仪器学科研究生培养中“理工融合”的构建

时间:2022-08-25 12:51:19

仪器学科研究生培养中“理工融合”的构建

摘要:本文阐述了仪器学科研究生培养中“理工融合”的内涵及必要性。针对目前典型仪器学科现行的研究生培养体系,提出如何构建“理工融合”体系。主要包括:从课程上体现“理工融合”;在实践中贯彻“理工融合”;在师资上保证“理工融合”。

关键词:研究生培养;仪器学科;“理工融合”构建

中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)32-0276-03

一、“理工融合”的内涵及必要性

(一)理工融合的内涵

理科是研究数学、物理学、生物学等各领域的基础科学,其问题意识的根本在于对现象进行本质的分析和解释,一般所说的科学家往往就属于理学领域。工科是覆盖面最广的一门学科,工科问题意识的根本在于实用性和具体应用,肩负着提出解决问题的办法并将其产业化的重要作用。一般所说的工程师、技术员往往就属于工学领域。换言之,“理”重在认识世界,“工”重在改造世界。所谓“理工融合”,其主体实现模式就是“工借理势,理势工发”。具体讲就是:通过强化科学基础教育使工科学生获得在工程实践中终身受益的理论功底和科学素养;借助强化工程背景教育使理科学生更好地树立起理论联系实际的精神和学风,通过掌握一定的理论与实际应用“接口”的知识,使其理学优势能够在工程意识的指导和促进下得以充分发挥。

(二)仪器学科研究生培养中“理工融合”的必要性

从基础到应用的过程中,理科和工科在截然不同的方向上发展。长期以来,在我国高等理工科教育的格局中,理工分离现象比较严重。很多以工科为主的高校,过于强调工程技术的专业教育,忽视了科学教育。随着科学技术快速发展、探索研究越来越深入和复杂,科技人员理工分离所带来的弊病随之更加凸显出来。这一模式下培养出来的研究生,理论基础相对薄弱,在科研或工作实践中后劲不足、创新乏力。“理工结合”是前清华大学校长蒋南翔先生教育思想的重要组成部分。清华大学物理系一位教授认为:一所理工大学有没有自己的高水平基础学科对学校的发展至关重要。高水平工程研究都涉及基础理论问题。我们基础学科就是做这些工作的,对我们来说不难的问题,让工科的人们去做常要花费很长的时间。钱伟长先生则主张“教学必须和科研相结合”、“大学教育应以打好基础,培养学生的自学能力为主,工科学生要有理科基础”,以便适应科学技术日新月异的发展,能处理复杂多样的实际工作中的问题。

1.仪器学科的内涵。仪器是一种能将物理量(被测量)转换为适合于记录和显示形式的装置。在微观与宏观世界中,测量仪器以一种几乎无法想象的程度拓展了人类感官所能感知的客观世界。随着科学技术的飞速发展,仪器的内涵发生了很大变化。其自身结构已从单纯的机械结构或机电结合或机光电结合,发展成为集传感技术、计算机技术、电子技术、现代光学、精密机械等多种高新技术于一身的系统,其用途也从单纯数据采集发展为集数据采集、信号传输、信号处理以及控制为一体的测控过程。因此,仪器学科因多学科交叉及多系统集成而形成的边缘学科属性越来越明显。这种属性决定了仪器学科并非解决简单地工程技术问题,也决定了本专业研究生培养必须采用“理工融合”的培养模式。

2.仪器学科培养目标、研究方向。列举大连理工大学2012年修订的仪器学科研究生培养目标和研究方法。在其研究生培养目标中明确提出:本学科专业指在培养能够从事仪器科学与技术领域的教学、科研和工程技术以及相关的科技管理工作的专门人才。学位获得者应具备宽厚的基础理论、系统的专业知识和文理兼容的通识基础;能够熟练运用光、机、电、计算机等学科知识,研究和解决与本学科有关的理论和实际问题。可以看出,仪器学科研究生的培养目标体现科学研究与工程技术并重的理念,同时强调了基础理论的重要性和本学科的边缘学科属性,可以说是仪器学科内涵的延伸。科学研究的基本任务是探索、认识未知,探索和认识的过程。可总结为发现现象、分析解释现象、控制现象和改造现象。其中,对现象进行本质分析和解释是理科问题意识的根本,必然涉及并依赖大量数学建模、科学计算、理论分析等手段;而控制现象和改造现象则偏重于实用性和具体应用,属于工科问题意识的范畴。具体到仪器本身,在科学研究中起着举足轻重的作用,无论作为研究手段、研究对象,均贯穿于科学研究的全部过程。其测量原理所凭依的物理(或化学)定律、效应和现象是前提;基于测量原理传感器技术是基础。

仪器学科的主要研究方向:精密测控技术及仪器、精密计量技术及应用、传感器技术与精密测试、故障诊断仪器与智能维护、无线传感与远程测控、微纳测试技术、微纳传感等。由此形成的新理论、新技术、新系统和新产品在国民经济相关行业得到应用。上述研究方向决定培养的研究生必须既有扎实的数理、计算机基础,又要了解工程实际及理论在实际中的应用。

3.研究生的成才之道。研究生不仅仅是高校的培养对象,也是高校科学研究的主体力量。因此,研究生的成才与否也是衡量大学研究生教育成败的重要指标。对此,钱学森先生的成才之道应引起我们的思考。20世纪30年以来,美国出现了理工结合的大学教育,钱学森便接受了这种教育。钱学森被誉为“中国航天之父”、“中国导弹之父”和“中国自动化控制之父”。1934年毕业于交通大学机械工程学院之后赴美留学,其博士学位选择“航空与数学”,既是工程方面(航空)的博士学位,又是理科方面(数学)的博士学位。钱先生的学术代表著作《工程控制论》、《物理力学讲义》,都是将理科与工科交叉渗透、纵横联系而形成的新学科。《工程控制论》是将数学家维纳(NorbertWiener,1894-1964)提出的《控制论》全方位地应用于工程学,形成新的学科“工程控制论”。《物理力学讲义》,提出从物质的微观规律确定其宏观力学性质,这为以后的计算力学等学科开辟了道路。可见,理工结合全面发展是钱先生成才之道的关键一条,也正是所有创新杰出人才成才之道的整合律。

二、“理工融合”的构建

新时代下,仪器学科的研究生需要具有完整的知识结构和能力结构,适应社会对仪器专业类人才的需求,能应用所学的科学理论、技术知识和技能,创造性地解决实际问题,能在仪器专业领域具有适应未来发展的能力。本文根据目前典型仪器学科现行的研究生培养体系,并结合我们多年在教学、管理与科研实践中的认识,对如何构建“理工融合”加以阐述。

(一)课程上体现“理工融合”

目前的仪器学科研究生培养方案开设大量基础课,但是理、工课程的结合不够。例如,大连理工大学2012年修订了仪器学科研究生培养方案,在大类基础课中大量开设数理基础课,包括《矩阵与数值分析》、《优化方法》、《数理统计》、《近代物理实验》以及《信号处理与数据分析》等,同时也开设了具有仪器学科特色的专业课程群以及建立跨学科选课制度,为理工的融合初步搭起知识结构的基本框架。然而,在上述课程的教学过程中,很大程度上延续了理、工分家的教学方法。任课教师多长年从事基础学科的教学工作,相对较少参与实际的科研工作。教学内容也偏重于单纯的讲述理论、公理或定律,与之配套的实验课较少,多数试验课也仅仅是为了验证课堂所讲授的理论、公理或定律,且理论课教师与实验课教师可能并非同一人。上述客观事实必将造成以下问题:基础课讲述大量的抽象内容,增加了学生的学习难度;基础课的针对性不强,无法与科研实践实现无缝对接。

对此,可以在基础课里增加实际应用内容,使得理、工在课程上能够融合。一门基础课可增加实际应用部分的内容,且基础理论部分和实际应用部分尝试由不同专业专长的老师共同完成。其中,实际应用部分的授课老师面向全校相关专业的老师公开招聘,并由同一名老师完成相关部分的实验课。课程内容及实验内容由应聘老师自行设计,但必须为其在科研实践中的所遇到的实际问题。同时,老师必须给出该实际应用对应的理论知识点,以便学生对照学习和加深理解。如此,不仅有助于发挥各位老师的专业特长,也便于将老师的实践经验与科研成果融入理论和实验课堂中。

(二)实践中贯彻“理工融合”

研究生尽早进入课题参与科研实践,是提高研究生培养质量的基本途径,也成为大家的共识。然而,很多情况下,研究生在科研实践中仅仅充当了导师的助手,导师才是真正的思考者。其中很大一部分原因就在于研究生的理论基础相对薄弱,思考深度不够。长此以往,许多研究生满足现状,乐于成为一个不“思考”的好助手,做的也只是技术工人的工作。对此,在科研实践中,导师须加强学生独立思考的训练,使学生知其然亦知其所以然。考虑吸收从事基础理论研究的老师进入导师组,吸收理科学生以“兴趣小组”的形式进入课题组。如此,有助于理科思维方式与工科方法论迸发火花,在科研实践中潜移默化融会贯通。考虑建立严格执行研究生定期公开汇报的制度并纳入学分制和学院的奖励制度,由课题组或相关课题组全体师生共同监督和评判,评判标准之一便是实际问题的理论模型是否完备。如此,不仅能刺激研究生做好科研的欲望,也有助于研究生良好科研习惯的养成和研究成果的交流。

(三)师资上保证“理工融合”

要培养“理工融合”的学生,首先需要“理工融合”的先生。应坚持“引进与培养相结合、校内与校外相结合”的方针,建设一支理工融合、学缘结构合理的师资队伍,重点着眼于青年教师。在工科大背景下,注意引进理科功底深厚的青年教师,并创造便利条件使其有机会到企业或生产部门参观实习,结合工程应用指导研究生;创造有利的政策条件并适当放宽考核标准,使本学科专业工科背景强的青年教师有机会到相关理科做兼职博士后研究,大量输送优秀在职青年教师出国进修;鼓励理工科青年教师联手,共同展开科研和指导研究生,造就理论与应用两方面都精通的“两栖”教育工作者。

三、结束语

人才培养是个巨大的系统工程,且周期又很长,“理工融合”是复合型研究生培养的重要组成部分。“理工融合”的构建、实施必定有其自身的规律和特点,这是具有重要意义的教育学课题。笔者根据自身在教学、管理与科研实践中的经验,并结合目前典型仪器学科现行的研究生培养体系,阐述了仪器学科研究生培养中“理工融合”的内涵及必要性,并提出了如何构建“理工融合”体系,如何有效的实施“理工融合”,还需要在实践中不断学习和摸索。

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基金项目:大连理工大学研究生双语课程建设项目“微纳米制造技术”、大连理工大学教育教学改革基金专项项目“测控技术与仪器专业培养方案改革研究”(FA20121)的资助。

作者简介:王大志(1978-),男,黑龙江伊春人,博士,副教授,研究方向:微纳米制造技术、微纳米器件。

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