中法合辦工程師教育的跨學(xué)科實踐

袁怡佳?鐘圣怡?歐亞飛?陸佳亮?邵凌翾?李萍?李真珍

摘 要：培養(yǎng)能夠從跨學(xué)科視角思考和解決問題的復(fù)合型人才是我國高等教育人才培養(yǎng)的一大宗旨。上海交通大學(xué)—巴黎高科卓越工程師學(xué)院借鑒法國工程師學(xué)院的教育培養(yǎng)模式，在預(yù)科基礎(chǔ)階段非常重視跨學(xué)科教育。本文介紹了學(xué)院在日常教學(xué)活動及項目式探究性學(xué)習(xí)中具體開展跨學(xué)科教育的做法，為我國高校如何更好地實行跨學(xué)科教育提供經(jīng)驗和借鑒。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科；法國工程師教育；預(yù)科基礎(chǔ)階段

2012年上海交通大學(xué)與法國巴黎高科工程師集團(tuán)（以下簡稱巴黎高科集團(tuán)）開展合作辦學(xué)，創(chuàng)立了上海交大—巴黎高科卓越工程師學(xué)院（以下簡稱“交大巴黎高科學(xué)院”），旨在借鑒法國高等工程師學(xué)校的教育體系和先進(jìn)理念，致力于培養(yǎng)符合當(dāng)代社會發(fā)展需要的高水平工程師人才。法國高等工程師教育屬于精英教育體系，具有規(guī)模小、專業(yè)化程度高、重視實習(xí)實踐等特色[1]。此次合作辦學(xué)創(chuàng)立了獨特的“預(yù)科基礎(chǔ)階段+工程師階段”的人才培養(yǎng)計劃。學(xué)院學(xué)制為4+2.5年，其中最初三年的“預(yù)科基礎(chǔ)階段”不分專業(yè)，課程以數(shù)學(xué)計算機(jī)、物理化學(xué)為主，目的是使學(xué)生具備扎實的數(shù)理化基礎(chǔ)，構(gòu)建全面完整的知識體系，具備獨立思考和解決問題的實踐能力。預(yù)科基礎(chǔ)教育階段對于學(xué)生而言，是后續(xù)的工程師專業(yè)階段乃至日后整個職業(yè)生涯的基礎(chǔ)，其重要性顯而易見。

跨學(xué)科是指打破學(xué)科的單一邊界，注重不同學(xué)科之間的聯(lián)系。跨學(xué)科教育是當(dāng)前跨學(xué)科復(fù)合型人才培養(yǎng)的必然趨勢[2]?？鐚W(xué)科教育不僅能完善學(xué)生的知識體系，使學(xué)生用更寬廣的視角思考問題，而且還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們覺得學(xué)有所用，繼而學(xué)有所樂。學(xué)習(xí)興趣是形成學(xué)習(xí)積極性和主動性的主要因素，它能激發(fā)學(xué)生的求知欲，促使他們不停地學(xué)習(xí)，并運(yùn)用知識去解決實際問題。交大巴黎高科學(xué)院無論是在日常的教學(xué)活動中，還是在項目式的探究性學(xué)習(xí)中，都非常重視跨學(xué)科教育。

一、跨學(xué)科教學(xué)模式

交大巴黎高科學(xué)院引進(jìn)法國工程師預(yù)科教育階段的大平臺教學(xué)制度，即在基礎(chǔ)教育階段不分專業(yè)、強(qiáng)調(diào)打下堅實的數(shù)理基礎(chǔ)，目的是培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合運(yùn)用多學(xué)科知識思考和解決問題。除了人文語言、思想政治類課程外，所有學(xué)生僅上兩門課程：數(shù)學(xué)計算機(jī)和物理化學(xué)。數(shù)學(xué)計算機(jī)課程共有58學(xué)分，包括微積分、線性代數(shù)、概率論統(tǒng)計、復(fù)變函數(shù)、操作系統(tǒng)等。物理化學(xué)課程共44學(xué)分，包括電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、普通化學(xué)原理等。兩門課程均由同一位教師或一個教學(xué)團(tuán)體連貫地完成所有教學(xué)任務(wù)，這為實現(xiàn)跨學(xué)科教育奠定了基礎(chǔ)。教師在教學(xué)中發(fā)揮主導(dǎo)作用，是影響教學(xué)質(zhì)量的決定性因素。一些重要的數(shù)理課程會周期性地循環(huán)出現(xiàn)，且難度逐漸加大。

在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與編排上，交大巴黎高科學(xué)院在預(yù)科基礎(chǔ)階段更加注重通過跨學(xué)科教學(xué)調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性及養(yǎng)成多角度思維的習(xí)慣?？鐚W(xué)科體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，物理學(xué)科注重不同分支之間的聯(lián)系，比如電學(xué)與力學(xué)、電磁學(xué)與電學(xué)之間的聯(lián)系。第二，注重物理與化學(xué)之間的聯(lián)系。第三，注重數(shù)學(xué)計算機(jī)與物理化學(xué)兩門課程之間的聯(lián)系。

在教學(xué)方式方面，交大巴黎高科學(xué)院把跨學(xué)科教育貫徹到各個具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中，包括日常的教學(xué)活動及探究性學(xué)習(xí)的實踐項目。一般情況下，國內(nèi)大學(xué)的理工科類基礎(chǔ)課程（高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等）大部分還是傳統(tǒng)的大課教學(xué)，加上少許習(xí)題和實驗。這種以教師為主導(dǎo)地位的教學(xué)過程往往習(xí)慣性地忽視學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的存在，在很大程度上限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性。而法國工程師教育非常注重“以學(xué)生為中心”，全力培養(yǎng)時代要求、企業(yè)需求的跨學(xué)科復(fù)合型人才。交大巴黎高科學(xué)院沿用了法式教育：除了傳統(tǒng)的大班理論課，還配置了大量的實踐課程和教學(xué)活動，包括習(xí)題課、實驗課、每月考核（筆試+口試+家庭作業(yè)）及跨學(xué)科綜合實踐項目[3]。

二、跨學(xué)科教學(xué)實踐

交大巴黎高科學(xué)院數(shù)學(xué)計算機(jī)和物理化學(xué)課程的課時安排如下：每周理論課6課時（第一學(xué)期是4課時）、習(xí)題課2課時，每周或每兩周2課時的實驗課。每月有數(shù)學(xué)、物理化學(xué)和法語口試各1課時，家庭作業(yè)時長約2～4小時，月考2課時?？鐚W(xué)科綜合實踐項目在第一學(xué)年春季學(xué)期后的小學(xué)期進(jìn)行，為期3周。

理論課教學(xué)采用傳統(tǒng)的說教式教學(xué)法。教師在理論授課中會聯(lián)系不同的學(xué)科及其分支學(xué)科的相關(guān)知識。在法國預(yù)科教育階段，物理與化學(xué)是不分家的，沒有單純的物理老師或者化學(xué)老師。在物理教學(xué)中會重視不同分支學(xué)科間的聯(lián)系及類同。比如在講解簡諧振動的時候，教師將電學(xué)中的RLC（電阻電感電容）電路與力學(xué)中的彈簧振子聯(lián)系起來，使學(xué)生更直觀深刻地去理解簡諧運(yùn)動的實質(zhì)。此外，數(shù)學(xué)是研究物理的工具和手段，教師在理論講解中會注重嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中也能提高對于數(shù)學(xué)的認(rèn)知和掌握。

與理論課配套的習(xí)題課和實驗課是小班化教學(xué)，一般人數(shù)控制在20人左右，做到師生配比高，以此保證教學(xué)質(zhì)量。習(xí)題課依據(jù)當(dāng)前理論課的進(jìn)度，對其涉及的知識進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固、再深入實踐，使學(xué)生在加深理解理論課的同時，拓寬知識在實踐中的應(yīng)用。習(xí)題題目由任課教師精心挑選，除了具有代表性和實際應(yīng)用意義，教師還會考慮到跨學(xué)科。比如教師在講解力學(xué)中以小球沿曲面斜坡滑下時，會讓學(xué)生思考有哪些在其他分支學(xué)科中類似的現(xiàn)象（如光學(xué)中的折射定律）。題目會事先布置，要求學(xué)生思考解題或者隨堂分發(fā)。最后在課上，教師會邀請學(xué)生到黑板上書寫解題過程邊解釋解題思路，教師在一旁進(jìn)行指導(dǎo)并作進(jìn)一步的說明。

同樣，小班化教學(xué)的實驗課著重訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)生的實際動手能力和獨立思考進(jìn)而解決問題的技能。每次實驗課由任課老師選取具有實際應(yīng)用意義的主題，認(rèn)真細(xì)致地撰寫實驗指南并在課前分發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生事先完成理論部分的學(xué)習(xí)，重點是親自推導(dǎo)一些重要的理論結(jié)果。實驗課上，學(xué)生隨機(jī)兩兩組合做實驗，如遇到問題能及時與教師溝通解決，每堂實驗課配有兩名任課教師。

除上述每周的常規(guī)課程，持續(xù)性的每月考核制度（家庭作業(yè)+月考+口試）意在增加學(xué)生不同層面跨學(xué)科的認(rèn)識和思考。其中，家庭作業(yè)和月考的題目是由任課教師悉心篩選或親自編寫的，均為由淺入深地整合若干科目后的大課題。另外，口試時長1課時，由一位老師同時對三位學(xué)生進(jìn)行考查。教師首先就當(dāng)前理論課的理論知識進(jìn)行提問，再要求學(xué)生運(yùn)用相關(guān)知識去解決實際問題并敘述解題思路，全程在互動中完成考核。

對于跨學(xué)科綜合實踐項目，學(xué)生自由組合，3～4人為一組，通過抽簽選定物理、數(shù)學(xué)、計算機(jī)方面的一個給定主題。然后運(yùn)用在課堂上學(xué)過的數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)知識，經(jīng)過理論解析、數(shù)值模擬采集等過程，對選定的實際問題進(jìn)行分析討論、理論建模計算、通過Matlab等軟件編程，最后得出結(jié)果。在最后一周制作PPT，撰寫全法語的報告，并用法語進(jìn)行約30分鐘的答辯。答辯委員會由數(shù)學(xué)計算機(jī)、物理和法語教師共同組成，全方位、跨學(xué)科地檢驗項目的完成程度和展示效果。對于物理課題，要求學(xué)生從物理建模到數(shù)學(xué)解析，再到最后的數(shù)值模擬。對于數(shù)學(xué)課題，老師只給出簡單的項目介紹，有的只有一個方程，要求學(xué)生從查閱文獻(xiàn)到數(shù)值模擬，再到最后的物理應(yīng)用。對于計算機(jī)課題，與數(shù)學(xué)課題類似，要求學(xué)生實現(xiàn)理論模擬后再思考尋找其在物理中的運(yùn)用價值。在項目教學(xué)中，每位學(xué)生都表現(xiàn)出了極大的熱情。他們不僅大量查閱各種相關(guān)資料信息，還積極主動地找老師討論問題，更有小組實際動手做實驗，將實驗結(jié)果與模擬出的數(shù)值結(jié)果作對比。同組的學(xué)生通過團(tuán)結(jié)協(xié)作，高質(zhì)量地完成項目任務(wù)，制作出豐富精彩的PPT，并用流利的法語進(jìn)行介紹及提問回答。通過這種自主性的學(xué)以致用，使學(xué)生在對數(shù)學(xué)計算機(jī)和物理知識有了更深一層理解的同時，也鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生融入團(tuán)隊、合力協(xié)作的意識和能力。

三、對跨學(xué)科教學(xué)的反饋研究

我們針對跨學(xué)科教學(xué)在預(yù)科基礎(chǔ)階段中（物理化學(xué)）實施開展的情況作了一次無記名問卷調(diào)查，包括大課（理論課）、習(xí)題課、實驗課、每月考核及跨學(xué)科綜合實踐項目。調(diào)查對象為交大巴黎高科學(xué)院學(xué)習(xí)過預(yù)科基礎(chǔ)課程的4屆學(xué)生，試卷共計118份。問卷就跨學(xué)科教育在上述各個具體的教學(xué)環(huán)節(jié)中的反饋感想進(jìn)行了調(diào)研。

首先就學(xué)生在同等深入學(xué)習(xí)情況下希望教師是局限于單一學(xué)科還是注重跨學(xué)科教學(xué)的訴求進(jìn)行了調(diào)查。大多數(shù)學(xué)生（76%）希望教師采用跨學(xué)科教學(xué)。預(yù)科階段科目多，理論性較強(qiáng)，局限于單一科目的教學(xué)易使學(xué)生覺得枯燥乏味，提不起學(xué)習(xí)興趣。跨學(xué)科教學(xué)能使相關(guān)學(xué)科知識融會貫通，有利于構(gòu)建完整的知識體系，激發(fā)學(xué)生從更廣闊視角去思考、解決問題。

調(diào)查二要求學(xué)生就跨學(xué)科教學(xué)在理論課中的開展情況及教學(xué)效果評分?？鐚W(xué)科教學(xué)評價分為三個層面：一是物理不同分支學(xué)科之間的聯(lián)系，二是物理與化學(xué)之間的聯(lián)系，三是物理化學(xué)與數(shù)學(xué)計算機(jī)之間的聯(lián)系。先對三個層面分別打分，再綜合做出一個總體評價。從打分的均值來看，學(xué)生對于理論課的跨學(xué)科教學(xué)的總體評價較高。其中第一層面評價最好，第二層面不如第一層面但優(yōu)于第三層面。

調(diào)查三是學(xué)生就跨學(xué)科教學(xué)在習(xí)題課中開展情況的反饋?？傮w趨勢與理論課的評分情況相同，但均值略低。趨向一致是因為習(xí)題課的課堂教學(xué)模式也是傳統(tǒng)的講授式。略低是因為每周與理論課相配置的習(xí)題課僅2課時。一般而言，一次習(xí)題課只能講解三個練習(xí)題。習(xí)題課題目是由任課老師精挑細(xì)選的，除了具有實際應(yīng)用意義，教師也會注重跨學(xué)科。比如在講解力學(xué)中以小球沿曲面斜坡滑下時，教師會讓學(xué)生思考在其他分支學(xué)科中有哪些類似的現(xiàn)象（如光學(xué)中的折射定律）。

調(diào)查四是受訪學(xué)生就跨學(xué)科教學(xué)在實驗課中開展情況的反饋。由于實驗課教學(xué)模式的不同，導(dǎo)致各個層面的打分情況與理論課、習(xí)題課產(chǎn)生差異。目前，學(xué)院預(yù)科階段設(shè)有實驗課的物理科目為力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)與電磁學(xué)。實驗次數(shù)為每周或每兩周一次。教師只在實驗課開始時簡單介紹一下實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗儀器使用等，絕大部分時間是學(xué)生自己動手實踐。學(xué)生遇到問題時，能隨時與老師討論交流。所以，我院實驗課課堂教學(xué)模式是啟發(fā)式和討論式的結(jié)合。在實驗課上，計算機(jī)廣泛應(yīng)用于實驗數(shù)據(jù)采集、處理等，由此第三層面的打分反饋較理論課、習(xí)題課有所提高。

另外，我們還調(diào)查了跨學(xué)科教學(xué)在每月考核中的實行效果。每月考核包括口試、家庭作業(yè)和月考，由于測試涵蓋大量的課程內(nèi)容且考核評價模式單一（答題給分），在跨學(xué)科聯(lián)系上稍顯薄弱。

在此次調(diào)研中，我們還就學(xué)生對第一學(xué)年夏季學(xué)期開展的跨學(xué)科綜合實踐項目進(jìn)行了調(diào)查?？傮w趨勢與實驗課的打分情況一致，并且總體評價最高。此項目實現(xiàn)了數(shù)學(xué)計算機(jī)、物理化學(xué)與法語多學(xué)科交叉的教學(xué)培養(yǎng)活動。我們參與過夏季學(xué)期的跨學(xué)科項目教學(xué)，感慨頗多。對于物理課題，要求學(xué)生從物理建模到數(shù)學(xué)解析，再到最后的數(shù)值模擬；對于數(shù)學(xué)課題，老師只給出簡略的目的要求，有的僅給出一個方程，要求學(xué)生從查閱文獻(xiàn)到數(shù)值模擬，再到最后的物理應(yīng)用；對于計算機(jī)課題，與數(shù)學(xué)課題相似，要求學(xué)生實現(xiàn)理論模擬后再思考尋求其在物理中的運(yùn)用之處。在完成項目的過程中，學(xué)生表現(xiàn)出極大的熱情：大量查閱各種相關(guān)資料信息，積極主動地找老師探討等。更有小組親自動手做了實驗，其課題是通過受力分析模擬出風(fēng)箏線的形狀，學(xué)生自已想到通過實際做實驗來與模擬出的數(shù)值結(jié)果作比較。同組的學(xué)生通過團(tuán)結(jié)協(xié)作，出色地完成了項目。在答辯階段，學(xué)生高質(zhì)量的項目完成結(jié)果、內(nèi)容豐富精彩的PPT和流利的法語介紹及提問回答，都讓在場的數(shù)學(xué)計算機(jī)、物理及法語老師贊嘆不已，連連直呼超出想象。當(dāng)提及對于項目的感想時，學(xué)生都不約而同地認(rèn)為獲益匪淺。通過這樣一次絕對自主性的學(xué)以致用，使學(xué)生在對數(shù)學(xué)計算機(jī)和物理知識有更深一層理解的同時，也鍛煉培養(yǎng)了學(xué)生融入團(tuán)隊、合力協(xié)作的意識和能力。學(xué)生對于跨學(xué)科教育的綜合實踐項目普遍表示滿意。我們認(rèn)為，以后可以開設(shè)更多此類?？鐚W(xué)科實踐項目活動。

四、結(jié)語

跨學(xué)科教育在交大巴黎高科學(xué)院的預(yù)科基礎(chǔ)階段得到全面推廣，并體現(xiàn)在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。通過從教學(xué)內(nèi)容與方式兩方面重視跨學(xué)科教育，不僅使學(xué)生能夠深入理解各個學(xué)科的知識及其相互間的聯(lián)系，構(gòu)建起完整、緊密的知識框架，培養(yǎng)提升了學(xué)生從跨學(xué)科、多角度去思考并解決問題的習(xí)慣和能力，而且還能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，進(jìn)而積極主動地去思考探究。這些都是值得我國高等教育教學(xué)改革借鑒和學(xué)習(xí)的。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李萍，鐘圣怡，李軍艷，等.借鑒法國模式，開拓工科基礎(chǔ)課教學(xué)新思路[J].高等工程教育研究，2015（1）.

[責(zé)任編輯：夏魯惠]