海洋強(qiáng)國背景下創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)模式探索

黃 玉，李 立，孫偉民，武立華

（哈爾濱工程大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院，哈爾濱 150001）

高新科術(shù)既有高難度的理論問題，也有高難度的技術(shù)問題，迫切需要高校培養(yǎng)理工結(jié)合的復(fù)合型創(chuàng)新人才。徐揚(yáng)等就加強(qiáng)理工結(jié)合提出了兩點(diǎn)建議：一是加快應(yīng)用理科人才的培養(yǎng)，二是加速理工集合的高新技術(shù)發(fā)展。吳松等認(rèn)為建設(shè)強(qiáng)大的理科是建設(shè)一流工科大學(xué)的必要條件，也指出了理工結(jié)合存在的問題。青島大學(xué)通過理工結(jié)合，調(diào)整優(yōu)化物理學(xué)科專業(yè)機(jī)構(gòu)以提高人才培養(yǎng)與社會(huì)需求的契合度。清華大學(xué)也在培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才方面做了一些教學(xué)實(shí)踐探索。杜善義院士將理工結(jié)合的理念應(yīng)用到哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所的教學(xué)與科研實(shí)踐，取得了很好的實(shí)際成效。錢錫康等在文獻(xiàn)中提到李惕碚院士認(rèn)為培養(yǎng)創(chuàng)新型、高水平的科技人才必須理工結(jié)合。張海明等分析了理工結(jié)合、協(xié)同發(fā)展的障礙及原因。袁士和認(rèn)為理工結(jié)合是高校理科進(jìn)行教改的一條重要途徑。王大志等針對現(xiàn)行的儀器學(xué)科研究生培養(yǎng)體系，提出如何構(gòu)建“理工結(jié)合”的培養(yǎng)模式。

理工結(jié)合是一種交叉學(xué)科活動(dòng)。西方學(xué)者指出：這種學(xué)科交互行為包括從廣闊的領(lǐng)域下簡單的思想交流，到各種概念、方法、過程、認(rèn)知論、術(shù)語和數(shù)據(jù)的整合，以及研究與教育的重新組構(gòu)；交叉學(xué)科活動(dòng)的成員具有不同知識訓(xùn)練背景，可通過不斷的學(xué)科間交流將不同的概念、方法、數(shù)據(jù)與術(shù)語致力于共同的問題。Boyer 在華盛頓建立了新式的文理學(xué)院，該校不限定學(xué)生必須修讀的學(xué)科課程，允許學(xué)生進(jìn)行完全的交叉學(xué)科研究。跨學(xué)科聯(lián)合導(dǎo)師指導(dǎo)組可以從多學(xué)科的角度給學(xué)生以指導(dǎo)，而不只局限于自己學(xué)科的范圍，在一定程度上可以拓寬學(xué)生的視野。Rinia等首先考慮在全球范圍內(nèi)各學(xué)科之間的知識交流，基于1999 年世界出版物產(chǎn)出的期刊論文跨學(xué)科引文分析顯示了基礎(chǔ)生命科學(xué)在生命科學(xué)中和物理學(xué)在精密科學(xué)中的核心地位，討論了可用于量化各領(lǐng)域之間的知識轉(zhuǎn)移率和量化某一領(lǐng)域工作或其他學(xué)科的重要性的措施。

深度發(fā)展的海洋信息化是將新一代信息技術(shù)與海洋環(huán)境、海洋裝備、人類活動(dòng)和管理主體四大板塊信息深度融合，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、智能化挖掘與服務(wù)，是認(rèn)識和經(jīng)略海洋、打贏海洋信息化局部戰(zhàn)爭的神經(jīng)系統(tǒng)，圍繞著國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略，聚焦海洋領(lǐng)域多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù)問題，服務(wù)海洋強(qiáng)國建設(shè)的復(fù)合型高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)，國內(nèi)多所著名大學(xué)成立了海洋學(xué)院或海洋研究院。浙江大學(xué)研究生院發(fā)布了海洋交叉學(xué)科研究與博士生培養(yǎng)2018 年和2019 年項(xiàng)目指南，在理工交叉方面選定了信息海洋、海洋大數(shù)據(jù)及智能船舶等科研課題，對于水下目標(biāo)探測這一多學(xué)科交叉學(xué)術(shù)問題，招生對象的專業(yè)背景要求是物理、數(shù)學(xué)和信息工程。天津大學(xué)海洋學(xué)院擬面向海洋科學(xué)、海洋技術(shù)、船舶與海洋工程等涉海研究相關(guān)專業(yè)招收碩士與博士研究生。從這兩所國內(nèi)頂尖大學(xué)所發(fā)布的研究生招生指南看，海洋信息領(lǐng)域存在明顯的理工交叉與多學(xué)科融合的特點(diǎn)。作者所在單位科研項(xiàng)目的選題具有面向海洋信息領(lǐng)域的理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，所以在實(shí)踐中開展了面向海洋信息領(lǐng)域的研究生理工結(jié)合培養(yǎng)模式的探索。

一、海洋信息領(lǐng)域理工結(jié)合研究生課程設(shè)置

交叉學(xué)科研究生課程具有基礎(chǔ)知識覆蓋面廣、課程內(nèi)容前沿性強(qiáng)、選課學(xué)生專業(yè)背景豐富和科研實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)依托于哈爾濱工程大學(xué)海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、哈爾濱工程大學(xué)纖維集成光學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從課程內(nèi)容、教學(xué)方式、課程實(shí)踐及授課對象等多方面綜合考慮多學(xué)科交叉研究生課程的建設(shè)工作。

首先，制定面向海洋信息領(lǐng)域的具有理工結(jié)合的特色課程體系。參考國內(nèi)外著名大學(xué)的課程體系、教材和教學(xué)機(jī)制。在這些特色課程體系基礎(chǔ)上選用高質(zhì)量的、適宜教學(xué)的教材。在海洋信息探測研究方向上，研究生的主干課程設(shè)置為：衛(wèi)星海洋遙感、海洋光學(xué)、海洋聲學(xué)、海洋激光探測原理、海洋探測專題實(shí)踐、海洋磁場目標(biāo)探測和海洋探測隨機(jī)信號處理等。如圖1 所示。

圖1 海洋信息探測課程

這些理工結(jié)合的課程體系、教材和教學(xué)機(jī)制構(gòu)成了研究生特色課程教學(xué)整體框架，目前已經(jīng)開設(shè)了海洋磁場探測這門課程。根據(jù)實(shí)踐過程研究具有學(xué)習(xí)反饋環(huán)節(jié)的研究生特色課程教學(xué)機(jī)制。

衛(wèi)星海洋遙感課程是一門多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科，是20 世紀(jì)后期驅(qū)動(dòng)海洋信息技術(shù)發(fā)展的重要學(xué)科。課程參考教材是中山大學(xué)出版社出版的，美國邁阿密大學(xué)羅森斯蒂爾海洋和大氣科學(xué)學(xué)院著名海洋專家G.A.莫爾（George A.Maul）著編，中山大學(xué)海洋學(xué)院劉汾汾老師翻譯的《衛(wèi)星海洋學(xué)》。慕課資源選用的是河海大學(xué)在中國大學(xué)MOOC 平臺上線的衛(wèi)星海洋學(xué)課程，如圖2 所示。課程內(nèi)容涉及物理學(xué)、光信息技術(shù)及海洋信息等多個(gè)學(xué)科。所以這門課程適合具有物理學(xué)背景的哈爾濱工程大學(xué)物理與光電工程學(xué)院（以下簡稱我院）研究生學(xué)習(xí)。

圖2 衛(wèi)星海洋學(xué)遙感課程慕課資源

海洋光學(xué)課程是一門從光學(xué)的角度研究海洋光學(xué)特性的學(xué)科，通常被認(rèn)為是海洋學(xué)的特殊分支。團(tuán)隊(duì)依托我院海洋光學(xué)聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，如圖3 所示，及物理光學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了海洋光學(xué)課程。課程教材采用青島海洋大學(xué)出版社出版的《海洋與大氣光學(xué)》。

圖3 海洋光學(xué)聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

海洋聲學(xué)是研究聲波在海洋中傳播的規(guī)律和利用聲波探測海洋的學(xué)科。經(jīng)過與哈爾濱工程大學(xué)（以下簡稱我校）水聲學(xué)院相關(guān)教授研究結(jié)合我院研究生物理學(xué)背景決定采用我校的國防特色教材《水聲學(xué)原理》，聘請水聲學(xué)院和我院物理專業(yè)老師共同擔(dān)任主講教師，慕課資源選用我校楊士莪院士主講的振動(dòng)與聲基礎(chǔ)，如圖4所示。

圖4 海洋聲學(xué)慕課資源

海洋激光探測技術(shù)是水下聲吶探測技術(shù)的有益補(bǔ)充，依托我院水下布里淵散射目標(biāo)探測技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)和激光原理課程負(fù)責(zé)人，開設(shè)了海洋激光探測原理課程。教材采用徐啟陽等編著的國防工業(yè)出版社出版的《藍(lán)綠激光雷達(dá)海洋探測》。

海洋磁場目標(biāo)探測是利用地球磁場空間分布實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)探測的技術(shù)，依托我院長期從事海洋磁場探測與導(dǎo)航技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，由該團(tuán)隊(duì)多年承擔(dān)的電動(dòng)力學(xué)及電磁場與電磁波教學(xué)工作老師負(fù)責(zé)本課程的教學(xué)工作。團(tuán)隊(duì)目前在海洋信息領(lǐng)域的理工結(jié)合研究方向已培養(yǎng)了多名碩士研究生，依托多個(gè)國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目開展了三軸磁強(qiáng)計(jì)及其陣列的標(biāo)定、磁梯度張量導(dǎo)航定位、磁梯度張量場自主定姿、地磁梯度場延拓、磁性體探測系統(tǒng)研制、磁特征測試與提取等理論及技術(shù)的研究。并取得了豐碩成果，相關(guān)成果發(fā)表于SCI 收錄的期刊上，申請國家發(fā)明專利幾十項(xiàng)，授權(quán)多項(xiàng)，同時(shí)獲省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)。

依托我校海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、纖維集成光學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開設(shè)海洋探測專題實(shí)踐課程。我校的海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是海洋信息領(lǐng)域的研究主力軍、核心和關(guān)鍵共性技術(shù)突破的重要依托力量與海軍裝備研制的重要基地，也是我國海洋信息獲取與安全技術(shù)的科技創(chuàng)新基地，已成為我國學(xué)科方向最全、規(guī)模最大的海洋信息人才培養(yǎng)基地。海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有半個(gè)多世紀(jì)的水下探測技術(shù)實(shí)力及研究積淀，可以查閱和借鑒許多不涉密的原始資料；擁有國內(nèi)最先進(jìn)的水下探測科研設(shè)施，包括如圖5 所示的全頻段非消聲水池、低頻消聲水池、高頻信道水池，以及亞洲唯一的重力式低噪聲水洞，配備有輔助實(shí)驗(yàn)用的載重10 t 的吊車、水池上的實(shí)驗(yàn)航車，項(xiàng)目組擁有一些電、磁與聲學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)測試儀器和設(shè)備，能夠?yàn)檠芯可鷱氖潞Ｑ笪锢硖綔y的研究方向提供實(shí)驗(yàn)保障和硬件條件。

圖5 海洋探測專題實(shí)踐的消聲水池

纖維集成光學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室擁有幾百平方米的實(shí)驗(yàn)室面積和兩千多萬元的儀器設(shè)備，在特種光纖制作設(shè)備、光纖微加工設(shè)備、光學(xué)性能評估、測量及應(yīng)用方面設(shè)備齊全，包含600 m超凈光學(xué)實(shí)驗(yàn)室、400 m潔凈實(shí)驗(yàn)室、多個(gè)大型隔震光學(xué)平臺、一批電子測量儀表和光學(xué)測試儀器，為多個(gè)學(xué)科專業(yè)的研究生科研訓(xùn)練提供了實(shí)驗(yàn)條件。纖維集成光學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究方向，如圖6 所示。

圖6 纖維集成光學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究方向

二、構(gòu)建一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)

成立了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)。所謂的一主多輔含義是：每一位研究生由一位導(dǎo)師主要指導(dǎo)，同時(shí)接受多位導(dǎo)師的輔助指導(dǎo)，導(dǎo)師組集體制定并實(shí)施研究生的培養(yǎng)方案及培養(yǎng)計(jì)劃。根據(jù)海洋信息學(xué)科群特色解決導(dǎo)師對跨學(xué)科的知識和思維的欠缺與單位對跨學(xué)科師資力量統(tǒng)籌的限制。理工結(jié)合的研究生培養(yǎng)要求成立跨學(xué)科的、具有相似研究方向的指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)，開展多學(xué)科的合作與交流，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。面向某一研究方向，針對特定課題任務(wù)與隊(duì)伍需求，構(gòu)建了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)。跨學(xué)科聯(lián)合導(dǎo)師指導(dǎo)組可以從多學(xué)科的角度給學(xué)生以指導(dǎo)，而不只局限于自己學(xué)科的范圍，在一定程度上拓寬了學(xué)生的視野。在實(shí)踐工程中首先研究一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)協(xié)同合作機(jī)制；其次，探索了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的遴選、評估考核和監(jiān)督制度；最后，制定了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)支撐機(jī)制。

三、理工結(jié)合的研究生多學(xué)科交叉培養(yǎng)實(shí)踐

理工結(jié)合高層次人才培養(yǎng)模式的落腳點(diǎn)是物理等理學(xué)學(xué)科的研究生依托海洋信息學(xué)科群及其科研平臺，開展多學(xué)科交叉課題研究，踐行創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)踐探索，團(tuán)隊(duì)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究與嘗試。

首先，發(fā)揮交叉學(xué)科的優(yōu)勢，共同申報(bào)了科研課題；其次，發(fā)揮研究生的科研主動(dòng)性，研究生利用我校國內(nèi)最先進(jìn)的水下探測科研設(shè)施及項(xiàng)目組的電、磁與聲學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)測試儀器和設(shè)備開展海洋物理探測方面的研究；最后，發(fā)揮導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的專業(yè)特長，協(xié)同指導(dǎo)研究生的學(xué)習(xí)。

在理工結(jié)合的研究生多學(xué)科交叉培養(yǎng)實(shí)踐上，根據(jù)研究生的專業(yè)興趣和課題需求，使研究生在多個(gè)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室平臺或多個(gè)研究組之間進(jìn)行輪訓(xùn)，之后再確定一個(gè)“最適宜實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)行深入的科研訓(xùn)練和論文課題研究；按照小型—中型—博士項(xiàng)目的培養(yǎng)路徑，對研究生進(jìn)行項(xiàng)目體驗(yàn)式的科研能力構(gòu)建；讓研究生參與不同學(xué)科的知識講座、學(xué)術(shù)論壇與會(huì)議、聯(lián)合培養(yǎng)、海外訪學(xué)和研討班等科研活動(dòng)。

四、結(jié)束語

面向海洋信息領(lǐng)域，根據(jù)理工結(jié)合的研究生課題研究方向，構(gòu)建了研究生特色課程體系；成立了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)研究生的課程學(xué)習(xí)和科研訓(xùn)練。構(gòu)建了根據(jù)理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，按照小型—中型—博士項(xiàng)目的漸進(jìn)式、階梯式培養(yǎng)路徑，對研究生進(jìn)行了項(xiàng)目體驗(yàn)式的科研能力培養(yǎng)。理工結(jié)合的理念雖得到廣泛的認(rèn)同，但在具體實(shí)施過程中仍有不少困難和障礙，希望本文可為海洋信息學(xué)科群的多學(xué)科交叉的科學(xué)研究策略和高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供有價(jià)值的對策。也希望本文可以為其他學(xué)科群多學(xué)科交叉的科學(xué)研究策略和高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的建設(shè)，為“雙一流”建設(shè)和高層次人才培養(yǎng)提供有益參考。