基于學科交叉的海洋科學研究生合力育人培養模式研究

馬樹青，藍 強，張理論，王文珂，肖汶斌

（國防科技大學氣象海洋學院，長沙 410073）

黨的十九大報告指出，要“堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”。國防科技大學氣象海洋學院由原國防科學技術大學海洋科學與工程研究院和原解放軍理工大學氣象海洋學院合并組建，目前學院在學科群建設過程中，重點發展大氣科學、海洋科學兩個核心一級學科，其中海洋科學學科擬建成以物理海洋學為基礎、海洋技術為支撐、軍事海洋學為特色的學科體系，為我軍培養軍事海洋一流人才提供支撐。

研究生培養是高校人才培養的重要組成部分，研究生學員創新實踐能力培養是人才培養的重要環節。如何培養具有廣博知識、強烈創新意識、良好綜合素質的復合型、創新型人才已成為研究生教育改革的核心問題及關鍵點。隨著學科綜合性發展，定位于碩士研究生具備“開展應用創新研究的能力”、博士研究生具備“開展技術創新和科學研究工作”的能力目標，傳統意義上的單一學科培養模式已經無法滿足創新人才培養的要求，通過突出多學科交叉合力育人，培養具有知識交叉與融合的高層次創新人才，已成為研究生教育改革的有效途徑。

海洋科學是研究海洋的自然現象、性質及其變化規律，以及與開發利用海洋有關的知識體系，是地球科學的重要組成部分[1]。作為一門綜合性很強的地球科學學科，其各分支學科之間以及與相鄰基礎學科之間相互結合、相互滲透，逐步形成了一系列跨學科的有高度綜合性的新概念、新方法、新理論及新型研究課題。因此，其培養的研究生學員不僅應當掌握專業基本知識與技能，更應當加強多學科交叉培養，以有效運用海洋科學相關知識解決多種專業研究與應用課題，從而提升其創新實踐能力。

本文通過調研近年來高校研究生合力育人培養方法，深入研究海洋科學研究生的合力育人培養模式，并利用研究成果開展了海洋科學研究生的合力育人培養實踐研究，探索一種基于學科交叉的海洋科學研究生合力育人培養模式。

一 我國高校研究生合力育人培養模式現狀分析

高校研究生合力育人培養模式內涵廣泛，當前的研究熱點主要集中在“三全育人”、多形式聯合培養、交叉學科培養等若干方面。

其中，“三全育人”是把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人。以“三全育人”為內涵的合力育人培養模式重在結合思政任課教師、輔導員、導師等多方力量，在學生思想政治教育中發揮共同作用。有學者重點對輔導員與思政教員、輔導員與導師等合力育人的機制建設以及兩支隊伍建設方面展開研究，推動高校學員思想政治工作深入發展[2-5]。

以多形式聯合培養為內涵的合力育人模式主要包括軍地聯合培養、跨校聯合培養及校企聯合培養等方面，重在通過有效結合不同單位人員能力，共同構建有效合力育人機制。如在軍地聯合培養方面，有文獻針對軍地聯合培養機制、軍地聯合培養基地教育模式優化方法以及依托軍隊院校和地方資源培養創新人才方面開展研究[6-8]；在跨校聯合培養方面，劉雅[9]提出了跨校聯合人才培養的推進策略；在校企聯合培養方面，張鑫等[10]和王翠娟[11]提出了“校企二元交叉式”高技能人才培養創新模式和培養途徑以及校企聯合協同各方責權明晰的分配體系。基于聯合培養的合力育人模式的特點是涉及不同單位的人員，需要單位之間建立聯合培養機制，其操作和管理更加復雜。

以交叉學科培養為內涵的合力育人培養模式是本文的研究重點。在學科交叉人才培養的通用方法研究方面，張海生等[12]總結了多學科交叉融合新工科人才培養的現實問題，提出明確人才培養方案的階段性目標及其主要教育內容，注重跨學科課程資源的整合與開發，注重學生的國際化和精細化培養。涂細凱等[13]也對學科交叉人才培養途徑進行了探索和實踐，文章提出了多種方法提高學科交叉人才培養，主要是包括跨學科導師團隊的建立、跨專業的招生模式、研究生學術匯報制度的建立、項目式教學方式、比賽促學科交叉、實行雙學位制以及相關政策支持；在各學科中開展交叉學科合力育人也存在廣泛研究，虞佳茜等[14]針對海洋學科研究的交叉培養進行探索，指出了海洋交叉培養具有導師合作型交叉培養、研究機構型交叉培養以及項目依托型交叉培養三種類型，歸納了海洋學科交叉培養的發展困境，具體包括指向不一、招生與培養難畫等號、管理受阻、培養過程存在缺位、發展滯緩和培養模式尚不成熟。為此，作者提出了完善招生辦法，構建交叉培養體系，優化導學關系，落實統一管理模式，突出交叉培養，健全質量保障體系等解決途徑。鐘德明等[15]對多學科交叉融合背景下的先進制造新工科工程人才培養模式進行了探索和實踐研究，總結了現行制造工程人才培養體系存在五大亟需解決的問題，比如，先進制造跨學科交融人才培養管理機構的缺乏，跨學科課程體系和教學模式不健全，跨學科教學團隊和創新實踐教學平臺有待加強，質量監控體系缺乏以及先進制造專業集群有待建設。作者針對這五大問題提出了具體的解決方案，是對先進制造工程人才培養模式的積極探索和實踐研究。

綜合以上三個方面與相關文獻分析可以看出，當前深入拓展的合力育人培養模式已經成為高校人才培養的重要組成部分。從學生被傳授的知識來看，需要引入思想政治教育，從投入的師資力量來看，需要研究生導師、思政課教員、輔導員的通力合作，從培養的機構來看，需要學校、企業、地方、軍校的聯合力量，從涉及的學科知識來看，需要多學科的交叉培養。基于以上研究現狀調研，教研團隊針對所在單位海洋科學方向研究生，開展了合力育人培養模式研究與實踐。

二 海洋科學研究生合力育人培養模式研究

教研團隊所在的國防科技大學氣象海洋學院地球信息科學與工程系，面向海洋科學研究生，近年來以計算海洋聲學研究生課程為依托，開展了多學科交叉合力育人培養模式研究。計算海洋聲學是運用理論、計算與實驗相結合的方法，解決復雜海洋聲學問題的一門應用科學，重點研究水下聲場物理特性、計算方法及水聲場環境下的聲納作戰運用、水聲信號處理等典型應用問題，為解決海戰場水聲環境保障、提升聲納裝備探測性能提供理論與關鍵技術支撐。

本文研究以學科交叉的導師團隊、學科交叉的課程改革及學科交叉的課題研究三大舉措作為海洋學科研究生合力育人的重要基礎，支撐學科交叉的競賽實踐，達到提升學員綜合素質的能力目標，基于學科交叉的合力育人培養模式邏輯框圖如圖1 所示。

圖1 基于學科交叉的合力育人培養模式邏輯框圖

通過梳理在研究生培養過程中的具體流程，本文主要提煉為以下幾個方面。

（一）成立學科交叉的導師團隊，構建協同指導模式

建立適合多學科合力育人的培養模式，需要充分發揮多學科教師與學生專業分布的特點與優勢，可通過建立學科交叉的導師培養小組、學生合作小組等方式，構建協同指導的培養模式來切實發揮優勢互補的作用。同時，通過開設跨學科的研討會，打通學科、方向之間的壁壘，通過學員研究報告、教員專題匯報、書籍文獻閱讀交流等多種類型研討會的形式，活躍學術氛圍。由于不同學科的教師，看問題的角度不同，就可以給出不同的觀點，能夠激發研究生的學習興趣、發散思維、創新思維，有效提高了其創新能力。

我系具有一支年輕的、學科背景多樣化的師資隊伍，涵蓋水聲工程、電子信息工程和計算機科學與技術等專業背景，成為我系研究生重要的導師庫。通過在多個交叉方向領域開展研究工作，包括海洋環境參數反演與并行優化、水下目標多物理場融合探測、水下無人集群系統控制等，涉及計算海洋聲學、數字信號處理、高性能計算、物理與數學等學科知識。

近年來，教研團隊始終堅持學生組會的形式，對學生進行定期指導，通過組建多專業背景的教員團隊對學員進行協同指導，以每兩周一次組會形式進行充分討論。通過定期匯報制度，一方面督促研究生課題進展；另一方面通過集體討論，更能碰撞出新的思想、新的解決方案。這一舉措有效促進了學員課題進展，擴充了學員與教員的知識體系。

（二）實施學科交叉的課程教學改革，夯實學員理論基礎

根據多學科合力育人培養需求，可針對性開展課程教學改革，以計算海洋聲學課程為例，對課程內容、教學方法等方面進行不斷優化調整，從而提升課程質量，增強課程活力。

課程內容改革方面，通過補充基礎理論、梳理模型體系、增加典型應用及增強課程高性能計算特色等四個方面開展了研究工作，積極融入多學科元素。如在模型體系梳理過程中，綜合運用課程知識板塊中的射線法、波束積分法、簡正波法、拋物方程法和有限差分法等理論，構建了不同介質參數下的計算海洋水聲學標準案例，借助高性能計算技術，實現水聲模型的高效計算。課程所使用的一種典型案例示意圖如圖2 所示（圖示為楔形海底傳播損失等值線云圖）。

圖2 楔形海底傳播損失等值線云圖

教學方法優化方面，針對以“教員講授為主體”的傳統教學吸引力乏力、應試化的教學特點，積極開展啟發式教學、案例教學等多元教學方法改革，樹立以“學生為主體”的互動式教學，著力提升研究生的獨立科研能力及增強其創新思維。重點通過發展研討式教學改革、增加案例式教學內容及研究多學科融合式教學等方面開展了研究工作。

（三）開展學科交叉的課題研究，激發學員創新動力

科研項目作為研究生培養的重要依托，能夠有效促進研究生學員學習科學研究方法，進行科學素養實踐訓練，同時，目前絕大多數科研課題都需要跨領域專業知識。在近期教學過程中，通過密切結合單位開展的基礎研究與應用研究課題，設置多項跨學科研究方向課題，供研究生學員選擇，以學員特長與興趣點為出發點，形成了課題研究組，激發了學員的創新動力，發揮了項目“導學助研”的積極作用。例如目前課題組開展的“海洋環境與目標信息聯合處理”研究，需要有機結合水聲物理、信息處理、高性能計算和數據可視化等多個學科方向，在研究過程中設計了若干子課題吸引2～3 名研究生自愿參與，通過合理設計科研任務，能夠有效鍛煉研究生科研創新能力。

（四）參與學科交叉競賽，促進學員務實研究

以學科交叉競賽為牽引，是合力育人的一項重要內容。將研究生課題研究中的問題引入到學科競賽中，相互促進，實現合力育人的人才培養模式。

跨學科競賽涉及多個學科背景知識，離不開合力育人培養模式，對于學生來說，通過個人自學很難深入掌握各個學科知識，必須通過指導老師的合力育人培養模式完成，本教學團隊的專業背景為合力育人培養模式提供可能。合力育人培養模式發揮了各專業教員的優勢，合力指導研究生學員，構建具有交叉特色的研究課題，為研究生培養提供課題研究素材，同時有效促進不同學科專業背景教員間交流溝通。

學生通過組隊的形式參加跨學科大賽，旨在提高三方面能力，一是學科交叉能力，豐富學員的知識，吸納不同專業的精華，這種學科交叉往往能夠解決其中一個學科的重大瓶頸問題；二是團結協作能力，學生通過4～5人為一組的形式組成參賽團隊，由一組長負責，組長負責協調分配各組員的任務，這種合作模式能夠有效提高組員的合作能力以及表達能力；三是論文寫作能力，大賽最后需要提交論文報告，通過大賽，促進學生科技論文寫作能力，為后續的研究奠定堅實基礎。

在教學過程中，教研團隊通過嘗試以學科交叉競賽為牽引，對上述合力育人培養模式進行了實踐研究。其中學科交叉競賽選取了全國高性能并行挑戰大賽進行嘗試。全國高性能并行挑戰大賽，簡稱PAC 大賽，自2013 年創辦以來已經成功舉行了八屆，在高性能計算領域享有較高聲譽，PAC 大賽下設優化組和應用組兩個賽道，教研團隊根據學科交叉特點選擇應用組賽道指導研究生參賽，目前已經參加兩年，都取得了較好成果。

在2019 年的PAC 應用組大賽中，本團隊選取計算海洋聲學中較為典型的三維楔形海底的聲場計算為應用背景，指導學生運用高性能并行優化技術實現三維楔形海底聲場的快速計算，取得了明顯的加速效果，順利通過初賽進入決賽，并在決賽中獲得了全國銅獎的成績（圖3）。通過比賽，研究生學員一方面加深了對三維楔形海底聲傳播計算方法的理解，另一方面，掌握了高性能并行優化技術，實現了綜合能力素質的提高。

圖3 PAC 大賽獲獎證明

有了2019 年參賽經驗，團隊繼續指導研究生參加了2020 年的PAC 大賽，通過選取了當前海洋聲學領域的熱門研究應用，海洋環境參數的反演，并針對反演中核心算法對高性能計算的巨大需求，指導學生采用高性能計算技術，有效解決反演中計算效率問題。

PAC 大賽應用組具有鮮明的學科交叉特點，同時對學生編程實踐能力也要求極高，通過大賽，以學生為媒介促進了教員間各自研究的交叉融合，同時也提高了研究生的綜合能力素質。

綜上所述，本文研究提出了成立學科交叉的導師團隊、實施學科交叉的課程改革、開展學科交叉的課題研究以及學科交叉競賽等具體措施。它們之間的關系是，導師團隊作為學員參加交叉競賽的指導老師，學科交叉的課程內容作為學員競賽的知識背景，課題研究項目成為交叉競賽的題目來源。因此，通過學科交叉競賽這一具體實踐，有效融合了本文提出的多種學科交叉人才培養措施，達到了以學科交叉為內涵的合力育人目的。

三 結束語

碩士研究生是未來社會發展的生力軍，也是開展應用創新研究的主力軍。本文通過梳理近年來我國高校研究生合力育人培養模式現狀，深入研究基于學科交叉的海洋科學研究生合力育人培養模式，并通過以學科競賽為牽引的合力育人培養實踐進行了探索，在研究生能力素質培養、教員課題研究相互促進等方面已經取得一定效果。未來教研團隊將繼續堅持合力育人培養模式，打造高質量海洋技術學科建設，切實提升研究生人才培養素質。