论系统工程专业研究生培育之“四三二一”法——一条符合系统工程整体思维的人才培育之路

肖依永，杨 军，周晟瀚，马小兵

（北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院，北京 100191）

引言

研究生培育是教育部推进高质量人才培养计划的重要组成部分。2020年9月，教育部、国家发展改革委、财政部发布《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》，提出了在研究生培育工作中完善思想政治教育体系，提升研究生思想政治教育水平，以服务需求为导向，合理扩大人才培养规模；完善科教融合育人机制，加强学术学位研究生知识创新能力培养，等等28条意见［1］。系统工程学科是新工科建设的重要学科专业之一，是一门涉及较多其他学科专业的综合学科。钱学森将系统工程划分为14个专业领域，分别是工程、科研、企业、信息、军事、经济、环境、教育、社会、计量、标准、农业、行政和法制系统工程［2］。不同的专业领域有不同的应用特点、系统表征、运作机理等。系统工程学科则是研究适用于这些专业共同的基础理论方法，如系统论、控制论、信息论、运筹学等。系统工程专业通常是面向某个特定专业领域开展培养人才，如北航的系统工程专业面向工程系统、北师大系统工程专业面向教育系统等。脱离专业领域而纯粹学习系统工程基础理论的方法是比较少见的。

因此，系统工程专业通常具有很强的专业领域针对性，研究生通常都需要具有相关专业领域知识背景，培养的人才也通常是面向特定行业的。例如北航系统工程研究生生源来自工业工程、控制工程、管理工程、安全工程等专业，研究生毕业后通常就业于航空航天工业系统及国防系统。面向不同专业领域的系统工程专业，其课程设置及教学方法都应有所差异，传统的仅讲授纯粹系统工程基础理论方法，不与具体的专业领域结合起来的教学方法，或不将系统工程理论方法学术研究与专业领域背景结合起来的人才培养模式，都是难以取得预期效果的。

笔者在北航从事系统工程专业的教学、科研与研究生培育工作十余年，研究生生源来自北航及其他高校相关专业的本科生，其基础知识与学习能力均有较大的差异性，为课程内容设置和研究生培育方式带来一定难度。学生毕业后主要选择面向国防工程系统领域就业，属于比较典型的、面向特定专业领域培养系统工程专业的人才培养场景。经过多年探索，笔者运用系统工程思维方法，在系统工程专业人才培育方面创立了“四三二一”法，即在课程教学方面，实施“四位一体”教学方法；在研究生培育方面，采取“三方融合”育才模式；同时遵守“鱼渔兼授，德才双扶”的“二元平衡”育人原则；坚守一个根本目标——“为党育人、为国育才”。

一、“四位一体”教学方法

“四位一体”教学方法，也称为“理论讲授+案例实验+课群讨论+前沿讲座”四位一体教学方法。其中，“四位”分别指课堂上的理论讲授、课后的案例实验、全天候的课群讨论以及相关的前沿讲座四个维度；“一体”是指这四方面协同作用，从多维度形成合力，产生一体化的教学效果，围绕着提升课程教学质量这一目标，共同促进学生对知识的接受、理解、巩固和拓展。“四位一体”教学方法的内部关系逻辑如图1所示。

图1 “四位一体”教学方法

下面对“四位一体”教学方法各方面的具体形式和内涵进行阐释。

（一）理论讲授

以讲授系统工程学科中的基本概念、原理方法、公式定理以及方法算法等基础理论知识为主，目的是使学生能系统完整地掌握或了解本学科的基础知识及图谱结构。这是最常见的教学方式，也是必要的环节。在教师引导下，学生在课堂上以较高的效率掌握通过其自身学习较难理解和掌握的各类基础知识，并形成知识体系的图谱结构。

理论讲授使学生系统地学习了学科的基本理论知识，但理解尚不深刻，还不具备运用知识解决实际工程问题的工程能力。因此需要引入案例实验环节，以工程应用案例阐释理论知识的应用场景，巩固学生对知识的理解，培养解决实际工程问题的能力。

（二）案例实验

结合所培养学生未来将从事的具体系统工程专业领域，如工业系统工程、农业系统工程、教育系统工程或国防系统工程等。与理论方法相对应，建立工程应用案例，以工程案例阐释理论方法的应用原理，并构建应用模型和实验数据；搭建实验环境，形成演示实验、操作实验和计算实验。通过案例实验展示传授理论知识的应用形式、应用过程和转化技巧等，从而进一步使学生巩固所学的理论知识，形成立体理解效应，搭建起将理论知识转化为工程应用的桥梁。

例如，在讲授系统优化理论中的动态规划最优性原理中如何理解“最优子结构性质”时，若以传统的Dijkstra算法来解释其原理，会因为未能清晰展示性质的形式特征而影响实际教学效果；若以应用案例，如工业工程中的生产批量问题来构造动态规划案例实验，可以很形象地图示出该最优性原理的特征要求［3］。再设计具体计算实验，使学生对动态规划的最优性原理有深刻理解，学会判断哪些最优化问题适用于动态规划算法。表1是笔者讲授“工程优化”核心课程时，所设计的十大工程案例实验项目，以供同行参考［3-4］。

表1 系统工程优化教学案例

（三）课群讨论

通过建立课群，讨论理论学习和案例实验过程中的疑惑、思考与改善建议。这是知识传授过程中必要的闭环反馈环节，对学习效果的反馈验证起到重要作用。现代5G网络与视频会议软件等为课群讨论提供了各种形式的技术支撑。

与传统的线下教师课后答疑方式相比，在线课群讨论有以下几点显著优势：（1）学生随时可问，教师随时可答；（2）一个学生的提问基本上代表了一类共同问题，省去重复提问和重复回答；（3）对于提出关键问题的学生给予表扬，鼓励学生深入思考、积极发问，可有效形成良性互动效果；（4）学生在群中互问互答，形成协同效应，共同解惑；（5）整个课群如同一个“大脑”，同步思考，共同进步。

（四）前沿讲座

邀请国内外学术界专家教授，讲授最新学术研究热点问题，以及相关的新概念、新模型与新方法，延续课堂教学内容至最新前沿研究，拓宽学生学术视野并激发其参与科学研究的热情。同时邀请工程界专家总师，介绍相关国家重大工程需求、工程现状、技术瓶颈，以及未来发展趋势等，激发学生参与工程研究的激情。无论是学术型还是专业型研究生，均需基于论文题目承担一定的学术研究或工程应用，前沿讲座能够深深吸引学生，积极参与并积极提问和思考，是“四位一体”教学方法的拔高与升华环节。

二、“三方融合”育才模式

在研究生培育要求中，除需完成必要的课程学习之外，学术型研究生还需要聚焦学术前沿，承担一定的学术研究任务，专业型研究生则需要参与工程项目，解决来自实际应用中的问题。一个研究生导师通常既要从事学术研究，又需要承担一定工程项目，可能同时指导多名学术型和专业型研究生。因此，如何在研究生培育过程中将课程教学、学术研究和工程实践三方面有机结合，相向而行、融会贯通，形成协同效应，对于研究生育才工作至关重要。

笔者所在教研团队每年指导十余名系统工程专业研究生，在培育过程中提出了“课程学习+学术研究+工程实践”三方融合的育才模式，即以解决工程问题为导向目标，凝练相应前沿学术问题并开展研究，并以此激发学生学习相关基础课程的热情，逻辑关系如图2所示。坚持“三方融合”育人模式，形成固定的学术研究优势并积累工程应用技术，可使学术研究和工程应用紧密结合起来，有效解决长期以来国内广泛存在的学术研究和工程实践不相融、不搭边、“两张皮”的尴尬现状。

图2 “三方融合”育才模式

（一）以国防工程需求引导学术问题研究

三方融合模式强调以实际工程需求为主导，从中发现和凝练学术问题，针对基础性学术问题开展分析、建模和求解研究，完成学术型研究生的培育任务。这需要导师具备坚实的学术研究基础、广泛的学术研究背景和敏锐的学术洞察力，具备从实际问题中发现、升华和凝练学术问题的能力，还需要与现有学术文献资料进行衔接和继承，梳理相关学术问题的研究脉络，突出作者研究的定位和贡献。

（二）以学术研究需要激发课程学习激情

从事前沿学术研究是对未知知识、潜在规律、新的理论方法等的探索、归纳及设计等活动。研究者往往需要具备广泛且系统的相关基础理论知识和研究技术。研究生有从事前沿学术研究的热情，但知识储备及系统性通常较为不足。这种不足在学术研究初期表现得尤为突出，基础知识的欠缺可激发学生加强课程学习的动力，有目的和针对性地学习各项基础学科，真正成为该专业所谓“科班出身”的研究人员，且学习效率和效果将更为显著。

（三）以系统性理论知识支撑实际工程实践

实际工程问题，特别是来自国防系统工程领域的前沿性工程技术问题，具有非常复杂的系统性，需要多学科系统性的知识背景与技术储备，交叉综合形成合力，才有可能提出实际可行的解决方案。专业型研究生通过课程学习而形成的系统性知识，为解决实际工程需求提供了理论支撑，具备了完成高质量毕业论文的条件，也为其毕业后从事相关工程技术工作奠定了坚实基础。

三、“二元平衡”育人原则

习近平总书记在纪念五四运动100周年大会上勉励广大青年要树立远大理想、热爱伟大祖国、担当时代责任、勇于砥砺奋斗、练就过硬本领、锤炼品德修为［5］。因此，研究生导师有责任既传授研究生以基础理论知识，又要培养其具备独立开展科研的能力，练就过硬科研本领，锤炼品格修为，懂得做人做事的基本道理。这一基本原则，在“四三二一”教育法中称为基于“鱼渔兼授，德才双扶”的“二元平衡”育人原则，实现了从“育才”“育德”到“育人”的高度，也体现出中国传统哲学智慧中的不偏不倚、中正平和的核心思想（见图3）。

图3 “二元平衡”育人原则

（一）鱼渔兼授

在研究生培育中，“授人以鱼”即传授专业领域的理论知识、指引有学术价值的研究热点，将研究生快速带入科研一线，快速产出研究成果；而“授人以渔”则是让研究生掌握基本的研究方法、具备科学的思维方式和遵守学术规范与学术道德等，可为研究生在未来科研道路上保驾护航，令其走得更远，产出更大、更多的科研成果。

（二）德才双扶

为落实习近平总书记把立德树人作为教育的根本任务的精神，在研究生培育工作中，以德为上，才为基，德才兼备；不断提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质、文化素养；做到明大德、守公德、严私德；教导研究生要服务社会、奉献社会，懂得做人做事的基本道理；培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

在上述的研究生德行教育、能力培养和知识传授上实施每两两方面兼顾并重、不偏不倚的原则，我们浓缩称之为“鱼渔兼授、德才双扶”的“二元平衡”育才原则，是“四三二一”教育法中落实立德树人根本教育任务的保障。

四、一个根本目标——“为党育人、为国育才”

“四三二一”教育法坚守一个根本目标——“为党育人、为国育才”，要把青年学生培养成为堪当大任的时代新人，培养成为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

围绕这一根本目标，以“理论讲授+案例验证+课群讨论+前沿讲座”四位一体教学方法高质量完成专业知识课程传授，以将“工程实践+学术研究+课程学院”三方融合方式培育高质量人才，并在上述育才过程中，坚持“鱼渔兼授、德才双扶”二元平衡育人原则，从而将“育才”上升为“育人”层次，确保实现“为党育人、为国育才”根本目标。

同时，在研究生教育全过程中始终坚持思想政治教育工作。将系统工程学科专业与中华优秀传统文化、社会主义核心价值观、民族伟大复兴理想与责任联系起来，深挖专业思政元素，增强课程思政效果。以厚植北航特色的“空天报国情怀”为课程思政定位，把青年学生培养成为有理想、有才学、有担当、有家国情怀的社会主义建设者和接班人；以系统工程的“整体、全程、核心”系统观为思政元素，培养研究生掌握系统工程的思维方式，能够从全程、整体和全局角度看待国家和社会重大发展战略和路线；以国防工程案例教学为抓手，例如：通过学习“长周期系统优化模型”“贸易摩擦下的工厂选址模型”等，培养学生自发增强“四个意识”、坚定“四个自信”，其效果如盐溶水，润物无声。

五、育人效果

应用上述方法，育人成效取得了较显著效果。相关课程的评优率均在90%以上，笔者主讲的“工程优化”研究生核心课课评历年排名在学院前一、二名，获得了北航教学二等奖。以笔者近五年指导的11名研究生为例：学生党员率9/11，均就业于国防系统单位，立志于服务国家重大国防需求；学生一作发表了15篇高水平SCI论文，达到人均1.4篇；学生获得各种校级以上奖励共18项，包括国家奖学金4项、校长奖学金3项、市/校优秀毕业生4人、北航榜样等，人均获奖1.6项。人才培育效果远高出了平均水平。