土木工程專業(yè)研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備與創(chuàng)新潛能關(guān)系芻議

徐略勤，蘇絮香，岳克鋒，2

（1. 重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶；2. 重慶三峽學(xué)院 土木工程學(xué)院，重慶）

一 引言

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步和發(fā)展的靈魂。科技創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中居于核心地位，已成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)科技獨(dú)立自強(qiáng)的關(guān)鍵。“創(chuàng)新之道，唯在得人”[1]，高素質(zhì)人才持續(xù)不斷地涌現(xiàn)，才是實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新永不枯竭的源泉。作為人才培養(yǎng)體系中的重要環(huán)節(jié)，研究生教育關(guān)系著國(guó)家知識(shí)創(chuàng)新的整體能力。習(xí)近平總書記指出，“研究生教育在培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高創(chuàng)新能力、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化方面具有重要作用。”[2]。近年來(lái)，我國(guó)研究生招生規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大[3-4]，但研究生培養(yǎng)質(zhì)量卻并沒有呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的提升趨勢(shì)。研究生教育還不能完全適應(yīng)國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新人才的需求，培養(yǎng)質(zhì)量與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍有不小差距[5-6]。

土木工程是一門古老的學(xué)科，也是一門實(shí)踐性的學(xué)科。它是利用土、石、磚、木、混凝土、金屬等各種工程材料建造包括房屋、道路、鐵路、橋涵、隧洞、機(jī)場(chǎng)、碼頭等各種基礎(chǔ)設(shè)施的生產(chǎn)活動(dòng)和工程技術(shù)[7]。從知識(shí)和能力的內(nèi)涵要求來(lái)說(shuō)，土木工程專業(yè)對(duì)學(xué)生的要求主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)兩個(gè)方面，前者包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、各類力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、材料學(xué)等，而后者則可按照專業(yè)方向細(xì)分為結(jié)構(gòu)工程、橋梁工程、隧道工程、巖土工程、道路工程、鐵道工程等。從知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)理論屬于金字塔的底層結(jié)構(gòu)，專業(yè)能力則屬于上層建筑，底層結(jié)構(gòu)的寬度和厚度決定了上層建筑的高度。土木工程雖然屬于傳統(tǒng)學(xué)科，但與理論創(chuàng)新、技術(shù)變革密不可分。以橋梁工程為例，工業(yè)革命促進(jìn)了鐵和鋼等材料的蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了橋梁工程的第一次飛躍發(fā)展，突破了傳統(tǒng)竹木、藤索、磚石的束縛；包括穩(wěn)定理論、撓度理論、疲勞理論在內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，極大地豐富了橋梁的結(jié)構(gòu)形式，促使橋梁跨越能力突飛猛進(jìn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和大型起吊設(shè)備的飛速進(jìn)步，使橋梁結(jié)構(gòu)精細(xì)化分析、設(shè)計(jì)以及快速裝配化施工成為現(xiàn)實(shí)，港珠澳大橋的建成是我國(guó)建橋史上的里程碑之一[8]。可見，創(chuàng)新一直是土木工程跨越障礙、實(shí)現(xiàn)突破、追求完美的源動(dòng)力。未來(lái)，連接我國(guó)瓊州海峽和臺(tái)灣海峽的跨海大橋，連接意大利西西里島的墨西拿海峽大橋，連接南歐與北非的直布羅陀海峽大橋、連接北美洲和亞洲的白令海峽大橋，都有可能成為現(xiàn)實(shí)。這些跨海大橋在工程界盡管有無(wú)數(shù)設(shè)想，甚至已經(jīng)有初步方案，但實(shí)際建造它們?cè)诋?dāng)前技術(shù)條件下仍然困難重重，創(chuàng)新是唯一的出路。所以，創(chuàng)新是土木專業(yè)與時(shí)俱進(jìn)的靈魂。

改革開放以來(lái)，國(guó)家大興土木基建，行業(yè)對(duì)土木工程人才的需求長(zhǎng)期居高不下，土木工程專業(yè)本科生和研究生的數(shù)量持續(xù)而迅速地增長(zhǎng)。然而，在如此熱火朝天的外部環(huán)境和社會(huì)需求刺激下，我國(guó)土木工程人才創(chuàng)新潛能的培養(yǎng)卻始終沒能徹底打開局面。這其中固然有作為傳統(tǒng)學(xué)科因循保守的特殊因素，但更多的仍然是值得全體從業(yè)人員深思的各種不足。本人結(jié)合近十年的研究生培養(yǎng)和指導(dǎo)經(jīng)歷，從土木工程專業(yè)研究生掌握基礎(chǔ)理論的角度來(lái)探討研究生創(chuàng)新潛能的培養(yǎng)問題。

二 基本概念界定

（一） 土木工程專業(yè)基礎(chǔ)理論

本文的基礎(chǔ)理論是指數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)等基礎(chǔ)課程所講授的一般性概念、理論和方法，主要在本科階段進(jìn)行講授。因此，研究生的基礎(chǔ)理論知識(shí)儲(chǔ)備主要在本科階段建立，盡管研究生階段也有部分基礎(chǔ)課程，如斷裂力學(xué)、彈塑性力學(xué)等，但國(guó)內(nèi)研究生課程教學(xué)與本科教學(xué)關(guān)聯(lián)性交叉，缺乏聯(lián)動(dòng)機(jī)制，且均為選修，在教師和學(xué)生中受到的重視程度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本科課程，教學(xué)效果通常較差，對(duì)強(qiáng)化研究生基礎(chǔ)理論知識(shí)儲(chǔ)備的作用相當(dāng)有限。這類基礎(chǔ)課程，在土木工程本科培養(yǎng)方案中通常被稱作“學(xué)科基礎(chǔ)課程”。以重慶交通大學(xué)為例，必修的基礎(chǔ)課程主要包括：高等數(shù)學(xué)（I 和II）、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、大學(xué)物理（I 和II）、大學(xué)化學(xué)、建筑材料、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)荷載、環(huán)境學(xué)等；選修的還包括彈性力學(xué)、復(fù)變函數(shù)與積分變換等。可以看到，這些基礎(chǔ)理論構(gòu)成了土木工程專業(yè)的基石，都曾在土木工程發(fā)展的特定歷史階段促進(jìn)了行業(yè)的創(chuàng)新甚至變革，如橋梁結(jié)構(gòu)空氣動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展從根本上改變大跨柔性索吊橋加勁梁的設(shè)計(jì)方法。

（二） 研究生創(chuàng)新潛能

我國(guó)研究生創(chuàng)新能力不足，其典型表現(xiàn)就是對(duì)新事物、新環(huán)境適應(yīng)性差，發(fā)展后勁不足，也就是潛力不夠。因此，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新潛能是有一定區(qū)別的。前者可認(rèn)為是個(gè)體已經(jīng)具備的能力，后者可認(rèn)為是個(gè)體在未來(lái)具備創(chuàng)新能力的潛質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于創(chuàng)新能力的解讀和定義較多[9-10]，而對(duì)創(chuàng)新潛能的定義則較少。研究生的創(chuàng)新潛能可認(rèn)為是研究生已經(jīng)具備了某些基本素質(zhì)和能力，在面對(duì)新課題或未來(lái)職業(yè)挑戰(zhàn)的時(shí)候，給予適當(dāng)?shù)臈l件，就能夠通過(guò)綜合運(yùn)用其個(gè)人好奇心、知識(shí)結(jié)構(gòu)、思維組織、探索實(shí)踐以及外部有利條件，在科學(xué)研究上或職業(yè)生涯中創(chuàng)造性地認(rèn)識(shí)、分析、提出并解決問題。這種潛能的培養(yǎng)與研究生個(gè)人和環(huán)境因素均密切相關(guān)，但其中研究生所具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)無(wú)疑是其創(chuàng)新過(guò)程中的核心要素之一。

三 基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備與創(chuàng)新潛能的關(guān)系例證

據(jù)心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，18～22 歲的青少年階段是學(xué)習(xí)悟性和接受能力最佳的關(guān)鍵時(shí)期，也是其人生觀和價(jià)值觀逐漸成型的關(guān)鍵階段。這段時(shí)期對(duì)應(yīng)的正好是本科學(xué)習(xí)階段，因此，研究生創(chuàng)新潛能與其本科階段的基礎(chǔ)理論教育緊密攸關(guān)。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)香檳分校（UIUC）是世界知名大學(xué)，其土木工程專業(yè)的本科生教育常年位居全美第五，研究生培養(yǎng)也在全球范圍內(nèi)享有美譽(yù)。以UIUC 為例，對(duì)比該校本科教育中基礎(chǔ)理論課程的設(shè)置情況，對(duì)我國(guó)高校土木工程專業(yè)研究生創(chuàng)新潛能的培養(yǎng)當(dāng)有借鑒之效。UIUC 土木工程專業(yè)必修的基礎(chǔ)課程主要包括：微積分（I、II 和III）、矩陣?yán)碚搶?dǎo)論、微分方程導(dǎo)論、普通化學(xué)（I 和II）、大學(xué)物理（包括Mechanics、Elec & Mag、Thermal Physics 三門課）、靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論、固體力學(xué)導(dǎo)論、流體力學(xué)導(dǎo)論、材料行為、系統(tǒng)工程與經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程與科學(xué)計(jì)算導(dǎo)論、工程風(fēng)險(xiǎn)與不確定性等，一共67 個(gè)學(xué)分[11]。此外，UIUC還設(shè)置了工程倫理和人文素養(yǎng)方面的必修課。與重慶交通大學(xué)相比，其基礎(chǔ)課程無(wú)論是學(xué)時(shí)學(xué)分，還是課程的涵蓋度都明顯更高，充分體現(xiàn)了UIUC 對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的重視。

進(jìn)一步對(duì)比UIUC 本科階段的其他專業(yè)課程還可以發(fā)現(xiàn)，UIUC 要求學(xué)生必須涉獵兩個(gè)土木工程專業(yè)領(lǐng)域（UIUC 共分為交通工程、建筑工程、環(huán)境工程、水資源工程、結(jié)構(gòu)工程、巖土工程、材料性能、能源與全球環(huán)境等8 個(gè)領(lǐng)域，其涵蓋范圍明顯大于我國(guó)的土木工程專業(yè)），而重慶交通大學(xué)的本科生在大二時(shí)開始進(jìn)行專業(yè)方向分流（包括橋梁工程、道路工程、隧道及地下工程、地鐵及軌道工程、建筑結(jié)構(gòu)工程等5 個(gè)方向，相比UIUC 劃分得更為細(xì)致，專業(yè)領(lǐng)域的范圍也窄得多），進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)，并要求跨方向選修一門專業(yè)課。對(duì)比可以看到，UIUC的本科教育更加注重讓學(xué)生較廣泛地涉獵土木工程的主要領(lǐng)域，而不是過(guò)早讓學(xué)生進(jìn)入專業(yè)學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)了潛能培養(yǎng)的育人初衷。相比之下，重慶交通大學(xué)的本科教育考慮學(xué)生未來(lái)的就業(yè)情況，提前讓學(xué)生進(jìn)入一個(gè)相對(duì)狹窄的專業(yè)領(lǐng)域?qū)W習(xí)工作技能，反而讓學(xué)生失去了寬廣的跨專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)結(jié)構(gòu)，對(duì)工作挑戰(zhàn)和環(huán)境變動(dòng)的適應(yīng)性反而更差。UIUC 土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)之所以享譽(yù)全球，與其十分注重潛能培養(yǎng)的理念密切相關(guān)，以寬、博的基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備作為創(chuàng)新潛能的泉源，在不斷更新變化的行業(yè)領(lǐng)域和社會(huì)環(huán)境中，以不變應(yīng)萬(wàn)變，讓學(xué)生具備向?qū)I(yè)領(lǐng)域發(fā)展的潛能以及終身學(xué)習(xí)的潛能。

四 提升土木工程專業(yè)研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備的建議

從筆者在重慶交通大學(xué)指導(dǎo)研究生的經(jīng)歷和心得來(lái)看，研究生創(chuàng)新潛能匱乏是由多種因素導(dǎo)致的，其中基礎(chǔ)理論知識(shí)不夠扎實(shí)最為突顯。很多研究生缺乏基本的理論推導(dǎo)能力，也缺乏系統(tǒng)的邏輯思維能力，對(duì)于力學(xué)和數(shù)學(xué)公式只知其然，不知其所以然。他們對(duì)于考研數(shù)學(xué)中的二階微分方程通解和特解背得滾瓜爛熟，但一旦將之用于求解穩(wěn)定問題的特征值、剪力滯效應(yīng)的剪切位移函數(shù)時(shí)就全然摸不著頭腦了。可見，這些學(xué)生掌握的只是知識(shí)，而非運(yùn)用知識(shí)的能力。知識(shí)本身不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新潛能，運(yùn)用知識(shí)的能力才是創(chuàng)新潛能的重要方面。由此可見，提升土木工程專業(yè)研究生的基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備是個(gè)系統(tǒng)性工作，筆者只能根據(jù)自己的心得體會(huì)，嘗試提出一些不成熟的建議。

（一） 基于本-碩-博三階段的課程體系改造

美國(guó)高校通常將本科-碩士-博士三個(gè)學(xué)位培養(yǎng)層次作為一個(gè)整體來(lái)考慮，將三個(gè)培養(yǎng)層次作為創(chuàng)新潛能培養(yǎng)的三個(gè)階段，既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，有利于統(tǒng)籌協(xié)調(diào)人才培養(yǎng)的不同階段[12]，取得了舉世矚目的教育成就，培養(yǎng)的創(chuàng)新人才遍布全球。因此，要想從根本上提升我國(guó)土木工程研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備，從而轉(zhuǎn)向“創(chuàng)新潛能”培養(yǎng)，提升我國(guó)高等教育的成材率，只有釜底抽薪，從本- 碩- 博三階段的課程體系上進(jìn)行改造，本科注重學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的“寬”和“博”，碩士研究生注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的“厚”和“專”，博士研究生注重知識(shí)結(jié)構(gòu)的“深”和“精”，實(shí)現(xiàn)“寬口徑、厚基礎(chǔ)”的創(chuàng)新潛能培養(yǎng)模式。

（二） 研究生課程教學(xué)模式改革

目前，我國(guó)研究生課程教學(xué)存在相當(dāng)大的問題。在“研究生以學(xué)術(shù)研究為主，課堂學(xué)習(xí)不再重要”的錯(cuò)誤思想下，授課教師和學(xué)生都不重視課程教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容、授課方法、考核方式都相當(dāng)隨意，與本科教學(xué)完全脫節(jié)，既無(wú)法做到查漏補(bǔ)缺的連貫性，又無(wú)法實(shí)現(xiàn)前沿領(lǐng)域的高階性。筆者在UIUC 訪學(xué)期間，深度體會(huì)了美國(guó)高校對(duì)研究生課程教學(xué)的重視程度。知名教授親自授課，每周都有大量實(shí)踐性作業(yè)，題型非常靈活，一般都需要花費(fèi)不少時(shí)間和精力方能完成。由此可見，要提升我國(guó)土木工程研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備，研究生課程教學(xué)模式改革勢(shì)在必行。以本- 碩- 博三階段課程一體化為契機(jī)，注重研究生教學(xué)內(nèi)容的銜接，改變當(dāng)前滿堂灌、傳授式的教學(xué)模式，以研討式、啟發(fā)式的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生形成自學(xué)能力、思辨能力、邏輯思維、創(chuàng)新思維。推動(dòng)研究生課程教學(xué)成為夯實(shí)研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備的重要環(huán)節(jié)，促使研究生課程教學(xué)與本科課程教學(xué)齊頭并重。

（三） 促進(jìn)學(xué)科交叉與基礎(chǔ)理論融合

科學(xué)技術(shù)發(fā)展具有前沿交叉性，土木工程專業(yè)雖為傳統(tǒng)學(xué)科，但近年來(lái)與材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科的交叉融合發(fā)展非常迅速，比如BIM 技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、新材料等在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。多學(xué)科間的交叉與融合已經(jīng)成為基礎(chǔ)科學(xué)研究的普遍現(xiàn)象，也成為產(chǎn)生重大原創(chuàng)性、顛覆性成果的沃土。培養(yǎng)研究生學(xué)科交叉的創(chuàng)新潛能，其前提是研究生必須具備交叉學(xué)科的基本理論知識(shí)以及對(duì)土木工程前沿領(lǐng)域的精確把握。在國(guó)家大力倡導(dǎo)智能建造、綠色建造的行業(yè)背景下，在土木工程專業(yè)的本科和研究生培養(yǎng)過(guò)程中推行學(xué)科交叉只是順勢(shì)而為，但如何做到與土木工程專業(yè)基礎(chǔ)理論的深度融合仍值得進(jìn)一步研究。

五 結(jié)語(yǔ)

2020 年，習(xí)近平總書記在科學(xué)家座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和民生改善比過(guò)去任何時(shí)候都更加需要科學(xué)技術(shù)解決方案，都更加需要增強(qiáng)創(chuàng)新這個(gè)第一動(dòng)力。激發(fā)人才隊(duì)伍，培養(yǎng)創(chuàng)新源動(dòng)力，國(guó)家科技創(chuàng)新的根本源泉在于人。作為我國(guó)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，如何提升研究生創(chuàng)新潛能已是刻不容緩。本文從基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備的角度探討了土木工程專業(yè)研究生創(chuàng)新潛能的培養(yǎng)問題，以美國(guó)知名高校UIUC 為例，對(duì)比分析了研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備與其創(chuàng)新潛能的關(guān)聯(lián)，最后提出了提升土木工程專業(yè)研究生基礎(chǔ)理論儲(chǔ)備的三點(diǎn)建議，以期為我國(guó)研究生教育改革吶喊助力。