面向卓越工程師培養(yǎng)的跨學(xué)科教材建設(shè)研究

湯方霄　張貴珍　胡海濤　滕爽

[摘要]教材建設(shè)是實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的重要環(huán)節(jié)，現(xiàn)代工程科學(xué)集成發(fā)展的趨勢以及企業(yè)對工程人才多學(xué)科背景的要求.使跨學(xué)科教材建設(shè)工作成為當(dāng)務(wù)之急。本文在分析跨學(xué)科教材建設(shè)必要性及其著眼點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了跨學(xué)科教材建設(shè)的基本途徑。

[關(guān)鍵詞]卓越工程師 大工程觀 跨學(xué)科教材 跨學(xué)科教材建設(shè)

[中圖分類號]G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1005-5843（2013）04-0080-03

[第一作者簡介]湯方霄。天津科技大學(xué)教務(wù)處（天津300457）

2010年教育部啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，旨在面向工業(yè)界、面向世界、面向未來造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。教材是實(shí)施卓越計(jì)劃的重要環(huán)節(jié)，要保證卓越計(jì)劃落到實(shí)處，必須加快建設(shè)滿足卓越工程師培養(yǎng)需要的教材，尤其是跨學(xué)科教材。教育部在關(guān)于“十二五”普通高等教育本科教材建設(shè)的若干意見中也提出：“鼓勵編寫國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)、邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科教材，填補(bǔ)空白?！?/p>

一、跨學(xué)科教材建設(shè)是培養(yǎng)卓越工程師的內(nèi)在要求

1.跨學(xué)科教材可以體現(xiàn)出現(xiàn)代工程的發(fā)展特征

學(xué)科間的交叉、滲透是現(xiàn)代工程發(fā)展的主要特征。世界各國共同面臨的一些問題，諸如環(huán)境惡化、生態(tài)失衡、資源枯竭等，這些問題的解決需要秉持大工程觀，需多個(gè)學(xué)科共同參與才能達(dá)到一個(gè)比較理想的結(jié)果，而傳統(tǒng)單科性教材所提供的知識理論難以解答當(dāng)今的復(fù)雜問題。當(dāng)前我國面臨的比較突出的諸如城市規(guī)劃與建設(shè)、空氣污染、食品安全等工程問題，都需要在處理好工程與人、與社會、與自然關(guān)系的前提下，綜合運(yùn)用科學(xué)、技術(shù)與人文的知識來解決。在復(fù)雜的工程問題面前，各學(xué)科之間已不再是涇渭分明，而是呈現(xiàn)出相互融合、相互滲透的新型關(guān)系，共同為某個(gè)工程問題的解決提供理論與方法的支持。

跨學(xué)科教材正是對這種大工程觀的積極響應(yīng)，它從工程人才培養(yǎng)規(guī)格對于工程要求的適應(yīng)度出發(fā)，在內(nèi)容的擇取上力圖突破學(xué)科、專業(yè)的界限進(jìn)行科學(xué)知識整合的探索。跨學(xué)科教材既包括自然科學(xué)內(nèi)部諸多分支學(xué)科的知識整合，還涉及人文科學(xué)、社會科學(xué)與自然科學(xué)的大跨度整合，這都體現(xiàn)了現(xiàn)代工程科學(xué)知識集成發(fā)展的特點(diǎn)。

2.跨學(xué)科教材建設(shè)符合卓越工程人才的成長規(guī)律

堅(jiān)固的學(xué)科壁壘培養(yǎng)不出卓越的工程人才，這說明單科性教材在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面存在諸多問題。若想在工程領(lǐng)域做得拔尖，不但要扎實(shí)掌握本學(xué)科、本專業(yè)的理論知識、工程原理，了解最前沿的研究成果，更要具備相關(guān)學(xué)科乃至人文社會科學(xué)方面的知識?！白吭焦こ處煵皇菃渭兊哪骋还こ填I(lǐng)域的優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才，……他們除了具有某一工程領(lǐng)域的知識和專業(yè)能力，如實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力外，還必須具有協(xié)調(diào)溝通、團(tuán)隊(duì)合作和組織管理等社會能力，具有處理好工程與生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步等關(guān)系的綜合素質(zhì)”?？鐚W(xué)科教材正是培養(yǎng)學(xué)生這種綜合素質(zhì)的重要載體。

科學(xué)發(fā)展史表明，創(chuàng)新往往發(fā)生在學(xué)科交叉的地帶。有學(xué)者以上個(gè)世紀(jì)四百多位諾獎獲得者的學(xué)科背景為對象進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)41.63%的獲獎?wù)哂袑W(xué)科交叉的知識背景。《教育部關(guān)于實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的若干意見》中也提出，“要加大跨學(xué)科、跨專業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)”。因此，卓越工程人才的成長與培養(yǎng)需要教材為學(xué)生提供跨學(xué)科學(xué)習(xí)的知識與經(jīng)歷，學(xué)生通過跨學(xué)科教材的學(xué)習(xí)，可以有效彌補(bǔ)單科性教材在知識上的局限。同時(shí)，在掌握不同學(xué)科的理論原理后，這些知識可以相互啟發(fā)、相互促進(jìn)，不斷推動知識的重組與創(chuàng)造，從而為他們將來在復(fù)雜的工程領(lǐng)域做出創(chuàng)新性貢獻(xiàn)提供寬厚的知識基礎(chǔ)。

二、跨學(xué)科教材建設(shè)的著眼點(diǎn)

1.提供整體性的知識

知識本身就是一個(gè)整體，只不過由于研究者自身的局限以及科學(xué)深化細(xì)分的需要，被人為地割裂開來。這種割裂性的知識既無法有效解決當(dāng)今復(fù)雜的工程問題，也無法培養(yǎng)出卓越的工程人才?？鐚W(xué)科教材建設(shè)不再以單一的學(xué)科知識為中心，它突破學(xué)科的界限，著眼于把不同的學(xué)科知識有機(jī)融合在一起，這種知識具有整體性的特征，能夠反映出客觀世界的原貌。值得注意的是，跨學(xué)科教材所涵蓋的知識并不等于包羅萬象的大拼盤，而是教材編寫人員或者以某一學(xué)科為中心，或者圍繞某一個(gè)課題、項(xiàng)目，通過涉足不同的學(xué)科領(lǐng)域，吸收各學(xué)科的原理、研究方法，在有機(jī)融合的基礎(chǔ)上生成新的理論知識，具有明顯的創(chuàng)造性。學(xué)生在使用教材的過程中，接受了跨學(xué)科知識的訓(xùn)練，有利于形成符合社會需求的復(fù)合型知識結(jié)構(gòu)。

2.開放性

復(fù)雜的工程問題需要與之對應(yīng)的思維結(jié)構(gòu)，跨學(xué)科教材更注重訓(xùn)練學(xué)生多學(xué)科、多層次的開放性思維。一個(gè)學(xué)科難以解決的理論難題，借助另一門學(xué)科的研究方法就可能達(dá)到柳暗花明又一村的境界，比如將數(shù)學(xué)領(lǐng)域的“模糊集合”模型移植到語言學(xué)，就產(chǎn)生了模糊語言學(xué)這一學(xué)科，應(yīng)用到邏輯學(xué)領(lǐng)域，便產(chǎn)生了模糊邏輯學(xué)。單科性教材忽視了這種學(xué)科之間的聯(lián)系，使學(xué)生解決問題的視角局限于學(xué)科內(nèi)部，其思維結(jié)構(gòu)具有明顯的單一性?？鐚W(xué)科教材不僅傳授相關(guān)學(xué)科的知識原理，更注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行跨學(xué)科思維的訓(xùn)練，在“授人以魚”的同時(shí)“授人以漁”，啟發(fā)學(xué)生多學(xué)科、多維度思考問題，培養(yǎng)學(xué)生從生態(tài)學(xué)、管理學(xué)、社會學(xué)的角度解決工程問題的思維模式。通過接觸跨學(xué)科教材，學(xué)生的思維根植于多學(xué)科交叉復(fù)合研究思維的土壤中，在面對實(shí)際的工程問題時(shí)，可以自覺地對各學(xué)科的思維方法進(jìn)行整合、重建，探索有自身個(gè)性的解決之道。

3.和諧性

這里的和諧性有兩個(gè)方面的涵義：（1）指跨學(xué)科教材要促使學(xué)生自身的和諧發(fā)展。教育的本質(zhì)是培養(yǎng)人，即培養(yǎng)德智體全面發(fā)展的合格人才。在學(xué)科型工程教育下，大部分教材在編寫過程中更多地關(guān)注學(xué)科本身的邏輯，著重于為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)以學(xué)科為中心的、系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R體系，學(xué)習(xí)者在未來職業(yè)發(fā)展中所需要的職業(yè)道德、社會意識、團(tuán)隊(duì)合作意識等被置于微不足道的地位。跨學(xué)科教材更注重學(xué)習(xí)者的綜合素質(zhì)，教材的內(nèi)容既要涵蓋工程領(lǐng)域的知識，又得從人的全面發(fā)展的角度出發(fā)，引入人文、藝術(shù)、哲學(xué)與社會學(xué)領(lǐng)域的基本知識，以實(shí)現(xiàn)工程人才科學(xué)素養(yǎng)與人文素養(yǎng)的統(tǒng)一，最終促進(jìn)人的和諧發(fā)展。（2）指教材與學(xué)生形成和諧互動的關(guān)系。傳統(tǒng)的教材以向?qū)W生提供系統(tǒng)完整的學(xué)科知識為目標(biāo)，在這個(gè)過程中，學(xué)生在教材、教師面前是被動的知識接受者，處于弱勢地位。隨著知識更新速度的加快，教材傳授知識的功能應(yīng)該弱化?？鐚W(xué)科教材不是以知識權(quán)威者的形象出現(xiàn)，它強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生獲取知識的能力，在內(nèi)容的組織與編排上注意互動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與欲望，教材與學(xué)生之間不再是給予與被動接受的關(guān)系，而是學(xué)生主動建構(gòu)知識的過程。

三、面向卓越工程師培養(yǎng)的跨學(xué)科教材建設(shè)的基本途徑

1.內(nèi)容選取上實(shí)現(xiàn)重心轉(zhuǎn)移，組織編排上測重探究能力培養(yǎng)

以往的工科教材在內(nèi)容上過分強(qiáng)調(diào)本學(xué)科知識的系統(tǒng)性，導(dǎo)致工科學(xué)生知識結(jié)構(gòu)狹窄，主要表現(xiàn)在兩方面：一是狹窄于技術(shù)，工科畢業(yè)生不懂經(jīng)營、管理，更缺少人文修養(yǎng)；二是技術(shù)上的狹窄，學(xué)機(jī)的不懂電，學(xué)電的不懂機(jī)，學(xué)熱加工不懂冷加工。因此，跨學(xué)科教材在內(nèi)容選取上要實(shí)現(xiàn)重心轉(zhuǎn)變，從以學(xué)科邏輯為主轉(zhuǎn)為以實(shí)際工程問題為主。針對“技術(shù)上的狹窄”，注重與專業(yè)相近、相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，在機(jī)械類教材中加入電類知識，在包裝類教材中加入材料、設(shè)計(jì)類知識。針對“狹窄于技術(shù)”，則在工科教材中融入人文社會科學(xué)方面的知識，將社會學(xué)、管理學(xué)、藝術(shù)科學(xué)的知識嵌入工程問題中，從而保證未來的工程師們創(chuàng)造出來的作品在具有實(shí)用性的同時(shí)，亦有利于社會的發(fā)展、環(huán)境的保護(hù)，也具有強(qiáng)烈的藝術(shù)美感。

同時(shí)，跨學(xué)科教材在組織編排上，要避免直接向?qū)W生提供現(xiàn)成的知識。一方面，要盡量還原知識產(chǎn)生背景、發(fā)展過程，著名的實(shí)驗(yàn)是如何做出的，讓學(xué)生在真實(shí)的情境中去學(xué)習(xí)研究。另一方面，將定論性的陳述改為連續(xù)的挑戰(zhàn)性問題，設(shè)置問題情境?？鐚W(xué)科教材是開放性的教材，通過問題的設(shè)置，可為學(xué)生留下廣闊的思維空間，引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度分析工程問題，并提出多種解決方案。這對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)其創(chuàng)新思維以及提高其探究能力具有積極作用。

2.拓寬教師自身的知識結(jié)構(gòu)，促使教材編寫隊(duì)伍多元化

教師是跨學(xué)科教材建設(shè)的主體，高質(zhì)量的教材需要高水平的教師來保障。然而教師的專業(yè)成長都是在學(xué)科的邏輯下進(jìn)行的，教師的現(xiàn)有知識與跨學(xué)科教材對多學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的要求形成強(qiáng)烈反差，這就凸顯了跨學(xué)科教材作者資源短缺的矛盾。針對這一現(xiàn)狀，首先要拓寬教師自身的知識結(jié)構(gòu)。高校要為教師提供跨學(xué)科交叉學(xué)習(xí)的機(jī)會，例如浙江大學(xué)啟動的“青年教師交叉學(xué)習(xí)培養(yǎng)計(jì)劃”，通過這種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，教師可以全面了解相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論、研究方法及學(xué)科交叉的進(jìn)展情況等，為參與跨學(xué)科教材的編寫拓寬視野。

此外，還需要促成教材編寫隊(duì)伍的多元化?？鐚W(xué)科教材不同于單科性教材編寫的單兵作戰(zhàn)，它對作者的知識、能力要求更高，編寫起來難度更大，而合作編寫、共同參與是一種行之有效的方式。一方面，鼓勵不同學(xué)科的教師進(jìn)行聯(lián)合編寫。即不同領(lǐng)域的研究者針對同一工程問題，從各自的角度出發(fā)，將不同的理論解釋與解決方式呈現(xiàn)在教材之中。另一方面，吸收企業(yè)人員參與到教材建設(shè)中。若想編寫出緊密聯(lián)系行業(yè)的教材，不能只依靠高校的作者資源，企業(yè)人員對現(xiàn)代工程發(fā)展的整體化特征有著深刻的認(rèn)識，相比高校教師，其大工程觀的視野更為開闊，在教材內(nèi)容取舍、教材體例安排上能夠提出獨(dú)到見解，有他們的參與，編寫出來的教材更接近真實(shí)的工程實(shí)踐。

3.以跨學(xué)科研究、綜合課程開發(fā)等方式帶動跨學(xué)科教材建設(shè)

首先，寓教材建設(shè)于跨學(xué)科研究之中。要想編寫出高質(zhì)量的跨學(xué)科教材，必須發(fā)揮跨學(xué)科科研與教材建設(shè)的互動作用，在科學(xué)研究中汲取跨學(xué)科教材建設(shè)的靈感，并將研究成果充實(shí)到跨學(xué)科教材中。由于研究范式的單科化使教材建設(shè)具有明顯的學(xué)科局限性，這種局限需要研究者自身來突破。工科教師要充分認(rèn)識現(xiàn)代工程的集成化特點(diǎn)，敢于打破學(xué)科的藩籬，投身于跨學(xué)科研究中，以擴(kuò)大自己多學(xué)科的知識儲備，為將來編寫跨學(xué)科教材打下基礎(chǔ)。高校也要在政策、資金方面向跨學(xué)科研究傾斜，以促使更多的跨學(xué)科科研成果的產(chǎn)生，并及時(shí)將其轉(zhuǎn)化為教材內(nèi)容。其次，加大綜合課程開發(fā)力度。教材與課程是相互依賴的關(guān)系，教材為課程提供豐富的教學(xué)內(nèi)容，是課程實(shí)施的輔助工具；課程的開發(fā)與設(shè)置，可以帶動相關(guān)配套教材的建設(shè)。綜合課程的開發(fā)，可以為跨學(xué)科教材的編寫提供較為成熟的選題，并且綜合課程的授課教師更容易轉(zhuǎn)換為教材編寫人員，這是跨學(xué)科教材建設(shè)的一個(gè)重要手段。如英國倫敦大學(xué)開設(shè)的天文學(xué)與物理學(xué)課程，牛津大學(xué)開設(shè)的工程科學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)以及英國蘇塞克斯大學(xué)的技術(shù)社會學(xué)課程，這些具有學(xué)科交叉性質(zhì)的課程.在帶動相應(yīng)的跨學(xué)科教材建設(shè)方面都起到了積極作用。

4.建立跨學(xué)科教材建設(shè)的激勵機(jī)制

在傳統(tǒng)工程教育下，跨學(xué)科教材未受到足夠重視，而且由于編寫難度較大，尚屬于一種探索中的新事物。因此，有必要建立起與之相關(guān)的激勵機(jī)制。一是在國家級、省級教材立項(xiàng)與申報(bào)時(shí)，增加跨學(xué)科教材的比重，尤其要鼓勵建設(shè)與現(xiàn)有的跨學(xué)科專業(yè)、課程相配套的教材。在教材申報(bào)人員的審核上，要注重其多學(xué)科的知識背景，優(yōu)先支持有企業(yè)高級工程師參與的跨學(xué)科教材的申報(bào)。二是將跨學(xué)科教材的研究與編寫納入教師的評聘晉職制度中。鼓勵教師積極對工科的教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)情況進(jìn)行研究，并將優(yōu)秀的跨學(xué)科教材與教師相應(yīng)的教學(xué)、科研成果同樣對待，增加教材編寫在職稱評定中的權(quán)重。三是加大資金投入，積極推動跨學(xué)科教材的評優(yōu)工作。對于能夠緊密聯(lián)系行業(yè)實(shí)踐、受到學(xué)生與教師好評的跨學(xué)科教材給予重獎，并形成一種制度，從而調(diào)動教師編寫教材的積極性。

5.拓寬教材建設(shè)渠道，發(fā)揮出版社在跨學(xué)科教材開發(fā)中的推動作用

教材建設(shè)不只是高校自身的事情，還需要出版社的積極參與。出版社處于市場之中，對新興學(xué)科、跨學(xué)科教材出版具有較強(qiáng)的敏銳性與前瞻性。隨著現(xiàn)代工程對跨學(xué)科復(fù)合型人才的需求越來越強(qiáng)烈，新興交叉學(xué)科、跨學(xué)科教材的市場需求將會變大，出版社必然會抓住這個(gè)機(jī)遇。一是做好選題工作。由于工程科學(xué)的發(fā)展是世界性的，因此可以借鑒國外出版社一些可以通用的跨學(xué)科選題。二是與高校建立合作關(guān)系。出版社編輯、營銷人員要走進(jìn)大學(xué)，與一線教師進(jìn)行研討座談，了解當(dāng)前學(xué)科發(fā)展趨勢、教師跨學(xué)科科研成果狀況等，以便對跨學(xué)科教材出版的時(shí)機(jī)作出判斷。三是建立跨學(xué)科教材使用的反饋機(jī)制，跟蹤調(diào)查高校教師、學(xué)生使用教材的情況，并針對反饋意見及時(shí)做出調(diào)整。