陶金國??謝麗霞



摘 要:本文通過問卷調查法,采用結構方程模型,從學科交叉的角度探究影響大學生科研創新能力的因素,結果表明:跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用對大學生科研創新能力都存在顯著的正向影響,其中跨學科導師指導路徑系數稍低,此外,三者之間均存在雙向正影響。基于此,高校應合理設置課程體系、形成良好的學科交叉型師資力量以及強化跨學科硬件保障。
關鍵詞:跨學科課程選擇;跨學科導師指導;跨學科研究平臺及應用;科研創新能力
一、引言
大學生科研創新能力的訓練和培養程度體現高校的教學水平和學術地位,是評估雙一流高校的關鍵因素之一,也是培養創新型人才從而推動國家經濟發展的迫切要求。隨著時代的進步,科研對象越來越復雜,科研活動的規模逐漸增加,一些綜合性的科研問題不能在單一學科領域內解決,于是新的學科分支和新的增長點不斷涌現,學科間的交叉融合已成為不可阻擋的趨勢。黨中央、國務院高度重視學科交叉及其發展,2016年,習近平總書記在全國科技創新大會、中國科協第九次全國代表大會提出“厚實學科基礎,培育新興交叉學科生長點”。2022年教育部、財政部和國家發展改革委出臺的《關于深入推進世界一流大學和一流學科建設的若干意見》中指出,要牢固確立人才培養中心地位,創新學科交叉融合機制,促進自然科學之間、自然科學與人文社會科學之間交叉融合,圍繞人工智能等領域培育新興交叉學科,大力培養跨學科的復合型創新人才。高校、科研院所也日漸重視學科的交叉發展,力爭在新興學科取得突破。
然而,學界對于學科交叉的演變規律仍缺乏統一的認識,基于傳統的學科布局、教學模式,學科交叉融合的程度乃至交叉學科的生存與發展仍受到限制,因此,如何科學高效地開展學科交叉的研究以培養復合型創新人才,需要社會各界予以更大的關注。本文將以學科交叉為切入點,梳理國內外相關文獻,探索如何提升大學生科研創新能力并在實證方面建立影響大學生創新能力提升的模型,以期為我國的人才培養方式優化提供有益的借鑒。
二、文獻綜述與理論假設
1.文獻綜述
高校是培養大學生的搖籃,我國實施科教興國、人才強國、創新驅動戰略,可以說積極提升大學生的科研創新能力尤為重要。當然,培養拔尖創新人才可能有多種途徑,國內外學者就如何提升大學生科研創新能力進行了探討,Qi, Y. & Wang基于熵權法和灰色關聯分析,建立了大學生科研創新能力評價模型,指出要促進大學生科研創新平臺的建設,增進不同專業背景的大學生之間的交流,合理分配科研創新資源[1]。劉戰合從課程及教學方法、科研途徑、平臺支撐三方面對大學生創新能力提升的實踐路徑進行了研究[2]。孫楠認為,對于大學生科研創新能力的提升,一方面可以加快校企合作計劃,即高校可以利用企業提供的實訓基地,提升學生實踐技能,另一方面,也可以在實踐教學中對學科進行交叉融合[3]。
章熙春研究發現,要在政策、資金和基礎設施方面給予高校充分的支持,為創新活動的開展提供保障[4]。朱亞先通過科研訓練效果問卷調查進行統計與分析發現,高校要將激發學生們的科研興趣、調動教師進行有效的指導以及培養學生自主選題的能力有機結合[5]。姚玉環認為,除了教育機制和學術氛圍外,教學方法是提高學生創新力的主渠道,要激發學生獨立思考與創新意識,設立多樣化的教學形式,培養學生的實踐和創新能力[6]。
近年來,對于培養創新人才,一些學者提出,形成其學科交叉性的知識結構非常重要,因為隨著社會的不斷進步,某些科研問題呈現出高度的綜合性和跨學科性,需要打破學科的邊界,整合學科資源,促進基礎學科、應用學科交叉融合來解決。于申等指出學科交叉可以破除知識壁壘,開拓新思維有利于解決傳統學科的難題[7]。謝淑媛認為在專業交叉融合越來越密切的背景下,更要加快科研激勵機制改革,加強與其他高校的科研合作[8]。黃鎖義提出,根據多學科互相交叉的原則,把學生分為科研小組,有利于不同專業的學生協同攻關,從而提高大學生科研創新能力。此外,導師可以指導學生在不同的研究方向上選題[9]。Hsu-Chan Kuo等認為,開發人機系統能解決現實生活中的問題并要求發明人具有跨學科的STEM(科學,技術,工程和數學)知識和技能,STEM的發展對跨學科產生了深遠的影響,更是提高我國科技創新、經濟和國際競爭力的重要動力[10]。孫真榮認為學科交叉是當代科學發展和培養拔尖創新人才的迫切要求,但也需要克服管理體制的束縛,培養跨學科帶頭人,健全評價體系[11]。蔣永榮等對本科生進行問卷調查與座談,指出了實現學科交叉是培養創新型人才的重要方式,但在課程結構、教學模式、學生學科交叉意識三方面仍有改進空間,從教師角度來說,可以加強學科交叉教育,從學生角度可以構建學科交叉的知識結構[12]。
以往文獻大多遵循著培養創新人才的傳統方式,即培養某一方面的人才,而從科研活動本身的內在需求規律即學科交叉方面研究提升大學生科研創新能力的文獻相對較少,且主要從理論視角分析。本文從學科交叉的視角展開研究,分別分析跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用對大學生科研創新能力的影響,并采用結構方程模型進行實證研究,揭示其影響程度并提出政策建議,以回應國家鼓勵創新型、復合型人才培養的政策。
2.理論假設
(1)大學生學習跨學科課程對其科研創新能力的影響
跨學科課程是指由具有內在聯系的兩種及以上學科合并或融合形成的課程,包括含不同學科的必修課、含跨學科綜合性課程的必修或選修課和跨學科的前沿課程。其以培育跨學科思維為取向,以解決真實問題為抓手和以跨學科觀念和方法為手段。于汝霜等認為其學習可以突破單一領域固有的思維模式,易于產生新思想,并從不同學科中獲得新的知識理論和方法,從而提高大學生科研創造和創新的能力。此外,授課老師具備交叉性的知識結構,在課堂上將學生被動聽課的習慣轉變為主動參與,將有助于實施真正的“雙向能動式”教學[13]。劉曉璇和林成華研究發現,國內外研究型大學在授課方式上,通過跨學科團隊的教學模式,實現課程學習與科研訓練的有效結合,大學生也能獲得一定的研究技能[14]。跨學科的方法能整合不同學科觀念以解決綜合性的現實問題,因此蔣永榮等提出,跨學科課程強調一個問題從多個角度思考,并使學生感受學科的交叉性、整體性,進一步拓展研究的思路[15]。基于此,本研究提出以下假設:
H1:跨學科課程選擇有利于提高大學生科研創新能力。
(2)跨學科導師指導對大學生科研創新能力的影響
導師在大學生的科研生涯中常常擔任著領路人的角色,能夠潛移默化地給學生傳授技能和經驗,一個好的導師通過因材施教,能夠激發學生的學術熱情、創造性和自主性,劉燕等以交叉學科方向的研究生為調查樣本進行研究發現,交叉學科方向的研究生科研能力整體高于單一學科,其中跨學科導師指導必不可少,弘揚優良師風,形成良好的師生關系,加強導師與大學生在學科交叉方向的溝通交流,都有利于學生科研創新能力的提高[16]。大學生在課題或論文的研究中一般都會遇到自己無法解決的難題,導師是他們解決問題的指南針。Kelly K. Sturner等通過總結性的項目評估數據研究發現,由兩名不同學科的導師帶領學生共同參與科研項目,通過定期見面的方式參與研討會,匯報工作進度,在跨學科協作中培養了新的技能,極大地提高了學生的科研效率[17]。基于此,本研究提出以下假設:
H2:跨學科導師指導促進大學生科研創新能力的提升。
(3)跨學科研究平臺及應用對大學生科研創新能力的影響
跨學科研究平臺及應用是我國高校“雙一流”建設中的關鍵一環,以此為起點,培養高層次創新人才已經成為世界一流大學發展的共同趨勢,比如清華大學擁有智能網聯汽車與交通研究中心、智能無人系統研究中心,重慶大學擁有創新藥物研究中心和神經智能研究中心等眾多跨學科研究平臺,打破了專業的界限,整合院系資源,培養了跨學科的研究人才。此外,學校通過舉辦相關學術會議、學術論壇、講座等活動,不同學校、不同專業的同學可以通過這些活動進行學術交流。王牧華認為,高校加強與企業集團、科研部門和社會團體的合作以搭建平臺,共享信息資源,開展學科交叉活動,有利于培養具有實踐能力和合作精神的拔尖創新人才[18]。Huellebrand等研究發現,跨學科研究平臺聚集了來自物理學、計算機科學與醫學的研究人員,通過先導入和整合心臟圖像的數據,再采用特定的數據模型用集成方法考慮跳動心臟的時空特性,有效地解決了心血管成像中的障礙和挑戰[19]。基于此,本研究提出以下假設:
H3:跨學科研究平臺及應用對大學生科研創新能力有正向影響。
(4)跨學科導師指導與跨學科研究平臺及應用的關系
張莉和鄒玲認為,跨學科科研平臺使得導師和學生加入研究團隊,以導師團隊指導促進師生間學術交流和知識共享,投入的項目經費和完善的基礎設施、良好的學術交流條件可以提高導師指導的積極性,進而提高大學生的科研效率[20]。另一方面,隨著導師指導學生次數的增加,學科交叉平臺也會得到充分的利用,高校、企業集團和科研部門會進一步加強跨學科研究平臺的建設。
H4:跨學科導師指導與跨學科研究平臺及應用具有顯著相關性。
(5)跨學科課程選擇與跨學科研究平臺及應用的關系
孫健認為,在開設種類繁多的課程、提高課程靈活度的同時開展學術講座,特別是立足于前沿的交叉學科,可以拓寬學生的學術視野與知識結構,能夠提高其創新思維能力[21]。張莉和鄒玲認為,鼓勵學生跨專業或學院選課,為有意愿開展跨學科學習和科研的學生提供資金和平臺支持,并通過實驗室輪轉、小組討論等使學生接受跨學科的培養[20]。不同專業的學生就相關研究課題發表觀點,這不僅能讓他們的思維互相碰撞、培養主動參與意識與批判思考能力,而且有助于將理論運用于實際。
H5:跨學科課程選擇與跨學科研究平臺及應用具有顯著相關性。
(6)跨學科課程選擇與跨學科導師指導的關系
朱亞先認為,大學生通過學習課程并有了一定的理論基礎之后,導師便可以指導學生擬定實驗方案、制定工作計劃、把握研究進度、撰寫論文報告,同時還要關心學生的生活和心理健康,提高學生做事的獨立性與效率。隨著學生對導師越來越信任以及對學術熱情越來越濃,他們對綜合性的課程越來越有興趣,聽課的效率也會提高[5]。此外,導師從跨學科角度重新研究課程設計和講授方式,可采用形象化直觀教學而非文本的方式講授跨學科課程,有利于幫助不同背景的學生有效學習與交流[22]。
H6:跨學科課程選擇與跨學科導師指導具有顯著相關性。
三、研究設計
1.模型構建與問卷設計
基于以上理論分析與研究假設,本文將重點研究跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用對大學生科研創新能力的影響機制及其相互影響關系,構建理論模型。
本文運用問卷調查法研究學科交叉對大學生科研創新能力的影響,在上述理論分析與提出假設的基礎上,構建結構方程模型驗證跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用對大學生科研創新能力的影響機制,調查問卷分為3個部分:第一部分是關于被調查者的基本信息,第二部分是主要變量維度的測量,第三部分是大學生科研創新能力評價量表。問卷設計初步完成后,展開預調研,并結合預調研反饋意見進行完善,形成正式調研表。
變量的選擇和定義方面,大學生科研創新能力為核心因變量,本文將用創新產出(包括參與創新課題或項目、發表論文數和專利數量、省級及以上競賽獲獎次數)、邏輯思維能力和動手實踐能力來衡量,共設置了6個題項。跨學科課程選擇從學科交叉融合意識、教學模式評價和應用評價三個方面來考察,共設置6個題項。跨學科導師指導采用指導態度、指導策略和指導頻率來衡量,共設置6個題項。關于跨學科研究平臺及應用,主要從基礎設施條件和學術交流與合作等方面來測度,共設置4個題項。
2.問卷調查與描述統計
在正式調查中,采用問卷星平臺針對大學生發放問卷收集數據,調研對象來自南京理工大學、河海大學、南京師范大學、南京財經大學、上海大學等省內外高校,最終收集問卷781份,剔除數據缺失和自相矛盾的問卷后得到有效問卷738份,其中,女生占比為48.64%,男生占比為51.36%;大三、大四學生分別占比為19.65%和18.43%,研二和研三分別占比為11.79%和5.83%;人文社科學生占比為73.04%,理工科學生占比為26.96%;60.84%的大學生認為學科交叉是未來學科發展的主要趨勢。
描述性統計。采用五級量表對變量進行測度,跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用和大學生科研創新能力的最大值為5,最小值為1。如表1所示,在跨學科課程選擇3個維度的均值中,最高的為應用評價達到3.80,3個維度標準差為0.728~1.002。在跨學科導師指導中,指導態度、指導策略和指導頻率都得到大學生的贊同,標準差為0.857~0.933。跨學科研究平臺及應用2個維度的均值分別為3.61和3.63,標準差分別為0.935和0.843。以上維度的偏度、峰度總體上介于?1和1之間,數據呈對稱分布。大學生科研創新能力的均值在2.90左右,整體較低,標準差均值為0.94,偏度為?0.601~0.312,峰度為?0.670~0.105。
綜合來看,四個因子的均值均遠大于標準差,不存在極端異常值,偏度接近于0,樣本總體接近于正態分布,適合做進一步的分析。具體變量描述性統計見表1。
3.信度和效度分析
利用軟件SPSS22對調查問卷進行信度和效度檢驗,發現跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用和大學生科研創新能力變量的克朗巴哈α系數分別為 0.814、0.845、0.766和0.673,都明顯大于0.6,表明問卷各測量條目內容之間內在一致性和穩定性好,信度良好,測量結果可信度很高。在此基礎上再對效度進行分析,得到問卷整體的KMO值為0.884,Bartlett 的球形檢驗的p值小于0.01,表明各變量之間相關程度很高,適合做因子分析。并采用主成分提取法,設因子特征值大于1,提取跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用和大學生科研創新能力四個因子22個題項的因子載荷均在0.5以上,總體累計方差解釋率61.32%,說明問卷設計結構效度良好。
四、理論模型檢驗
為驗證上述假設,本文根據理論模型,運用AMOS21.0繪制結構方程模型圖(見圖1),分析各變量之間的關系,包含跨學科課程選擇、跨學科導師指導、跨學科研究平臺及應用和大學生科研創新能力四個潛變量,分別對應如下11個顯變量以及相應的殘差項,單箭頭為單向關系,雙箭頭為雙向關系。
接下來對結構模型的擬合優度進行檢驗,如表2所示,在絕對擬合指標中,CMIN為99.99且在1%的水平上顯著,RMR為0.022,RESER為0.047,均小于0.08,處于可接受的范圍;GFI為0.976,AGFI為0.958,均大于0.9,說明模型擬合情況良好。在綜合擬合指標(表3)中,CMIN/DF為2.632,符合標準,PGFI、PNFI都大于0.5,NFI、IFI、CFI、TLI 4個值均大于0.9,模型與數據擬合效果較好,因此可以做下一步的路徑分析以及假設檢驗。
通過對結構方程模型進行路徑分析,檢驗之前的假設,分析結果如表4所示。
從表4可以看出所有變量標準化路徑系數都為正,在跨學科課程選擇對大學生科研創新能力的影響路徑上,標準化路徑系數為0.440,且在0.01的水平上通過了顯著性檢驗,說明大學生學習跨學科課程有利于提高其科研創新能力,故假設1成立。跨學科導師指導對大學生科研創新能力影響的路徑系數為0.229,顯著為正,說明跨學科導師在大學生科研生涯中起著重要指導作用,假設2通過檢驗。在跨學科研究平臺及應用的影響上,路徑系數為0.234,說明跨學科研究平臺及應用在大學生科研上起著不可或缺的支持作用,假設3成立。在跨學科課程選擇與跨學科導師指導的關系中,路徑系數為0.682,在1%的水平上顯著,說明兩者之間存在雙向正影響,故假設6成立。同理,假設4和假設5也成立。
五、結論
結合實證研究結果,本文得到以下結論。
第一,跨學科課程選擇對大學生科研創新能力有顯著的正向影響,且路徑系數在三者中最大。其可以幫助學生獲得新的知識理論和方法,掌握不同的思維方式,從而激發大學生的創新靈感,通過問卷題項的得分情況可以驗證,目前我國高校大學生邏輯思維能力得到了一定的鍛煉,但是創新產出(發表論文數、參與競賽數和課題數)仍較少,可能是沒有將跨學科課程學習與科研訓練更好地結合起來。
第二,跨學科導師在學生的科研生涯中起著重要的指導作用,能夠激發學生的學術興趣、創造力和自主性,引導學生的科研方向,但其路徑系數稍低,可能是導師在指導跨學科專業學生的頻率方面仍需增加,在充分調動學生完成跨學科科研任務積極性上亦需提升。另外,重視學科建設,在學科交叉方面的知識結構和學術視野上也有待拓展。
第三,跨學科研究平臺及應用的路徑系數為0.234,說明跨學科研究平臺在一定程度上為大學生的學術研究提供了強有力的支撐,這一平臺有利于打破學科專業的界限,整合院系資源,充分利用各種實驗設備。高校通過舉辦學術講座、學術會議、學術論壇的活動,使得不同學科專業的成員可以相互合作與交流,集思廣益,把握學科前沿,有利于培養具有實踐能力和合作精神的拔尖創新人才。
第四,跨學科課程選擇與跨學科導師指導的相關系數為0.682,這表明大學生實現跨學科課程學習后能厚實自身的理論基礎,導師也能夠更有針對性地指導,隨著學生與導師交流日益頻繁,對導師越來越信任,學生對學術熱情也越來越濃,進一步,他們對綜合性的課程的興趣逐漸增加,聽課的效率也會提高,從而對大學生科研創新能力有積極影響。
第五,跨學科課程選擇與跨學科研究平臺及應用也具有顯著的雙向正影響,且相關系數為0.675,這反映出學生選擇跨學科課程,有利于跨學科研究平臺的建設、使用與完善。課堂上老師讓學生感受知識的交叉性和整體性可以拓展學生的研究思路,激發學生的學術熱情,這一需求的增加促使學校給學生提供良好的跨學科研究條件,同樣,通過實驗室輪轉、小組討論等使學生接受跨學科的培養和鍛煉也能將課堂上的理論運用于實際。
第六,跨學科導師指導與跨學科研究平臺及應用的相關系數為0.689,這意味著隨著導師指導學生次數的增加,跨學科平臺也會得到充分的利用,與此同時,學校有關跨學科的基礎設施、重點實驗室、學科交叉研究平臺以及學術會議等方便學生主動展開科研工作,進一步提高了導師指導的積極性。
六、建議
首先要進一步提高大學生的學科交叉融合意識,促其不斷擺脫單一的思維模式的束縛,開闊思路,通過多學科視角碰撞產生思想火花和新的解決方案。其次,高校要不斷突破和改進傳統的學科布局和教學模式,由“被動式”教學變為“主動式”教學,合理設置文理滲透、理工結合的綜合課程,授課老師除了傳授課本知識之外,還應重視拓展課外知識、案例事實、引入科研前沿動態,積極與學生交流討論,同時充分利用學校基礎設施,以進一步提高科研效率。最后,學科交叉的動力是為了解決現實問題,需要將理論應用于實踐,將創新意識轉化為科研成果。
優良的學科交叉型師資力量是提高大學生創新能力的重要保證。一方面,不斷強化和提高導師的學科交叉研究和教學水平,一是可以引進相關師資,二是現有跨學科導師團隊可以經常參加前沿的跨學科性會議和講座,和同學們分享知識,形成良好的師生關系,并定期指導學生科研課題及撰寫論文等。另一方面,導師可以指導大學生多看跨學科專業的文獻、書籍等有助于學生積累知識、方法和技能,激發其創新靈感,使其積極主動完成科研任務。此外,導師鼓勵學生進行涉及學科交叉方面的畢業論文選題,并對論文進行適當的指導,能充分利用并促進跨學科研究平臺建設日益完善。
同時要為大學生學科交叉科研及創新提供良好的硬件保障。各高校應充分利用自身的優勢學科,建立不同種類的實踐平臺,強化大學生的實踐能力。學校還應加大對學科交叉類項目的支持力度和拓寬其廣度,可以成立交叉人才培養基金,建立聯合重點實驗室和實習基地,組建跨學科的學術團隊,其大學生成員不僅可以了解前沿領域發展動態,而且集合多學科的力量可以快速高效地攻克難題,從而提升其科研創新能力。
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[基金項目:國家級一流本科專業建設點國際經濟與貿易專業(教高廳函〔2019〕46號)及貿易經濟專業(教高廳函〔2021〕7號);江蘇省教育科學“十四五”規劃課題(D/2021/01/99)及南京財經大學高教改革課題(GJGF202005);江蘇省青藍工程優秀教學團隊項目]
陶金國,南京財經大學國際經貿學院副教授。