新工科背景下跨学科课程建设研究

陈 祥

(江苏师范大学科文学院 江苏 徐州 221000)

0 引言

2017年开始，新工科建设已成为国内教育教学改革的重要议题，“复旦共识”“天大行动”“北京指南”为新工科建设提供了方向。作为新工科建设项目的主要内容，跨学科工程也引起了社会普遍重视，各高校积极投身新工科与跨学科课程建设的研究与实施中。

1 跨学科的内涵和意义

“跨学科”一词最早在20世纪20年代提出，其后作为一种研究方法在60年代后被广为推崇。卡特·古德在《教育词典》中提到跨学科是一种研究方法，对某些特定问题，优秀的研究人员往往从不同的领域从各种相关的角度进行研究，例如研究儿童发展问题可以由心理学家、医生、教育家和社会学家组成研究小组，又如曼哈顿计划的成功也得益于大批数学、物理学、工程学人才的跨学科。然而，彼时跨学科更像是优秀研究人员的特权，对个人能力及研究团队的要求较高。

由于新一代信息技术和产业革命的升级，工程技术问题的难度和复杂性大幅提升，客观上就需要工程人员在系统分析与解决时具备坚实的专业知识和更加娴熟的实战能力。近年来国内大力推进新工科建设，为国家重点培育工程实践能力强、创造力强，可以处理复杂工程技术应用问题的高层次复合人才，在工程实践中“打破专业壁垒、促进学科交叉融合”[1]形成了新工科落地的核心策略之一。

雷普克曾指出:“跨学科研究是回答问题、解决问题或处理问题的进程，它以学科依托，以整合其见解、构建更全面认知为目的”。高校的跨学科教育应以交叉学科研究问题和前沿项目为导向，通过不同学科的交叉融合，培养学生主动学习和创造性研究的能力。在整合学科知识的基础上，建立多学科知识体系，了解不同学科的耦合关系，体会单个学科在跨学科实践体系中的作用，同时，丰富的跨学科体验反过来促进对学科思想和方法的深入理解。在多学科交融领域，以创新实践激发学生自主学习的兴趣，主动整合知识以解决实际问题，成为更能适应新时代科技飞速发展的创新人才。因此，跨学科是新工科的核心内涵之一，对新工科建设有着重要意义。

首先，跨科学是新工科创新人才培养的核心属性。自2017年以来，各校先行者无不以构建跨学科课程体系践行新工科建设。在夯实学科基础课的前提下，以跨学科课程提升学生运用多领域知识、方法、技能解决问题的能力。南京大学开设了“计算机与金融工程”“地球系统科学与环境”等交叉方向试点实验班，整合学科资源构建了跨学科人才培养方案，开设了数据结构与金融算法、金融软件工程等复合型课程。[2]近年来，该校开设了更加灵活的本科生DIY课，由本校专家学者开设小班研讨课，学生来自不同学科，参与课程专题设计，课程深受高年级学生的欢迎。

其次，跨学科教学生态的构建是新工科建设稳定和持续发展的基础。跨学科课程并不是仅是几门课程的开设，其背后有大量的教学生态的支撑。跨学科课程需要一批双师型教师，或以教学团队的形式开展教学；需要通过翻转课堂、OBE、智慧课堂等教学理念开展多样化教学；需要线上多媒体课程资源的开发与整合；需要支持跨学科项目的实践教学平台；需要优化过程监控、成果验证、评价反馈等管理机制以适应跨学科教学。这些教学生态支撑了跨学科课程的建设，同时也保障新工科稳定的可持续发展。

2 跨学科课程案例研究

新工科创新人才培养目标的实现需要以课程体系为载体，学生知识和实践能力的获得也需要通过课程内容来落实。通过研究国内外的跨学科课程案例，跨学科课程主要由现实问题驱动、学科知识学习、过程项目实践、产品设计开发等元素组成。如图1所示，在交叉学科领域遴选热点问题，该问题驱动学生的学习兴趣和研究欲望，而后在教师团队引导下进行学科知识学习，并通过过程项目实践提高知识的整合和应用能力，同时在实践中反馈知识的不足，促使学生主动开展创造型学习。最终，通过产品设计开发尝试解决最初的现实问题，或者在现实中验证产品的有效性。

图1 跨学科课程组成元素

美国多所高校具有较长的跨学科课程历史和丰富的经验。其中，美国波士顿大学融合了金融学、运筹学、市场营销及信息技术四门学科开设了产品开发课程。[3]课程在现实问题驱动方面较为宽泛，既允许学生自主设计感兴趣的产品项目，也可以选择由教师预设的部分课题。课程面向多个学院招生，不同专业背景的学生不同的团队角色定位，组成4～10人的团队进行过程项目实践。教师适度放松对课程的掌控，给予学生更多的信任和尊重，让学生在宽松的环境中进行学习和实践，自主进行创新创造。在评价阶段，以团队报告、项目演示、市场模拟以及自我评估、同伴评估等方式进行多样化考核，综合衡量每位学生的过程和产出。然而，由于文化背景差异，且波士顿大学的学生基础能力较高、学习动力强，该校以及类似的美国跨学科教育方式若直接照搬至国内风险较大。

2018年，西南交通大学开设了30门跨学科课程，内容涵盖自然科学、生态环境、哲学艺术等，一时成为了国内的热门话题。其中，“运动、科技与智慧人生”课具有优秀的现实问题背景，启发学生了解现代科技对体育的影响，运用工程学科知识解决运动中遇到的问题；在知识学习环节，组织了五位教师组成教学团队，教授体育、力学、机械、电气、经管等不同学科知识；在过程实践环节，设计了一系列跨学科实践教学项目，如通过拆卸乒乓球发球机学习机械原理、调试机器人模块学习电子电气等；最终，在产品设计开发环节，学生交出了“射箭辅助智能训练”“多功能登山杖”“攀岩向导APP”等产品。该课程难度适中，趣味性高，获得了多个奖项，广受社会好评，对其他高校的跨学科课程建设具有良好的参考价值。

3 跨学科课程建设的建议

新工科背景下，跨学科课程的建设，既要跟随社会热点和前沿科技趋势，也要从学校自身的学科优势和师资力量出发，还需考虑学生的知识层次和学习能力，纵横考量重构课程体系，因材施教采用合适的教育形式，让学生自我定位发挥主观能动性，将跨学科教育融入新工科创新人才培养体系。

3.1纵横整合的课程体系

跨学科教育需整合多个不同学科知识，并通过跨学科项目实践掌握研究问题的方法，在内容量上比传统学科教育更为丰富。在本科学制学时不变的情况下，必然要求在课程设置上进行知识的整合，从整合方向上看，分为纵向整合和横向整合。纵向整合需要梳理学科知识体系，更强调学科基础课和综合项目实践，横向整合需要由跨学科问题驱动，强调不同学科思想和方法论的整合。

在学时分配上，尽管通识课和学科基础课占据了第一学年的大部分学时，但仍需重视新生项目课的作用。电子科技大学在本科四年构建了“基于项目新生课—基于项目设计课—基于项目挑战课—基于项目高峰课”的逐级挑战、跨学科项目课程体系。大一即引入新生项目课，引导学生兴趣方向，规划未来知识学习，避免陷入“只见树叶不见森林”的学习陷阱。学生先见识前沿交叉学科企业级项目的全貌，再主动开展跨学科知识学习，既见树叶，又见树林。

3.2不拘泥的教育形式

跨学科教育是新工科人才培养的核心内涵之一，跨学科课程也是新工科教学改革的重要组成部分，但跨学科教育的形式也根据各校情况而不同。中科院依据自身科研优势，以脑认知功能的神经基础和类脑智能计算模型为核心科学问题，设置了“脑科学与类脑智能研究”学科方向，以专业核心课的形式设计了跨学科课程体系，包括邀请院士开设了微课“赢者通吃的抉择”。而大部分高校缺乏如此深厚的学科积淀，往往采取公选课或第二课堂的形式开展跨学科素质拓展教育。如江苏师范大学科文学院，在保持现有学科体系不变的情况下，依托工学院协同创新中心和学生社团，开展第二课堂教育，组建跨学科学生团队参加学科竞赛，创新创业素质得到了良好锻炼。

当前，新工科建设仍在初期摸索中，先行者贡献了宝贵的实践经验，但坚持因材施教，从教师和学生的实际出发，才是培养人才的最好方式。跨学科教育的形式，以及双师型教学团队的建立，翻转课堂、混合式教学等理念的实施，是对过去十多年教学理念的继承和总结，也会新工科实践中孕育出更佳的教育形式。

3.3重视学生团队的作用

跨学科课程往往和复杂的、现实的、交叉学科问题相关联，跨学科教育不仅是多学科知识的讲授，更重要的是让学生在解决问题的过程中掌握多学科的思想和方法，学生在多次模仿及启发下，培养交叉领域的创新实践能力。在跨学科教育中，学生团队可发挥更多的积极作用。在学生团队中，跨学科以及跨年级的成员组成，对成员的成长起到传帮带作用。在团队中，学生可基于知识背景、性格愿景等自我特征，找到自我定位，在团队中发挥特定的功能。在团队成员的帮助下，在跨学科众多的知识点和方法论中，找到自己的特长，有所偏向地成长。在高年级同学的引导下，见识更复杂更优秀的项目，激发创新潜能。

在教学改革中，师资、教学和管理往往是改革的重点，而易忽略学习的主体学生。跨学科教育并不培养千篇一律的人才，也不是每个学生都能融会贯通多学科知识。在对学生团队的管理上，可设置关键节点，注重过程管理和流程优化；在评价上，关注个性成长，注重多元化考核，不能唯结果论。

4 结语

本文对新工科背景下跨学科课程建设问题进行了探索。跨学科课程是新工科建设的重要组成部分，跨学科课程的设置需要注重现实问题驱动、学科知识学习、过程项目实践、产品设计开发等环节，并根据各校学科优势和师生现实设计课程体系和教育形式，在教学管理中发挥学生团队的作用，最终实现培养跨学科创新人才的目标。