基于学科交叉的海洋科学研究生合力育人培养模式研究

马树青，蓝 强，张理论，王文珂，肖汶斌

（国防科技大学气象海洋学院，长沙 410073）

党的十九大报告指出，要“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”。国防科技大学气象海洋学院由原国防科学技术大学海洋科学与工程研究院和原解放军理工大学气象海洋学院合并组建，目前学院在学科群建设过程中，重点发展大气科学、海洋科学两个核心一级学科，其中海洋科学学科拟建成以物理海洋学为基础、海洋技术为支撑、军事海洋学为特色的学科体系，为我军培养军事海洋一流人才提供支撑。

研究生培养是高校人才培养的重要组成部分，研究生学员创新实践能力培养是人才培养的重要环节。如何培养具有广博知识、强烈创新意识、良好综合素质的复合型、创新型人才已成为研究生教育改革的核心问题及关键点。随着学科综合性发展，定位于硕士研究生具备“开展应用创新研究的能力”、博士研究生具备“开展技术创新和科学研究工作”的能力目标，传统意义上的单一学科培养模式已经无法满足创新人才培养的要求，通过突出多学科交叉合力育人，培养具有知识交叉与融合的高层次创新人才，已成为研究生教育改革的有效途径。

海洋科学是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及与开发利用海洋有关的知识体系，是地球科学的重要组成部分[1]。作为一门综合性很强的地球科学学科，其各分支学科之间以及与相邻基础学科之间相互结合、相互渗透，逐步形成了一系列跨学科的有高度综合性的新概念、新方法、新理论及新型研究课题。因此，其培养的研究生学员不仅应当掌握专业基本知识与技能，更应当加强多学科交叉培养，以有效运用海洋科学相关知识解决多种专业研究与应用课题，从而提升其创新实践能力。

本文通过调研近年来高校研究生合力育人培养方法，深入研究海洋科学研究生的合力育人培养模式，并利用研究成果开展了海洋科学研究生的合力育人培养实践研究，探索一种基于学科交叉的海洋科学研究生合力育人培养模式。

一 我国高校研究生合力育人培养模式现状分析

高校研究生合力育人培养模式内涵广泛，当前的研究热点主要集中在“三全育人”、多形式联合培养、交叉学科培养等若干方面。

其中，“三全育人”是把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人。以“三全育人”为内涵的合力育人培养模式重在结合思政任课教师、辅导员、导师等多方力量，在学生思想政治教育中发挥共同作用。有学者重点对辅导员与思政教员、辅导员与导师等合力育人的机制建设以及两支队伍建设方面展开研究，推动高校学员思想政治工作深入发展[2-5]。

以多形式联合培养为内涵的合力育人模式主要包括军地联合培养、跨校联合培养及校企联合培养等方面，重在通过有效结合不同单位人员能力，共同构建有效合力育人机制。如在军地联合培养方面，有文献针对军地联合培养机制、军地联合培养基地教育模式优化方法以及依托军队院校和地方资源培养创新人才方面开展研究[6-8]；在跨校联合培养方面，刘雅[9]提出了跨校联合人才培养的推进策略；在校企联合培养方面，张鑫等[10]和王翠娟[11]提出了“校企二元交叉式”高技能人才培养创新模式和培养途径以及校企联合协同各方责权明晰的分配体系。基于联合培养的合力育人模式的特点是涉及不同单位的人员，需要单位之间建立联合培养机制，其操作和管理更加复杂。

以交叉学科培养为内涵的合力育人培养模式是本文的研究重点。在学科交叉人才培养的通用方法研究方面，张海生等[12]总结了多学科交叉融合新工科人才培养的现实问题，提出明确人才培养方案的阶段性目标及其主要教育内容，注重跨学科课程资源的整合与开发，注重学生的国际化和精细化培养。涂细凯等[13]也对学科交叉人才培养途径进行了探索和实践，文章提出了多种方法提高学科交叉人才培养，主要是包括跨学科导师团队的建立、跨专业的招生模式、研究生学术汇报制度的建立、项目式教学方式、比赛促学科交叉、实行双学位制以及相关政策支持；在各学科中开展交叉学科合力育人也存在广泛研究，虞佳茜等[14]针对海洋学科研究的交叉培养进行探索，指出了海洋交叉培养具有导师合作型交叉培养、研究机构型交叉培养以及项目依托型交叉培养三种类型，归纳了海洋学科交叉培养的发展困境，具体包括指向不一、招生与培养难画等号、管理受阻、培养过程存在缺位、发展滞缓和培养模式尚不成熟。为此，作者提出了完善招生办法，构建交叉培养体系，优化导学关系，落实统一管理模式，突出交叉培养，健全质量保障体系等解决途径。钟德明等[15]对多学科交叉融合背景下的先进制造新工科工程人才培养模式进行了探索和实践研究，总结了现行制造工程人才培养体系存在五大亟需解决的问题，比如，先进制造跨学科交融人才培养管理机构的缺乏，跨学科课程体系和教学模式不健全，跨学科教学团队和创新实践教学平台有待加强，质量监控体系缺乏以及先进制造专业集群有待建设。作者针对这五大问题提出了具体的解决方案，是对先进制造工程人才培养模式的积极探索和实践研究。

综合以上三个方面与相关文献分析可以看出，当前深入拓展的合力育人培养模式已经成为高校人才培养的重要组成部分。从学生被传授的知识来看，需要引入思想政治教育，从投入的师资力量来看，需要研究生导师、思政课教员、辅导员的通力合作，从培养的机构来看，需要学校、企业、地方、军校的联合力量，从涉及的学科知识来看，需要多学科的交叉培养。基于以上研究现状调研，教研团队针对所在单位海洋科学方向研究生，开展了合力育人培养模式研究与实践。

二 海洋科学研究生合力育人培养模式研究

教研团队所在的国防科技大学气象海洋学院地球信息科学与工程系，面向海洋科学研究生，近年来以计算海洋声学研究生课程为依托，开展了多学科交叉合力育人培养模式研究。计算海洋声学是运用理论、计算与实验相结合的方法，解决复杂海洋声学问题的一门应用科学，重点研究水下声场物理特性、计算方法及水声场环境下的声纳作战运用、水声信号处理等典型应用问题，为解决海战场水声环境保障、提升声纳装备探测性能提供理论与关键技术支撑。

本文研究以学科交叉的导师团队、学科交叉的课程改革及学科交叉的课题研究三大举措作为海洋学科研究生合力育人的重要基础，支撑学科交叉的竞赛实践，达到提升学员综合素质的能力目标，基于学科交叉的合力育人培养模式逻辑框图如图1 所示。

图1 基于学科交叉的合力育人培养模式逻辑框图

通过梳理在研究生培养过程中的具体流程，本文主要提炼为以下几个方面。

（一）成立学科交叉的导师团队，构建协同指导模式

建立适合多学科合力育人的培养模式，需要充分发挥多学科教师与学生专业分布的特点与优势，可通过建立学科交叉的导师培养小组、学生合作小组等方式，构建协同指导的培养模式来切实发挥优势互补的作用。同时，通过开设跨学科的研讨会，打通学科、方向之间的壁垒，通过学员研究报告、教员专题汇报、书籍文献阅读交流等多种类型研讨会的形式，活跃学术氛围。由于不同学科的教师，看问题的角度不同，就可以给出不同的观点，能够激发研究生的学习兴趣、发散思维、创新思维，有效提高了其创新能力。

我系具有一支年轻的、学科背景多样化的师资队伍，涵盖水声工程、电子信息工程和计算机科学与技术等专业背景，成为我系研究生重要的导师库。通过在多个交叉方向领域开展研究工作，包括海洋环境参数反演与并行优化、水下目标多物理场融合探测、水下无人集群系统控制等，涉及计算海洋声学、数字信号处理、高性能计算、物理与数学等学科知识。

近年来，教研团队始终坚持学生组会的形式，对学生进行定期指导，通过组建多专业背景的教员团队对学员进行协同指导，以每两周一次组会形式进行充分讨论。通过定期汇报制度，一方面督促研究生课题进展；另一方面通过集体讨论，更能碰撞出新的思想、新的解决方案。这一举措有效促进了学员课题进展，扩充了学员与教员的知识体系。

（二）实施学科交叉的课程教学改革，夯实学员理论基础

根据多学科合力育人培养需求，可针对性开展课程教学改革，以计算海洋声学课程为例，对课程内容、教学方法等方面进行不断优化调整，从而提升课程质量，增强课程活力。

课程内容改革方面，通过补充基础理论、梳理模型体系、增加典型应用及增强课程高性能计算特色等四个方面开展了研究工作，积极融入多学科元素。如在模型体系梳理过程中，综合运用课程知识板块中的射线法、波束积分法、简正波法、抛物方程法和有限差分法等理论，构建了不同介质参数下的计算海洋水声学标准案例，借助高性能计算技术，实现水声模型的高效计算。课程所使用的一种典型案例示意图如图2 所示（图示为楔形海底传播损失等值线云图）。

图2 楔形海底传播损失等值线云图

教学方法优化方面，针对以“教员讲授为主体”的传统教学吸引力乏力、应试化的教学特点，积极开展启发式教学、案例教学等多元教学方法改革，树立以“学生为主体”的互动式教学，着力提升研究生的独立科研能力及增强其创新思维。重点通过发展研讨式教学改革、增加案例式教学内容及研究多学科融合式教学等方面开展了研究工作。

（三）开展学科交叉的课题研究，激发学员创新动力

科研项目作为研究生培养的重要依托，能够有效促进研究生学员学习科学研究方法，进行科学素养实践训练，同时，目前绝大多数科研课题都需要跨领域专业知识。在近期教学过程中，通过密切结合单位开展的基础研究与应用研究课题，设置多项跨学科研究方向课题，供研究生学员选择，以学员特长与兴趣点为出发点，形成了课题研究组，激发了学员的创新动力，发挥了项目“导学助研”的积极作用。例如目前课题组开展的“海洋环境与目标信息联合处理”研究，需要有机结合水声物理、信息处理、高性能计算和数据可视化等多个学科方向，在研究过程中设计了若干子课题吸引2～3 名研究生自愿参与，通过合理设计科研任务，能够有效锻炼研究生科研创新能力。

（四）参与学科交叉竞赛，促进学员务实研究

以学科交叉竞赛为牵引，是合力育人的一项重要内容。将研究生课题研究中的问题引入到学科竞赛中，相互促进，实现合力育人的人才培养模式。

跨学科竞赛涉及多个学科背景知识，离不开合力育人培养模式，对于学生来说，通过个人自学很难深入掌握各个学科知识，必须通过指导老师的合力育人培养模式完成，本教学团队的专业背景为合力育人培养模式提供可能。合力育人培养模式发挥了各专业教员的优势，合力指导研究生学员，构建具有交叉特色的研究课题，为研究生培养提供课题研究素材，同时有效促进不同学科专业背景教员间交流沟通。

学生通过组队的形式参加跨学科大赛，旨在提高三方面能力，一是学科交叉能力，丰富学员的知识，吸纳不同专业的精华，这种学科交叉往往能够解决其中一个学科的重大瓶颈问题；二是团结协作能力，学生通过4～5人为一组的形式组成参赛团队，由一组长负责，组长负责协调分配各组员的任务，这种合作模式能够有效提高组员的合作能力以及表达能力；三是论文写作能力，大赛最后需要提交论文报告，通过大赛，促进学生科技论文写作能力，为后续的研究奠定坚实基础。

在教学过程中，教研团队通过尝试以学科交叉竞赛为牵引，对上述合力育人培养模式进行了实践研究。其中学科交叉竞赛选取了全国高性能并行挑战大赛进行尝试。全国高性能并行挑战大赛，简称PAC 大赛，自2013 年创办以来已经成功举行了八届，在高性能计算领域享有较高声誉，PAC 大赛下设优化组和应用组两个赛道，教研团队根据学科交叉特点选择应用组赛道指导研究生参赛，目前已经参加两年，都取得了较好成果。

在2019 年的PAC 应用组大赛中，本团队选取计算海洋声学中较为典型的三维楔形海底的声场计算为应用背景，指导学生运用高性能并行优化技术实现三维楔形海底声场的快速计算，取得了明显的加速效果，顺利通过初赛进入决赛，并在决赛中获得了全国铜奖的成绩（图3）。通过比赛，研究生学员一方面加深了对三维楔形海底声传播计算方法的理解，另一方面，掌握了高性能并行优化技术，实现了综合能力素质的提高。

图3 PAC 大赛获奖证明

有了2019 年参赛经验，团队继续指导研究生参加了2020 年的PAC 大赛，通过选取了当前海洋声学领域的热门研究应用，海洋环境参数的反演，并针对反演中核心算法对高性能计算的巨大需求，指导学生采用高性能计算技术，有效解决反演中计算效率问题。

PAC 大赛应用组具有鲜明的学科交叉特点，同时对学生编程实践能力也要求极高，通过大赛，以学生为媒介促进了教员间各自研究的交叉融合，同时也提高了研究生的综合能力素质。

综上所述，本文研究提出了成立学科交叉的导师团队、实施学科交叉的课程改革、开展学科交叉的课题研究以及学科交叉竞赛等具体措施。它们之间的关系是，导师团队作为学员参加交叉竞赛的指导老师，学科交叉的课程内容作为学员竞赛的知识背景，课题研究项目成为交叉竞赛的题目来源。因此，通过学科交叉竞赛这一具体实践，有效融合了本文提出的多种学科交叉人才培养措施，达到了以学科交叉为内涵的合力育人目的。

三 结束语

硕士研究生是未来社会发展的生力军，也是开展应用创新研究的主力军。本文通过梳理近年来我国高校研究生合力育人培养模式现状，深入研究基于学科交叉的海洋科学研究生合力育人培养模式，并通过以学科竞赛为牵引的合力育人培养实践进行了探索，在研究生能力素质培养、教员课题研究相互促进等方面已经取得一定效果。未来教研团队将继续坚持合力育人培养模式，打造高质量海洋技术学科建设，切实提升研究生人才培养素质。