新工科背景下研究生课程体系的建构

穆锐 刘元雪 姚未来

摘要：“新工科”的建设和发展对研究生培养提出了更高要求，研究生除掌握扎实的理论基础外，提升其科研创新能力与工程实践能力至关重要。陆军勤务学院在长期探索和近30年岩土工程专业研究生培养的基础上，以“先进教育理念”和“建构主义”为指导思想，探索构建了研究生课程体系“一体三维”的理论框架，基于该理论框架，对本专业研究生培养的课程体系、教学模式、实践平台、教材改革等方面进行了探索实践，介绍了取得的实践成效。

关键词：新工科；研究生课程体系；岩土工程；研究生教育；建构主义

作者简介：穆锐，陆军勤务学院设施系，岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室讲师，重庆 401331；刘元雪，陆军勤务学院设施系，岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室主任，教授，重庆 401331；姚未来，陆军勤务学院设施系，岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室讲师，重庆 401331。

改革开放以来，我国研究生教育在体系发展、教育规模、结构转型、资金投入、人才培养质量、高等教育改革以及国际化等方面，取得了显著的成绩[1]。很多学者针对研究生课程体系的基本特征、培育目标及路径等方面进行了深入研究和探讨，对研究生课程体系的改革和发展给出了建议和实施路径[2-7]。经过多年的努力，我国研究生教育取得了较大发展，但研究生教学体系不适应“新工科”发展的特点和人才培养要求，导致学生综合能力素质薄弱，很难满足“新工科”创新型人才队伍建设的现实需要[8-9]。

2017年2月，教育部在上海组织召开“全国高等工程教育发展战略研讨会”，探讨了“新工科”的内涵特征、建设与发展路径，探索构建人才培养新模式、新质量、新体系等，并对“新工科”背景下高等工程教育发展的新要求达成以下共识：①促进学科交叉融合、推动人才全面发展；②构建创新育人体系、着力培养创新人才；③借鉴国际先进理念、加强国际交流合作；④优化学科知识结构、筑牢核心关键技术[10]。然而，研究生教育作为高等工程人才培养的关键阶段，要实现“新工科”建设中对“卓越工程师”培养的终极目标，就必须积极推动新工科背景下研究生教育的改革。随着对高等教育的深入研究，建构主义理论被国内外学者、教师们所关注[8，11]。该理论强调以学习者为中心，通过其已有的知识经验和深度学习对新知识进行加工处理，坚持在教学过程中的“情境对话”以完成对核心知识点的建构，进而获得新知。本文以岩土工程专业为例，将发展教育、创新教育、开放教育、终身教育指导思想，与课程思政一起融入研究生课程体系，以建构主义理论为基础，突出研究生培养的中心地位，建构新工科背景下研究生课程体系，以提升研究生的创新意识、科研与应用能力。

一、新工科背景下岩土工程研究生课程体系的建构目标

研究生教育的本质特征是实现“学习、教学、科研、实践”的有机融合，即“学习·教学·科研·实践”融合体，其实现过程较为复杂。因而，要想达到“新工科”背景下研究生课程体系的建构目标就必须要有明确的指导思想。近年来，随着“发展教育”“创新教育”“开放教育”“终身教育”等先进教育理念被不断提出，其基本内涵为：①发展教育强调在全周期工程教育中使研究生的各项基本素质得到全面可持续发展，要求应采取实际措施促进研究生在各个维度的综合素质协调发展[3]，其特征表现为全面性和持续性。②创新教育则是以培养学生的创新意识、创新思维、创新能力、创新素质等为目的的教育，具有首创性、差异性和多样性等特点[12-13]。③开放教育蕴含了多形式、多学科、多技术跨界整合的教育模式，突出了教育的综合性和交叉性特征[14]。④终身教育指出知识能以多形式在多阶段中被循环使用，显现出阶段性和周期性[15]。可见，上述先进教育理念的基本属性与研究生教育的本质特征联系十分紧密，使其在高等教育改革实践中得到广泛应用并取得了显著成效。然而，新工科的建设和发展离不开新兴技术产业，急需大量创新型人才，这意味着研究生教育需要建立具有创新性、科学性、全面性等综合化特征的人才培育模式。岩土工程专业作为传统工科的典范，是新工科建设的重要组成部分，其传统的研究生课程体系已很难适应现阶段的人才培养特点，很难应对新工科建设和发展中的挑战。因此，结合新工科对研究生教育的内涵及要求，借鉴先进教育理念重构研究生课程体系，是实现卓越工程人才培养的重要途径。岩土工程研究生课程体系的建构目标主要包含以下四个方面。

1.以发展教育理念重塑研究生课程体系

要实现研究生从能力塑造向全面发展的转变，以“思维”“技能”与“精神”为特色，促进“专业教育、工程教育、科学教育、人文教育”的深度融合，关注研究生个体的个性化发展、智力发展、精神发展与需求发展等相协调的全面发展至关重要[16]。显然，全面发展是新工科背景下对研究生培养质量提出的最新要求。为能培养出适应“新工科”建设和发展的卓越人才，结合发展教育理念的基本内容及特征，重塑岩土工程专业研究生课程体系很有必要。结合传统研究生课程体系的优势及新工科建设的要求，回归研究生教育的本质，除了使研究生掌握有深度的专业知识外，更要重视人文素养、科学伦理与专业知识的融会贯通，按照研究生培养方案，将研究生的人才培养、能力塑造等和发展教育理念有效结合，重塑岩土工程专业研究生课程体系，发挥学科综合优势，注重全面发展。该课程体系应具备以下特征：①以发展理念为导向，合理设计研究生核心课程，融入学科交叉新内容，引导研究生在课中自主探究并获得新知，增强研究生创新精神培养。②在传统课程体系的基础上，紧盯人才培养和岩土工程前沿学科的发展趋势，建构能力支架式教学模式和打造创新实践平台，着重培养研究生解决实际工程问题的能力和创新思维，适应新工科发展特点。以发展教育理念改革研究生的教育模式、实践平台、核心课程及教材，聚焦新工科研究生教育的特点，推动研究生全面发展。

2.以创新教育理念重置研究生培养目标

在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》及“复旦共识”中均指出，国家的发展离不开创新人才，我国把创新驱动放在引领经济社会发展中的重要地位，是一项基本国策[10]，这说明创新教育在高等工程教育中发挥着不可替代的作用。创新能力既是研究生培养的关键目标，也是研究生成长的核心要素，很明显，创新教育在研究生的培养过程中十分重要。高校作为国家创新体系的重要组成部分，对促进创新型国家建设、培养和造就高素质创新型人才发挥着重要作用[17]。现阶段，研究生培养目标存在较大局限性。一方面，人才培养目标过于笼统，忽略了研究生创新精神和研究能力的培养；另一方面，研究生培养目标与实际需求不符，很难满足“新工科”建设的需要。为了解决上述问题，在研究生培养环节中应以创新教育理念为导向，重置研究生培养目标，且贯穿整个研究生课程体系，进而实现高等工程人才的创新培养。其基本内涵为：①将创新精神作为研究生培养核心，重视专业知识的深度学习，培养解决问题的能力。②将创新教育理念融入研究生课程体系，夯实专业知识基础，培养研究生的高阶思维能力。③在科学研究和工程实践中设置创新教育环节，激发研究生的探究潜能，使其掌握学科前沿发展动态，强化对研究生的科研训练，鼓励研究生做出创新性科研成果。④推动人才培养创新发展，善于挖掘研究生的个性化特征，突破研究生“创新思维”和“创新能力”的塑造瓶颈。⑤打造具有新工科背景特征的创新教育模式和实践平台，在培养研究生科研素质时，使其边学习、边研究、边实践、边完善，实現创新型人才培养目标。

3.以开放教育理念推动多学科交叉融合发展

现有研究生课程体系通常按照“公共基础课、专业基础课、专业实践课”三大模块进行划分，该设置模式造成研究生的学习环境相对封闭，只重视对学科专业知识的学习，导致研究生的视野受限，知识面较窄，在应对和解决实际工程问题时，知识运用能力和多维度思考意识较差。为解决上述问题，需要以开放教育理念为指导思想，建立具有学科交叉融合特征的研究生课程体系。发挥专业综合优势，重视基础理论知识的同时，孕育出新工科与新技术深度融合的“新结构”，创建多学科交叉融合的“新方向”，搭建卓越人才培养的“新模式”，充分彰显研究生教育的“结构化、多元化、模块化”。对于岩土工程专业而言，应增加跨学科课程内容，以研究生为中心，激发研究生对新技术、新方法产生浓厚兴趣，充分发挥岩土工程专业优势，掌握与大数据、计算机等新技术深度融合的方法，推动学科交叉融合发展。聚焦前沿科学研究课题，积极提升研究生培养的国际化水平，拓宽研究生的国际视野。通过开放教育理念推动学科交叉融合发展，实现研究生从“科学知识面窄、工程能力差、综合素质弱”向“科学知识面宽、工程能力强、综合素质高”的转变。

4.以终身教育理念改革研究生课程内容

现阶段研究生教育正处于教育新理念、专业新结构、教学新质量、人才新要求、工科新体系的不断变化和发展时期，因此研究生课程内容也将随着新工科发展而不断变化，需要及时更新、及时增减。以终身教育理念和建构主义理论为依据，以最新理论知识作为研究生课程内容的基础，及时更新科学研究方法与内容、前沿知识与热点，优化研究生的认知结构，激发研究生开展创新性探究，积累实践经验，加深研究生对前沿专业知识的深入理解，最终形成个性化的认知结构。此外，为解决研究生课程内容的科研特征边缘化问题，以岩土工程专业核心理论为脉络，将典型的科研问题穿插其中，打造研究生精品课程，鼓励研究生运用批判思维、合理逻辑、严密推演等方法对科学问题进行探索研究，提升研究生的学习效率、学习兴趣及科研激情，推动研究生教育理论建构、体系完善、实践创新，突出研究生课程内容的动态性和可持续性。通过终身教育理念改革研究生课程内容，推进单一式阶段性教育向复合式终身教育转变。

二、基于先进教育理念，建构研究生课程体系

培养高素质人才作为研究生教育的首要任务，也是研究生教育工作的出发点和落脚点[18]。“新工科”背景下研究生课程体系的建设和发展既要处理好“学习、教学、科研、实践”之间的关系，又要注重研究生的全面发展；既要实现卓越创新人才的培养目标，也要突破创新思维和创新能力的塑造瓶颈；既要推动学科交叉融合发展，还要大力推进课程体系国际化的进程；既要加强专业核心课程内容改革，更要加快课程教学模式更新。建构科学、合理、有效的研究生课程体系，需要从研究生个体出发，将掌握“高层次的专业知识”和形成“研究为主要特征的探索性学术行为”作为研究生培养的目标，依据建构主义理论，通过有趣课程内容、有效教学模式、强化科研训练和打造实践平台等方式和手段，使研究生在研究生教育中实现自我提升。具体可以理解为实现“自主建构”“思维建构”“创新建构”的“三层级建构维度”，其基本内涵为：①研究生教育应注重研究生专业能力、创新能力、思维能力以及综合素质的全面提升，实现自主建构。②将发展教育、创新教育、开放教育和终身教育等先进教育理念作为研究生课程体系的建构理念，融入家国情怀、工匠精神等思政要素，构建符合新工科要求的研究生课程体系，实现培养过程中的思维建构。③回归“理论性、创新性、实践性”为主导的人才培养体系，优化创新环境，培养研究生的创新意识、创新精神和创新能力，实现创新建构。具体情况如下。

1.第一层级建构维度：“自主建构”

在研究生培养过程中，包括正确观念、理论知识、研究方法、科研素养及实践能力等培养内容，特别强调研究生自主思考、自主探究、自主发现的建构过程，突出研究生在学习中的自主性，增强自我效能感，最终形成自主建构。实现自主建构，往往需要源源不断注入驱动力，而这种驱动力的来源不仅仅是教师和外在环境，其核心驱动力来源于研究生个体。完成自主建构主要采取以下几个途径：①增强研究生个体的自我调节机制，完成自主思考。研究生在学习过程中保持自主思考，需对学习状态进行不断调整，认知水平将从一个平衡状态向新平衡状态转变，逐步形成深度思考能力。②增强研究生个体发现、探究科学问题的能力，完成自主探究。将最新的学科前沿科研问题融入研究生课程内容中，激发研究生的科研兴趣，养成良好的科研嗅觉，塑造探究科研问题的能力。③加强研究生个性化培养，注重挖掘研究生个性化的特征，形成个性化学习能力，在研究生培养过程中完成自主建构。一方面，自主建构在研究生获得新知、积累经验及认知结构改变的过程中有促进作用；另一方面，自主建构是将研究方法与科学观点有效结合的关键环节，发挥研究生个体的自主建构能力，有助于培育研究生的科研嗅觉与素养，激发研究生个体自主解决问题的潜能。

2.第二层级建构维度：“思维建构”

在研究生的学习、科研和实践过程中，经常会遇到疑难情境，用已有知识、经验很难直接解决问题。此时研究生就需要进行思维建构。结合研究生的心理和学习特征，以已有的理论知识和经验为基础，充分激发研究生的学习积极性和求知欲望，完成思维建构。为进一步促进研究生的思维建构，研究生課程体系要遵循思维活动和建构过程的变化特征：①设置合理的研究生课程内容，围绕核心理论知识讲授，将专业领域的最新前沿知识和研究成果融入课程内容，把研究生引入问题情境，让原本枯燥无味的知识变得“有趣味”“有魅力”“有意思”，提升研究生课程体系的吸引力，增强研究生探索知识的欲望和学习积极性，使其主动进行思维活动，养成深度学习的习惯。②更新教学模式，强化研究生思维转化。实现由“理论”到“实践”，由“抽象”到“具体”，由“低阶”到“高阶”的转变，在获取知识的过程中逐步完成思维建构。③优化课程结构，拓宽研究生思维。开设学科交叉、融合的研究型课程，使研究生了解其他相关学科的新理论、新方法、新技术，形成发散思维、开放思维，拓宽知识面。④搭建实践平台，注重研究生的实践训练。强化对研究生理论学习和工程实践思维的训练，逐步形成解决实际问题的工程思维，实现高阶思维建构。⑤推动国际合作，促进研究生的思想碰撞。国际视野是新工科卓越人才应当具备的要素，具有国际视野，紧盯专业学科前沿，加强思维碰撞，才有助于构建新工科人才思维体系。

3.第三层级建构维度：“创新建构”

培养“创新精神”和“创新能力”是构建研究生课程体系的目的，也是研究生教育的高阶目标。创新建构是指学习主体在已有知识经验基础上，运用新颖的方法解决问题并产生独特的、有社会价值的思维过程[13]，为学术发展做出创造性的贡献。因此，创新建构具有独特性，取决于研究生个体的独立思考和思维，以及相关科学问题的理论储备和实践经验。此外，研究生需要在科研训练中做出更多尝试和体验，实现“量变”向“质变”的跨越，最终得到解决问题的新思想、新观念或新方法。要形成创新建构，可采取以下举措：①重塑研究生课程体系，克服传统研究生课程中科研训练、学术性弱化问题。以发展教育理念为指导思想，将“公共基础课、专业基础课、专业理论课”为主导的传统课程体系重塑为以“课程思政、职业素养、理论知识、研究课题、工程实践”为架构的核心课程体系，激发研究生的学习兴趣与创新激情，形成创新建构的基础。②以实际工程问题为导向，探索学科交叉融合发展的人才培育模式。以开放教育理念为指导思想，将科研训练与实际工程问题有机融合，设置问题情境引发研究生思考，通過学科交叉融合，运用批判性思维提出科学问题并找到解决问题的思路或方法，形成创新建构。③强化国际交流合作，开阔研究生学术视野。以创新教育、终身教育为指导思想，借助国际竞赛、学术交流和工程实践等创新载体，激发研究生的创新建构，培养发散思维，突破思维定式，将抽象知识在科研训练中转化为具体知识，变成自己独特的创新思维，储备创新建构能力，最终实现创新建构。

4.岩土工程研究生课程体系“一体三维”建构

在“三层级建构维度”的架构下，需要进一步明确研究生课程体系的建构路径，即将先进教育理念贯穿于研究生课程体系的建设之中；以“三层级建构维度”的特征和要求分析研究生的培养工作，明确研究生课程体系主要内容，强调研究生培养过程；以新工科对卓越人才培养提出的新要求，强调对研究生个体的能力塑造，明确研究生培养的目标。在此基础上，依据建构主义的核心思想和方法论，以研究生培养的“思政要素、发展教育、创新教育、开放教育和终身教育理念融为一体”为核心，注重研究生自主、思维、创新三维度”的发展，对研究生课程体系进行建构，形成与新工科人才培养目标相适应，有利于研究生全面发展的研究生课程体系。岩土工程研究生课程体系“一体三维”建构框架如图1所示。该框架具有以下特点：①以科学研究为突破口，以课程思政为有力抓手，将“先进教育理念”和“课程思政”有机融合，使得研究生在培养过程中逐渐形成卓越人才必备的德育素养，强化研究生个体全面素质的培养。②以研究生培养过程为核心，与研究生培养的理念、目标形成实时动态反馈机制，不断优化思政育人、文化育人、专业育人、创新育人、实践育人的协同育人模式，持续优化研究生课程体系。③凸显研究生的主体地位，强调在“三个层级建构维度”下，发挥研究生的主观能动性，激发他们的创新精神，全面塑造研究生的创新能力和创新素质，保证研究生的培养质量。

三、“一体三维”建构研究生课程体系的实践效果

学院的岩土工程专业在研究生教育中，将“学科交叉融合”“创新精神”“工程实践能力培养”“经典理论”核心要素与专业能力的塑造加以融合，初步形成了具有新工科特征的研究生课程体系，取得了良好的人才培养效果。

1.以“学科交叉融合”为牵引，构建了具有新工科特色的岩土工程课程体系

学院结合新工科建设的实际需求，以“学科交叉融合”为牵引，构建了具有新工科特色的岩土工程研究生课程体系，即：基础素质课、专业背景课、专业基础课、专业核心课、专业技术课及专业实践课等六大类别（见表1）。该课程体系具有以下特征：①将思政要素融入基础素质课程中，增设了“立德树人”思政元素，形成研究生培养过程中的特色模块，夯实研究生的职业道德素质基础，为培养思想素质过硬的卓越工程技术人才打牢基础。②以研究生科研能力培养为目标，充分发挥学科专业课程的主轴作用，增设了学科前沿系列讲座、学科交叉融合等专业课程，建设学科示范性课程体系。③以研究生“创新精神”和“创新能力”的培养为契机，在专业实践课程中设置了工程案例调研与分析、校外实践基地教学等课程内容，探索了以“实践”促“创新”的教学模式，以学术会议等活动积极推动对外交流，邀请了以郑颖人院士为代表的岩土工程界知名专家做学科前沿系列讲座40余次，主办学术会议10余次，近年来共培养研究生80余名（硕士50余名、博士30名），其中：1篇论文获评全军优秀硕士学位论文，1篇论文获评中国声学学会优秀博士学位论文（每年只评选5篇）、2篇硕士学位论文和3篇博士学位论文获评重庆市优秀研究生学位论文；从事岩土力学与大数据学科交叉领域研究的博士生4名、硕士生6名；研究生的思想境界、科研能力和实践能力均得到显著提高，所培养的人才服务于艰苦边远地区、基层单位、科研院所和高等院校，获得用人单位一致好评。

2.以“创新精神”为引领，改革了课程教学模式

岩土工程是陆军勤务学院的优势专业，以郑颖人院士为代表的科研团队在国内外具有较大的影响力。学院基于研究生培养面临的新挑战，结合多年研究生教育实践经验，遵循研究生培养规律，注重研究生“学”与“研”的能力属性，以“创新精神”为引领，强调在教学中形成“学研能力支架”共同体，注重研究生深度学习和科研创新能力的培养，形成了“学研能力支架”教学模式（见图2），即：学习能力和科研能力融为一体，强化学研共同体间的相互作用，创设学研能力培养支架，进而完成对内容域、能力域的建构过程。其中，内容域的建构是通过支架①—支架⑥间的共同作用实现的；能力域的建构是指学习经典理论，通过对基础理论的深度学习，强化科研训练使研究生逐步实现“低阶思维”向“高阶思维”的转化，并贯穿课程教学、论文选题及职业选择等关键环节。

随着“学研能力支架”教学模式的探索与实践，研究生逐步实现了从“自主建构”向“创新建构”的跨越，研究生的创新精神培养效果明显，科研创新能力明显增强，能在学科交叉领域积极开展研究，特别在岩土材料塑性本构模型、库区滑坡地质灾害预警与大数据、人工智能、机器学习、数据挖掘等领域的研究成效显著。其中，笔者所在教学团队获评学院优秀教学实践创新团队；10余名研究生获得省部级研究生创新项目资助；40余篇相关研究成果在国外优秀期刊上发表；获得国家（国防）发明专利30余项，创新成果显著。

3.以“工程实践能力培养”为导向，打造了模块化创新实践教学平台

为培养具有较强专业知识背景、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型和技术、技能型人才[10]，学院以“工程实践能力的培养”为导向，以“创新精神”和“创新能力”的塑造为核心，打造了以“经典实践模块、工程实践模块和前沿实践模块”为一体的“三位一体”模块化创新实践教学平台：①在经典实践模块中积极组织研究生开展经典探究性试验，如：三轴压缩试验、直接剪切试验等，体验理论与试验过程，关注新现象、新成果的讨论与分析，激发思维领悟和创新灵感，着重培养研究生的基本科研能力。②在工程实践模块中，以解决实际工程問题为驱动，让研究生自主拟定创新方案，完成重大典型工程的“沉浸式”实践，如：地质灾害滑坡治理方案、高边坡稳定性分析等，瞄准工程师处置实际工程问题的创新思维、最优设计方案和实施路径，实现“思维建构”到“创新建构”的飞跃，强化卓越工程师能力建构。③在前沿实践模块中，立足学科前沿热点问题，充分发挥师生共同体的作用，强化科研训练，撰写并发表系列科研成果，进行国际学术交流。同时培养研究生灵敏的科研洞察力和科研嗅觉，注重培养科学研究能力与素质，有助于确定他们终身持续性的科研方向。实施研究生模块化创新实践教学以来，在人才培养、导师队伍建设和科学研究等方面均取得突出成果，获批“重庆英才·创新创业领军人才项目（科技领域）”创新创业示范团队1个、陆军勤务学院教学科研创新团队1个，5人次获评重庆市优秀研究生学位论文导师，获评国家级、省部级科研项目20余项，研究生创新实践能力显著提升。

4.以“经典理论”为线索，改革了专业核心课程教材

研究生教材是研究生个体获取知识、培养能力的重要载体，具有“研究性、前沿性、理论性与应用性”的基本属性[19]。结合新工科背景下岩土工程研究生培养规律，抓住研究生教材和研究生培养的共同特征，用创新建构理论更新教材。以高等岩土塑性力学为例，将高等岩土塑性力学经典理论作为重要线索，吸收本教研团队与国内外最新研究成果，同时，结合笔者所在教学团队长期从事研究生教育的经历、著作和实践应用，以“终身教育理念”为内涵、“创新能力”为导向，重构了高等岩土塑性力学教材框架，将“理论基础→研究方法→工程案例分析和学科热点问题→展开科学研究”为改革轴线，着重改革了岩土工程研究生核心课程内容，使教材内容更有利于研究生“创新思维”和“创新能力”的培养。在国家科技出版基金资助下，团队分别出版了《高等岩土塑性力学》（中文）和《Plastic Mechanics of Geomaterial》（英文），均被列入“十三五”国家重点出版规划项目。这两本专著自出版以来，一直受到岩土工程专业领域高校教师、研究生、科研与设计人员的青睐，同时被陆军勤务学院、中国科学院武汉岩土力学研究所、清华大学等20余个研究生培养单位作为研究生教材或参考书，针对专著涉及的科学前沿问题，本团队在中国科学院（武汉）岩土力学所、浙江大学等高校和研究所做过50余次学术报告，对岩土工程研究生的培养起到了较好的作用。

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（责任编辑 周玉清）