基于需求牽引的多學科交叉研究生協(xié)同培養(yǎng)模式研究

［摘 要］ 目前研究生培養(yǎng)模式大多采用單一的導師負責制，培養(yǎng)過程中受限于專業(yè)、導師以及學科，研究生在短學制內能夠接觸到的科研資源和訓練有限，尤其在沒有大項目支撐的情況下，學生的綜合科研能力得不到有效鍛煉與提高，難以培養(yǎng)新時代肩負國家重大科技攻關和破解工程難題的高科技人才。通過對多學科交叉研究生協(xié)同培養(yǎng)模式的研究，有利于打破學科壁壘，模糊專業(yè)界限，加強學科交叉課程體系建設，從而培養(yǎng)能夠承擔國家重大任務的高層次、跨領域、多學科交叉的復合型專業(yè)人才。

［關鍵詞］ 研究生；多學科；項目牽引；協(xié)同培養(yǎng)

［基金項目］ 2020年度國家自然科學基金委航天聯(lián)合基金集成項目“空間超聲電機長效服役機理與集成制造基礎”（U2037603）

［作者簡介］ 趙 蓋（1987—），男，甘肅定西人，博士，南京航空航天大學機械結構力學及控制國家重點實驗室教授，博士生導師，主要從事機械工程研究。

［中圖分類號］ C229.29［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）10-0177-04［收稿日期］ 2022-08-18

目前，多學科相互交叉與融合是新時代科技創(chuàng)新發(fā)展的原動力。當今世界前沿學科的重大突破性成果，多數(shù)是多學科匯聚、交叉以及融合的結果。然而，高校對于研究生的培養(yǎng)普遍存在受限于專業(yè)分類、單一導師負責制以及平臺資源等限制，難以培養(yǎng)多學科交叉的復合型人才，在實際培養(yǎng)中學科交叉融合度低，學科之間壁壘重重，所培養(yǎng)研究生多學科交叉意識不強，科學研究方向單一，資源共享力弱，重復低水平成果時有發(fā)生。這主要是因為適應高校研究生多學科交叉融合的機制尚未建立，培養(yǎng)多學科交叉創(chuàng)新人才的體制尚需建立與完善。因此，通過重大國家級項目作為牽引，進一步啟發(fā)研究生多學科交叉融合的創(chuàng)新意識，積極有效探索多學科交叉融合的有效途徑，激發(fā)創(chuàng)新活力，提高創(chuàng)新質量，全面提升高校研究生創(chuàng)新能力與交叉型專業(yè)人才培養(yǎng)質量，具有十分重要的意義。

在美國，國家層面為跨學科研究生培養(yǎng)提供了強有力的政策支持和發(fā)展空間，并給予了優(yōu)先資助。為了適應跨學科的科研模式，對傳統(tǒng)的研究生培養(yǎng)模式進行改革，1997年，美國國家科學基金會（NSF）啟動了“研究生教育與科研培養(yǎng)一體化項目”。該項目的主要目的是更好地為學科交叉項目提供資助，更好地針對研究生的課題，為他們尋找相關領域的專家。2004年，美國國家科學院協(xié)會發(fā)表了《促進學科交叉研究》報告，該報告從研究人員、學術機構、資助機構、專業(yè)學會等方面，提出了促進學科交叉教育與研究的建議。院系和專業(yè)之間的界限嚴重阻礙了跨學科科研模式的發(fā)展，為了改善這一情況，美國大學先后成立了跨學科研究中心或實驗室，研究生在學習傳統(tǒng)學科相關知識的同時，也更需要對學科以外的內容加以補充，在學習過程中培養(yǎng)多學科思維模式。從20世紀70年代開始，哈佛大學、康奈爾大學、斯坦福大學、麻省理工學院等著名大學相繼建立了跨學科研究中心，并建立了跨學科的發(fā)展課程，鼓勵學生跨專業(yè)、跨學科、跨學校學習，甚至跨學校聘請教師，從而讓學生能夠接觸大量跨領域、全方位、多層次的交叉學科知識。同時，鼓勵研究生申請跨學科研究課題，挑戰(zhàn)跨學科研究項目。賓夕法尼亞州立大學對于跨學科的研究生培養(yǎng)投入了大量的時間和精力，并針對不同學科跨研究生培養(yǎng)的需求，提供各種各樣的培養(yǎng)模式。按照學科交叉培養(yǎng)模式結構化程度和成果體現(xiàn)可分為多種類型：跨學科的研討班、不同學院學系聯(lián)合主辦的特邀報告、主辦的學術會議、選修課、學分認可證書、輔修專業(yè)、選修專業(yè)、獨立的學院間合作學位項目、雙學位項目、交叉學科學位項目等。普渡大學學科交叉研究生培養(yǎng)模式包括學分認可證書、輔修專業(yè)、聯(lián)合學位項目、交叉學科學位項目等［1-3］。

跨學科研究生的培養(yǎng)不再受到學科之間壁壘的影響，跨學科知識不斷互補、不斷融合，形成了新的知識領域。調研諾貝爾自然科學獎的近400項研究成果中，約半數(shù)是跨學科研究課題，無論是工學、數(shù)學、物理學、化學還是生物學，研究方法和研究思路具有相同之處，無論是將不同學科的研究方法和研究思路應用于本學科，還是將本學科的研究思路應用于其他學科，都有利于發(fā)展新的創(chuàng)新性研究課題。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術和科學技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)研究生培養(yǎng)模式已經難以滿足其需求，因此，無論是現(xiàn)代工業(yè)技術還是科學技術，都迫切需要大量的跨學科交叉人才進行跨學科交叉研究［4-7］。但目前，國內許多高校仍然采用單一學科的培養(yǎng)模式，研究生培養(yǎng)模式單一化，每個專業(yè)都是根據(jù)專業(yè)內容和應用領域把相近的課程結合起來，按專業(yè)培養(yǎng)人才［8-9］。這種培養(yǎng)方式不利于交叉學科教育的開展，未能反映研究領域下多學科之間的相互耦合和互動關系，無法滿足勞動力市場對于多元化人才的需求；導致在處理問題時，研究生思考的角度不夠宏觀，難以從多學科多角度思考，不利于研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，最終在勞動力市場和學術界就體現(xiàn)為研究生的綜合素質不高和創(chuàng)新能力不足。

在我國，無論是光刻機、工業(yè)軟件還是航空航天的發(fā)展，目前都迫切需要跨學科交叉人才進行相關研究，而跨學科人才的重要來源就是高校，高校高質量人才培養(yǎng)的突破口也是跨學科交叉人才的培養(yǎng)。高校在制定跨學科人才培養(yǎng)方案時應根據(jù)時代發(fā)展要求，邀請相關工業(yè)領域人才開展跨學科學術活動，開辦跨學科學術講座，鼓勵引導研究生進行跨學科學習，敢于向“高、精、尖”的科技前沿發(fā)出挑戰(zhàn)。具有兩個或多個領域知識的人才具備多學科和交叉學科的廣闊視野，往往具有更大的創(chuàng)造性。他們在科學研究和社會發(fā)展中可以發(fā)揮重要作用。目前，我國研究生學科與專業(yè)目錄增設“多學科/交叉學科類”，基金委也設立了交叉學科部，將大大促進交叉學科人才的培養(yǎng)，提高研究生的綜合素質及科研能力，推動社會的發(fā)展和進步。本文針對國家航空航天領域重大項目對機電系統(tǒng)的迫切需求，探究不同學科研究生培養(yǎng)過程中暴露出的一些問題，結合我國目前研究生培養(yǎng)的現(xiàn)狀，認真了解跨學科人才培養(yǎng)需求，嘗試建立跨學科導師團隊共同培養(yǎng)的研究生培養(yǎng)模式，逐步提升研究生的創(chuàng)新能力以及多角度多維度的思維方式，更好地服務于國家重要工程建設。

一、核心概念及界定

本研究在國家自然科學基金委與航天聯(lián)合基金集成項目的支撐下，以空間精密驅動系統(tǒng)的航天應用為目標，綜合機械設計、功能材料研究、驅動控制與系統(tǒng)集成等為研究方向，以項目參研團隊為導師群，以項目參研學生為對象，通過“高頻率、大視角、集中式”的研究討論，結合項目研究過程中專家建議以及新工科背景下的學生培養(yǎng)體系，協(xié)同培養(yǎng)一批具有多學科交叉背景的新時代人才。本團隊研究方向涉及材料、機械、驅動與控制、精密制造、系統(tǒng)集成等多種不同學科，有利于培養(yǎng)寬視野、科研能力強的新時代航天領域專業(yè)人才，為我國航天領域的快速發(fā)展貢獻新生力量。

二、當前多學科交叉融合培養(yǎng)存在的問題

（一）交叉學科領域的師資力量欠缺

當前我國教育資源分布不均勻，這就導致研究生導師水平參差不齊，受教育背景不同，大多數(shù)沒有經歷過系統(tǒng)的多學科、跨專業(yè)培訓和交叉研究，存在知識廣度、深度和結構層次上的不足，在現(xiàn)行培養(yǎng)體制下仍然延續(xù)單一專業(yè)、單一學科的導師負責制培養(yǎng)，所指導的學生仍然存在上述不足。

（二）交叉學科體系不完善

目前教育部、科技部和基金委等主管部門在科研過程中注重多學科交叉研究，但是在學科設置和研究生培養(yǎng)過程中還是按照傳統(tǒng)的專業(yè)劃分來培養(yǎng)，只有部分學生能夠在大團隊或者交叉研究院這種環(huán)境下受到一定的交叉研究的熏陶，在整個研究生培養(yǎng)過程中沒有建立起完整的多學科交叉培養(yǎng)體系，即使在校內相關院系下，仍然是獨立培養(yǎng)。

（三）交叉學科培養(yǎng)制度缺失

目前我國研究生培養(yǎng)制度仍按照傳統(tǒng)的培養(yǎng)制度，大多由學校或培養(yǎng)機構統(tǒng)一制定，多學科培養(yǎng)制度還在探索階段，主要由課題組靈活指導，制度層面沒有統(tǒng)一的要求，無法有效促進多學科交叉培養(yǎng)的快速推進與落實。

（四）社會需求與培養(yǎng)單位脫鉤

實際用人單位對具有多學科背景的綜合性人才具有迫切的需求，但是培養(yǎng)單位受限于現(xiàn)行培養(yǎng)體系無法針對某一單位量身打造定制化人才，即使存在聯(lián)合培養(yǎng)，由于存在專業(yè)教育條件受限、科研平臺不同、導師精力投入和責權不清等問題，不能有機結合雙方導師的優(yōu)勢，大多還是延續(xù)傳統(tǒng)的“師徒制”或“放羊式”培養(yǎng)，所培養(yǎng)的研究生無法很好地對接社會需求，這也是導致研究生難以精準高效就業(yè)的原因之一。

三、多學科交叉協(xié)同培養(yǎng)對策

（一）組建多學科交叉導師團隊

本課題以航天系統(tǒng)對壓電精密驅動系統(tǒng)為需求導向，壓電精密驅動系統(tǒng)是集機械結構、力學、驅動控制、材料設計和工藝等學科相互耦合的創(chuàng)新技術，本身具有多學科交叉屬性［10-12］。在開始本項目研究之前，在研究生培養(yǎng)專業(yè)課學習過程中，導師已經建議所帶研究生主修“現(xiàn)代驅動技術”“超聲電原理與技術”“微機電系統(tǒng)”等具有學科發(fā)展需要的理論知識，在課程設置體系中也會考慮研究生將來從事項目的需求和針對性。當真正進入課題研究和研究生培養(yǎng)過程中，跨專業(yè)組建包括材料設計、機械結構設計、電路設計、驅動與控制等研究方向的導師群，組成超聲電機研究領域的多學科交叉導師團隊，針對學生培養(yǎng)方向和培養(yǎng)特點進行全方位的交叉融合指導。

（二）建設以多學科導師團隊為基礎的培養(yǎng)模式

基于國家重點實驗室平臺，建立多學科導師團隊，按團隊需求分配研究生名額，學生的培養(yǎng)計劃、研究方向均以多學科交叉的導師團隊作為研究生群體的基礎，實現(xiàn)在不同學科的研究生導師多對一的指導方案，從而實現(xiàn)以學生團隊和導師團隊為基礎的交叉培養(yǎng)。制訂詳細的培養(yǎng)過程方案，定期召開項目推進會，師生共同討論項目關鍵問題和進展，在此培養(yǎng)過程中，增加了不同學科之間導師的相互交流與聯(lián)系，進一步提高了研究生的培養(yǎng)質量。

（三）導師團隊及研究生培養(yǎng)質量評價體系

科學的評價機制能夠使導師在統(tǒng)一的基礎上，按照統(tǒng)一的標準實現(xiàn)統(tǒng)一的培訓目標。討論在兩個層面進行：一方面，通過導師評估系統(tǒng)，導師對研究生培養(yǎng)進行評價；另一方面，對所培養(yǎng)的研究生建立培養(yǎng)質量評價體系。評價體系的主要內容包括發(fā)展工作績效和結果評估機制、研究生的工作績效評估機制以及研究生培養(yǎng)教育質量的評估體系。

四、多學科交叉協(xié)同培養(yǎng)模式成效

（一）多學科交叉融合訓練

超聲電機獨特的工作原理決定了其精度高、響應快、低速大扭矩等特點。在研究生專業(yè)課程設置方面應做到門類齊全、結構合理、基礎與前沿并重、理論講授與實踐教學融合等。根據(jù)超聲電機所涉及的理論與技術，在課程設置方面涵蓋了凝聚態(tài)物理、電力電子以及結構動力學等基本領域，有助于理解結構的振動模態(tài)及振動機理。在摩擦驅動方面，涉及摩擦學、材料學、接觸力學等領域，在驅動與控制方面涉及電工電子等學科。在實踐教學方面，為研究生提供了機械結構力學及控制國家重點實驗室、超聲電機國家地方聯(lián)合實驗室等國家級優(yōu)勢平臺，也為研究生提供了在項目研制過程中參觀合作單位科研平臺等多種實踐機會。

（二）建立多學科交叉融合的學術交流平臺

利用國家重點實驗室平臺，通過國家重大項目來延伸多學科交叉融合的學術交流范圍，從而突破單一學科學術交流，開展學術交流沙龍、多學科研討會、項目定期的推進會、學術講座和學術論壇等學術交流活動，國內外多學科交叉融合理念也應該被借鑒來為開展高水平的多學科交叉融合營造良好的學術氛圍。設立由國際著名學者參與的導師指導小組，鼓勵和支持教師與研究生參加國際學術交流活動，實施“國際訪學計劃”，加強與國際先進高校和機構的全方位國際合作與交流，從而培養(yǎng)出具有國際視野和國際交往能力，同時又具有多學交叉融合思維的拔尖創(chuàng)新人才。

（三）持續(xù)性培養(yǎng)

協(xié)同培養(yǎng)貫穿整個研究生學習生涯，從入所教育、日常項目組指導與項目組會議、開題報告、中期報告直至最后學生的畢業(yè)答辯，每一步都是導師團隊參與學生培養(yǎng)，甚至會推薦學生應聘至機電領域從事工作，繼續(xù)跟蹤他們在該領域的貢獻。導師團隊的成員合作，為團隊指導的研究生奠定了良好的基礎。在實踐培訓過程中，交叉學科的導師們將相互協(xié)作、共同管理、共同輔導研究生。完善研究生培養(yǎng)質量評價體系，將從學科競賽、發(fā)表論文和專利、就業(yè)質量等多維度進行評價，以促進研究生教育培養(yǎng)的質量。

結語

學科交叉融合的復合創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)，是我國研究生教育改革的重要方向。本論文以機電系統(tǒng)為例，界定了多學科導師團隊協(xié)同培養(yǎng)研究生的概念，探討了多學科交叉研究生協(xié)同培養(yǎng)模式，強調了多學科協(xié)同培養(yǎng)的基礎條件，構建了該模式能夠有效實施的關鍵條件、訓練平臺與過程評價體系，重在倡導以國家重大項目需求為牽引，構建多學科交叉研究生新型培養(yǎng)模式，為我國科技發(fā)展提供具有多學科交叉背景和綜合創(chuàng)新能力的復合型人才。

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Research on Demand-driven Interdisciplinary Postgraduate Collaborative Training Model：

Taking Electromechanical System as an Example

ZHAO Gai

（State Key Laboratory of Mechanical Structure Mechanics and Control， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu 210016， China）

Abstract： At present， most of the postgraduate training models adopt a single supervisor responsibility system， which is limited by majors， supervisors and disciplines in the training process.The scientific research resources and training that postgraduates can access within the short academic system are limited， and especially in the absence of the support of large projects， students comprehensive scientific research ability cannot be effectively exercised and improved. It is difficult to cultivate high-tech talents who shoulder major national scientific and technological problems and solve engineering problems in the new era. This paper explores the collaborative training model of interdisciplinary postgraduates， which is conducive to breaking disciplinary barriers， blurring professional boundaries and strengthening the construction of interdisciplinary curriculum system， so as to cultivate high-level， broad field and multidisciplinary interdisciplinary professional talents who can undertake major national ?tasks.

Key words： postgraduates; interdisciplinary; project traction; collaborative training