多学科交叉融合新工科人才培养的现实问题与发展策略

张海生，张 瑜

(1.重庆文理学院 期刊社， 重庆 402160； 2.中国人民大学 教育学院， 北京 100872；3.重庆医科大学附属永川医院 全科医学科， 重庆 402160)

一、问题提出

跨学科性和跨专业性是高等教育领域越来越关注的话题之一[1]，高等教育跨学科的各种教学方法已在全球范围内实施[2]。面对气候变化、贫穷、环境等全球性复杂问题的出现，许多研究人员和教育工作者明确要采用跨学科的观点应对之。生物医学工程(Biomedical Engineering, BME)作为一个大跨度、多学科、深交叉的学科领域，是生命科学、医学与现代工程科学的有机结合，以推进医疗保健治疗，包括诊断、监测和治疗[3]。作为教育项目，生物医学工程大约起源于20世纪60年代，且以研究生教育为主[4]。20世纪70年代初，生物医学工程本科项目/课程(undergraduate program)开始发展，并迅速被学生接受[5]。我国生物医学工程教育始于20世纪70年代末，东南大学、浙江大学、上海交通大学、西安交通大学、清华大学和中国科学技术大学是我国首批建立该专业的大学[6]。经过40年的建设和发展，目前我国开设生物医学工程本科专业的高校已达116所[7]，规模扩大迅速。

事实上，生物医学工程作为多学科交叉融合的典型领域，早就成为我国高等工程教育进行跨学科教育的试点领域，其倡导的多学科交叉融合思想与2017年教育部提出的新工科理念不谋而合，但也在一定程度上反映出我国工程教育人才培养理念滞后于实践[8]。研究显示，我国高等工程教育界虽然已经注意到多学科交叉融合发展的不可逆性，积极开展对跨学科人才培养的相关研究，并取得了一系列成果，但仔细研读这些文献可以发现，研究成果多集中在宏观或中观层面，如跨学科教育的国际比较和个案分析[9-14]，真正具体到微观层面(如人才培养、教学改革、课程建设、实践探索)的研究却鲜见,尤其是作为高等学校人才培养质量的核心元素和基础性工程的课程[15]，在很大程度上最终决定了一所大学的发展潜力和可能高度。

顺应新一轮科学技术革命和产业革命的发展趋势，以及新一轮高考改革不分文理、强调学生的综合能力和素养的要求，要想树立具有中国特色的多学科交叉融合人才培养的理论体系和实践典范，必须转变传统单一学科专业“单兵作战”的发展模式，从学科情境转向应用情境和适应性情境[16]，坚持问题导向和需求导向[17]，注重跨学科课程资源的开发与整合，走开放、融合、自适应的新工科建设之路[18]。因此，当下深入探讨我国高校多学科交叉融合新工科人才培养和课程建设问题，不仅必要，而且紧迫。

二、研究设计

根据中国学位与研究生教育信息网公布的全国第四轮学科评估结果，生物医学工程一级学科(0831)评估结果为A类(包括A+、A和A-)的高校有7所，分别是东南大学、华中科技大学、上海交通大学、清华大学、北京航空航天大学、浙江大学和四川大学[19]。鉴于文献的可获得性，本研究以东南大学、华中科技大学、上海交通大学、清华大学、北京航空航天大学、浙江大学、北京大学、复旦大学、深圳大学、南方医科大学、天津医科大学和南京大学12所案例高校生物医学工程本科专业人才培养方案文本为研究对象和内容(见表1)，着重分析新时代我国高校多学科交叉融合新工科人才培养与课程建设的实施现状以及存在问题，并提出相应的改进策略。

表1 研究对象的基本情况

三、多学科交叉融合新工科人才培养的现实问题

基于12所案例高校生物医学工程专业人才培养方案的文本分析，我们发现以下几点共性问题。

(一)人才培养目标定位趋同化

人才培养目标是高校本科教育的工作方针，是对大学的“人才培养类型、规格、层次和所要达到标准的总体设计和规划”[20]。人才培养目标的设定实际上解决的是“培养什么样的人才”的问题。就案例高校而言，其人才培养目标定位可以总结为应用型、复合型、创新型、管理型、引领型、卓越型和研究型6类，且不同高校人才培养方案文本的表述存在一定的趋同化(见表2)。

(二)学科专业培养特色凝练不足

人才培养特色是高校办学特色的集中体现。从学校办学层面来看，人才培养特色的形成主要得益于人才培养目标与学校的历史积淀、学科优势、校园文化的协同发展与融合[21]。生物医学工程专业人才培养特色的确立应充分考虑学校办学条件、学科基础与研究领域/方向、师资队伍等条件而有所差异。总体而言，案例高校在人才培养方案中明确提出培养特色的仅有华中科技大学、上海交通大学和北京航空航天大学，其他高校的培养特色并未能有效凸显或尚需凝练。事实上，人才培养特色的形成是一个渐进的系统工程，需要学科团队找准方向，长期跟踪、深耕和凝练(见表3)。

表2 案例高校生物医学工程专业人才培养目标定位比较

注：表内所有文字均摘录自各高校生物医学工程专业人才培养方案，下同

(三)学制弹性不足，授予学位单一

学制与学位的复杂程度以及多样化程度，是衡量一国高等教育发达程度的重要指标。无独有偶，我国高校生物医学工程本科专业授予的学位单一，均为工学学士学位。可喜的是，一些高校已经在学制方面进行了有益尝试，积极推行学分制改革，探索弹性学制，施行更具人性化和自由度的教学管理制度[22]，如东南大学、上海交通大学、清华大学等(见表4)。需要注意的是，弹性学制在我国的施行似乎有些“水土不服”，建立完善的弹性学制仍有很长的路要走。

表3 案例高校生物医学工程专业人才培养特色比较

表4 案例高校生物医学工程专业的学制与学位情况

(四)招生方式急需优化，中期分流机制不完善

生物医学工程作为21世纪最具发展潜力和经济价值的跨学科专业之一，其人才培养目标的实现得益于科学合理的招生方式和分流机制。总体而言，案例高校生物医学工程专业大都实行大类招生方式，在学分制和本科生导师制的指引下，坚持精英化培养和小班教学模式，并辅之以本科生科研训练项目、创新实践与企业实习以及国际化培养。在第一学年末或第二学年末，根据学生个人兴趣和学业表现，结合导师建议，进行横纵双向分流：横向分流主要基于课程模块选择进行专业方向分流(一般3～8个方向)、主辅研修和双学位培养；纵向分流主要是实现学生的本-硕或本-硕-博贯通培养(见表5)。需要注意的是，尽管案例高校大类招生已经明确，但招生过后如何进行科学合理的中期分流，众多高校依然在试点和探索，尚未形成科学、合理、明确、系统的政策文本。

表5 案例高校生物医学工程专业的招生方式与分流政策

(五)课程结构不尽合理，专业特色课程资源的整合与开发不足

课程设置及其结构关系是学生为达到培养目标所应当学习的基本内容的体现[23]。案例高校生物医学工程专业的课程体系主要包括通识(素质)教育基础课程、学科大类基础课程、专业基础课程和方向(核心)课程、实践类课程(包括实习、实验和毕业设计)和其他开放课程(包括个性课程、自由选修课程、特色课程、研究型课程、创新课程等)。整体而言，案例高校生物医学工程专业已经构筑各富特色和各有侧重的课程体系。此外，案例高校生物医学工程专业人才培养毕业的最低学分要求介于145～171学分之间(见表6)。

表6 案例高校生物医学工程专业的课程体系构成及毕业最低学分要求

表7 案例高校生物医学工程专业的课程结构及其学分分布

课程结构即课程内部各要素、各成分的内在联系和相互组合的组织形式[24]。课程结构内部要素及其成分间的比例直接影响课程的结构和课程的实施，间接影响高校教育教学质量和人才培养目标的实现[25]。案例高校生物医学工程专业课程体系按照设置的层次划分，大致包括通识教育课程、学科基础课程、专业课程、实践课程和其他课程。其中，通识教育课程平均学分为52.5/53.5，平均占比为31.7%/32.4%；学科基础课程平均学分为45.8，平均占比为26.8%；专业课程平均学分为48.8，平均占比为28.4%；实践课程平均学分为17.7，平均占比为10.6%；其他课程平均占比为1.7%(见表7)。可见，案例高校的课程结构体系仍需调整与优化，通识教育课程和实践课程的比例还普遍偏低，而专业课程的比例普遍略高，依然存在重理论轻实践的问题。

四、多学科交叉融合新工科人才培养的发展策略

基于上文的分析，我们认为多学科交叉融合新工科人才培养需要从人才培养方案的优化、跨学科课程的整合、过程的精细化和多元化培养、学科特色的凝练等方面协同推进。

(一)明确人才培养方案的阶段性目标及其主要教育内容

多学科交叉融合新工科人才培养的实现需要精细化的人才培养方案作指导。就案例高校生物医学工程专业人才培养方案文本的构成而言，人才培养的分阶段目标及其主要教育内容不明确。因此，明确人才培养方案的阶段性目标及其主要教育内容尤为紧迫。需要注意的是，多学科交叉融合不是学科专业的机械堆砌与简单叠加，也不是增设几门新型课程或前沿课程，而是强调学科专业之间的交叉与融合。一般而言，多学科交叉融合包括文理的交融、理工的交融、基础知识与前沿动态的交融等多个维度。总的来说，学生多学科交叉融合能力的实现至少要经过3个阶段的培养(见表8)。

表8 多学科交叉融合人才培养的三个阶段及其主要教育内容

1.前期大类招生与通识教育培养

多学科交叉融合强调人才培养的宽口径、厚基础、综合化和复合型，这要求在人才培养的准入阶段即招生准入时就要进行综合设计和全盘考虑。在新高考不分文理的背景下，实施大类招生是大势所趋，但大类招生的方式是可以选择和优化的——实验班模式/学科大类招生模式/院系大类招生模式。就前期阶段的教育内容而言，应坚持通识教育培养，课程设置应以人文社会科学类课程(包括哲学、经济学、法学、管理学、文学、艺术、写作和语言等模块)和自然科学基础类课程(包括数学、物理、化学、生物学、计算机等模块)为主，主要目的在于拓宽学生的人文素养，着重培养学生的辩证思维、逻辑思维、伦理思维、生态思维和法治思维，夯实学生的数理基础，增强学生的管理能力、领导能力和价值判断能力，为学生中后期的全面发展和方向选择奠定基础[26]。

2.中期专业分流与专业教育培养

在经过大类招生、通识教育培养后，如何设计科学合理的专业分流机制就成为多学科交叉融合新工科人才培养的关键议题。这里的专业分流不是专业方向的细化，而是通识教育基础上的专业选择。那么，专业分流的时间如何安排？应采用怎样的方法？坚持什么原则？首先，专业分流的时间不应过早，也不应过迟——过早不利于学生基础的夯实，过晚则不利于专业基础知识和专业方向知识的系统学习，建议在第一学年课程结束时实施专业分流。其次，专业分流应有其内在的实践逻辑——有明确的专业准入和专业准出，专业准入即要求学生具备相应的通识教育基础，同时也要为其他院系的学生进入多学科交叉融合领域建立考核准入方案；专业准出强调学生进入多学科交叉融合领域后，应明确规定学生学习的系统专业课程以及学分要求。再次，还应明确专业分流的方法和原则，即专业分流是坚持成绩导向还是兴趣导向。我们认为，专业分流应坚持以学生为中心的分流方法，给予学生更多的自由选择权，原则上可以在导师的引导下根据学生志愿、兴趣和学业表现，加以组织考核和综合考虑，以保障学校学科专业的协调发展。

3.后期贯通体系与多元发展培养

多学科交叉融合的多学科属性给予学生更为多元的选择空间，得益于专业方向特色课程模块的打造以及学科特色的凝练。在多学科交叉融合新工科人才培养方案中，应明确规定学生的多元发展方向以及各种人才培养的类型：应用型、复合型、创新型、管理型、引领型、卓越型或研究型。事实上，这6种人才培养的类型可总结为三大类：就业创业型、交叉复合型和学术引领型，但不同类型人才培养需要不同的贯通体系，其特色课程模块的侧重点不同(见表9)。

就业创业型人才培养目标的实现，需要高校、行业企业等相关主体的协同合作，积极探索将创新创业教育课程融入校企合作和产教融合的创新发展模式——建立双导师制，注重实习实践类课程和创新创业类课程的设计与开发，积极引导学生参与实习实训或开展课外实践活动，优化学生的毕业设计环节，允许学生的毕业设计在企业完成，切实提升学生的工程实践能力、创新创业能力和解决复杂现实问题的能力。交叉复合型人才培养目标的实现，需要贯通主辅双学位研修体系，学生既可根据个人兴趣研修第二学位课程，实现主辅双学位培养；也可以在学有余力的前提下，研修学校开设的其他高级课程或定制个性化课程，但这种交叉复合型人才的培养在很大程度上对学校的选修课程和第二学位课程的开发提出了现实挑战。如果说主辅贯通体系是人才培养多元化的横向扩展，那么本硕贯通和本硕博贯通就是人才培养多元化的纵向延伸。纵向延伸着重培养的是学术引领型人才，强调科研项目训练、研究型课程的设计与开发，旨在通过本科课程与硕士课程的有效衔接，提高人才培养的效率。

表9 多学科交叉融合人才培养贯通体系的构建及其课程要求

(二)注重跨学科课程资源的整合与开发

人才培养目标得以实现的核心在于课程体系的科学设计与合理安排。就多学科交叉融合人才培养而言，跨学科课程资源的整合与开发是关键，具体可以从校级、院系和研究方向3个层面构建多学科交叉融合的课程体系。

1.校级层面：重新组合学校课程结构

多学科交叉融合人才培养要求课程结构的调整与优化。一方面，学校应注重跨学科课程资源的整合与开发，强调不同学科专业领域课程之间的交叉融合，包括文理交融、理工交叉、传统工科之间的交叉复合以及传统理科延伸至工科教育等，真正打破学科隔阂与专业壁垒，以“大工程观”统领多学科交叉融合人才培养全过程[27]。另一方面，学校还应注重课程结构的优化和模块化课程的开发，构筑兼容“通识教育课程模块+学科基础课程模块+专业核心课程模块+实习实践课程模块+个性化课程模块”的课程体系[28]，并促使各个培养阶段课程的集群化发展，以模块化课程结构促进不同学科专业领域课程的有效链接和交叉融合。

2.院系层面：注重专业课程模块化设计

学科交叉融合水平的提升得益于学科群课程的模块化设计和综合化发展。模块化是现代课程体系建设的基本要求，它因每个课程模块的目标明确、容易实现而具有很强的适应性、开放性和实用性[29]。模块化课程设计要求院系在跨学科人才培养目标的设计过程中，将人才培养的整体目标分解为若干相互连接的分目标，以模块化课程的科学设计，打破学科的专业实体性界限，将不同学科专业的课程以一定的逻辑重组在同一模块内，以促进不同阶段培养目标的达成以及不同学科专业课程的综合化发展。此外，院系还应扩大模块化课程的容纳范围和覆盖面，减少专业必修课程比例，扩大专业选修课程、限选课程和任选课程的选择范围，为学生提供多种可能的兴趣爱好和职业发展选择，满足学生个性化发展需求[30]。

3.方向层面：打造专业特色课程(群)

多学科交叉融合的开放、融合、多元、实用的特性，决定了其研究方向或研究领域的多元化。就案例高校生物医学工程专业的研究方向而言，一般3～8个，虽然研究方向存在一定的同质化倾向，但已有不少学校的专业特色已经显现。如北京航空航天大学根据学校航天航空的办学传统和学科优势，主动将生物医学工程专业的研究方向面向医疗器械产业以及航空航天医学工程。这一方面说明案例高校多学科交叉融合特色凝练不足；另一方面也说明学科专业特色的打造并非一朝一夕之事，需要不断探索与整合。同时，学科专业特色不足，也表明学科团队的研究领域不够集中、聚焦，这在很大程度上限制了研究领域特色课程(群)的开发广度和深度。因此，在研究方向的科学定位和特色凝练上，应根据学校办学传统和师资队伍研究方向，集中力量在3～4个领域内进行深耕，并在研究的过程中不断探索与整合，将最新的研究成果和研究前沿动态转化成课程(群)，并使之服务于人才培养。

(三)注重学生的国际化和精细化培养

多学科交叉融合还十分强调学生的国际化培养和精细化培养。国际化培养的落脚点在于课程的综合化与国际化，精细化培养则强调对人才培养全过程的精准把控。

1.注重学生的国际化培养

学生的国际化培养本质上要求课程的国际化。事实上，国际高等教育多学科交叉融合人才培养的实现，均是基于课程设置的调整与优化。这主要体现在两个方面：一是课程的综合化。发达国家普遍设置跨人文与自然科学、人文与社会科学等综合性课程[31]，如哈佛大学的“核心课程”模式改革、康奈尔大学的“通用课程”模式改革等。二是课程的国际化。包括教学语言的多样化，如全英文教学、双语种教学乃至多语种课程开发；人才培养过程的国际化，如国外研修计划、学生交流互换等；教学内容的国际化，如多种形式的国际性课程设置为学生提供国际知识、比较文化和跨文化课程等。

2.强调学生的精细化培养

多学科交叉融合的繁复性决定了其人才培养过程的精细化。一是精英化教育。此处的精英化教育不是传统意义上的纯粹的精英化教育，它虽然也控制招生规模，但是控制规模的节点后移了，即通过专业准入控制规模。事实上，在高等教育后大众化阶段，高校实施大类招生、中期根据学生志愿进行分流就是精英教育的一种推进模式[31]。精英化教育的重要特征是实施小班教学、分组讨论和研究性学习，通过精设课程门类和课程模块，构筑交互开放的“本-硕-博”学习共同体，从而实现培养学术引领型人才的目标。二是本科生导师制。本科生导师制滥觞于14世纪的牛津大学，是一种有效培养创新型人才的制度。多学科交叉融合人才的培养需要从入学开始就实行导师制，对学生的学习提供全方位的指导与服务，并根据学生的个性特征进行针对性的引导。由此，就易于在师生之间建立起良性的互动沟通机制，形成亲切、平等、自由的师生关系[32]。三是个性化定制。要坚持以生为本的教育理念，通过不断整合和优化多学科交叉融合的人才培养课程体系，组建课程模块、课程组或开发个性化课程，满足不同学生的个体需要，提升学生学习的自由度和灵活性[9]。四是贯通培养。通过科研训练与本硕博贯通相结合，校企合作、产教融合与就业创业相结合，主辅研修与双学位培养相结合，提升学生的学术研究能力、应用实践能力和交叉复合能力，实现学生的纵横贯通培养和多元化发展。