地學(xué)和信息類交叉學(xué)科研究生的培養(yǎng)模式研究

王媛妮，張冬梅，汪校鋒

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計(jì)算機(jī)學(xué)院 湖北 武漢 430078）

1 交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)背景與現(xiàn)狀

目前，科學(xué)研究的發(fā)展已經(jīng)從單一學(xué)科向多學(xué)科滲透，通過對多學(xué)科交叉進(jìn)行相關(guān)研究并取得了一些顯著成果，同時(shí)探尋一些研究難題的突破口。近年來，多學(xué)科交叉融合問題在高等教育方面受到了極大關(guān)注，尤其在人才培養(yǎng)機(jī)制方面也在積極探索多學(xué)科交叉。比如美國、加拿大等國先后啟動(dòng)了研究生教育交叉人才培養(yǎng)建設(shè)項(xiàng)目[1-2]。國內(nèi)大學(xué)如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)、清華大學(xué)也相繼開展了研究生多學(xué)科交叉培養(yǎng)的相關(guān)舉措，這些跨學(xué)科交叉培養(yǎng)模式極大地促進(jìn)了研究生教育的發(fā)展。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，地質(zhì)資源環(huán)境產(chǎn)業(yè)從傳統(tǒng)的粗放型、勞動(dòng)密集型向數(shù)字地球、智慧型轉(zhuǎn)變，因此我校地學(xué)大數(shù)據(jù)、遙感大數(shù)據(jù)、環(huán)境與健康等交叉學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。

交叉學(xué)科的培養(yǎng)模式與傳統(tǒng)單一學(xué)科有所不同，培養(yǎng)的人才不再局限于某一學(xué)科的知識領(lǐng)域，而是融合了多學(xué)科知識背景與領(lǐng)域。交叉學(xué)科的培養(yǎng)模式勢必催生出一些新興特色學(xué)科，從而帶動(dòng)研究生教育的創(chuàng)新性發(fā)展。然而交叉學(xué)科體系的構(gòu)建不是簡單地將幾門學(xué)科機(jī)械式疊加，需要多學(xué)科間交叉重組、跨學(xué)科相互協(xié)作、全方位構(gòu)建平臺等，人才培養(yǎng)方案與質(zhì)量評價(jià)等諸多方面都需要開展創(chuàng)新性的研究。

2 面臨的問題與具備的運(yùn)行機(jī)制基礎(chǔ)保障

2.1 面臨的問題

盡管在學(xué)科交叉人才培養(yǎng)方面已經(jīng)涌現(xiàn)了一些探索和實(shí)踐，但仍面臨一些問題。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1.1 交叉學(xué)科學(xué)生知識體系

受專業(yè)學(xué)科制約，大部分學(xué)生面臨專業(yè)知識儲(chǔ)備不夠、交叉學(xué)科知識涉獵較少、前沿研究把握不夠或了解甚少等問題、無法建立起交叉學(xué)科對應(yīng)的知識體系，嚴(yán)重影響和制約了交叉學(xué)科的發(fā)展。

2.1.2 交叉課程體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)單一學(xué)科為主的研究生培養(yǎng)方式，單學(xué)科知識較為系統(tǒng)和完整，但內(nèi)容缺乏綜合性和交叉性，學(xué)生的知識面不夠?qū)挿?、思維不夠活躍，視野不夠開闊。課程體系需進(jìn)一步優(yōu)化。

2.1.3 交叉學(xué)科間的資源共享

交叉學(xué)科間的交流、合作等環(huán)境較薄弱。學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)之外其他專業(yè)知識的動(dòng)力和途徑不足，導(dǎo)師與其他學(xué)科老師學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展不多，同時(shí)一些平臺資源并沒有實(shí)現(xiàn)很好的共享，因此還需加大經(jīng)費(fèi)投入平臺建設(shè)，有計(jì)劃地建立交叉學(xué)科研究平臺、協(xié)同創(chuàng)新中心等。

2.1.4 多維創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

聯(lián)合培養(yǎng)的模式不夠清晰，國內(nèi)外、校內(nèi)外各主體間缺乏協(xié)作。雙導(dǎo)師或?qū)熃M須聯(lián)合制訂交叉培養(yǎng)方案，導(dǎo)師間需有效溝通以充分發(fā)揮多導(dǎo)師的優(yōu)勢，但缺少有效完善的考核評價(jià)體系激勵(lì)各方交流與溝通。

2.1.5 交叉學(xué)科創(chuàng)新機(jī)制及考核評價(jià)體系

目前缺乏專門針對跨學(xué)科研究生培養(yǎng)的規(guī)章制度，各方主體共同參與跨學(xué)科研究生培養(yǎng)的主觀意愿不足，需設(shè)立以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)的質(zhì)量管理機(jī)制，以滿足新經(jīng)濟(jì)體對復(fù)合型人才的需求。通過制度建設(shè)推動(dòng)學(xué)校與企業(yè)、科研院所的深度合作，鼓勵(lì)教師帶領(lǐng)學(xué)生參加各類競賽活動(dòng)，構(gòu)建多元化交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

2.2 交叉培養(yǎng)運(yùn)行機(jī)制具備的基礎(chǔ)保障

以中國地質(zhì)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院（以下簡稱“我院”）為例，學(xué)院面向國土、資源、環(huán)境、空間信息等領(lǐng)域的行業(yè)需求，建設(shè)特色鮮明的人才培養(yǎng)與科學(xué)研究體系。學(xué)校在建立“宜居地球”國際研究型大學(xué)的目標(biāo)下，確定了“地學(xué)大數(shù)據(jù)”特色發(fā)展方向。目前建有“智能地學(xué)信息處理”湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、“智慧地質(zhì)資源環(huán)境技術(shù)”湖北省工程研究中心、“地學(xué)大數(shù)據(jù)”湖北省引智創(chuàng)新示范基地。這些為學(xué)院進(jìn)行交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)提供了保障。同時(shí)以地學(xué)大數(shù)據(jù)研究團(tuán)隊(duì)和環(huán)境學(xué)院基金委創(chuàng)新群體水資源與環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)為代表，具備事水文、環(huán)境、地質(zhì)災(zāi)害等相關(guān)領(lǐng)域的理論與應(yīng)用，以及高性能計(jì)算支持下的地學(xué)大數(shù)據(jù)智能處理理論、方法和技術(shù)研究，長期以來，學(xué)院在地學(xué)和信息學(xué)科交叉科學(xué)研究、人才培養(yǎng)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為交叉學(xué)科研究生創(chuàng)新教學(xué)模式的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)模式初探

交叉學(xué)科人才培養(yǎng)具有專博、創(chuàng)新、實(shí)踐、協(xié)作等特點(diǎn)，在借鑒歐美高校經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我院結(jié)合國內(nèi)高校探索實(shí)踐，依托優(yōu)勢學(xué)科構(gòu)建多學(xué)科交叉的研究生人才培養(yǎng)模式體系，建立融合多學(xué)科的課程體系，同時(shí)搭建五位一體的復(fù)合導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)、重構(gòu)跨學(xué)科考核評估體系、拓展多維創(chuàng)新人才培養(yǎng)共同體等措施，進(jìn)一步完善地學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)科交叉的人才培養(yǎng)機(jī)制，切實(shí)達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型復(fù)合人才的目標(biāo)。我院建立的基于多學(xué)科交叉的研究生人才培養(yǎng)模式，在一定程度上對于多學(xué)科交叉研究生培養(yǎng)中存在的問題提供了一種解決思路。

3.1 搭建交叉學(xué)科培養(yǎng)方向體系

當(dāng)前地球科學(xué)研究面臨著新的發(fā)展范式和發(fā)展趨勢：“注重學(xué)科交叉，尤其是與系統(tǒng)科學(xué)和信息科學(xué)的交叉，將地球作為一個(gè)整體系統(tǒng)進(jìn)行交叉集成研究”[6]。

我院研究生培養(yǎng)模式注重交叉學(xué)科的發(fā)展，下設(shè)三個(gè)交叉方向，即地學(xué)大數(shù)據(jù)方向、地質(zhì)環(huán)境與健康方向和遙感科學(xué)與技術(shù)方向。地學(xué)和信息類交叉三個(gè)方向的具體框架如圖1所示。

圖1 地學(xué)和信息類交叉三大學(xué)科方向

地學(xué)大數(shù)據(jù)方向以“高性能計(jì)算平臺、關(guān)鍵智能算法和核心軟件”建設(shè)為核心，以基于大數(shù)據(jù)的地質(zhì)過程計(jì)算與數(shù)值模擬和地質(zhì)科學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘與集成理論、方法與應(yīng)用為主要研究方向，開展高水平的地學(xué)大數(shù)據(jù)研究，為我校逐步建設(shè)具有國際水平的固體地球科學(xué)大數(shù)據(jù)研究中心提供技術(shù)支撐。

地質(zhì)環(huán)境與健康方向主要培養(yǎng)具有系統(tǒng)的環(huán)境地質(zhì)醫(yī)學(xué)、地質(zhì)環(huán)境健康診斷、環(huán)境地質(zhì)生態(tài)學(xué)、環(huán)境地球化學(xué)和環(huán)境地球生物學(xué)等科學(xué)與技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，同時(shí)具備相關(guān)的實(shí)踐動(dòng)手能力，了解環(huán)境科學(xué)與工程、地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的前沿，并掌握相關(guān)的專業(yè)知識技能，能適應(yīng)環(huán)境地質(zhì)與公共健康和我國社會(huì)發(fā)展需要的高級復(fù)合人才。

遙感科學(xué)與技術(shù)方向又分為三個(gè)學(xué)科方向，包括遙感科學(xué)、遙感技術(shù)、遙感應(yīng)用。內(nèi)容涵蓋了大氣遙感、海洋遙感、林業(yè)遙感、農(nóng)業(yè)遙感、環(huán)境遙感、生態(tài)遙感及其他前沿應(yīng)用。遙感交叉學(xué)科的建立，為我校地球科學(xué)研究提供了不可或缺的觀測平臺，提供了地球科學(xué)與信息科學(xué)的交叉手段，提供了面向市場、服務(wù)用戶、實(shí)現(xiàn)對地球管理的抓手。面向“美麗中國、宜居地球”的中長期規(guī)劃，遙感交叉學(xué)科的建立，將補(bǔ)全中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)研究支撐技術(shù)中最大的一塊短板。

3.2 構(gòu)建基于多學(xué)科交叉融合的課程體系

以創(chuàng)新型交叉復(fù)合人才培養(yǎng)為目標(biāo)，在課程體系設(shè)置上兼顧了多學(xué)科的交叉、考慮了多學(xué)科的相容問題，對多學(xué)科涉及的知識體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對性的深入研究。我院開展了大量的調(diào)研工作，摸清目前研究生學(xué)科交叉人才培養(yǎng)模式存在的問題，針對問題提出了改革對策和建議，構(gòu)建了基于多學(xué)科交叉融合的課程體系。多學(xué)科的課程開設(shè)既滿足了學(xué)生知識層面的要求，也注重培養(yǎng)學(xué)生在交叉學(xué)科方面的思維能力，從而為他們將來所從事的某一個(gè)方向的深入學(xué)習(xí)和科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

地學(xué)大數(shù)據(jù)方向研究生專業(yè)開設(shè)了地學(xué)和大數(shù)據(jù)、人工智能方面的研究生核心課程，如“大數(shù)據(jù)技術(shù)原理與應(yīng)用”“算法設(shè)計(jì)與分析”“數(shù)據(jù)挖掘與機(jī)器學(xué)習(xí)”，以及與地球科學(xué)相關(guān)的核心課程，如“地質(zhì)過程數(shù)值模擬”“勘查地球化學(xué)空間模式識別”“地球物理及勘探方法”等。畢業(yè)生具備地球科學(xué)大數(shù)據(jù)分析和挖掘、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、智能算法設(shè)計(jì)等能力，具有較強(qiáng)的國際競爭力和創(chuàng)新能力。學(xué)生畢業(yè)后可在相關(guān)地球科學(xué)領(lǐng)域繼續(xù)深造，或在信息技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域勝任大數(shù)據(jù)算法實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析、軟件設(shè)計(jì)開發(fā)等工作，以及大數(shù)據(jù)相關(guān)理論研究、新方法和新技術(shù)研發(fā)等探索性工作。

地質(zhì)環(huán)境與健康方向的主要專業(yè)課程包括環(huán)境微生物學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、環(huán)境評價(jià)、環(huán)境監(jiān)測、普通地質(zhì)學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、環(huán)境規(guī)劃與管理、基因組學(xué)技術(shù)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、大數(shù)據(jù)分析等。通過與地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境健康科學(xué)、化學(xué)、物理、水文學(xué)/水利學(xué)等學(xué)科有機(jī)融合，并對不同研究方向有所側(cè)重，形成了該方向的特色優(yōu)勢學(xué)科。利用地質(zhì)環(huán)境與健康學(xué)科中地質(zhì)學(xué)與環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等相結(jié)合的優(yōu)勢，研究范圍還可拓展到計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、地理科學(xué)、公共管理及流行病學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，為這些學(xué)科方向的深入學(xué)習(xí)和科研打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為滿足國家和社會(huì)的重大需求做好準(zhǔn)備。

遙感科學(xué)與技術(shù)方向培養(yǎng)方案中設(shè)置地理信息科學(xué)的基礎(chǔ)理論、大規(guī)模時(shí)空數(shù)據(jù)的理論與算法、空間數(shù)據(jù)分析與挖掘以及高性能地理計(jì)算理論與方法等方面的課程。高分辨率衛(wèi)星遙感、地理信息等高端技術(shù)不斷涌現(xiàn)，大數(shù)據(jù)信息共享與提取、多樣化測繪地理信息產(chǎn)品定制服務(wù)等問題，也對遙感科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才培養(yǎng)提出了更高的要求。

跨學(xué)科的關(guān)鍵在于知識整合，科學(xué)合理的課程體系是打牢專業(yè)基礎(chǔ)的關(guān)鍵。從學(xué)科間的相關(guān)性和知識結(jié)構(gòu)的整體性出發(fā)，圍繞創(chuàng)新能力培養(yǎng)、以問題為導(dǎo)向引領(lǐng)多學(xué)科知識整合，研究有機(jī)融合的綜合課程體系。我院研究生教學(xué)除了建立跨學(xué)院、跨學(xué)科的選課機(jī)制，就一門具體課程還會(huì)不定期組織教學(xué)內(nèi)容更新，課程體系優(yōu)化以及交叉學(xué)科創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)如自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案等工作。研究生課程講授形式多樣化，包括短期授課、專題講座、學(xué)術(shù)研討等。

3.3 建立產(chǎn)學(xué)研用學(xué)科協(xié)同的培養(yǎng)創(chuàng)新平臺

交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)成效與協(xié)同創(chuàng)新程度相關(guān)，需跨學(xué)校、跨院系、跨學(xué)科間的協(xié)作研究。我院在整合高校、科研院所等機(jī)構(gòu)有效資源的基礎(chǔ)上，建立了協(xié)同創(chuàng)新的培養(yǎng)模式，促進(jìn)了學(xué)科間的多元互補(bǔ)。具體舉措包括：①與企業(yè)合作建立校外實(shí)踐基地，將校內(nèi)教學(xué)與實(shí)際工程實(shí)踐結(jié)合。②瞄準(zhǔn)國家重大需求和國際學(xué)術(shù)前沿優(yōu)選交叉學(xué)科科學(xué)問題，如低碳生態(tài)、全息監(jiān)測等跨學(xué)科研究方向，引導(dǎo)研究生選題，提升研究的創(chuàng)新性。③依托交叉學(xué)科科研平臺，邀請相關(guān)領(lǐng)域的專家，定期組織各種學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，如學(xué)術(shù)會(huì)議、專家論壇等，搭建良好的多元學(xué)術(shù)交流平臺。

3.4 搭建五位一體的復(fù)合導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)

建立交叉學(xué)科導(dǎo)師組聯(lián)合培養(yǎng)模式，我院搭建了“教學(xué)管理-學(xué)生工作-導(dǎo)師-研究生-校外專家”五位一體的團(tuán)隊(duì)模式。復(fù)合導(dǎo)師的指導(dǎo)貫穿整個(gè)研究生培養(yǎng)過程，從培養(yǎng)計(jì)劃的制訂、論文選題開題、學(xué)術(shù)活動(dòng)的參與、科研項(xiàng)目的參與等各個(gè)方面建立一種互饋機(jī)制，跟蹤研究生培養(yǎng)全過程。不同學(xué)術(shù)背景的教師跨學(xué)科聯(lián)合授課拓展，通過項(xiàng)目合作、實(shí)驗(yàn)外包等開展多學(xué)科合作并共同發(fā)表學(xué)術(shù)論文。此外，導(dǎo)師還通過不同專業(yè)研究生間的合作交流，對學(xué)生進(jìn)行多專業(yè)、多學(xué)科的引導(dǎo)，加強(qiáng)其跨學(xué)科創(chuàng)新能力。相比單一學(xué)科選題的學(xué)位論文，論文產(chǎn)出質(zhì)量和影響因子更高。

3.5 重構(gòu)跨學(xué)科考核評估體系

學(xué)科交叉與融合并非完全自發(fā)的實(shí)現(xiàn)，需要有效的考核評估體系進(jìn)行科學(xué)的引導(dǎo)，只有這樣才能更好地推動(dòng)交叉學(xué)科的發(fā)展。科學(xué)的跨學(xué)科考核評估體系是交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)教育體系不可缺少的重要組成部分，需要從制度上鼓勵(lì)不同學(xué)科和機(jī)構(gòu)之間的交流與合作。我院按照“課程-研究-實(shí)踐”三位一體建立起相應(yīng)的類別考核標(biāo)準(zhǔn)，建立以協(xié)同創(chuàng)新為導(dǎo)向，多元化并重的考核體系。針對交叉研究生的培養(yǎng)過程，加強(qiáng)其過程考核，同時(shí)為了提升學(xué)生的交叉復(fù)合創(chuàng)新能力，將相關(guān)能力考核譬如科研能力、競賽能力、多學(xué)科交叉解決實(shí)際應(yīng)用開發(fā)能力等一并設(shè)計(jì)到考核評估體系中。

3.6 拓展多維創(chuàng)新人才培養(yǎng)共同體

積極開展院際、校際和國際交流與合作。交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)主要采取跨單位跨學(xué)科（專業(yè)）聯(lián)合培養(yǎng)和國際與國內(nèi)聯(lián)合導(dǎo)師組培養(yǎng)模式?？鐔挝豢鐚W(xué)科（專業(yè)）聯(lián)合培養(yǎng)主要是在校內(nèi)開展同單位跨學(xué)科（專業(yè)）聯(lián)合培養(yǎng)，依托重點(diǎn)學(xué)科，利用國內(nèi)外一流高校、中國科學(xué)院等單位的優(yōu)質(zhì)師資力量，進(jìn)一步拓展培養(yǎng)模式，開展跨單位跨學(xué)科（專業(yè)）聯(lián)合培養(yǎng)。國際與國內(nèi)聯(lián)合導(dǎo)師組培養(yǎng)模式主要采取與美國IIT大學(xué)、加拿大滑鐵盧大學(xué)等開展國際間跨學(xué)科（專業(yè)）聯(lián)合培養(yǎng)，將校內(nèi)導(dǎo)師拓展為國際與國內(nèi)聯(lián)合導(dǎo)師組培養(yǎng)模式，拓寬高層次復(fù)合型創(chuàng)新人才的國際視野，構(gòu)建多元化交叉創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，增強(qiáng)學(xué)生的國際競爭力。

4 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅在傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)中應(yīng)用廣泛，在地學(xué)相關(guān)的其他學(xué)科中也發(fā)揮著重要作用。在學(xué)科交叉背景下探究地學(xué)和信息交叉學(xué)科的研究生培養(yǎng)模式，對于全面提高傳統(tǒng)地學(xué)學(xué)科的創(chuàng)新能力及研究生的科學(xué)素養(yǎng)非常重要，它將成為研究生人才培養(yǎng)的新形式，成為提升研究生質(zhì)量的重要手段之一。交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)模式的建立也無疑將帶動(dòng)多學(xué)科的協(xié)同發(fā)展。

論文以中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）計(jì)算機(jī)學(xué)院開展的地學(xué)與信息類交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)模式為例，針對性地對基于學(xué)科交叉的研究生培養(yǎng)模式開展深入研究，從交叉方向的建立、課程體系、創(chuàng)新平臺、導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)、考核評估、培養(yǎng)共同體等方面探討了交叉學(xué)科研究生的培養(yǎng)模式。論文為地學(xué)與信息類交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)中存在的問題提供了解決思路，具有較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)意義。論文的研究增進(jìn)了傳統(tǒng)學(xué)科和新興信息學(xué)科的互融，建立了學(xué)科間的相互聯(lián)系，開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域。