探索交叉学科课程的最优化结构
作者: 郑晓彤 周杰 智伟[摘 要] 当今各类高校在新工科背景下培养具有创新性的复合人才是重要发展方向,跨学科课程体系的建设是培养多学科专业人才的重要组成部分。跨学科课程的开设如何实现工文学科的真正交叉和融合,仍是探索培养跨领域复合型人才的重要课题。通过对讲授跨学科课程的内容结构进行持续的优化探索,并利用F检验和t检验的统计方法研究工、文两类学生满意度的样本差异性来源,准确计算出工、文交叉学科课程的最优化结构比例,并揭示跨学科课程的系统内涵性。
[关键词] 新工科;跨学科;假设检验;优化;课程结构
[基金项目] 2024年度西南交通大学本科教改重点培育项目(20240023)
[作者简介] 郑晓彤(1979—),男,四川达州人,工学博士,西南交通大学医学院(生物医学工程研究院)副教授,主要从事智能生物材料研究。
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324(2024)38-0020-04 [收稿日期] 2023-03-21
引言
面对社会科技革命与产业变革的新形势,新工科人才的培养是当前各类高校打造社会复合型人才的重点关注问题。从大学走出去的本科毕业生是各行各业的生力军,支撑服务着整个国家的创新驱动发展。因此,新工科背景下大学必须加强不同学科专业之间的交叉和融合:理工科的学生需具有政治、管理、人文等社会性的情怀和精神;文科的学生需具有工程、技术等创造性的思维理念。以此提升各学科专业的内涵,提高复合型人才的素养和能力,使之进入社会后能适应并解决各行业在高新技术和经济文化中的创新和精神需求[1]。
复合型人才的培养主要表现为两个或两个以上的学科交叉和整合的教学活动,跨学科课程是由一些有着内在联系的不同学科合并或融合而成的新课程,也称交叉学科课程[2]。“跨学科”是为学生提供跨学科的教育平台,这种创新教学方法可以提升课程质量,改善学生分析思维能力、人际关系能力、专业态度、全球意识和创造能力[3]。然而,作为起示范作用的课程改革,跨学科课程在具体实践中应考虑几个突出的方面:(1)融合性。什么样的课程具有工、文交叉性,即使理工科各专业之间,也存在专业相关性的问题;跨学科课程肯定不是简单地给理工科学生开人文类的课,给文科学生讲工程技术知识,否则会陷入“为了跨而跨”的形式教学[4]。(2)科学性。跨学科课程在结构上要符合教学规律和创新要求,学生能在新的知识领域中运用各自的专业思维思考和解决复杂多样的问题[5]。(3)随机性。同样课程由不同教师讲授,不同专业学生的吸收方式,以及师生地位不对等的关系,都决定了跨学科课程的评价较难体现交叉融合的内涵性和优势。
在促进本科跨学科课程建设中,西南交通大学提出以“创新型的教学、研究型的学习、跨学科的课程”为导向的课程改革,并通过茅以升学院推出多门“跨学科荣誉课程”。笔者在参与讲授跨学科课程中,针对跨学科课程自身结构的融合性和科学性,始终以授课学生为评价中心,排除人为等主观因素对课程的影响,只针对课程的系统性误差进行评价。
一、跨学科课程假设检验的方法
样本的优化。我们通过7次跨学科课程讲授周期,针对全校本科生开设有5次小班、2次大班,总共356人。选课学生覆盖全校17个学院,按学科专业分为工科和文科两类,分别有292人和64人,工文比例为4.56∶1,远优于全校工科和文科生的就读比例。同时,跨学科课程在实际教学中容易出现在重人文性的课程中学生以拿学分为目的的情况,难以促进学生对专业的思考和能力培养;重工程性的课程中不同学科的学生参与度不高、融合性不足。因此,分析课程内容的选择和命名是重要的,我们也对选课过程的数据情况进行了样本优化。开设的跨学科课程名称对选课学生的类别有明显影响。“智能材料”选课的文科生比例较小,即使工科专业覆盖的数量也只有几个,学生认为课程偏工程技术。选“未来生活”课程的文科生比例较高,工科和文科比达到了2.5∶1,覆盖专业的数量也超过10个,具有非常明显的跨学科性;然而,学生认为课程可以轻松获得学分,对本专业帮助不大,因此这样的课程也不能达到跨学科课程开设的目的。“智能世界与未来技术”课程的选课比例为4.1∶1,覆盖专业的数量超过15个,选课学生也普遍对这门课抱有期待,说明工科生和文科生的选课比例比较理想,我们也将从选这门课的学生中抽取假设检验的样本。
二、跨学科课程的内涵性检验
1.F检验及结果分析。对跨学科课程的评价不仅要以学生为中心,还要体现工科类和文科类学生评价的一致性,甚至是不同专业学生评价的一致性。F检验作为方差比率的检验,不仅可以比较具有正态分布的两组统计值是否有相同的方差齐性,还可以通过方差的大小反映样本数据的精密度。
2.t检验与结果分析。t检验是用t分布理论推断差异发生的概率,从而判定两个样本平均数的差异是否显著。因此,工科类和文科类学生对跨学科课程的满意度评价可以分析课程内容结构是否存在系统性误差,并科学准确地判断跨学科课程开设的正确度。在F检验方差齐性一致的情况下,P1和P2样本对满意度指标采用正态分布的独立样本t检验。
三、研究结果与思考
1.跨学科课程的设置精确性。通过对课程设置的统计假设检验评价,可以对跨学科课程的结构设置进行数量化分析,探究跨学科课程的设置精确性。学生是授课的对象,课程设置是否合理必须以学生为中心的满意度来衡量,然而学生的专业背景不一样,在工文两部分的知识理解上也存在差异,会造成学生评价的随机误差,从而不能对跨学科课程进行准确设置。本研究从学生评价的随机性考虑,基于随机因素的可统计分析基础,对学生评价的满意度进行分类设置,比如:定性的指标是C和T,其中C指标又涵盖CD、CP、CE,而T包括四个方面的指标,基本概括了一门课程的满意度指标,并建立了系统的评价标准。
从假设检验的结果也能看出,学生对跨学科课程的理解存在主观情绪,但也绝不是跨学科课程就没有专业“营养”的体验课。首先,工、文两类学生在新工科的大背景下,也并不满足自身专业知识的学习需求,希望在本专业以外能开阔更广的视野,拓宽更多的知识领域,因此学生对跨学科课程抱有一定的兴趣和期待。此外,新时代下成长的大学生希望自己学到的知识能提高专业能力,并为未来就业和进一步深造提供参考和帮助,因此面向工、文两类学生的跨学科课程就要具备较好的针对性,课程设置也尤其重要。工、文两类的知识内容在课程中占比为12∶4和4∶12时,不同专业的学生对CD指标的满意度没有显著性差异,但对CP和CE两个指标的评价差异非常明显,说明这两个比例设置的课程不能让学生都满意。当工、文两类的知识内容在课程中占比为8∶8和10∶6时,学生在CD、CP和CE指标的评价却没有显著性差异,10∶6的课程内容偏重显示出更好的满意度。
本文对跨学科课程比例的精确检验分析不是限制所有交叉学科的课程设置,而是提出了跨学科课程精确设置的新方法。通过F检验,可以对不同授课教师、不同专业学生的随机性评价有更科学的统计分析,从正态分布的统计值检验方差齐性,为交叉学科课程的结构设置建立可靠的分析基础;通过t检验,可以为工、文交叉的课程结构提供精确的差异性评价,为复杂多样的交叉课程提供专业的评价标准。
2.跨学科课程的结构正确性。在理工科类大学开设跨学科课程必须考虑各专业之间的相关性因素,因为新工科背景下培养综合型人才要开设的跨学科课程不能只考虑新鲜、好奇甚至为了吸引眼球,给理工专业的学生开设人文类课程,给文科专业的学生讲专业技术前沿,这样会变成只有形式、没有理解和思考的“网红”式课程。本研究对跨学科课程的结构采用统计假设检验分析,为各类理工科大学的跨学科课程开设的合理性提供理论依据。
理工科大学中交叉学科课程的结构正确性基于课程开设的核心目的,即在课程教学的实践过程中,交叉课程的结构设计以及具体的授课模式,都是由讲授教师或团队在对两门及以上交叉学科的专业、技术、前沿、储备、思想、知识点的理解基础上,进行一系列的理论分析、融合加工、科学整合,从而提高听课学生的兴趣、增强知识的理解力、拓展不同专业的广阔性,最终对学生解决问题、发挥创造性的能力有正向帮助。然而,在真正的实践过程中,部分教师会把交叉学科课程理解为不同专业的“跨”学科知识,没有进行知识的加工和融合,最终导致学生不能从中获取相应的技能和知识。例如,在理工科学校中开设关于“茶文化”的交叉学科课程,主讲教师介绍了全国不同地区的茶叶种类、文化以及有关的诗词,教师甚至带学生品鉴了不同茶叶,欣赏了茶艺等传统文化,学生的兴趣较高;然而,如果没有将茶叶的制作工艺和相关技术对茶味道的影响、茶文化的影响结合,没有更多的理论依据和专业技术支撑,最终学生只停留在新奇、好玩的层面。
推动跨专业学生的思维模式,以提高其解决问题的能力和创造能力,是跨学科课程的结构正确性评判的标准。真正的跨学科课程需要从不同专业的前沿知识领域中提炼出更多的主题内容,并进一步让学生参与研讨和分析,从而发挥学生的专业潜力,整合交叉课程的主题思想。比如,“智能世界与未来技术”课程围绕“智能世界”和“未来技术”的主题,时间跨度从人类诞生的远古神话到基于现有知识想象千年后的人类技术,知识维度从具有人文气息的生活享受到前沿的智能技术,理解深度从智能手机、智能机器的发展到人类对未来世界的技术能力,从课程结构设计到科学的统计学分析,可以精准地判断跨学科课程结构的正确性。我们通过多年的讲授周期,调研选课的全部学生,统计样本人数达到356人,覆盖全校工科和文科共17个学院,通过对学生满意度的统计检验探寻跨学科课程的结构正确性的分析方法。最终,本研究以多学科专业的学生评价结果为中心,建立课程结构的专业知识、授课方式等满意度的评价模型。
3.跨学科课程的系统内涵性。通过对课程满意度评价的统计假设检验,可以对跨学科课程的结构设置进行数量化分析,进一步深刻理解跨学科课程的设置准确性。对于授课的学生主体,首先是专业属性问题,我国在高中阶段就实行文理分科教育制度,即通过教学课程的分科对学生进行分别教育,这将一直延续到大学教育。优点是学生可以根据个人的兴趣、爱好、理想去学习和就业发展,缺点是这将加速学生在大学读书阶段的人文文化与科学文化的割裂。在社会科技和新产业的变革下,我国与发达国家的智能制造发展还存在差距,这势必需要各类高校打造新工科复合型人才,使其成为各行各业的生力军,肩负起国家发展的责任与使命。因此,不同学科之间的交叉与融合是培养复合型人才的必然需求,只有实现工文科、理文科之间的交叉融合教学,才能使跨学科课程既是创新型人才培养的着力点,又是高质量政治素养、文化素养引领未来发展的保障。
对于跨学科课程概念的内涵性,我们可以从广泛认同的跨学科定义来理解。从戴安娜·罗顿、维罗妮卡·曼西拉、艾伦·雷普克等人不同的定义可以总结出:无论跨学科课程如何设计和教学,最终的目的都是希望学生通过知识学习和思考,提高回答、解决和处理宽泛复杂问题的能力。也就是说,面对多元化发展的社会,包括政企、科技、文化等各类人才都不是仅依靠单一学科的知识储备适应发展的,需要交叉学科的知识经验才能与其他学科主体交流合作,共同完成重要的目标。从以上定义的理解我们可以总结出跨学科课程的内涵要素:跨学科课程要以科学问题的思考和解决为根本;跨学科课程要以多学科视野为依托,绝不能停留在单一学科的研究上;跨学科课程的结构设置要有科学性,以学生对内容广度、深度的满意评价为标准;跨学科课程要抓住主题内核,以最优化的学科整合推动学生认知和创新能力的拓展。
然而,跨学科课程在理工学科与人文学科的交叉程度和有效性上都有待提高。理工科类高校与人文、教育、经济等学科交叉和合作的范围较窄,形式也比较单一,只是将人文知识以通识教育的形式吸引学生,仅有语言情境的吸引力,忽视跨学科课程系统内涵性的研究以及课程结构设置的合理性。最终变成教学内容只是人文情怀的概览,没有达到使学生学会“学以致用”的目的。在跨学科课程在高校火爆开设的形势下,我们需要保持清醒的头脑,避免盲从,要在现有的专业认识、学科融合等积累中,有目的、有计划地利用现有储备进行学科交叉,以达到学生培养目的。高校也要在保证质量的同时提高跨学科课程的数量,并且对跨学科课程的正确性建立合理、科学的评定机制。