培養(yǎng)獨立創(chuàng)新能力的工程學(xué)科研究生教育

董僑 陳雪琴

摘要：

工程專業(yè)研究生課程是幫助研究生建立完整知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)研究生獨立創(chuàng)新學(xué)術(shù)能力的基礎(chǔ)?；诓┦垦芯可A段所選研究生課程體系設(shè)置案例，結(jié)合土木交通工程專業(yè)相關(guān)留學(xué)人員的問卷調(diào)研，從專業(yè)課設(shè)置、跨專業(yè)選課制度、課堂教學(xué)、課后學(xué)習(xí)四個方面，分析旨在培養(yǎng)獨立和創(chuàng)新能力的美國工程專業(yè)研究生課程設(shè)置特點。美國工程專業(yè)研究生的專業(yè)課設(shè)置精簡全面、難度適中，為研究生獨立創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供充足的知識儲備?？鐚I(yè)選課制度，具有學(xué)習(xí)領(lǐng)域廣泛、課程質(zhì)量高的特點，為研究生進(jìn)行交叉領(lǐng)域創(chuàng)新提供了更多的機(jī)遇。課堂教學(xué)內(nèi)容包含大量專業(yè)軟件工具的使用，并緊扣行業(yè)發(fā)展前沿，為培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力創(chuàng)造各種條件。課后學(xué)習(xí)包含大量多樣化的學(xué)習(xí)任務(wù)，旨在培養(yǎng)研究生獨立分析和解決問題的能力，以及有計劃的獨立完成多樣任務(wù)的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：研究生教育;工程學(xué)科;土木與交通專業(yè);課程教學(xué);創(chuàng)新能力

中圖分類號：G643? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號：1005-2909（2021）04-0031-07

專業(yè)課程教學(xué)是研究生系統(tǒng)化學(xué)習(xí)專業(yè)知識的重要途徑，也是快速提高研究生專業(yè)技能、科研能力和水平的關(guān)鍵。為進(jìn)一步完善研究生的知識結(jié)構(gòu)，提高研究生的科研水平與能力，研究生課程設(shè)置需要不斷改進(jìn)完善。針對美國研究生課程體系設(shè)置特點，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了一些總結(jié)性及案例研究。通過調(diào)研分析，有學(xué)者提出美國研究生課程體系具有重視基礎(chǔ)理論、強(qiáng)調(diào)靈活性、擴(kuò)大學(xué)生視野、創(chuàng)造自由學(xué)術(shù)環(huán)境，以及注重課程國際化的特點[1]，并且更為注重培養(yǎng)研究生的學(xué)術(shù)能力[2]。此外，還有學(xué)者通過對哈佛大學(xué)、斯坦福大學(xué)和俄勒岡大學(xué)碩士生課程設(shè)置的案例研究，總結(jié)出美國研究生專業(yè)課程體系的四個特點：通過交叉學(xué)科來構(gòu)建基礎(chǔ)理論;通過大量選修課來拓寬專業(yè)視野;通過研究方法提升科研能力;通過緊跟學(xué)術(shù)前沿來促進(jìn)學(xué)科發(fā)展[3]。

工程專業(yè)研究生需要綜合應(yīng)用大量的專業(yè)知識和技能來開展科學(xué)研究，解決實際工程問題，進(jìn)行獨立創(chuàng)新。如何通過改進(jìn)研究生課程設(shè)置來提高工程專業(yè)研究生學(xué)術(shù)能力，尤其是培養(yǎng)研究生的獨立創(chuàng)新能力，是需要工程專業(yè)高等教育者們分析與解決的一個問題。本文根據(jù)筆者在美國田納西大學(xué)土木與環(huán)境工程系攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，同時結(jié)合土木與交通工程相關(guān)專業(yè)留學(xué)人員的問卷調(diào)查，分析美國工程專業(yè)研究生課程的設(shè)置特點。本次問卷調(diào)查共收集72份問卷，參與人員包括33名碩士與39名博士。本文從專業(yè)課設(shè)置、跨專業(yè)選課制度、教學(xué)方式、課后學(xué)習(xí)四個方面分析美國工程專業(yè)課程設(shè)置特點，探討核心問題，并結(jié)合實際案例，分析這種課程體系設(shè)置的實際效果。

一、專業(yè)課程設(shè)置特點

主要從課程設(shè)置的數(shù)量和難度兩個方面分析美國工程專業(yè)研究生課程設(shè)置的特點?？傮w而言，美國工程專業(yè)研究生課程具有精簡全面和難度適中的特點，研究生能夠高效地構(gòu)建專業(yè)知識結(jié)構(gòu)，為其研究創(chuàng)新提供充足的知識儲備。

與國內(nèi)高校專業(yè)教師數(shù)量眾多的情況不同，美國高校專業(yè)課教師數(shù)量相對較少，研究生專業(yè)課程精簡而全面。以筆者所從事的道路工程研究方向為例，該專業(yè)方向研究生課程包括路面材料設(shè)計、路面設(shè)計兩門碩士生課程，以及路面材料建模一門博士生課程。盡管課程數(shù)量不多，但內(nèi)容全面。例如路面設(shè)計碩士生課程不僅介紹了柔性路面和剛性路面的設(shè)計方法，還包括了路基設(shè)計、路面管理系統(tǒng)、路面力學(xué)計算等4個方面的內(nèi)容。而這些內(nèi)容在國內(nèi)研究生教育中，往往會分成4門課程來講授。如圖1所示的問卷調(diào)研結(jié)果表明，美國研究生課程內(nèi)容范圍較廣，這種情況對碩士生更為明顯，而注重課程深度的主要是一些博士生課程。精簡而全面的研究生課程設(shè)置，能夠在高效率的教學(xué)中讓學(xué)生快速構(gòu)建知識體系，這是研究生進(jìn)行學(xué)術(shù)研究與創(chuàng)新的關(guān)鍵。

（二）課程難度適中

課程設(shè)置全面，意味著學(xué)生學(xué)習(xí)量的增加。為了能夠讓學(xué)生全面了解某領(lǐng)域的專業(yè)知識，就需要對內(nèi)容進(jìn)行高度的精簡。相對中國大量的“講義式”專業(yè)課教材，美國的專業(yè)課教材內(nèi)容多而全，但是實際難度并不大。工程專業(yè)教育的主要目的是讓學(xué)生快速掌握知識與方法，較少要求學(xué)生進(jìn)行大量的背誦與記憶，很少出現(xiàn)鉆牛角尖的問題討論，而更加注重知識點的梳理、理解與應(yīng)用，只是一些博士生的課程會有一定的難度。例如在路面設(shè)計這門碩士生課程中，對于柔性路面的彈性層狀體系理論會進(jìn)行介紹，但是并不要求學(xué)生采用拉普拉斯變換求解路面力學(xué)方程，僅僅是在介紹背景知識的前提下，利用教材中自帶的計算軟件來計算。根據(jù)教育心理學(xué)中的耶克斯-多德森定律[4]，學(xué)習(xí)效率隨著任務(wù)復(fù)雜程度的升高而快速降低，對于困難而復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)，即使學(xué)習(xí)動機(jī)很強(qiáng)，學(xué)習(xí)效率也難以提高。而相對適中或者簡單的學(xué)習(xí)任務(wù)，在中等的學(xué)習(xí)動機(jī)下，可以達(dá)到最大的學(xué)習(xí)效率。難度適中的課程設(shè)置有利于研究生對專業(yè)知識的高效學(xué)習(xí)。

針對工程專業(yè)課程實際教學(xué)效果，圖2給出了提升課程內(nèi)容廣度對研究生創(chuàng)新能力影響的問卷調(diào)研結(jié)果，大部分學(xué)生認(rèn)為提升課程內(nèi)容廣度有益于提高創(chuàng)新能力，尤其是對創(chuàng)新要求較高的博士生，選擇有益及很有益的比例合計高達(dá)60%。

二、跨專業(yè)選課制度

盡管美國工程專業(yè)研究生課程體系較精簡，但并不意味著美國研究生被組成單一。相反，由于美國研究生被要求大量地跨專業(yè)選課，美國的工程專業(yè)研究生修課范圍非常廣泛。注重交叉學(xué)科研究是學(xué)術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵突破點，跨專業(yè)選課制度大大地擴(kuò)展了研究生的學(xué)術(shù)視野，為研究生進(jìn)行學(xué)術(shù)創(chuàng)新提供了更多的機(jī)遇。

（一）知識結(jié)構(gòu)全面

跨專業(yè)選課制度的一個顯著優(yōu)勢，是研究生的知識結(jié)構(gòu)廣泛而豐富。以筆者所在的田納西大學(xué)土木與環(huán)境工程系為例，博士研究生要求選修36個學(xué)分的課程，一般每門課3個學(xué)分。這36個學(xué)分中，要求非土木與環(huán)境工程專業(yè)的課程在12個學(xué)分以上，其中數(shù)學(xué)類課程要在6個學(xué)分以上。此外，學(xué)生的學(xué)位答辯委員會至少要有一名以上的非本專業(yè)教授，一般為與學(xué)生研究課題相關(guān)的非本專業(yè)課程教授。表1為筆者攻讀博士學(xué)位期間所修研究生課程的詳細(xì)信息，包括開課系別與專業(yè)、課程作業(yè)、課程設(shè)計、考試次數(shù)及專業(yè)軟件工具等。筆者所修的39個學(xué)分課程中，非本專業(yè)課程達(dá)18個學(xué)分，將近一半。即便是本專業(yè)課程，也只有9個學(xué)分為道路工程方向的課程，其余12個學(xué)分來自巖土與結(jié)構(gòu)方向?？鐚I(yè)選課制度，確保學(xué)生能夠根據(jù)研究方向與興趣了解新的領(lǐng)域，通過學(xué)科交叉，給學(xué)生創(chuàng)新提供更多的機(jī)會。

如圖3所示，問卷調(diào)研結(jié)果表明，非本專業(yè)課程占總課程比例超過10%的學(xué)生比例，碩士生與博士生分別為50%與80%以上，可見美國工程專業(yè)研究生選修非本專業(yè)課程的普遍性。此外，圖4還表明非本專業(yè)課程涵蓋領(lǐng)域非常廣泛，以統(tǒng)計、數(shù)學(xué)、材料、計算機(jī)等專業(yè)領(lǐng)域

為主，也包括物理、化學(xué)、材料、經(jīng)濟(jì)等專業(yè)。

（二）專業(yè)課質(zhì)量較高

跨專業(yè)選課制度的另一個顯著優(yōu)勢，是課程更加“專業(yè)”，課程質(zhì)量更高。例如土木與環(huán)境工程專業(yè)的力學(xué)與有限元課程側(cè)重于在土木工程中的應(yīng)用。要深入學(xué)習(xí)力學(xué)，需要到機(jī)械系選修相關(guān)課程，到數(shù)學(xué)系選修計算方法。此外，數(shù)據(jù)分析課程必須去統(tǒng)計系選修，數(shù)據(jù)庫和程序語言課程需要去計算機(jī)系選修，運(yùn)籌學(xué)課程需要去工業(yè)工程系選修，材料分析課程需要去材料系選修。由于跨專業(yè)選課制度在整個學(xué)院和學(xué)校的普遍實施，因此不會出現(xiàn)兩個系開設(shè)相類似課程的情況。每一門專業(yè)課都是由學(xué)校該專業(yè)最好的教師開設(shè)，教學(xué)質(zhì)量和水平都很高。而專業(yè)課程內(nèi)容精簡全面、難度適中的特點，也使得跨專業(yè)選課制度能夠順利實施，從而保證研究生修課的廣泛與高質(zhì)量，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。圖5為基于選修非本專業(yè)課程對提升能力的效果的問卷調(diào)查，其效果依次體現(xiàn)在知識體系的完善、創(chuàng)新能力的提高、學(xué)術(shù)研究方法及工作技能上。博士生在學(xué)術(shù)研究上獲益較多，碩士生在工作技能方面獲益較多。

三、課堂教學(xué)方式

專業(yè)課程的學(xué)習(xí)離不開課堂教學(xué)。針對教學(xué)內(nèi)容精簡全面、難度適中，以及涉獵專業(yè)領(lǐng)域廣泛而課程質(zhì)量較高的跨專業(yè)選課制度的特點，美國工程專業(yè)研究生課程在教學(xué)方式上具有應(yīng)用大量軟件工具以及緊密結(jié)合行業(yè)發(fā)展的特點。

（一）大量軟件工具的應(yīng)用

由于工程專業(yè)與實際生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)合緊密，工程專業(yè)研究生課程一般都會包括專業(yè)領(lǐng)域的軟件與工具的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。不僅學(xué)校會購買各種工程軟件用于教學(xué)，各大軟件開發(fā)企業(yè)也會為了推廣產(chǎn)品，為學(xué)生提供免費(fèi)或低價的教育版軟件。表1中筆者所修的12門課程中，有11門包括了專門軟件工具的應(yīng)用。大量的課后作業(yè)與課程設(shè)計，均需應(yīng)用專業(yè)軟件來完成。通過課程學(xué)習(xí)，不僅能構(gòu)建專業(yè)知識結(jié)構(gòu)，還能熟練掌握專業(yè)軟件的應(yīng)用。如圖6所示，問卷調(diào)查的結(jié)果也表明，50%以上的學(xué)生會學(xué)習(xí)1-3個專業(yè)軟件，40%左右的學(xué)生會學(xué)習(xí)4-6個專業(yè)軟件，更有學(xué)習(xí)10個以上專業(yè)軟件的學(xué)生。在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練學(xué)生使用專業(yè)軟件，讓學(xué)生做到“知行并重”，掌握實用技術(shù)，不僅有利于研究生就業(yè)，也為研究生進(jìn)行學(xué)術(shù)創(chuàng)新提供了必要的條件與途徑。

（二）緊扣行業(yè)發(fā)展

由于工程專業(yè)與學(xué)術(shù)界和工業(yè)界結(jié)合緊密，因此

美國工程專業(yè)研究生課程設(shè)置同時考慮了就業(yè)與學(xué)術(shù)，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是教學(xué)中有大量案例分析，對多數(shù)知識點的講解都用到了大量的工程應(yīng)用的案例，在課堂講解和課后作業(yè)中直接以實際工程項目為背景。例如高等基礎(chǔ)工程與擋土墻課程就直接依托實際工程項目來講授知識點。二是課程教學(xué)緊扣行業(yè)及學(xué)科發(fā)展。與我國工業(yè)界初期以學(xué)習(xí)外來技術(shù)為主的特點不同，美國工業(yè)界一直保持著進(jìn)行大量原創(chuàng)工作與發(fā)明的傳統(tǒng)，工業(yè)界的發(fā)展水平在很多方面不亞于甚至領(lǐng)先學(xué)術(shù)界，因此，普遍存在學(xué)術(shù)界學(xué)習(xí)借鑒工業(yè)界最前沿技術(shù)的情況。

四、課后學(xué)習(xí)任務(wù)

（一）大量形式多樣的學(xué)習(xí)任務(wù)

美國研究生課程均包含大量的作業(yè)、課程設(shè)計、論文、課堂展示、課堂測驗、考試等。工程專業(yè)研究生課程教學(xué)以課堂講解緊扣行業(yè)發(fā)展的知識點和案例為主。學(xué)生要鞏固和消化課堂知識，盡快熟練應(yīng)用工具軟件，必須完成大量的課后作業(yè)和設(shè)計等任務(wù)。如表1所示，筆者所修的研究生專業(yè)課的課后作業(yè)平均為7次，最多的實驗設(shè)計課后作業(yè)多達(dá)11次，包括課程設(shè)計、小論文與期末考試在內(nèi)，幾乎每周都有課后學(xué)習(xí)任務(wù)。情況比較特殊的是回歸分析課程，雖然沒有課后作業(yè)、課程設(shè)計等課后任務(wù)，但取而代之的是4次考試?；趩柧碚{(diào)查，圖7給出了各項學(xué)習(xí)任務(wù)的占比，除了課堂測驗的比例較少，其他各項學(xué)習(xí)任務(wù)的比例都很高。安排大量的課后學(xué)習(xí)任務(wù)對提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，強(qiáng)化學(xué)習(xí)能力，提高知識掌握程度和工具使用熟練程度具有重要的意義。

（二）鍛煉獨立自主的學(xué)習(xí)能力

大量形式多樣的課后學(xué)習(xí)任務(wù)，以及緊密結(jié)合行業(yè)動向的課程內(nèi)容與教學(xué)方式，必然要求學(xué)生進(jìn)行更多的自主學(xué)習(xí)?；趩柧碚{(diào)研，圖8給出了研究生每周課后學(xué)習(xí)時間統(tǒng)計，值得注意的是多數(shù)博士生每周學(xué)習(xí)時間為10～20小時，碩士生每周學(xué)習(xí)時間更多，這與碩士課程數(shù)量較多、課程安排較緊湊也有關(guān)系。

學(xué)生自主學(xué)習(xí)主要包含以下幾個方面的內(nèi)容：首先，自主學(xué)習(xí)要求學(xué)生能夠自主規(guī)劃自己的修課內(nèi)容及體系，這其實也是對學(xué)生專業(yè)積累和導(dǎo)師專業(yè)研究眼光的考察。其次，自主學(xué)習(xí)要求學(xué)生不再是單純地接受知識，而是選擇性地應(yīng)用知識解決實際問題。最后，自主學(xué)習(xí)旨在通過獨立思考或小組協(xié)作的方式培養(yǎng)學(xué)生獨立創(chuàng)新的專業(yè)素養(yǎng)，以及團(tuán)隊合作的精神。通過課后學(xué)習(xí)的訓(xùn)煉，研究生的學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力才能有較大的提高。

五、結(jié)語

本文根據(jù)筆者的教育經(jīng)歷，以及美國田納西大學(xué)土木與環(huán)境工程系博士研究生課程設(shè)置案例，結(jié)合土木交通工程相關(guān)專業(yè)國外留學(xué)人員共計72份問卷調(diào)查的結(jié)果，對工程專業(yè)研究生的課程設(shè)置特點進(jìn)行了歸納分析，著重闡釋了旨在培養(yǎng)工程專業(yè)研究生獨立和創(chuàng)新能力的課程設(shè)置特點。從專業(yè)課設(shè)置、跨專業(yè)選課制度、課堂教學(xué)、課后任務(wù)四個方面，分析了美國工程專業(yè)研究生課程設(shè)置的特點、核心問題及對獨立與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的效果（圖9）。

首先，美國工程專業(yè)研究生的專業(yè)課具有精簡全面、難度適中的特點，教師對專業(yè)知識進(jìn)行高度概括和梳理，以適中的難度進(jìn)行教學(xué)，其核心是內(nèi)容較全面而不難，為研究生的獨立創(chuàng)新能力提供了充足而完善的知識儲備。其次，跨專業(yè)選課制度具有學(xué)習(xí)領(lǐng)域廣泛、課程專業(yè)程度及質(zhì)量較高的特點，其核心是專業(yè)的交叉性，為研究生進(jìn)行學(xué)術(shù)創(chuàng)新提供了更多的機(jī)會，尤其表現(xiàn)在知識范圍的擴(kuò)展與創(chuàng)新能力的提高上。再次，專業(yè)課程教學(xué)包含大量專業(yè)軟件的應(yīng)用，并緊扣行業(yè)發(fā)展，其核心是知行并重，給研究生進(jìn)行獨立創(chuàng)新提供了更多的條件與途徑。最后，課后學(xué)習(xí)包含大量多樣化的課后任務(wù)，對鍛煉學(xué)生獨立自主分析和解決問題的能力，全面培養(yǎng)研究生的專業(yè)素質(zhì)，使其成長為創(chuàng)新型人才具有重要的作用。

目前我國工程專業(yè)研究生課程教學(xué)在專業(yè)軟件應(yīng)用、緊扣行業(yè)最新前沿、安排多種形式與類型的課后任務(wù)以及學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)方面進(jìn)行了大量的實踐探索，取得了較好的效果。但是在專業(yè)課設(shè)置方面，由于我國學(xué)科劃分較細(xì)，每個專業(yè)教師數(shù)量較多，專業(yè)課數(shù)量也多，以致課程設(shè)置大多“偏?！?。在跨專業(yè)選課方面，很多高校已建立跨專業(yè)選課的機(jī)制與平臺，但尚未在學(xué)生中形成常態(tài)，原因在于專業(yè)課程之間差異較大，學(xué)生自身課業(yè)壓力大等。未來在課程設(shè)置中，鑒于學(xué)科交叉課程的創(chuàng)新推動作用，可有針對性地開設(shè)跨專業(yè)選修課。通過評估潛在的交叉學(xué)科類課程，調(diào)整課程內(nèi)容，開設(shè)一系列面向跨專業(yè)選修課的研究生課程，以幫助研究生拓展視野，豐富知識儲備，切實提高研究生的創(chuàng)新能力。

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Postgraduate education of? the independence and creativity ability training

in engineering subject：

Thinking of the postgraduate curriculum of civil and transportation engineering specialty in the United States

DONG Qiao1，CHEN Xueqin2

（1. School of Transportation， National Demonstration Center for Experimental Road and

Traffic Engineering Education， Southeast University， Nanjing 211189， P. R. China;2. Department of

Civil Engineering， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， P. R .China）

Abstract：

The postgraduate curriculum in engineering specialty is the foundation of the knowledge structure and academic ability training. Based on the doctoral curriculum in the United States and questionnaire research of international students with similar majors， this paper investigates the characteristics of the curriculum of engineering graduate program from four aspects， including curriculum content， curriculum across majors， teaching and studying. The curriculum of engineering graduate programs in the United States is more concise and comprehensive， which is very efficient to help graduate students obtain knowledge in a specific area and is the basis for independent academic ability. The course selection system across different majors has a wide range of learning areas and high quality of courses， and? provides more opportunities for creativity in students future academic study. The teaching involves specific software and tools application， and is close with the most recent advances in both industrial and academic area， which enable the graduate students to get access to academic research. The study includes various tests and requires students to work independently， practicing the students ability to plan and work independently， which helps students creativity in academic research.

Key words： postgraduate education; engineering subject; civil engineering and transportation specialty;? curriculum teaching; creativity ability

（責(zé)任編輯 王 宣）