成學習積極性和主動性的主要因素，它能激發學生的求知欲，促使他們不停地學習，并運用知識去解決實際問題。交大巴黎高科學院無論是在日常的教學活動中，還是在項目式的探究性學習中，都非常重視跨學科教育。

一、跨學科教學模式

交大巴黎高科學院引進法國工程師預科教育階段的大平臺教學制度，即在基礎教育階段不分專業、強調打下堅實的數理基礎，目的是培養學生能夠綜合運用多學科知識思考和解決問題。除了人文語言、思想政治類課程外，所有學生僅上兩門課程：數學計算機和物理化學。數學計算機課程共有58學分，包括微積分、線性代數、概率論統計、復變函數、操作系統等。物理化學課程共44學分，包括電學、光學、力學、熱力學、電磁學、普通化學原理等。兩門課程均由同一位教師或一個教學團體連貫地完成所有教學任務，這為實現跨學科教育奠定了基礎。教師在教學中發揮主導作用，是影響教學質量的決定性因素。一些重要的數理課程會周期性地循環出現，且難度逐漸加大。

在教學內容設置與編排上，交大巴黎高科學院在預科基礎階段更加注重通過跨學科教學調動學生的學習主動性及養成多角度思維的習慣?？鐚W科體現在以下幾個方面：第一，物理學科注重不同分支之間的聯系，比如電學與力學、電磁學與電學之間的聯系。第二，注重物理與化學之間的聯系。第三，注重數學計算機與物理化學兩門課程之間的聯系。

在教學方式方面，交大巴黎高科學院把跨學科教育貫徹到各個具體的教學環節中，包括日常的教學活動及探究性學習的實踐項目。一般情況下，國內大學的理工科類基礎課程（高等數學、大學物理等）大部分還是傳統的大課教學，加上少許習題和實驗。這種以教師為主導地位的教學過程往往習慣性地忽視學生作為學習主體的存在，在很大程度上限制了學生學習的主動性、積極性和創造性。而法國工程師教育非常注重“以學生為中心”，全力培養時代要求、企業需求的跨學科復合型人才。交大巴黎高科學院沿用了法式教育：除了傳統的大班理論課，還配置了大量的實踐課程和教學活動，包括習題課、實驗課、每月考核（筆試+口試+家庭作業）及跨學科綜合實踐項目[3]。

二、跨學科教學實踐

交大巴黎高科學院數學計算機和物理化學課程的課時安排如下：每周理論課6課時（第一學期是4課時）、習題課2課時，每周或每兩周2課時的實驗課。每月有數學、物理化學和法語口試各1課時，家庭作業時長約2～4小時，月考2課時?？鐚W科綜合實踐項目在第一學年春季學期后的小學期進行，為期3周。

理論課教學采用傳統的說教式教學法。教師在理論授課中會聯系不同的學科及其分支學科的相關知識。在法國預科教育階段，物理與化學是不分家的，沒有單純的物理老師或者化學老師。在物理教學中會重視不同分支學科間的聯系及類同。比如在講解簡諧振動的時候，教師將電學中的RLC（電阻電感電容）電路與力學中的彈簧振子聯系起來，使學生更直觀深刻地去理解簡諧運動的實質。此外，數學是研究物理的工具和手段，教師在理論講解中會注重嚴謹的數學推導，使學生在學習物理的過程中也能提高對于數學的認知和掌握。

與理論課配套的習題課和實驗課是小班化教學，一般人數控制在20人左右，做到師生配比高，以此保證教學質量。習題課依據當前理論課的進度，對其涉及的知識進行復習鞏固、再深入實踐，使學生在加深理解理論課的同時，拓寬知識在實踐中的應用。習題題目由任課教師精心挑選，除了具有代表性和實際應用意義，教師還會考慮到跨學科。比如教師在講解力學中以小球沿曲面斜坡滑下時，會讓學生思考有哪些在其他分支學科中類似的現象（如光學中的折射定律）。題目會事先布置，要求學生思考解題或者隨堂分發。最后在課上，教師會邀請學生到黑板上書寫解題過程邊解釋解題思路，教師在一旁進行指導并作進一步的說明。

同樣，小班化教學的實驗課著重訓練強化學生的實際動手能力和獨立思考進而解決問題的技能。每次實驗課由任課老師選取具有實際應用意義的主題，認真細致地撰寫實驗指南并在課前分發給學生，要求學生事先完成理論部分的學習，重點是親自推導一些重要的理論結果。實驗課上，學生隨機兩兩組合做實驗，如遇到問題能及時與教師溝通解決，每堂實驗課配有兩名任課教師。

除上述每周的常規課程，持續性的每月考核制度（家庭作業+月考+口試）意在增加學生不同層面跨學科的認識和思考。其中，家庭作業和月考的題目是由任課教師悉心篩選或親自編寫的，均為由淺入深地整合若干科目后的大課題。另外，口試時長1課時，由一位老師同時對三位學生進行考查。教師首先就當前理論課的理論知識進行提問，再要求學生運用相關知識去解決實際問題并敘述解題思路，全程在互動中完成考核。

對于跨學科綜合實踐項目，學生自由組合，3～4人為一組，通過抽簽選定物理、數學、計算機方面的一個給定主題。然后運用在課堂上學過的數學、物理、計算機知識，經過理論解析、數值模擬采集等過程，對選定的實際問題進行分析討論、理論建模計算、通過Matlab等軟件編程，最后得出結果。在最后一周制作PPT，撰寫全法語的報告，并用法語進行約30分鐘的答辯。答辯委員會由數學計算機、物理和法語教師共同組成，全方位、跨學科地檢驗項目的完成程度和展示效果。對于物理課題，要求學生從物理建模到數學解析，再到最后的數值模擬。對于數學課題，老師只給出簡單的項目介紹，有的只有一個方程，要求學生從查閱文獻到數值模擬，再到最后的物理應用。對于計算機課題，與數學課題類似，要求學生實現理論模擬后再思考尋找其在物理中的運用價值。在項目教學中，每位學生都表現出了極大的熱情。他們不僅大量查閱各種相關資料信息，還積極主動地找老師討論問題，更有小組實際動手做實驗，將實驗結果與模擬出的數值結果作對比。同組的學生通過團結協作，高質量地完成項目任務，制作出豐富精彩的PPT，并用流利的法語進行介紹及提問回答。通過這種自主性的學以致用，使學生在對數學計算機和物理知識有了更深一層理解的同時，也鍛煉培養了學生融入團隊、合力協作的意識和能力。

三、對跨學科教學的反饋研究

我們針對跨學科教學在預科基礎階段中（物理化學）實施開展的情況作了一次無記名問卷調查，包括大課（理論課）、習題課、實驗課、每月考核及跨學科綜合實踐項目。調查對象為交大巴黎高科學院學習過預科基礎課程的4屆學生，試卷共計118份。問卷就跨學科教育在上述各個具體的教學環節中的反饋感想進行了調研。

首先就學生在同等深入學習情況下希望教師是局限于單一學科還是注重跨學科教學的訴求進行了調查。大多數學生（76%）希望教師采用跨學科教學。預科階段科目多，理論性較強，局限于單一科目的教學易使學生覺得枯燥乏味，提不起學習興趣?？鐚W科教學能使相關學科知識融會貫通，有利于構建完整的知識體系，激發學生從更廣闊視角去思考、解決問題。

調查二要求學生就跨學科教學在理論課中的開展情況及教學效果評分?？鐚W科教學評價分為三個層面：一是物理不同分支學科之間的聯系，二是物理與化學之間的聯系，三是物理化學與數學計算機之間的聯系。先對三個層面分別打分，再綜合做出一個總體評價。從打分的均值來看，學生對于理論課的跨學科教學的總體評價較高。其中第一層面評價最好，第二層面不如第一層面但優于第三層面。

調查三是學生就跨學科教學在習題課中開展情況的反饋。總體趨勢與理論課的評分情況相同，但均值略低。趨向一致是因為習題課的課堂教學模式也是傳統的講授式。略低是因為每周與理論課相配置的習題課僅2課時。一般而言，一次習題課只能講解三個練習題。習題課題目是由任課老師精挑細選的，除了具有實際應用意義，教師也會注重跨學科。比如在講解力學中以小球沿曲面斜坡滑下時，教師會讓學生思考在其他分支學科中有哪些類似的現象（如光學中的折射定律）。

調查四是受訪學生就跨學科教學在實驗課中開展情況的反饋。由于實驗課教學模式的不同，導致各個層面的打分情況與理論課、習題課產生差異。目前，學院預科階段設有實驗課的物理科目為力學、電學、光學與電磁學。實驗次數為每周或每兩周一次。教師只在實驗課開始時簡單介紹一下實驗目的、實驗內容、實驗儀器使用等，絕大部分時間是學生自己動手實踐。學生遇到問題時，能隨時與老師討論交流。所以，我院實驗課課堂教學模式是啟發式和討論式的結合。在實驗課上，計算機廣泛應用于實驗數據采集、處理等，由此第三層面的打分反饋較理論課、習題課有所提高。

另外，我們還調查了跨學科教學在每月考核中的實行效果。每月考核包括口試、家庭作業和月考，由于測試涵蓋大量的課程內容且考核評價模式單一（答題給分），在跨學科聯系上稍顯薄弱。

在此次調研中，我們還就學生對第一學年夏季學期開展的跨學科綜合實踐項目進行了調查?？傮w趨勢與實驗課的打分情況一致，并且總體評價最高。此項目實現了數學計算機、物理化學與法語多學科交叉的教學培養活動。我們參與過夏季學期的跨學科項目教學，感慨頗多。對于物理課題，要求學生從物理建模到數學解析，再到最后的數值模擬；對于數學課題，老師只給出簡略的目的要求，有的僅給出一個方程，要求學生從查閱文獻到數值模擬，再到最后的物理應用；對于計算機課題，與數學課題相似，要求學生實現理論模擬后再思考尋求其在物理中的運用之處。在完成項目的過程中，學生表現出極大的熱情：大量查閱各種相關資料信息，積極主動地找老師探討等。更有小組親自動手做了實驗，其課題是通過受力分析模擬出風箏線的形狀，學生自已想到通過實際做實驗來與模擬出的數值結果作比較。同組的學生通過團結協作，出色地完成了項目。在答辯階段，學生高質量的項目完成結果、內容豐富精彩的PPT和流利的法語介紹及提問回答，都讓在場的數學計算機、物理及法語老師贊嘆不已，連連直呼超出想象。當提及對于項目的感想時，學生都不約而同地認為獲益匪淺。通過這樣一次絕對自主性的學以致用，使學生在對數學計算機和物理知識有更深一層理解的同時，也鍛煉培養了學生融入團隊、合力協作的意識和能力。學生對于跨學科教育的綜合實踐項目普遍表示滿意。我們認為，以后可以開設更多此類。跨學科實踐項目活動。

四、結語

跨學科教育在交大巴黎高科學院的預科基礎階段得到全面推廣，并體現在教學的各個環節。通過從教學內容與方式兩方面重視跨學科教育，不僅使學生能夠深入理解各個學科的知識及其相互間的聯系，構建起完整、緊密的知識框架，培養提升了學生從跨學科、多角度去思考并解決問題的習慣和能力，而且還能調動學生的學習興趣，產生強烈的求知欲望，進而積極主動地去思考探究。這些都是值得我國高等教育教學改革借鑒和學習的。

參考文獻：

[1] 孫東平，祝笑旋.我國引入法國工程師教育體系和先進理念[N].新華日報，2015-12-03.

[2] 黃程程.跨學科教育：一流本科的必然選擇[N].中國教育裝備網，2016-05-23.

[3] 李萍，鐘圣怡，李軍艷，等.借鑒法國模式，開拓工科基礎課教學新思路[J].高等工程教育研究，2015（1）.

[責任編輯：夏魯惠]