基于需求牵引的多学科交叉研究生协同培养模式研究

［摘 要］ 目前研究生培养模式大多采用单一的导师负责制，培养过程中受限于专业、导师以及学科，研究生在短学制内能够接触到的科研资源和训练有限，尤其在没有大项目支撑的情况下，学生的综合科研能力得不到有效锻炼与提高，难以培养新时代肩负国家重大科技攻关和破解工程难题的高科技人才。通过对多学科交叉研究生协同培养模式的研究，有利于打破学科壁垒，模糊专业界限，加强学科交叉课程体系建设，从而培养能够承担国家重大任务的高层次、跨领域、多学科交叉的复合型专业人才。

［关键词］ 研究生；多学科；项目牵引；协同培养

［基金项目］ 2020年度国家自然科学基金委航天联合基金集成项目“空间超声电机长效服役机理与集成制造基础”（U2037603）

［作者简介］ 赵 盖（1987—），男，甘肃定西人，博士，南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室教授，博士生导师，主要从事机械工程研究。

［中图分类号］ C229.29 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）10-0177-04 ［收稿日期］ 2022-08-18

目前，多学科相互交叉与融合是新时代科技创新发展的原动力。当今世界前沿学科的重大突破性成果，多数是多学科汇聚、交叉以及融合的结果。然而，高校对于研究生的培养普遍存在受限于专业分类、单一导师负责制以及平台资源等限制，难以培养多学科交叉的复合型人才，在实际培养中学科交叉融合度低，学科之间壁垒重重，所培养研究生多学科交叉意识不强，科学研究方向单一，资源共享力弱，重复低水平成果时有发生。这主要是因为适应高校研究生多学科交叉融合的机制尚未建立，培养多学科交叉创新人才的体制尚需建立与完善。因此，通过重大国家级项目作为牵引，进一步启发研究生多学科交叉融合的创新意识，积极有效探索多学科交叉融合的有效途径，激发创新活力，提高创新质量，全面提升高校研究生创新能力与交叉型专业人才培养质量，具有十分重要的意义。

在美国，国家层面为跨学科研究生培养提供了强有力的政策支持和发展空间，并给予了优先资助。为了适应跨学科的科研模式，对传统的研究生培养模式进行改革，1997年，美国国家科学基金会（NSF）启动了“研究生教育与科研培养一体化项目”。该项目的主要目的是更好地为学科交叉项目提供资助，更好地针对研究生的课题，为他们寻找相关领域的专家。2004年，美国国家科学院协会发表了《促进学科交叉研究》报告，该报告从研究人员、学术机构、资助机构、专业学会等方面，提出了促进学科交叉教育与研究的建议。院系和专业之间的界限严重阻碍了跨学科科研模式的发展，为了改善这一情况，美国大学先后成立了跨学科研究中心或实验室，研究生在学习传统学科相关知识的同时，也更需要对学科以外的内容加以补充，在学习过程中培养多学科思维模式。从20世纪70年代开始，哈佛大学、康奈尔大学、斯坦福大学、麻省理工学院等著名大学相继建立了跨学科研究中心，并建立了跨学科的发展课程，鼓励学生跨专业、跨学科、跨学校学习，甚至跨学校聘请教师，从而让学生能够接触大量跨领域、全方位、多层次的交叉学科知识。同时，鼓励研究生申请跨学科研究课题，挑战跨学科研究项目。宾夕法尼亚州立大学对于跨学科的研究生培养投入了大量的时间和精力，并针对不同学科跨研究生培养的需求，提供各种各样的培养模式。按照学科交叉培养模式结构化程度和成果体现可分为多种类型：跨学科的研讨班、不同学院学系联合主办的特邀报告、主办的学术会议、选修课、学分认可证书、辅修专业、选修专业、独立的学院间合作学位项目、双学位项目、交叉学科学位项目等。普渡大学学科交叉研究生培养模式包括学分认可证书、辅修专业、联合学位项目、交叉学科学位项目等［1-3］。

跨学科研究生的培养不再受到学科之间壁垒的影响，跨学科知识不断互补、不断融合，形成了新的知识领域。调研诺贝尔自然科学奖的近400项研究成果中，约半数是跨学科研究课题，无论是工学、数学、物理学、化学还是生物学，研究方法和研究思路具有相同之处，无论是将不同学科的研究方法和研究思路应用于本学科，还是将本学科的研究思路应用于其他学科，都有利于发展新的创新性研究课题。随着现代工业技术和科学技术的快速发展，传统研究生培养模式已经难以满足其需求，因此，无论是现代工业技术还是科学技术，都迫切需要大量的跨学科交叉人才进行跨学科交叉研究［4-7］。但目前，国内许多高校仍然采用单一学科的培养模式，研究生培养模式单一化，每个专业都是根据专业内容和应用领域把相近的课程结合起来，按专业培养人才［8-9］。这种培养方式不利于交叉学科教育的开展，未能反映研究领域下多学科之间的相互耦合和互动关系，无法满足劳动力市场对于多元化人才的需求；导致在处理问题时，研究生思考的角度不够宏观，难以从多学科多角度思考，不利于研究生创新能力的培养，最终在劳动力市场和学术界就体现为研究生的综合素质不高和创新能力不足。

在我国，无论是光刻机、工业软件还是航空航天的发展，目前都迫切需要跨学科交叉人才进行相关研究，而跨学科人才的重要来源就是高校，高校高质量人才培养的突破口也是跨学科交叉人才的培养。高校在制定跨学科人才培养方案时应根据时代发展要求，邀请相关工业领域人才开展跨学科学术活动，开办跨学科学术讲座，鼓励引导研究生进行跨学科学习，敢于向“高、精、尖”的科技前沿发出挑战。具有两个或多个领域知识的人才具备多学科和交叉学科的广阔视野，往往具有更大的创造性。他们在科学研究和社会发展中可以发挥重要作用。目前，我国研究生学科与专业目录增设“多学科/交叉学科类”，基金委也设立了交叉学科部，将大大促进交叉学科人才的培养，提高研究生的综合素质及科研能力，推动社会的发展和进步。本文针对国家航空航天领域重大项目对机电系统的迫切需求，探究不同学科研究生培养过程中暴露出的一些问题，结合我国目前研究生培养的现状，认真了解跨学科人才培养需求，尝试建立跨学科导师团队共同培养的研究生培养模式，逐步提升研究生的创新能力以及多角度多维度的思维方式，更好地服务于国家重要工程建设。

一、核心概念及界定

本研究在国家自然科学基金委与航天联合基金集成项目的支撑下，以空间精密驱动系统的航天应用为目标，综合机械设计、功能材料研究、驱动控制与系统集成等为研究方向，以项目参研团队为导师群，以项目参研学生为对象，通过“高频率、大视角、集中式”的研究讨论，结合项目研究过程中专家建议以及新工科背景下的学生培养体系，协同培养一批具有多学科交叉背景的新时代人才。本团队研究方向涉及材料、机械、驱动与控制、精密制造、系统集成等多种不同学科，有利于培养宽视野、科研能力强的新时代航天领域专业人才，为我国航天领域的快速发展贡献新生力量。

二、当前多学科交叉融合培养存在的问题

（一）交叉学科领域的师资力量欠缺

当前我国教育资源分布不均匀，这就导致研究生导师水平参差不齐，受教育背景不同，大多数没有经历过系统的多学科、跨专业培训和交叉研究，存在知识广度、深度和结构层次上的不足，在现行培养体制下仍然延续单一专业、单一学科的导师负责制培养，所指导的学生仍然存在上述不足。

（二）交叉学科体系不完善

目前教育部、科技部和基金委等主管部门在科研过程中注重多学科交叉研究，但是在学科设置和研究生培养过程中还是按照传统的专业划分来培养，只有部分学生能够在大团队或者交叉研究院这种环境下受到一定的交叉研究的熏陶，在整个研究生培养过程中没有建立起完整的多学科交叉培养体系，即使在校内相关院系下，仍然是独立培养。

（三）交叉学科培养制度缺失

目前我国研究生培养制度仍按照传统的培养制度，大多由学校或培养机构统一制定，多学科培养制度还在探索阶段，主要由课题组灵活指导，制度层面没有统一的要求，无法有效促进多学科交叉培养的快速推进与落实。

（四）社会需求与培养单位脱钩

实际用人单位对具有多学科背景的综合性人才具有迫切的需求，但是培养单位受限于现行培养体系无法针对某一单位量身打造定制化人才，即使存在联合培养，由于存在专业教育条件受限、科研平台不同、导师精力投入和责权不清等问题，不能有机结合双方导师的优势，大多还是延续传统的“师徒制”或“放羊式”培养，所培养的研究生无法很好地对接社会需求，这也是导致研究生难以精准高效就业的原因之一。

三、多学科交叉协同培养对策

（一）组建多学科交叉导师团队

本课题以航天系统对压电精密驱动系统为需求导向，压电精密驱动系统是集机械结构、力学、驱动控制、材料设计和工艺等学科相互耦合的创新技术，本身具有多学科交叉属性［10-12］。在开始本项目研究之前，在研究生培养专业课学习过程中，导师已经建议所带研究生主修“现代驱动技术”“超声电原理与技术”“微机电系统”等具有学科发展需要的理论知识，在课程设置体系中也会考虑研究生将来从事项目的需求和针对性。当真正进入课题研究和研究生培养过程中，跨专业组建包括材料设计、机械结构设计、电路设计、驱动与控制等研究方向的导师群，组成超声电机研究领域的多学科交叉导师团队，针对学生培养方向和培养特点进行全方位的交叉融合指导。

（二）建设以多学科导师团队为基础的培养模式

基于国家重点实验室平台，建立多学科导师团队，按团队需求分配研究生名额，学生的培养计划、研究方向均以多学科交叉的导师团队作为研究生群体的基础，实现在不同学科的研究生导师多对一的指导方案，从而实现以学生团队和导师团队为基础的交叉培养。制订详细的培养过程方案，定期召开项目推进会，师生共同讨论项目关键问题和进展，在此培养过程中，增加了不同学科之间导师的相互交流与联系，进一步提高了研究生的培养质量。

（三）导师团队及研究生培养质量评价体系

科学的评价机制能够使导师在统一的基础上，按照统一的标准实现统一的培训目标。讨论在两个层面进行：一方面，通过导师评估系统，导师对研究生培养进行评价；另一方面，对所培养的研究生建立培养质量评价体系。评价体系的主要内容包括发展工作绩效和结果评估机制、研究生的工作绩效评估机制以及研究生培养教育质量的评估体系。

四、多学科交叉协同培养模式成效

（一）多学科交叉融合训练

超声电机独特的工作原理决定了其精度高、响应快、低速大扭矩等特点。在研究生专业课程设置方面应做到门类齐全、结构合理、基础与前沿并重、理论讲授与实践教学融合等。根据超声电机所涉及的理论与技术，在课程设置方面涵盖了凝聚态物理、电力电子以及结构动力学等基本领域，有助于理解结构的振动模态及振动机理。在摩擦驱动方面，涉及摩擦学、材料学、接触力学等领域，在驱动与控制方面涉及电工电子等学科。在实践教学方面，为研究生提供了机械结构力学及控制国家重点实验室、超声电机国家地方联合实验室等国家级优势平台，也为研究生提供了在项目研制过程中参观合作单位科研平台等多种实践机会。

（二）建立多学科交叉融合的学术交流平台

利用国家重点实验室平台，通过国家重大项目来延伸多学科交叉融合的学术交流范围，从而突破单一学科学术交流，开展学术交流沙龙、多学科研讨会、项目定期的推进会、学术讲座和学术论坛等学术交流活动，国内外多学科交叉融合理念也应该被借鉴来为开展高水平的多学科交叉融合营造良好的学术氛围。设立由国际著名学者参与的导师指导小组，鼓励和支持教师与研究生参加国际学术交流活动，实施“国际访学计划”，加强与国际先进高校和机构的全方位国际合作与交流，从而培养出具有国际视野和国际交往能力，同时又具有多学交叉融合思维的拔尖创新人才。

（三）持续性培养

协同培养贯穿整个研究生学习生涯，从入所教育、日常项目组指导与项目组会议、开题报告、中期报告直至最后学生的毕业答辩，每一步都是导师团队参与学生培养，甚至会推荐学生应聘至机电领域从事工作，继续跟踪他们在该领域的贡献。导师团队的成员合作，为团队指导的研究生奠定了良好的基础。在实践培训过程中，交叉学科的导师们将相互协作、共同管理、共同辅导研究生。完善研究生培养质量评价体系，将从学科竞赛、发表论文和专利、就业质量等多维度进行评价，以促进研究生教育培养的质量。