培養(yǎng)獨立創(chuàng)新能力的工程學科研究生教育

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)新學術(shù)能力的基礎(chǔ)。基于博士研究生階段所選研究生課程體系設置案例，結(jié)合土木交通工程專業(yè)相關(guān)留學人員的問卷調(diào)研，從專業(yè)課設置、跨專業(yè)選課制度、課堂教學、課后學習四個方面，分析旨在培養(yǎng)獨立和創(chuàng)新能力的美國工程專業(yè)研究生課程設置特點。美國工程專業(yè)研究生的專業(yè)課設置精簡全面、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。跨專業(yè)選課制度，具有學習領(lǐng)域廣泛、課程質(zhì)量高的特點，為研究生進行交叉領(lǐng)域創(chuàng)新提供了更多的機遇。課堂教學內(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。課后學習包含大量多樣化的學習任務，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的創(chuàng)新能力。

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

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

專業(yè)課程教學是研究生系統(tǒng)化學習專業(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，研究生課程設置需要不斷改進完善。針對美國研究生課程體系設置特點，國內(nèi)學者進行了一些總結(jié)性及案例研究。通過調(diào)研分析，有學者提出美國研究生課程體系具有重視基礎(chǔ)理論、強調(diào)靈活性、擴大學生視野、創(chuàng)造自由學術(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)研究生的學術(shù)能力[2]。此外，還有學者通過對哈佛大學、斯坦福大學和俄勒岡大學碩士生課程設置的案例研究，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;通過緊跟學術(shù)前沿來促進學科發(fā)展[3]。

工程專業(yè)研究生需要綜合應用大量的專業(yè)知識和技能來開展科學研究，解決實際工程問題，進行獨立創(chuàng)新。如何通過改進研究生課程設置來提高工程專業(yè)研究生學術(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土木與環(huán)境工程系攻讀博士學位期間的學習經(jīng)歷，同時結(jié)合土木與交通工程相關(guān)專業(yè)留學人員的問卷調(diào)查，分析美國工程專業(yè)研究生課程的設置特點。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)課設置、跨專業(yè)選課制度、教學方式、課后學習四個方面分析美國工程專業(yè)課程設置特點，探討核心問題，并結(jié)合實際案例，分析這種課程體系設置的實際效果。

一、專業(yè)課程設置特點

主要從課程設置的數(shù)量和難度兩個方面分析美國工程專業(yè)研究生課程設置的特點。總體而言，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計、路面設計兩門碩士生課程，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。例如路面設計碩士生課程不僅介紹了柔性路面和剛性路面的設計方法，還包括了路基設計、路面管理系統(tǒng)、路面力學計算等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置，能夠在高效率的教學中讓學生快速構(gòu)建知識體系，這是研究生進行學術(shù)研究與創(chuàng)新的關(guān)鍵。

（二）課程難度適中

課程設置全面，意味著學生學習量的增加。為了能夠讓學生全面了解某領(lǐng)域的專業(yè)知識，就需要對內(nèi)容進行高度的精簡。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生快速掌握知識與方法，較少要求學生進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、理解與應用，只是一些博士生的課程會有一定的難度。例如在路面設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行介紹，但是并不要求學生采用拉普拉斯變換求解路面力學方程，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)教育心理學中的耶克斯-多德森定律[4]，學習效率隨著任務復雜程度的升高而快速降低，對于困難而復雜的學習任務，即使學習動機很強，學習效率也難以提高。而相對適中或者簡單的學習任務，在中等的學習動機下，可以達到最大的學習效率。難度適中的課程設置有利于研究生對專業(yè)知識的高效學習。

針對工程專業(yè)課程實際教學效果，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，大部分學生認為提升課程內(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。注重交叉學科研究是學術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵突破點，跨專業(yè)選課制度大大地擴展了研究生的學術(shù)視野，為研究生進行學術(shù)創(chuàng)新提供了更多的機遇。

（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土木與環(huán)境工程系為例，博士研究生要求選修36個學分的課程，一般每門課3個學分。這36個學分中，要求非土木與環(huán)境工程專業(yè)的課程在12個學分以上，其中數(shù)學類課程要在6個學分以上。此外，學生的學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為筆者攻讀博士學位期間所修研究生課程的詳細信息，包括開課系別與專業(yè)、課程作業(yè)、課程設計、考試次數(shù)及專業(yè)軟件工具等。筆者所修的39個學分課程中，非本專業(yè)課程達18個學分，將近一半。即便是本專業(yè)課程，也只有9個學分為道路工程方向的課程，其余12個學分來自巖土與結(jié)構(gòu)方向。跨專業(yè)選課制度，確保學生能夠根據(jù)研究方向與興趣了解新的領(lǐng)域，通過學科交叉，給學生創(chuàng)新提供更多的機會。

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、材料、計算機等專業(yè)領(lǐng)域

為主，也包括物理、化學、材料、經(jīng)濟等專業(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)的力學與有限元課程側(cè)重于在土木工程中的應用。要深入學習力學，需要到機械系選修相關(guān)課程，到數(shù)學系選修計算方法。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系選修，運籌學課程需要去工業(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)選課制度在整個學院和學校的普遍實施，因此不會出現(xiàn)兩個系開設相類似課程的情況。每一門專業(yè)課都是由學校該專業(yè)最好的教師開設，教學質(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、學術(shù)研究方法及工作技能上。博士生在學術(shù)研究上獲益較多，碩士生在工作技能方面獲益較多。

三、課堂教學方式

專業(yè)課程的學習離不開課堂教學。針對教學內(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)研究生課程在教學方式上具有應用大量軟件工具以及緊密結(jié)合行業(yè)發(fā)展的特點。

（一）大量軟件工具的應用

由于工程專業(yè)與實際生產(chǎn)應用結(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習與應用。不僅學校會購買各種工程軟件用于教學，各大軟件開發(fā)企業(yè)也會為了推廣產(chǎn)品，為學生提供免費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用。大量的課后作業(yè)與課程設計，均需應用專業(yè)軟件來完成。通過課程學習，不僅能構(gòu)建專業(yè)知識結(jié)構(gòu)，還能熟練掌握專業(yè)軟件的應用。如圖6所示，問卷調(diào)查的結(jié)果也表明，50%以上的學生會學習1-3個專業(yè)軟件，40%左右的學生會學習4-6個專業(yè)軟件，更有學習10個以上專業(yè)軟件的學生。在課堂教學的基礎(chǔ)上，訓練學生使用專業(yè)軟件，讓學生做到“知行并重”，掌握實用技術(shù)，不僅有利于研究生就業(yè)，也為研究生進行學術(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)研究生課程設置同時考慮了就業(yè)與學術(shù)，主要表現(xiàn)在兩個方面：一是教學中有大量案例分析，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。二是課程教學緊扣行業(yè)及學科發(fā)展。與我國工業(yè)界初期以學習外來技術(shù)為主的特點不同，美國工業(yè)界一直保持著進行大量原創(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)先學術(shù)界，因此，普遍存在學術(shù)界學習借鑒工業(yè)界最前沿技術(shù)的情況。

四、課后學習任務

（一）大量形式多樣的學習任務

美國研究生課程均包含大量的作業(yè)、課程設計、論文、課堂展示、課堂測驗、考試等。工程專業(yè)研究生課程教學以課堂講解緊扣行業(yè)發(fā)展的知識點和案例為主。學生要鞏固和消化課堂知識，盡快熟練應用工具軟件，必須完成大量的課后作業(yè)和設計等任務。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，最多的實驗設計課后作業(yè)多達11次，包括課程設計、小論文與期末考試在內(nèi)，幾乎每周都有課后學習任務。情況比較特殊的是回歸分析課程，雖然沒有課后作業(yè)、課程設計等課后任務，但取而代之的是4次考試。基于問卷調(diào)查，圖7給出了各項學習任務的占比，除了課堂測驗的比例較少，其他各項學習任務的比例都很高。安排大量的課后學習任務對提高學生學習效果，強化學習能力，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）鍛煉獨立自主的學習能力

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

學生自主學習主要包含以下幾個方面的內(nèi)容：首先，自主學習要求學生能夠自主規(guī)劃自己的修課內(nèi)容及體系，這其實也是對學生專業(yè)積累和導師專業(yè)研究眼光的考察。其次，自主學習要求學生不再是單純地接受知識，而是選擇性地應用知識解決實際問題。最后，自主學習旨在通過獨立思考或小組協(xié)作的方式培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)新的專業(yè)素養(yǎng)，以及團隊合作的精神。通過課后學習的訓煉，研究生的學術(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土木與環(huán)境工程系博士研究生課程設置案例，結(jié)合土木交通工程相關(guān)專業(yè)國外留學人員共計72份問卷調(diào)查的結(jié)果，對工程專業(yè)研究生的課程設置特點進行了歸納分析，著重闡釋了旨在培養(yǎng)工程專業(yè)研究生獨立和創(chuàng)新能力的課程設置特點。從專業(yè)課設置、跨專業(yè)選課制度、課堂教學、課后任務四個方面，分析了美國工程專業(yè)研究生課程設置的特點、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)知識進行高度概括和梳理，以適中的難度進行教學，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)選課制度具有學習領(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，為研究生進行學術(shù)創(chuàng)新提供了更多的機會，尤其表現(xiàn)在知識范圍的擴展與創(chuàng)新能力的提高上。再次，專業(yè)課程教學包含大量專業(yè)軟件的應用，并緊扣行業(yè)發(fā)展，其核心是知行并重，給研究生進行獨立創(chuàng)新提供了更多的條件與途徑。最后，課后學習包含大量多樣化的課后任務，對鍛煉學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)研究生課程教學在專業(yè)軟件應用、緊扣行業(yè)最新前沿、安排多種形式與類型的課后任務以及學生自主學習能力的培養(yǎng)方面進行了大量的實踐探索，取得了較好的效果。但是在專業(yè)課設置方面，由于我國學科劃分較細，每個專業(yè)教師數(shù)量較多，專業(yè)課數(shù)量也多，以致課程設置大多“偏專”。在跨專業(yè)選課方面，很多高校已建立跨專業(yè)選課的機制與平臺，但尚未在學生中形成常態(tài)，原因在于專業(yè)課程之間差異較大，學生自身課業(yè)壓力大等。未來在課程設置中，鑒于學科交叉課程的創(chuàng)新推動作用，可有針對性地開設跨專業(yè)選修課。通過評估潛在的交叉學科類課程，調(diào)整課程內(nèi)容，開設一系列面向跨專業(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。

參考文獻：

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[2] 張三強. 美國研究生課程設置的特點及對我國研究生學術(shù)能力培養(yǎng)的啟示[J]. 遼寧教育研究， 2006（1）： 92-94.

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[4] 張大均. 教育心理學[M]. 張大均， 張騫， 王金良， 譯. 北京： 人民教育出版社， 2005.

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

（責任編輯 王 宣）