新工科背景下跨學科課程建設研究

陳 祥

(江蘇師范大學科文學院 江蘇 徐州 221000)

0 引言

2017年開始，新工科建設已成為國內教育教學改革的重要議題，“復旦共識”“天大行動”“北京指南”為新工科建設提供了方向。作為新工科建設項目的主要內容，跨學科工程也引起了社會普遍重視，各高校積極投身新工科與跨學科課程建設的研究與實施中。

1 跨學科的內涵和意義

“跨學科”一詞最早在20世紀20年代提出，其后作為一種研究方法在60年代后被廣為推崇。卡特·古德在《教育詞典》中提到跨學科是一種研究方法，對某些特定問題，優秀的研究人員往往從不同的領域從各種相關的角度進行研究，例如研究兒童發展問題可以由心理學家、醫生、教育家和社會學家組成研究小組，又如曼哈頓計劃的成功也得益于大批數學、物理學、工程學人才的跨學科。然而，彼時跨學科更像是優秀研究人員的特權，對個人能力及研究團隊的要求較高。

由于新一代信息技術和產業革命的升級，工程技術問題的難度和復雜性大幅提升，客觀上就需要工程人員在系統分析與解決時具備堅實的專業知識和更加嫻熟的實戰能力。近年來國內大力推進新工科建設，為國家重點培育工程實踐能力強、創造力強，可以處理復雜工程技術應用問題的高層次復合人才，在工程實踐中“打破專業壁壘、促進學科交叉融合”[1]形成了新工科落地的核心策略之一。

雷普克曾指出:“跨學科研究是回答問題、解決問題或處理問題的進程，它以學科依托，以整合其見解、構建更全面認知為目的”。高校的跨學科教育應以交叉學科研究問題和前沿項目為導向，通過不同學科的交叉融合，培養學生主動學習和創造性研究的能力。在整合學科知識的基礎上，建立多學科知識體系，了解不同學科的耦合關系，體會單個學科在跨學科實踐體系中的作用，同時，豐富的跨學科體驗反過來促進對學科思想和方法的深入理解。在多學科交融領域，以創新實踐激發學生自主學習的興趣，主動整合知識以解決實際問題，成為更能適應新時代科技飛速發展的創新人才。因此，跨學科是新工科的核心內涵之一，對新工科建設有著重要意義。

首先，跨科學是新工科創新人才培養的核心屬性。自2017年以來，各校先行者無不以構建跨學科課程體系踐行新工科建設。在夯實學科基礎課的前提下，以跨學科課程提升學生運用多領域知識、方法、技能解決問題的能力。南京大學開設了“計算機與金融工程”“地球系統科學與環境”等交叉方向試點實驗班，整合學科資源構建了跨學科人才培養方案，開設了數據結構與金融算法、金融軟件工程等復合型課程。[2]近年來，該校開設了更加靈活的本科生DIY課，由本校專家學者開設小班研討課，學生來自不同學科，參與課程專題設計，課程深受高年級學生的歡迎。

其次，跨學科教學生態的構建是新工科建設穩定和持續發展的基礎。跨學科課程并不是僅是幾門課程的開設，其背后有大量的教學生態的支撐。跨學科課程需要一批雙師型教師，或以教學團隊的形式開展教學；需要通過翻轉課堂、OBE、智慧課堂等教學理念開展多樣化教學；需要線上多媒體課程資源的開發與整合；需要支持跨學科項目的實踐教學平臺；需要優化過程監控、成果驗證、評價反饋等管理機制以適應跨學科教學。這些教學生態支撐了跨學科課程的建設，同時也保障新工科穩定的可持續發展。

2 跨學科課程案例研究

新工科創新人才培養目標的實現需要以課程體系為載體，學生知識和實踐能力的獲得也需要通過課程內容來落實。通過研究國內外的跨學科課程案例，跨學科課程主要由現實問題驅動、學科知識學習、過程項目實踐、產品設計開發等元素組成。如圖1所示，在交叉學科領域遴選熱點問題，該問題驅動學生的學習興趣和研究欲望，而后在教師團隊引導下進行學科知識學習，并通過過程項目實踐提高知識的整合和應用能力，同時在實踐中反饋知識的不足，促使學生主動開展創造型學習。最終，通過產品設計開發嘗試解決最初的現實問題，或者在現實中驗證產品的有效性。

圖1 跨學科課程組成元素

美國多所高校具有較長的跨學科課程歷史和豐富的經驗。其中，美國波士頓大學融合了金融學、運籌學、市場營銷及信息技術四門學科開設了產品開發課程。[3]課程在現實問題驅動方面較為寬泛，既允許學生自主設計感興趣的產品項目，也可以選擇由教師預設的部分課題。課程面向多個學院招生，不同專業背景的學生不同的團隊角色定位，組成4～10人的團隊進行過程項目實踐。教師適度放松對課程的掌控，給予學生更多的信任和尊重，讓學生在寬松的環境中進行學習和實踐，自主進行創新創造。在評價階段，以團隊報告、項目演示、市場模擬以及自我評估、同伴評估等方式進行多樣化考核，綜合衡量每位學生的過程和產出。然而，由于文化背景差異，且波士頓大學的學生基礎能力較高、學習動力強，該校以及類似的美國跨學科教育方式若直接照搬至國內風險較大。

2018年，西南交通大學開設了30門跨學科課程，內容涵蓋自然科學、生態環境、哲學藝術等，一時成為了國內的熱門話題。其中，“運動、科技與智慧人生”課具有優秀的現實問題背景，啟發學生了解現代科技對體育的影響，運用工程學科知識解決運動中遇到的問題；在知識學習環節，組織了五位教師組成教學團隊，教授體育、力學、機械、電氣、經管等不同學科知識；在過程實踐環節，設計了一系列跨學科實踐教學項目，如通過拆卸乒乓球發球機學習機械原理、調試機器人模塊學習電子電氣等；最終，在產品設計開發環節，學生交出了“射箭輔助智能訓練”“多功能登山杖”“攀巖向導APP”等產品。該課程難度適中，趣味性高，獲得了多個獎項，廣受社會好評，對其他高校的跨學科課程建設具有良好的參考價值。

3 跨學科課程建設的建議

新工科背景下，跨學科課程的建設，既要跟隨社會熱點和前沿科技趨勢，也要從學校自身的學科優勢和師資力量出發，還需考慮學生的知識層次和學習能力，縱橫考量重構課程體系，因材施教采用合適的教育形式，讓學生自我定位發揮主觀能動性，將跨學科教育融入新工科創新人才培養體系。

3.1縱橫整合的課程體系

跨學科教育需整合多個不同學科知識，并通過跨學科項目實踐掌握研究問題的方法，在內容量上比傳統學科教育更為豐富。在本科學制學時不變的情況下，必然要求在課程設置上進行知識的整合，從整合方向上看，分為縱向整合和橫向整合。縱向整合需要梳理學科知識體系，更強調學科基礎課和綜合項目實踐，橫向整合需要由跨學科問題驅動，強調不同學科思想和方法論的整合。

在學時分配上，盡管通識課和學科基礎課占據了第一學年的大部分學時，但仍需重視新生項目課的作用。電子科技大學在本科四年構建了“基于項目新生課—基于項目設計課—基于項目挑戰課—基于項目高峰課”的逐級挑戰、跨學科項目課程體系。大一即引入新生項目課，引導學生興趣方向，規劃未來知識學習，避免陷入“只見樹葉不見森林”的學習陷阱。學生先見識前沿交叉學科企業級項目的全貌，再主動開展跨學科知識學習，既見樹葉，又見樹林。

3.2不拘泥的教育形式

跨學科教育是新工科人才培養的核心內涵之一，跨學科課程也是新工科教學改革的重要組成部分，但跨學科教育的形式也根據各校情況而不同。中科院依據自身科研優勢，以腦認知功能的神經基礎和類腦智能計算模型為核心科學問題，設置了“腦科學與類腦智能研究”學科方向，以專業核心課的形式設計了跨學科課程體系，包括邀請院士開設了微課“贏者通吃的抉擇”。而大部分高校缺乏如此深厚的學科積淀，往往采取公選課或第二課堂的形式開展跨學科素質拓展教育。如江蘇師范大學科文學院，在保持現有學科體系不變的情況下，依托工學院協同創新中心和學生社團，開展第二課堂教育，組建跨學科學生團隊參加學科競賽，創新創業素質得到了良好鍛煉。

當前，新工科建設仍在初期摸索中，先行者貢獻了寶貴的實踐經驗，但堅持因材施教，從教師和學生的實際出發，才是培養人才的最好方式。跨學科教育的形式，以及雙師型教學團隊的建立，翻轉課堂、混合式教學等理念的實施，是對過去十多年教學理念的繼承和總結，也會新工科實踐中孕育出更佳的教育形式。

3.3重視學生團隊的作用

跨學科課程往往和復雜的、現實的、交叉學科問題相關聯，跨學科教育不僅是多學科知識的講授，更重要的是讓學生在解決問題的過程中掌握多學科的思想和方法，學生在多次模仿及啟發下，培養交叉領域的創新實踐能力。在跨學科教育中，學生團隊可發揮更多的積極作用。在學生團隊中，跨學科以及跨年級的成員組成，對成員的成長起到傳幫帶作用。在團隊中，學生可基于知識背景、性格愿景等自我特征，找到自我定位，在團隊中發揮特定的功能。在團隊成員的幫助下，在跨學科眾多的知識點和方法論中，找到自己的特長，有所偏向地成長。在高年級同學的引導下，見識更復雜更優秀的項目，激發創新潛能。

在教學改革中，師資、教學和管理往往是改革的重點，而易忽略學習的主體學生。跨學科教育并不培養千篇一律的人才，也不是每個學生都能融會貫通多學科知識。在對學生團隊的管理上，可設置關鍵節點，注重過程管理和流程優化；在評價上，關注個性成長，注重多元化考核，不能唯結果論。

4 結語

本文對新工科背景下跨學科課程建設問題進行了探索。跨學科課程是新工科建設的重要組成部分，跨學科課程的設置需要注重現實問題驅動、學科知識學習、過程項目實踐、產品設計開發等環節，并根據各校學科優勢和師生現實設計課程體系和教育形式，在教學管理中發揮學生團隊的作用，最終實現培養跨學科創新人才的目標。