探索交叉學科課程的最優化結構

［摘 要］ 當今各類高校在新工科背景下培養具有創新性的復合人才是重要發展方向，跨學科課程體系的建設是培養多學科專業人才的重要組成部分。跨學科課程的開設如何實現工文學科的真正交叉和融合，仍是探索培養跨領域復合型人才的重要課題。通過對講授跨學科課程的內容結構進行持續的優化探索，并利用F檢驗和t檢驗的統計方法研究工、文兩類學生滿意度的樣本差異性來源，準確計算出工、文交叉學科課程的最優化結構比例，并揭示跨學科課程的系統內涵性。

［關鍵詞］ 新工科；跨學科；假設檢驗；優化；課程結構

［基金項目］ 2024年度西南交通大學本科教改重點培育項目（20240023）

［作者簡介］ 鄭曉彤（1979—），男，四川達州人，工學博士，西南交通大學醫學院（生物醫學工程研究院）副教授，主要從事智能生物材料研究。

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0020-04 ［收稿日期］ 2023-03-21

引言

面對社會科技革命與產業變革的新形勢，新工科人才的培養是當前各類高校打造社會復合型人才的重點關注問題。從大學走出去的本科畢業生是各行各業的生力軍，支撐服務著整個國家的創新驅動發展。因此，新工科背景下大學必須加強不同學科專業之間的交叉和融合：理工科的學生需具有政治、管理、人文等社會性的情懷和精神；文科的學生需具有工程、技術等創造性的思維理念。以此提升各學科專業的內涵，提高復合型人才的素養和能力，使之進入社會后能適應并解決各行業在高新技術和經濟文化中的創新和精神需求［1］。

復合型人才的培養主要表現為兩個或兩個以上的學科交叉和整合的教學活動，跨學科課程是由一些有著內在聯系的不同學科合并或融合而成的新課程，也稱交叉學科課程［2］。“跨學科”是為學生提供跨學科的教育平臺，這種創新教學方法可以提升課程質量，改善學生分析思維能力、人際關系能力、專業態度、全球意識和創造能力［3］。然而，作為起示范作用的課程改革，跨學科課程在具體實踐中應考慮幾個突出的方面：（1）融合性。什么樣的課程具有工、文交叉性，即使理工科各專業之間，也存在專業相關性的問題；跨學科課程肯定不是簡單地給理工科學生開人文類的課，給文科學生講工程技術知識，否則會陷入“為了跨而跨”的形式教學［4］。（2）科學性。跨學科課程在結構上要符合教學規律和創新要求，學生能在新的知識領域中運用各自的專業思維思考和解決復雜多樣的問題［5］。（3）隨機性。同樣課程由不同教師講授，不同專業學生的吸收方式，以及師生地位不對等的關系，都決定了跨學科課程的評價較難體現交叉融合的內涵性和優勢。

在促進本科跨學科課程建設中，西南交通大學提出以“創新型的教學、研究型的學習、跨學科的課程”為導向的課程改革，并通過茅以升學院推出多門“跨學科榮譽課程”。筆者在參與講授跨學科課程中，針對跨學科課程自身結構的融合性和科學性，始終以授課學生為評價中心，排除人為等主觀因素對課程的影響，只針對課程的系統性誤差進行評價。

一、跨學科課程假設檢驗的方法

樣本的優化。我們通過7次跨學科課程講授周期，針對全校本科生開設有5次小班、2次大班，總共356人。選課學生覆蓋全校17個學院，按學科專業分為工科和文科兩類，分別有292人和64人，工文比例為4.56∶1，遠優于全校工科和文科生的就讀比例。同時，跨學科課程在實際教學中容易出現在重人文性的課程中學生以拿學分為目的的情況，難以促進學生對專業的思考和能力培養；重工程性的課程中不同學科的學生參與度不高、融合性不足。因此，分析課程內容的選擇和命名是重要的，我們也對選課過程的數據情況進行了樣本優化。開設的跨學科課程名稱對選課學生的類別有明顯影響。“智能材料”選課的文科生比例較小，即使工科專業覆蓋的數量也只有幾個，學生認為課程偏工程技術。選“未來生活”課程的文科生比例較高，工科和文科比達到了2.5∶1，覆蓋專業的數量也超過10個，具有非常明顯的跨學科性；然而，學生認為課程可以輕松獲得學分，對本專業幫助不大，因此這樣的課程也不能達到跨學科課程開設的目的。“智能世界與未來技術”課程的選課比例為4.1∶1，覆蓋專業的數量超過15個，選課學生也普遍對這門課抱有期待，說明工科生和文科生的選課比例比較理想，我們也將從選這門課的學生中抽取假設檢驗的樣本。

二、跨學科課程的內涵性檢驗

1.F檢驗及結果分析。對跨學科課程的評價不僅要以學生為中心，還要體現工科類和文科類學生評價的一致性，甚至是不同專業學生評價的一致性。F檢驗作為方差比率的檢驗，不僅可以比較具有正態分布的兩組統計值是否有相同的方差齊性，還可以通過方差的大小反映樣本數據的精密度。

2.t檢驗與結果分析。t檢驗是用t分布理論推斷差異發生的概率，從而判定兩個樣本平均數的差異是否顯著。因此，工科類和文科類學生對跨學科課程的滿意度評價可以分析課程內容結構是否存在系統性誤差，并科學準確地判斷跨學科課程開設的正確度。在F檢驗方差齊性一致的情況下，P1和P2樣本對滿意度指標采用正態分布的獨立樣本t檢驗。

三、研究結果與思考

1.跨學科課程的設置精確性。通過對課程設置的統計假設檢驗評價，可以對跨學科課程的結構設置進行數量化分析，探究跨學科課程的設置精確性。學生是授課的對象，課程設置是否合理必須以學生為中心的滿意度來衡量，然而學生的專業背景不一樣，在工文兩部分的知識理解上也存在差異，會造成學生評價的隨機誤差，從而不能對跨學科課程進行準確設置。本研究從學生評價的隨機性考慮，基于隨機因素的可統計分析基礎，對學生評價的滿意度進行分類設置，比如：定性的指標是C和T，其中C指標又涵蓋CD、CP、CE，而T包括四個方面的指標，基本概括了一門課程的滿意度指標，并建立了系統的評價標準。

從假設檢驗的結果也能看出，學生對跨學科課程的理解存在主觀情緒，但也絕不是跨學科課程就沒有專業“營養”的體驗課。首先，工、文兩類學生在新工科的大背景下，也并不滿足自身專業知識的學習需求，希望在本專業以外能開闊更廣的視野，拓寬更多的知識領域，因此學生對跨學科課程抱有一定的興趣和期待。此外，新時代下成長的大學生希望自己學到的知識能提高專業能力，并為未來就業和進一步深造提供參考和幫助，因此面向工、文兩類學生的跨學科課程就要具備較好的針對性，課程設置也尤其重要。工、文兩類的知識內容在課程中占比為12∶4和4∶12時，不同專業的學生對CD指標的滿意度沒有顯著性差異，但對CP和CE兩個指標的評價差異非常明顯，說明這兩個比例設置的課程不能讓學生都滿意。當工、文兩類的知識內容在課程中占比為8∶8和10∶6時，學生在CD、CP和CE指標的評價卻沒有顯著性差異，10∶6的課程內容偏重顯示出更好的滿意度。

本文對跨學科課程比例的精確檢驗分析不是限制所有交叉學科的課程設置，而是提出了跨學科課程精確設置的新方法。通過F檢驗，可以對不同授課教師、不同專業學生的隨機性評價有更科學的統計分析，從正態分布的統計值檢驗方差齊性，為交叉學科課程的結構設置建立可靠的分析基礎；通過t檢驗，可以為工、文交叉的課程結構提供精確的差異性評價，為復雜多樣的交叉課程提供專業的評價標準。

2.跨學科課程的結構正確性。在理工科類大學開設跨學科課程必須考慮各專業之間的相關性因素，因為新工科背景下培養綜合型人才要開設的跨學科課程不能只考慮新鮮、好奇甚至為了吸引眼球，給理工專業的學生開設人文類課程，給文科專業的學生講專業技術前沿，這樣會變成只有形式、沒有理解和思考的“網紅”式課程。本研究對跨學科課程的結構采用統計假設檢驗分析，為各類理工科大學的跨學科課程開設的合理性提供理論依據。

理工科大學中交叉學科課程的結構正確性基于課程開設的核心目的，即在課程教學的實踐過程中，交叉課程的結構設計以及具體的授課模式，都是由講授教師或團隊在對兩門及以上交叉學科的專業、技術、前沿、儲備、思想、知識點的理解基礎上，進行一系列的理論分析、融合加工、科學整合，從而提高聽課學生的興趣、增強知識的理解力、拓展不同專業的廣闊性，最終對學生解決問題、發揮創造性的能力有正向幫助。然而，在真正的實踐過程中，部分教師會把交叉學科課程理解為不同專業的“跨”學科知識，沒有進行知識的加工和融合，最終導致學生不能從中獲取相應的技能和知識。例如，在理工科學校中開設關于“茶文化”的交叉學科課程，主講教師介紹了全國不同地區的茶葉種類、文化以及有關的詩詞，教師甚至帶學生品鑒了不同茶葉，欣賞了茶藝等傳統文化，學生的興趣較高；然而，如果沒有將茶葉的制作工藝和相關技術對茶味道的影響、茶文化的影響結合，沒有更多的理論依據和專業技術支撐，最終學生只停留在新奇、好玩的層面。

推動跨專業學生的思維模式，以提高其解決問題的能力和創造能力，是跨學科課程的結構正確性評判的標準。真正的跨學科課程需要從不同專業的前沿知識領域中提煉出更多的主題內容，并進一步讓學生參與研討和分析，從而發揮學生的專業潛力，整合交叉課程的主題思想。比如，“智能世界與未來技術”課程圍繞“智能世界”和“未來技術”的主題，時間跨度從人類誕生的遠古神話到基于現有知識想象千年后的人類技術，知識維度從具有人文氣息的生活享受到前沿的智能技術，理解深度從智能手機、智能機器的發展到人類對未來世界的技術能力，從課程結構設計到科學的統計學分析，可以精準地判斷跨學科課程結構的正確性。我們通過多年的講授周期，調研選課的全部學生，統計樣本人數達到356人，覆蓋全校工科和文科共17個學院，通過對學生滿意度的統計檢驗探尋跨學科課程的結構正確性的分析方法。最終，本研究以多學科專業的學生評價結果為中心，建立課程結構的專業知識、授課方式等滿意度的評價模型。

3.跨學科課程的系統內涵性。通過對課程滿意度評價的統計假設檢驗，可以對跨學科課程的結構設置進行數量化分析，進一步深刻理解跨學科課程的設置準確性。對于授課的學生主體，首先是專業屬性問題，我國在高中階段就實行文理分科教育制度，即通過教學課程的分科對學生進行分別教育，這將一直延續到大學教育。優點是學生可以根據個人的興趣、愛好、理想去學習和就業發展，缺點是這將加速學生在大學讀書階段的人文文化與科學文化的割裂。在社會科技和新產業的變革下，我國與發達國家的智能制造發展還存在差距，這勢必需要各類高校打造新工科復合型人才，使其成為各行各業的生力軍，肩負起國家發展的責任與使命。因此，不同學科之間的交叉與融合是培養復合型人才的必然需求，只有實現工文科、理文科之間的交叉融合教學，才能使跨學科課程既是創新型人才培養的著力點，又是高質量政治素養、文化素養引領未來發展的保障。

對于跨學科課程概念的內涵性，我們可以從廣泛認同的跨學科定義來理解。從戴安娜·羅頓、維羅妮卡·曼西拉、艾倫·雷普克等人不同的定義可以總結出：無論跨學科課程如何設計和教學，最終的目的都是希望學生通過知識學習和思考，提高回答、解決和處理寬泛復雜問題的能力。也就是說，面對多元化發展的社會，包括政企、科技、文化等各類人才都不是僅依靠單一學科的知識儲備適應發展的，需要交叉學科的知識經驗才能與其他學科主體交流合作，共同完成重要的目標。從以上定義的理解我們可以總結出跨學科課程的內涵要素：跨學科課程要以科學問題的思考和解決為根本；跨學科課程要以多學科視野為依托，絕不能停留在單一學科的研究上；跨學科課程的結構設置要有科學性，以學生對內容廣度、深度的滿意評價為標準；跨學科課程要抓住主題內核，以最優化的學科整合推動學生認知和創新能力的拓展。

然而，跨學科課程在理工學科與人文學科的交叉程度和有效性上都有待提高。理工科類高校與人文、教育、經濟等學科交叉和合作的范圍較窄，形式也比較單一，只是將人文知識以通識教育的形式吸引學生，僅有語言情境的吸引力，忽視跨學科課程系統內涵性的研究以及課程結構設置的合理性。最終變成教學內容只是人文情懷的概覽，沒有達到使學生學會“學以致用”的目的。在跨學科課程在高校火爆開設的形勢下，我們需要保持清醒的頭腦，避免盲從，要在現有的專業認識、學科融合等積累中，有目的、有計劃地利用現有儲備進行學科交叉，以達到學生培養目的。高校也要在保證質量的同時提高跨學科課程的數量，并且對跨學科課程的正確性建立合理、科學的評定機制。

結語

本文通過F檢驗和t檢驗分析工文兩類學生對跨學科課程的滿意度，并以此評價課程的精密度和系統性誤差。結果發現12∶4和4∶12的工文偏重比設置存在學生滿意度不一致、偏差波動較大等問題，8∶8的課程比也并不是正確的，10∶6的課程內容更能體現不同學科專業學生的滿意度一致性，準確度更高。本文始終以授課學生為評價中心，圍繞課程的命名、內容的結構設置，只針對跨學科課程的系統性和融合性進行統計檢驗分析，并排除隨機因素對課程的影響，實現交叉學科課程的系統最優化。此外，這種檢驗分析方法可操作性強、數據結果可靠，可以為課程本身的系統性內涵探究，以及各類高校（特別是理工科類大學）的跨學科課程建設提供科學依據。

參考文獻

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［5］BARBER D， MADDEN， L MAYO D， et al. Two-course integration with student collaboration： rapid prototyping and entrepreneurship［J］.Entrepreneurship education，2020（3）：57-76.

Exploration of the Optimized Structure of Interdisciplinary Courses

ZHENG Xiao-tong， ZHOU Jie， ZHI Wei

（College of Medicine（Institute of Biomedical Engineering）， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 610031， China）

Abstract： Nowadays， it is an important development direction for colleges and universities to cultivate innovative and complex talents under the background of emerging engineering disciplines. The construction of interdisciplinary curriculum system is an important part of cultivating multidisciplinary professionals. However， how to realize the real crossover and integration of students from different majors in engineering and humanities in the opening of interdisciplinary courses is still an important topic to explore the cultivation of interdisciplinary talents. Aiming at this problem， in this paper， we make a long-term optimization of the content structure of teaching interdisciplinary courses， and use the statistical methods of F test and t test to study the source of differences between the samples of engineering and humanities students， so as to reveal the systematic connotation of interdisciplinary courses.

Key words： emerging engineering education; interdisciplinary; hypothesis testing; optimization; course structure