前沿交叉方向研究生创新能力培养探索

［摘 要］ “双一流”学科建设对创新型人才培养提出了新的要求。目前，创新性研究成果的产出多具有学科交叉的特点，前沿交叉研究有力地推动了新时代新技术、新模式的发展，并对创新型卓越人才的培养起到了关键促进作用。但是，对于研究方向具有交叉学科特点的在校研究生的创新能力提升仍然缺乏明晰的培养模式。以“力学超材料”这一基础前沿方向为例，探索了研究生创新能力提升的新方法。通过课程引导、课赛融合等方式，为学生提供交叉研究平台，激发研究生的创新思维，借助“互联网+”提供的优质科研论坛，让研究生及时获取新的前沿知识，并通过引入工程需求，启发学生对前沿知识应用的思考，以期为满足相关行业需求的创新型人才培养提供借鉴。

［关键词］ “双一流”；前沿交叉；力学超材料；研究生；创新能力

［基金项目］ 2021年度南京航空航天大学研究生教育教学改革研究项目“基础前沿交叉领域研究生创新能力培养的探索与实践”（2021YJXGG02）

［作者简介］ 安西月（1992—），男，河北清河人，博士，南京航空航天大学航空学院讲师，硕士生导师，主要从事力学超材料研究；赖长亮（1986—），男，福建永安人，博士，南京航空航天大学航空学院特聘副研究员，硕士生导师，主要从事复合材料力学研究。

［中图分类号］ G643.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）08-0162-04 ［收稿日期］ 2023-11-11

“双一流”建设的重点是培养富有创新精神和实践能力的优秀人才。研究生作为创新人才的重要储备力量，其创新能力培养是我国人才强国战略实现的重要环节，创新成果的产出也是高校教育质量评价的关键指标［1］。近年来，科学技术的发展越来越依赖于多种学科知识的综合运用，重大的创新性突破也表现出鲜明的学科交叉特征。因此，前沿交叉方向研究生创新能力培养方法的探索具有重要的现实意义［2-4］。

超材料是指具有天然材料所不具备的非常规物理性质的人工复合材料，因其超常材料性能的实现，被认为在航空航天、车辆船舶等国防或民用科技领域具有广泛的应用前景。力学超材料是超材料研究领域的一个重要分支，是通过微结构设计实现超常的力学性能，如负有效模量、负泊松比、负有效密度等。力学超材料的研究涉及材料、机械、声学、力学等多个学科，是典型的交叉研究，处于科技前沿，培养该方向研究生的创新能力，有望产出更多高水平研究成果。

根据新工科建设在创新人才培养方面的要求以及“双一流”学科建设的需要，针对传统学科新研究方向的人才培养模式进行不断探索。目前，科技前沿方向的研究生获取知识的途径以导师直接传授为主，导师通过推荐学生阅读相关科学论文，激发研究生的创新思维。这一模式受导师知识水平的限制，学生往往难以取得超越导师的科研成果。另外，前沿方向的研究大多需要多种交叉学科的知识储备，由于学生培养期间该方面能力提升不足，学生在解决新问题时缺乏综合利用多学科交叉或融合的技术创新能力和水平。

针对目前研究生学科前沿与交叉学科知识掌握、创新及应用能力较弱的问题，本文以“力学超材料”这一前沿交叉研究方向为例，从课程引导、课赛融合、“互联网+”、工程牵引等多条途径，对提升研究生创新能力的新方法进行探索，以期为前沿交叉方向研究生的培养提供有益借鉴。

一、课程引导，搭建交叉研究互助大平台

课程学习是我国学位和研究生教育制度的重要特征，是保障研究生培养质量的必备环节，在研究生成长成才中具有全面、综合和基础性作用［5］。课程建设是对知识整合、总结与系统化的过程，针对科技前沿的课程建设，有利于研究生对前沿知识形成系统的认知，对学科发展具有长远的意义。

力学超材料是在传统力学学科基础上，结合超材料的创新设计思想，发展出来的一个新的研究方向，通过微结构的设计实现超常的力学性能，主要涉及结构设计方法、针对新结构的静动力学理论、计算及实验手段等方面，研究轻质高强、吸能抗冲击、振动控制、吸声降噪等问题。针对力学超材料这一前沿交叉研究方向，开设了“力学超材料原理与超结构设计”这一面向全校工科研究生的选修课程。通过对该课程的学习，让学生对力学超材料的设计原理、分析方法、应用前景等形成较为系统的认知。近三年课程选修专业人数情况如图1所示，专业包括力学、机械、机械工程、航空宇航科学与技术、能源动力、动力工程及工程热物理、材料与化工等，其中力学与机械选修人数最多。通过开设该课程，将具有不同专业背景、不同思维模式的研究生组织在一起，为学生搭建了相互学习及交叉互助的交流平台，为研究生创新思想的培养增添助力。针对前沿方向的课程建设，是整合资源和激发研究生创新能力的有效组织形式，对于提高学科交叉融合及拔尖创新人才的发现与培养起到促进作用。

二、“互联网+”平台，前沿知识获取新途径

受新冠疫情的影响，线上教学模式成为同时满足疫情防控和教学双重需求的应时之举［6-7］，也促进了线上教学平台及学术交流平台的发展，进一步推动了教育教学领域的改革。线上教学的推广使超星、雨课堂、腾讯会议、ZOOM等教学与科研交流平台不断更新完善，教师与学生也对“互联网+”课程的授课模式逐渐适应。各类网络平台在教学与交流方面发挥着重要作用，极大地拓展了教与学的空间和时间。

以“力学超材料”这一研究方向为例，近两年，多所高校搭建了互联网线上交流学习平台。例如，天津大学的“先进材料与结构力学国际大讲堂”定期邀请国内外先进材料与结构（包括超材料/超结构）方向的知名学者在腾讯会议平台或Bilibili直播平台进行学术报告，北京理工大学“波动力学前沿学术论坛”在腾讯会议平台定期组织超材料波动力学方面的学术交流，国际学术视频交流平台Research Express会发布国际前沿学者的公开讲座等。一般情况下，学术交流通常以现场参加学术会议的方式进行，但是学生由于受课程任务、项目安排及经费的限制，参加学术会议的机会较少。另外，学生参加学术会议的主观能动性较差。线上平台的发展突破了空间上的限制，使研究生对于前沿交叉知识的获取更为便捷。

在力学超材料这一前沿交叉研究方向的研究生教学培养及导师培养的过程中，引导学生有效利用互联网线上科研交流平台获取自身研究方向的前沿知识，并鼓励学生参加机械、生物医学、信息科学等与力学超材料相关的交叉学科线上知识前沿讲座，开阔学生的眼界，使学生能够了解在导师、学校任课教师及所在课题组之外的前沿知识，从而激发学生的创新灵感，产出更高水平的创新科研成果。

三、课赛融合，创新能力提升新方法

竞赛是提升学生创新能力的一种有效方式。竞赛过程一般包括组建团队、创新设计、性能分析与验证、报告撰写、现场答辩等环节，不仅与学生学习的专业知识有关，也考验学生的团队合作意识与创新精神。相较于本科生有较多的学科竞赛活动，研究生尤其是硕士研究生由于学制短、毕业任务重，竞赛活动较少，前沿交叉研究方向通常能够产出创新性较强的研究成果，与创新竞赛能够较好结合。

依托于学校及学科平台，航空航天交叉研究院发起了“超材料力学大赛”这一大学生竞赛，如图2所示。超材料力学大赛作为深化人才培养内涵、提升大学生创新实践能力的重要科创平台，旨在培养大学生的创新设计能力、知识运用能力和团队协作精神，促进材料、电磁、声、热、力等多学科人才培养的交叉融合，拓展学生的知识维度，提高学生的思维能力、动手能力和工程实践能力。

“力学超材料原理与超结构设计”这一课程较为系统、全面地介绍了力学超材料的基础理论与超材料应用探索方面的研究成果，通过对本课程中基本概念和基本方法的阐述和讨论，使学生了解超材料的发展方向及在现代工程领域的潜在应用，培养学生综合运用力学知识和交叉学科知识进行结构创新设计的能力，为学生在超材料力学领域开展研究奠定理论基础。在课程教学过程中，通过概念剖析及简单举例，讲清力学超材料的设计思路，激发学生的好奇心与自信心；再让学生根据已掌握的知识，翻阅文献资料，探讨多种形式超材料的创新设计方法，训练学生的自主学习能力及创新能力；最后鼓励学生参加“超材料力学大赛”这一全国性赛事，培养学生创新设计及系统研究的能力。迄今为止，在选修该课程的学生中，已经有20余名参与超材料力学大赛，培养的学生获大赛二等奖5项、三等奖6项，极大地激发了学生参与课程学习的兴趣。

将课程建设与创新竞赛有机融合，实现课赛融合的人才培养模式，能更好地引领和带动教学改革，提升研究生的综合创新能力，为国家培养更多的拔尖创新人才。

四、工程需求，前沿方向落地新思考

近年来，我国在科研领域的投入不断增加，但科技成果的转化率相对较低，部分研究生的培养与国家相关行业的需求严重脱节，一方面影响了研究生的就业，另一方面使满足国家需求的科技创新发展迟滞。前沿交叉研究方向的研究生培养关系着国家科技前沿的发展。因此，相关方向创新链与需求链的连接更加重要，以需求为导向的科技创新模式需要不断探索［8］。

在进行“力学超材料原理与超结构设计”课程建设时，兼顾前沿知识讲授与工程需求思考，采取了合作教学的授课模式。课程由两位教师联合授课，一位教师对力学超材料的基本知识及前沿动态把握得较为准确，使学生能较轻松地接受和理解专业知识；另一位邀请了在相关国防单位工作多年后入校任职的教师，对国防需求具有较准确的认知，结合自身的科研实践进行课堂讲授，探讨力学超材料这一前沿交叉研究方向在国防建设中的应用情况。基于两位教师的联合授课，使理论与应用需求相结合，激发学生的学习兴趣及学习动力，同时培养研究生以需求为导向的科技创新思维。

结语

基于国家对基础前沿交叉领域研究的战略部署，前沿交叉相关研究方向的课程建设及创新人才培养模式需要不断探索。另外，“双一流”学科建设及新工科建设需求对研究生拔尖创新人才的培养提出了新要求。本文针对前沿交叉方向研究生创新能力的提升问题进行了有益探索，以“力学超材料”这一方向为例，通过课程引导、课赛融合、“互联网+”以及需求牵引等方式，提高学生对知识的掌握度，培养研究生利用交叉学科知识进行创新的思维，进一步提高研究生的创新能力，为高水平创新研究成果的产出夯实基础。

参考文献

［1］楚汉杰，叶兴艺.研究生创新能力培养与评价文献综述［J］.中国经贸导刊（中），2021（7）：92-94.

［2］吴菲菲，杨梓，黄鲁成.基于创新性和学科交叉性的研究前沿探测模型：以智能材料领域研究前沿探测为例［J］.科学研究，2015，33（1）：11-20.

［3］赵以霞，张思思，陶奕湲，等.新工科背景下基于前沿交叉学科项目引导的深度学习［J］.高等工程教育研究，2019（5）：41-47.

［4］李楠，张财红.基于学科交叉与融合的研究生培养探讨［J］.教育现代化，2021，8（36）：31-33，70.

［5］教育部关于改进和加强研究生课程建设的意见：教研〔2014〕5号［A/OL］.（2015-01-13）［2023-10-11］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/s7065/201412/t20141205_182992.html.

［6］崔佳.后疫情时代研究生“线上+线下”混合式教学模式［J］.教育教学论坛，2022（24）：116-119.

［7］魏超，朱耿霆，黄玉，等.“互联网+”时代工科专业教学模式探究：以“车辆动力学”课程为例［J］.教育教学论坛，2022（24）：112-115.

［8］严岩.“材料科学前沿”课程教学革新与探索［J］.西南师范大学学报（自然科学版），2016，41（5）：231-233.

Exploration on the Training of Postgraduates， Innovative Ability in Advanced Interdisciplinary： Taking Mechanical Metamaterials as an Example