海洋強國背景下創新型研究生培養模式探索

黃 玉，李 立，孫偉民，武立華

（哈爾濱工程大學 物理與光電工程學院，哈爾濱 150001）

高新科術既有高難度的理論問題，也有高難度的技術問題，迫切需要高校培養理工結合的復合型創新人才。徐揚等就加強理工結合提出了兩點建議：一是加快應用理科人才的培養，二是加速理工集合的高新技術發展。吳松等認為建設強大的理科是建設一流工科大學的必要條件，也指出了理工結合存在的問題。青島大學通過理工結合，調整優化物理學科專業機構以提高人才培養與社會需求的契合度。清華大學也在培養理科應用型人才方面做了一些教學實踐探索。杜善義院士將理工結合的理念應用到哈爾濱工業大學復合材料研究所的教學與科研實踐，取得了很好的實際成效。錢錫康等在文獻中提到李惕碚院士認為培養創新型、高水平的科技人才必須理工結合。張海明等分析了理工結合、協同發展的障礙及原因。袁士和認為理工結合是高校理科進行教改的一條重要途徑。王大志等針對現行的儀器學科研究生培養體系，提出如何構建“理工結合”的培養模式。

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

深度發展的海洋信息化是將新一代信息技術與海洋環境、海洋裝備、人類活動和管理主體四大板塊信息深度融合，實現互聯互通、智能化挖掘與服務，是認識和經略海洋、打贏海洋信息化局部戰爭的神經系統，圍繞著國家海洋強國戰略，聚焦海洋領域多學科交叉的科學技術問題，服務海洋強國建設的復合型高層次創新人才培養，國內多所著名大學成立了海洋學院或海洋研究院。浙江大學研究生院發布了海洋交叉學科研究與博士生培養2018 年和2019 年項目指南，在理工交叉方面選定了信息海洋、海洋大數據及智能船舶等科研課題，對于水下目標探測這一多學科交叉學術問題，招生對象的專業背景要求是物理、數學和信息工程。天津大學海洋學院擬面向海洋科學、海洋技術、船舶與海洋工程等涉海研究相關專業招收碩士與博士研究生。從這兩所國內頂尖大學所發布的研究生招生指南看，海洋信息領域存在明顯的理工交叉與多學科融合的特點。作者所在單位科研項目的選題具有面向海洋信息領域的理工結合、多學科交叉的特點，所以在實踐中開展了面向海洋信息領域的研究生理工結合培養模式的探索。

一、海洋信息領域理工結合研究生課程設置

交叉學科研究生課程具有基礎知識覆蓋面廣、課程內容前沿性強、選課學生專業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海洋信息獲取與安全工業和信息化部重點實驗室、哈爾濱工程大學纖維集成光學教育部重點實驗室，從課程內容、教學方式、課程實踐及授課對象等多方面綜合考慮多學科交叉研究生課程的建設工作。

首先，制定面向海洋信息領域的具有理工結合的特色課程體系。參考國內外著名大學的課程體系、教材和教學機制。在這些特色課程體系基礎上選用高質量的、適宜教學的教材。在海洋信息探測研究方向上，研究生的主干課程設置為：衛星海洋遙感、海洋光學、海洋聲學、海洋激光探測原理、海洋探測專題實踐、海洋磁場目標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

這些理工結合的課程體系、教材和教學機制構成了研究生特色課程教學整體框架，目前已經開設了海洋磁場探測這門課程。根據實踐過程研究具有學習反饋環節的研究生特色課程教學機制。

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

圖2 衛星海洋學遙感課程慕課資源

海洋光學課程是一門從光學的角度研究海洋光學特性的學科，通常被認為是海洋學的特殊分支。團隊依托我院海洋光學聯合創新實驗室，如圖3 所示，及物理光學教學團隊建設了海洋光學課程。課程教材采用青島海洋大學出版社出版的《海洋與大氣光學》。

圖3 海洋光學聯合創新實驗室

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

圖4 海洋聲學慕課資源

海洋激光探測技術是水下聲吶探測技術的有益補充，依托我院水下布里淵散射目標探測技術研究團隊和激光原理課程負責人，開設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出版社出版的《藍綠激光雷達海洋探測》。

海洋磁場目標探測是利用地球磁場空間分布實現水下目標探測的技術，依托我院長期從事海洋磁場探測與導航技術研究團隊，由該團隊多年承擔的電動力學及電磁場與電磁波教學工作老師負責本課程的教學工作。團隊目前在海洋信息領域的理工結合研究方向已培養了多名碩士研究生，依托多個國家自然科學基金等項目開展了三軸磁強計及其陣列的標定、磁梯度張量導航定位、磁梯度張量場自主定姿、地磁梯度場延拓、磁性體探測系統研制、磁特征測試與提取等理論及技術的研究。并取得了豐碩成果，相關成果發表于SCI 收錄的期刊上，申請國家發明專利幾十項，授權多項，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和信息化部重點實驗室、纖維集成光學教育部重點實驗室開設海洋探測專題實踐課程。我校的海洋信息獲取與安全工業和信息化部重點實驗室是海洋信息領域的研究主力軍、核心和關鍵共性技術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的科技創新基地，已成為我國學科方向最全、規模最大的海洋信息人才培養基地。海洋信息獲取與安全工業和信息化部重點實驗室擁有半個多世紀的水下探測技術實力及研究積淀，可以查閱和借鑒許多不涉密的原始資料；擁有國內最先進的水下探測科研設施，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、磁與聲學方面的實驗測試儀器和設備，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備，在特種光纖制作設備、光纖微加工設備、光學性能評估、測量及應用方面設備齊全，包含600 m超凈光學實驗室、400 m潔凈實驗室、多個大型隔震光學平臺、一批電子測量儀表和光學測試儀器，為多個學科專業的研究生科研訓練提供了實驗條件。纖維集成光學教育部重點實驗室研究方向，如圖6 所示。

圖6 纖維集成光學教育部重點實驗室研究方向

二、構建一主多輔、理工結合的導師團隊

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

三、理工結合的研究生多學科交叉培養實踐

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

首先，發揮交叉學科的優勢，共同申報了科研課題；其次，發揮研究生的科研主動性，研究生利用我校國內最先進的水下探測科研設施及項目組的電、磁與聲學方面的實驗測試儀器和設備開展海洋物理探測方面的研究；最后，發揮導師團隊的專業特長，協同指導研究生的學習。

在理工結合的研究生多學科交叉培養實踐上，根據研究生的專業興趣和課題需求，使研究生在多個學科實驗室平臺或多個研究組之間進行輪訓，之后再確定一個“最適宜實驗室”進行深入的科研訓練和論文課題研究；按照小型—中型—博士項目的培養路徑，對研究生進行項目體驗式的科研能力構建；讓研究生參與不同學科的知識講座、學術論壇與會議、聯合培養、海外訪學和研討班等科研活動。

四、結束語

面向海洋信息領域，根據理工結合的研究生課題研究方向，構建了研究生特色課程體系；成立了一主多輔、理工結合的導師團隊指導研究生的課程學習和科研訓練。構建了根據理工結合、多學科交叉的特點，按照小型—中型—博士項目的漸進式、階梯式培養路徑，對研究生進行了項目體驗式的科研能力培養。理工結合的理念雖得到廣泛的認同，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科群的多學科交叉的科學研究策略和高層次創新人才培養模式提供有價值的對策。也希望本文可以為其他學科群多學科交叉的科學研究策略和高層次創新人才培養模式的建設，為“雙一流”建設和高層次人才培養提供有益參考。