論系統(tǒng)工程專業(yè)研究生培育之“四三二一”法
——一條符合系統(tǒng)工程整體思維的人才培育之路

肖依永，楊 軍，周晟瀚，馬小兵

（北京航空航天大學 可靠性與系統(tǒng)工程學院，北京 100191）

引言

研究生培育是教育部推進高質量人才培養(yǎng)計劃的重要組成部分。2020年9月，教育部、國家發(fā)展改革委、財政部發(fā)布《關于加快新時代研究生教育改革發(fā)展的意見》，提出了在研究生培育工作中完善思想政治教育體系，提升研究生思想政治教育水平，以服務需求為導向，合理擴大人才培養(yǎng)規(guī)模；完善科教融合育人機制，加強學術學位研究生知識創(chuàng)新能力培養(yǎng)，等等28條意見［1］。系統(tǒng)工程學科是新工科建設的重要學科專業(yè)之一，是一門涉及較多其他學科專業(yè)的綜合學科。錢學森將系統(tǒng)工程劃分為14個專業(yè)領域，分別是工程、科研、企業(yè)、信息、軍事、經濟、環(huán)境、教育、社會、計量、標準、農業(yè)、行政和法制系統(tǒng)工程［2］。不同的專業(yè)領域有不同的應用特點、系統(tǒng)表征、運作機理等。系統(tǒng)工程學科則是研究適用于這些專業(yè)共同的基礎理論方法，如系統(tǒng)論、控制論、信息論、運籌學等。系統(tǒng)工程專業(yè)通常是面向某個特定專業(yè)領域開展培養(yǎng)人才，如北航的系統(tǒng)工程專業(yè)面向工程系統(tǒng)、北師大系統(tǒng)工程專業(yè)面向教育系統(tǒng)等。脫離專業(yè)領域而純粹學習系統(tǒng)工程基礎理論的方法是比較少見的。

因此，系統(tǒng)工程專業(yè)通常具有很強的專業(yè)領域針對性，研究生通常都需要具有相關專業(yè)領域知識背景，培養(yǎng)的人才也通常是面向特定行業(yè)的。例如北航系統(tǒng)工程研究生生源來自工業(yè)工程、控制工程、管理工程、安全工程等專業(yè)，研究生畢業(yè)后通常就業(yè)于航空航天工業(yè)系統(tǒng)及國防系統(tǒng)。面向不同專業(yè)領域的系統(tǒng)工程專業(yè)，其課程設置及教學方法都應有所差異，傳統(tǒng)的僅講授純粹系統(tǒng)工程基礎理論方法，不與具體的專業(yè)領域結合起來的教學方法，或不將系統(tǒng)工程理論方法學術研究與專業(yè)領域背景結合起來的人才培養(yǎng)模式，都是難以取得預期效果的。

筆者在北航從事系統(tǒng)工程專業(yè)的教學、科研與研究生培育工作十余年，研究生生源來自北航及其他高校相關專業(yè)的本科生，其基礎知識與學習能力均有較大的差異性，為課程內容設置和研究生培育方式帶來一定難度。學生畢業(yè)后主要選擇面向國防工程系統(tǒng)領域就業(yè)，屬于比較典型的、面向特定專業(yè)領域培養(yǎng)系統(tǒng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)場景。經過多年探索，筆者運用系統(tǒng)工程思維方法，在系統(tǒng)工程專業(yè)人才培育方面創(chuàng)立了“四三二一”法，即在課程教學方面，實施“四位一體”教學方法；在研究生培育方面，采取“三方融合”育才模式；同時遵守“魚漁兼授，德才雙扶”的“二元平衡”育人原則；堅守一個根本目標——“為黨育人、為國育才”。

一、“四位一體”教學方法

“四位一體”教學方法，也稱為“理論講授+案例實驗+課群討論+前沿講座”四位一體教學方法。其中，“四位”分別指課堂上的理論講授、課后的案例實驗、全天候的課群討論以及相關的前沿講座四個維度；“一體”是指這四方面協(xié)同作用，從多維度形成合力，產生一體化的教學效果，圍繞著提升課程教學質量這一目標，共同促進學生對知識的接受、理解、鞏固和拓展?！八奈灰惑w”教學方法的內部關系邏輯如圖1所示。

圖1 “四位一體”教學方法

下面對“四位一體”教學方法各方面的具體形式和內涵進行闡釋。

（一）理論講授

以講授系統(tǒng)工程學科中的基本概念、原理方法、公式定理以及方法算法等基礎理論知識為主，目的是使學生能系統(tǒng)完整地掌握或了解本學科的基礎知識及圖譜結構。這是最常見的教學方式，也是必要的環(huán)節(jié)。在教師引導下，學生在課堂上以較高的效率掌握通過其自身學習較難理解和掌握的各類基礎知識，并形成知識體系的圖譜結構。

理論講授使學生系統(tǒng)地學習了學科的基本理論知識，但理解尚不深刻，還不具備運用知識解決實際工程問題的工程能力。因此需要引入案例實驗環(huán)節(jié)，以工程應用案例闡釋理論知識的應用場景，鞏固學生對知識的理解，培養(yǎng)解決實際工程問題的能力。

（二）案例實驗

結合所培養(yǎng)學生未來將從事的具體系統(tǒng)工程專業(yè)領域，如工業(yè)系統(tǒng)工程、農業(yè)系統(tǒng)工程、教育系統(tǒng)工程或國防系統(tǒng)工程等。與理論方法相對應，建立工程應用案例，以工程案例闡釋理論方法的應用原理，并構建應用模型和實驗數(shù)據(jù)；搭建實驗環(huán)境，形成演示實驗、操作實驗和計算實驗。通過案例實驗展示傳授理論知識的應用形式、應用過程和轉化技巧等，從而進一步使學生鞏固所學的理論知識，形成立體理解效應，搭建起將理論知識轉化為工程應用的橋梁。

例如，在講授系統(tǒng)優(yōu)化理論中的動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)性原理中如何理解“最優(yōu)子結構性質”時，若以傳統(tǒng)的Dijkstra算法來解釋其原理，會因為未能清晰展示性質的形式特征而影響實際教學效果；若以應用案例，如工業(yè)工程中的生產批量問題來構造動態(tài)規(guī)劃案例實驗，可以很形象地圖示出該最優(yōu)性原理的特征要求［3］。再設計具體計算實驗，使學生對動態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)性原理有深刻理解，學會判斷哪些最優(yōu)化問題適用于動態(tài)規(guī)劃算法。表1是筆者講授“工程優(yōu)化”核心課程時，所設計的十大工程案例實驗項目，以供同行參考［3-4］。

表1 系統(tǒng)工程優(yōu)化教學案例

（三）課群討論

通過建立課群，討論理論學習和案例實驗過程中的疑惑、思考與改善建議。這是知識傳授過程中必要的閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)，對學習效果的反饋驗證起到重要作用?，F(xiàn)代5G網絡與視頻會議軟件等為課群討論提供了各種形式的技術支撐。

與傳統(tǒng)的線下教師課后答疑方式相比，在線課群討論有以下幾點顯著優(yōu)勢：（1）學生隨時可問，教師隨時可答；（2）一個學生的提問基本上代表了一類共同問題，省去重復提問和重復回答；（3）對于提出關鍵問題的學生給予表揚，鼓勵學生深入思考、積極發(fā)問，可有效形成良性互動效果；（4）學生在群中互問互答，形成協(xié)同效應，共同解惑；（5）整個課群如同一個“大腦”，同步思考，共同進步。

（四）前沿講座

邀請國內外學術界專家教授，講授最新學術研究熱點問題，以及相關的新概念、新模型與新方法，延續(xù)課堂教學內容至最新前沿研究，拓寬學生學術視野并激發(fā)其參與科學研究的熱情。同時邀請工程界專家總師，介紹相關國家重大工程需求、工程現(xiàn)狀、技術瓶頸，以及未來發(fā)展趨勢等，激發(fā)學生參與工程研究的激情。無論是學術型還是專業(yè)型研究生，均需基于論文題目承擔一定的學術研究或工程應用，前沿講座能夠深深吸引學生，積極參與并積極提問和思考，是“四位一體”教學方法的拔高與升華環(huán)節(jié)。

二、“三方融合”育才模式

在研究生培育要求中，除需完成必要的課程學習之外，學術型研究生還需要聚焦學術前沿，承擔一定的學術研究任務，專業(yè)型研究生則需要參與工程項目，解決來自實際應用中的問題。一個研究生導師通常既要從事學術研究，又需要承擔一定工程項目，可能同時指導多名學術型和專業(yè)型研究生。因此，如何在研究生培育過程中將課程教學、學術研究和工程實踐三方面有機結合，相向而行、融會貫通，形成協(xié)同效應，對于研究生育才工作至關重要。

筆者所在教研團隊每年指導十余名系統(tǒng)工程專業(yè)研究生，在培育過程中提出了“課程學習+學術研究+工程實踐”三方融合的育才模式，即以解決工程問題為導向目標，凝練相應前沿學術問題并開展研究，并以此激發(fā)學生學習相關基礎課程的熱情，邏輯關系如圖2所示。堅持“三方融合”育人模式，形成固定的學術研究優(yōu)勢并積累工程應用技術，可使學術研究和工程應用緊密結合起來，有效解決長期以來國內廣泛存在的學術研究和工程實踐不相融、不搭邊、“兩張皮”的尷尬現(xiàn)狀。

圖2 “三方融合”育才模式

（一）以國防工程需求引導學術問題研究

三方融合模式強調以實際工程需求為主導，從中發(fā)現(xiàn)和凝練學術問題，針對基礎性學術問題開展分析、建模和求解研究，完成學術型研究生的培育任務。這需要導師具備堅實的學術研究基礎、廣泛的學術研究背景和敏銳的學術洞察力，具備從實際問題中發(fā)現(xiàn)、升華和凝練學術問題的能力，還需要與現(xiàn)有學術文獻資料進行銜接和繼承，梳理相關學術問題的研究脈絡，突出作者研究的定位和貢獻。

（二）以學術研究需要激發(fā)課程學習激情

從事前沿學術研究是對未知知識、潛在規(guī)律、新的理論方法等的探索、歸納及設計等活動。研究者往往需要具備廣泛且系統(tǒng)的相關基礎理論知識和研究技術。研究生有從事前沿學術研究的熱情，但知識儲備及系統(tǒng)性通常較為不足。這種不足在學術研究初期表現(xiàn)得尤為突出，基礎知識的欠缺可激發(fā)學生加強課程學習的動力，有目的和針對性地學習各項基礎學科，真正成為該專業(yè)所謂“科班出身”的研究人員，且學習效率和效果將更為顯著。

（三）以系統(tǒng)性理論知識支撐實際工程實踐

實際工程問題，特別是來自國防系統(tǒng)工程領域的前沿性工程技術問題，具有非常復雜的系統(tǒng)性，需要多學科系統(tǒng)性的知識背景與技術儲備，交叉綜合形成合力，才有可能提出實際可行的解決方案。專業(yè)型研究生通過課程學習而形成的系統(tǒng)性知識，為解決實際工程需求提供了理論支撐，具備了完成高質量畢業(yè)論文的條件，也為其畢業(yè)后從事相關工程技術工作奠定了堅實基礎。

三、“二元平衡”育人原則

習近平總書記在紀念五四運動100周年大會上勉勵廣大青年要樹立遠大理想、熱愛偉大祖國、擔當時代責任、勇于砥礪奮斗、練就過硬本領、錘煉品德修為［5］。因此，研究生導師有責任既傳授研究生以基礎理論知識，又要培養(yǎng)其具備獨立開展科研的能力，練就過硬科研本領，錘煉品格修為，懂得做人做事的基本道理。這一基本原則，在“四三二一”教育法中稱為基于“魚漁兼授，德才雙扶”的“二元平衡”育人原則，實現(xiàn)了從“育才”“育德”到“育人”的高度，也體現(xiàn)出中國傳統(tǒng)哲學智慧中的不偏不倚、中正平和的核心思想（見圖3）。

圖3 “二元平衡”育人原則

（一）魚漁兼授

在研究生培育中，“授人以魚”即傳授專業(yè)領域的理論知識、指引有學術價值的研究熱點，將研究生快速帶入科研一線，快速產出研究成果；而“授人以漁”則是讓研究生掌握基本的研究方法、具備科學的思維方式和遵守學術規(guī)范與學術道德等，可為研究生在未來科研道路上保駕護航，令其走得更遠，產出更大、更多的科研成果。

（二）德才雙扶

為落實習近平總書記把立德樹人作為教育的根本任務的精神，在研究生培育工作中，以德為上，才為基，德才兼?zhèn)?；不斷提高學生思想水平、政治覺悟、道德品質、文化素養(yǎng)；做到明大德、守公德、嚴私德；教導研究生要服務社會、奉獻社會，懂得做人做事的基本道理；培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人。

在上述的研究生德行教育、能力培養(yǎng)和知識傳授上實施每兩兩方面兼顧并重、不偏不倚的原則，我們濃縮稱之為“魚漁兼授、德才雙扶”的“二元平衡”育才原則，是“四三二一”教育法中落實立德樹人根本教育任務的保障。

四、一個根本目標——“為黨育人、為國育才”

“四三二一”教育法堅守一個根本目標——“為黨育人、為國育才”，要把青年學生培養(yǎng)成為堪當大任的時代新人，培養(yǎng)成為德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人。

圍繞這一根本目標，以“理論講授+案例驗證+課群討論+前沿講座”四位一體教學方法高質量完成專業(yè)知識課程傳授，以將“工程實踐+學術研究+課程學院”三方融合方式培育高質量人才，并在上述育才過程中，堅持“魚漁兼授、德才雙扶”二元平衡育人原則，從而將“育才”上升為“育人”層次，確保實現(xiàn)“為黨育人、為國育才”根本目標。

同時，在研究生教育全過程中始終堅持思想政治教育工作。將系統(tǒng)工程學科專業(yè)與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、社會主義核心價值觀、民族偉大復興理想與責任聯(lián)系起來，深挖專業(yè)思政元素，增強課程思政效果。以厚植北航特色的“空天報國情懷”為課程思政定位，把青年學生培養(yǎng)成為有理想、有才學、有擔當、有家國情懷的社會主義建設者和接班人；以系統(tǒng)工程的“整體、全程、核心”系統(tǒng)觀為思政元素，培養(yǎng)研究生掌握系統(tǒng)工程的思維方式，能夠從全程、整體和全局角度看待國家和社會重大發(fā)展戰(zhàn)略和路線；以國防工程案例教學為抓手，例如：通過學習“長周期系統(tǒng)優(yōu)化模型”“貿易摩擦下的工廠選址模型”等，培養(yǎng)學生自發(fā)增強“四個意識”、堅定“四個自信”，其效果如鹽溶水，潤物無聲。

五、育人效果

應用上述方法，育人成效取得了較顯著效果。相關課程的評優(yōu)率均在90%以上，筆者主講的“工程優(yōu)化”研究生核心課課評歷年排名在學院前一、二名，獲得了北航教學二等獎。以筆者近五年指導的11名研究生為例：學生黨員率9/11，均就業(yè)于國防系統(tǒng)單位，立志于服務國家重大國防需求；學生一作發(fā)表了15篇高水平SCI論文，達到人均1.4篇；學生獲得各種校級以上獎勵共18項，包括國家獎學金4項、校長獎學金3項、市/校優(yōu)秀畢業(yè)生4人、北航榜樣等，人均獲獎1.6項。人才培育效果遠高出了平均水平。