海洋強國背景下創(chuàng)新型研究生培養(yǎng)模式探索

黃 玉，李 立，孫偉民，武立華

（哈爾濱工程大學(xué) 物理與光電工程學(xué)院，哈爾濱 150001）

高新科術(shù)既有高難度的理論問題，也有高難度的技術(shù)問題，迫切需要高校培養(yǎng)理工結(jié)合的復(fù)合型創(chuàng)新人才。徐揚等就加強理工結(jié)合提出了兩點建議：一是加快應(yīng)用理科人才的培養(yǎng)，二是加速理工集合的高新技術(shù)發(fā)展。吳松等認(rèn)為建設(shè)強大的理科是建設(shè)一流工科大學(xué)的必要條件，也指出了理工結(jié)合存在的問題。青島大學(xué)通過理工結(jié)合，調(diào)整優(yōu)化物理學(xué)科專業(yè)機構(gòu)以提高人才培養(yǎng)與社會需求的契合度。清華大學(xué)也在培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才方面做了一些教學(xué)實踐探索。杜善義院士將理工結(jié)合的理念應(yīng)用到哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所的教學(xué)與科研實踐，取得了很好的實際成效。錢錫康等在文獻(xiàn)中提到李惕碚院士認(rèn)為培養(yǎng)創(chuàng)新型、高水平的科技人才必須理工結(jié)合。張海明等分析了理工結(jié)合、協(xié)同發(fā)展的障礙及原因。袁士和認(rèn)為理工結(jié)合是高校理科進(jìn)行教改的一條重要途徑。王大志等針對現(xiàn)行的儀器學(xué)科研究生培養(yǎng)體系，提出如何構(gòu)建“理工結(jié)合”的培養(yǎng)模式。

理工結(jié)合是一種交叉學(xué)科活動。西方學(xué)者指出：這種學(xué)科交互行為包括從廣闊的領(lǐng)域下簡單的思想交流，到各種概念、方法、過程、認(rèn)知論、術(shù)語和數(shù)據(jù)的整合，以及研究與教育的重新組構(gòu)；交叉學(xué)科活動的成員具有不同知識訓(xùn)練背景，可通過不斷的學(xué)科間交流將不同的概念、方法、數(shù)據(jù)與術(shù)語致力于共同的問題。Boyer 在華盛頓建立了新式的文理學(xué)院，該校不限定學(xué)生必須修讀的學(xué)科課程，允許學(xué)生進(jìn)行完全的交叉學(xué)科研究?？鐚W(xué)科聯(lián)合導(dǎo)師指導(dǎo)組可以從多學(xué)科的角度給學(xué)生以指導(dǎo)，而不只局限于自己學(xué)科的范圍，在一定程度上可以拓寬學(xué)生的視野。Rinia等首先考慮在全球范圍內(nèi)各學(xué)科之間的知識交流，基于1999 年世界出版物產(chǎn)出的期刊論文跨學(xué)科引文分析顯示了基礎(chǔ)生命科學(xué)在生命科學(xué)中和物理學(xué)在精密科學(xué)中的核心地位，討論了可用于量化各領(lǐng)域之間的知識轉(zhuǎn)移率和量化某一領(lǐng)域工作或其他學(xué)科的重要性的措施。

深度發(fā)展的海洋信息化是將新一代信息技術(shù)與海洋環(huán)境、海洋裝備、人類活動和管理主體四大板塊信息深度融合，實現(xiàn)互聯(lián)互通、智能化挖掘與服務(wù)，是認(rèn)識和經(jīng)略海洋、打贏海洋信息化局部戰(zhàn)爭的神經(jīng)系統(tǒng)，圍繞著國家海洋強國戰(zhàn)略，聚焦海洋領(lǐng)域多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù)問題，服務(wù)海洋強國建設(shè)的復(fù)合型高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)，國內(nèi)多所著名大學(xué)成立了海洋學(xué)院或海洋研究院。浙江大學(xué)研究生院發(fā)布了海洋交叉學(xué)科研究與博士生培養(yǎng)2018 年和2019 年項目指南，在理工交叉方面選定了信息海洋、海洋大數(shù)據(jù)及智能船舶等科研課題，對于水下目標(biāo)探測這一多學(xué)科交叉學(xué)術(shù)問題，招生對象的專業(yè)背景要求是物理、數(shù)學(xué)和信息工程。天津大學(xué)海洋學(xué)院擬面向海洋科學(xué)、海洋技術(shù)、船舶與海洋工程等涉海研究相關(guān)專業(yè)招收碩士與博士研究生。從這兩所國內(nèi)頂尖大學(xué)所發(fā)布的研究生招生指南看，海洋信息領(lǐng)域存在明顯的理工交叉與多學(xué)科融合的特點。作者所在單位科研項目的選題具有面向海洋信息領(lǐng)域的理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的特點，所以在實踐中開展了面向海洋信息領(lǐng)域的研究生理工結(jié)合培養(yǎng)模式的探索。

一、海洋信息領(lǐng)域理工結(jié)合研究生課程設(shè)置

交叉學(xué)科研究生課程具有基礎(chǔ)知識覆蓋面廣、課程內(nèi)容前沿性強、選課學(xué)生專業(yè)背景豐富和科研實踐性強的特點。團隊依托于哈爾濱工程大學(xué)海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點實驗室、哈爾濱工程大學(xué)纖維集成光學(xué)教育部重點實驗室，從課程內(nèi)容、教學(xué)方式、課程實踐及授課對象等多方面綜合考慮多學(xué)科交叉研究生課程的建設(shè)工作。

首先，制定面向海洋信息領(lǐng)域的具有理工結(jié)合的特色課程體系。參考國內(nèi)外著名大學(xué)的課程體系、教材和教學(xué)機制。在這些特色課程體系基礎(chǔ)上選用高質(zhì)量的、適宜教學(xué)的教材。在海洋信息探測研究方向上，研究生的主干課程設(shè)置為：衛(wèi)星海洋遙感、海洋光學(xué)、海洋聲學(xué)、海洋激光探測原理、海洋探測專題實踐、海洋磁場目標(biāo)探測和海洋探測隨機信號處理等。如圖1 所示。

圖1 海洋信息探測課程

這些理工結(jié)合的課程體系、教材和教學(xué)機制構(gòu)成了研究生特色課程教學(xué)整體框架，目前已經(jīng)開設(shè)了海洋磁場探測這門課程。根據(jù)實踐過程研究具有學(xué)習(xí)反饋環(huán)節(jié)的研究生特色課程教學(xué)機制。

衛(wèi)星海洋遙感課程是一門多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科，是20 世紀(jì)后期驅(qū)動海洋信息技術(shù)發(fā)展的重要學(xué)科。課程參考教材是中山大學(xué)出版社出版的，美國邁阿密大學(xué)羅森斯蒂爾海洋和大氣科學(xué)學(xué)院著名海洋專家G.A.莫爾（George A.Maul）著編，中山大學(xué)海洋學(xué)院劉汾汾老師翻譯的《衛(wèi)星海洋學(xué)》。慕課資源選用的是河海大學(xué)在中國大學(xué)MOOC 平臺上線的衛(wèi)星海洋學(xué)課程，如圖2 所示。課程內(nèi)容涉及物理學(xué)、光信息技術(shù)及海洋信息等多個學(xué)科。所以這門課程適合具有物理學(xué)背景的哈爾濱工程大學(xué)物理與光電工程學(xué)院（以下簡稱我院）研究生學(xué)習(xí)。

圖2 衛(wèi)星海洋學(xué)遙感課程慕課資源

海洋光學(xué)課程是一門從光學(xué)的角度研究海洋光學(xué)特性的學(xué)科，通常被認(rèn)為是海洋學(xué)的特殊分支。團隊依托我院海洋光學(xué)聯(lián)合創(chuàng)新實驗室，如圖3 所示，及物理光學(xué)教學(xué)團隊建設(shè)了海洋光學(xué)課程。課程教材采用青島海洋大學(xué)出版社出版的《海洋與大氣光學(xué)》。

圖3 海洋光學(xué)聯(lián)合創(chuàng)新實驗室

海洋聲學(xué)是研究聲波在海洋中傳播的規(guī)律和利用聲波探測海洋的學(xué)科。經(jīng)過與哈爾濱工程大學(xué)（以下簡稱我校）水聲學(xué)院相關(guān)教授研究結(jié)合我院研究生物理學(xué)背景決定采用我校的國防特色教材《水聲學(xué)原理》，聘請水聲學(xué)院和我院物理專業(yè)老師共同擔(dān)任主講教師，慕課資源選用我校楊士莪院士主講的振動與聲基礎(chǔ)，如圖4所示。

圖4 海洋聲學(xué)慕課資源

海洋激光探測技術(shù)是水下聲吶探測技術(shù)的有益補充，依托我院水下布里淵散射目標(biāo)探測技術(shù)研究團隊和激光原理課程負(fù)責(zé)人，開設(shè)了海洋激光探測原理課程。教材采用徐啟陽等編著的國防工業(yè)出版社出版的《藍(lán)綠激光雷達(dá)海洋探測》。

海洋磁場目標(biāo)探測是利用地球磁場空間分布實現(xiàn)水下目標(biāo)探測的技術(shù)，依托我院長期從事海洋磁場探測與導(dǎo)航技術(shù)研究團隊，由該團隊多年承擔(dān)的電動力學(xué)及電磁場與電磁波教學(xué)工作老師負(fù)責(zé)本課程的教學(xué)工作。團隊目前在海洋信息領(lǐng)域的理工結(jié)合研究方向已培養(yǎng)了多名碩士研究生，依托多個國家自然科學(xué)基金等項目開展了三軸磁強計及其陣列的標(biāo)定、磁梯度張量導(dǎo)航定位、磁梯度張量場自主定姿、地磁梯度場延拓、磁性體探測系統(tǒng)研制、磁特征測試與提取等理論及技術(shù)的研究。并取得了豐碩成果，相關(guān)成果發(fā)表于SCI 收錄的期刊上，申請國家發(fā)明專利幾十項，授權(quán)多項，同時獲省部級科技獎勵。

依托我校海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點實驗室、纖維集成光學(xué)教育部重點實驗室開設(shè)海洋探測專題實踐課程。我校的海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點實驗室是海洋信息領(lǐng)域的研究主力軍、核心和關(guān)鍵共性技術(shù)突破的重要依托力量與海軍裝備研制的重要基地，也是我國海洋信息獲取與安全技術(shù)的科技創(chuàng)新基地，已成為我國學(xué)科方向最全、規(guī)模最大的海洋信息人才培養(yǎng)基地。海洋信息獲取與安全工業(yè)和信息化部重點實驗室擁有半個多世紀(jì)的水下探測技術(shù)實力及研究積淀，可以查閱和借鑒許多不涉密的原始資料；擁有國內(nèi)最先進(jìn)的水下探測科研設(shè)施，包括如圖5 所示的全頻段非消聲水池、低頻消聲水池、高頻信道水池，以及亞洲唯一的重力式低噪聲水洞，配備有輔助實驗用的載重10 t 的吊車、水池上的實驗航車，項目組擁有一些電、磁與聲學(xué)方面的實驗測試儀器和設(shè)備，能夠為研究生從事海洋物理探測的研究方向提供實驗保障和硬件條件。

圖5 海洋探測專題實踐的消聲水池

纖維集成光學(xué)教育部重點實驗室擁有幾百平方米的實驗室面積和兩千多萬元的儀器設(shè)備，在特種光纖制作設(shè)備、光纖微加工設(shè)備、光學(xué)性能評估、測量及應(yīng)用方面設(shè)備齊全，包含600 m超凈光學(xué)實驗室、400 m潔凈實驗室、多個大型隔震光學(xué)平臺、一批電子測量儀表和光學(xué)測試儀器，為多個學(xué)科專業(yè)的研究生科研訓(xùn)練提供了實驗條件。纖維集成光學(xué)教育部重點實驗室研究方向，如圖6 所示。

圖6 纖維集成光學(xué)教育部重點實驗室研究方向

二、構(gòu)建一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊

成立了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊。所謂的一主多輔含義是：每一位研究生由一位導(dǎo)師主要指導(dǎo)，同時接受多位導(dǎo)師的輔助指導(dǎo)，導(dǎo)師組集體制定并實施研究生的培養(yǎng)方案及培養(yǎng)計劃。根據(jù)海洋信息學(xué)科群特色解決導(dǎo)師對跨學(xué)科的知識和思維的欠缺與單位對跨學(xué)科師資力量統(tǒng)籌的限制。理工結(jié)合的研究生培養(yǎng)要求成立跨學(xué)科的、具有相似研究方向的指導(dǎo)教師團隊，開展多學(xué)科的合作與交流，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。面向某一研究方向，針對特定課題任務(wù)與隊伍需求，構(gòu)建了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊?？鐚W(xué)科聯(lián)合導(dǎo)師指導(dǎo)組可以從多學(xué)科的角度給學(xué)生以指導(dǎo)，而不只局限于自己學(xué)科的范圍，在一定程度上拓寬了學(xué)生的視野。在實踐工程中首先研究一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊協(xié)同合作機制；其次，探索了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊的遴選、評估考核和監(jiān)督制度；最后，制定了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊支撐機制。

三、理工結(jié)合的研究生多學(xué)科交叉培養(yǎng)實踐

理工結(jié)合高層次人才培養(yǎng)模式的落腳點是物理等理學(xué)學(xué)科的研究生依托海洋信息學(xué)科群及其科研平臺，開展多學(xué)科交叉課題研究，踐行創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐探索，團隊從以下幾個方面進(jìn)行了研究與嘗試。

首先，發(fā)揮交叉學(xué)科的優(yōu)勢，共同申報了科研課題；其次，發(fā)揮研究生的科研主動性，研究生利用我校國內(nèi)最先進(jìn)的水下探測科研設(shè)施及項目組的電、磁與聲學(xué)方面的實驗測試儀器和設(shè)備開展海洋物理探測方面的研究；最后，發(fā)揮導(dǎo)師團隊的專業(yè)特長，協(xié)同指導(dǎo)研究生的學(xué)習(xí)。

在理工結(jié)合的研究生多學(xué)科交叉培養(yǎng)實踐上，根據(jù)研究生的專業(yè)興趣和課題需求，使研究生在多個學(xué)科實驗室平臺或多個研究組之間進(jìn)行輪訓(xùn)，之后再確定一個“最適宜實驗室”進(jìn)行深入的科研訓(xùn)練和論文課題研究；按照小型—中型—博士項目的培養(yǎng)路徑，對研究生進(jìn)行項目體驗式的科研能力構(gòu)建；讓研究生參與不同學(xué)科的知識講座、學(xué)術(shù)論壇與會議、聯(lián)合培養(yǎng)、海外訪學(xué)和研討班等科研活動。

四、結(jié)束語

面向海洋信息領(lǐng)域，根據(jù)理工結(jié)合的研究生課題研究方向，構(gòu)建了研究生特色課程體系；成立了一主多輔、理工結(jié)合的導(dǎo)師團隊指導(dǎo)研究生的課程學(xué)習(xí)和科研訓(xùn)練。構(gòu)建了根據(jù)理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的特點，按照小型—中型—博士項目的漸進(jìn)式、階梯式培養(yǎng)路徑，對研究生進(jìn)行了項目體驗式的科研能力培養(yǎng)。理工結(jié)合的理念雖得到廣泛的認(rèn)同，但在具體實施過程中仍有不少困難和障礙，希望本文可為海洋信息學(xué)科群的多學(xué)科交叉的科學(xué)研究策略和高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供有價值的對策。也希望本文可以為其他學(xué)科群多學(xué)科交叉的科學(xué)研究策略和高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的建設(shè)，為“雙一流”建設(shè)和高層次人才培養(yǎng)提供有益參考。