跨学科高层次创新人才培养中深化学科内涵拓展学科外延的思考与探索
2009-06-02
作者：周建中 徐学军 王乘
来源：中国水利教育网
摘要： 通过分析学科交叉融合及其跨学科高层次人才培养在水利水电工程学科专业发展中的地位和作用，探讨了在该学科专业进行学科交叉的理论依据；针对国内外水利水电工程学科专业的发展趋势，并结合我国国民经济发展和水利水电工程建设的重大需求，提出了培养水利水电工程跨学科高层次人才培养的基本思路和方法。
关键词：水利水电工程；跨学科；交叉融合；人才培养；专业建设与发展
1 绪论
江泽民同志指出，“科学研究应更加重视与人类前途命运攸关的全球性问题，尤其要加强跨学科交叉研究，进一步走向极端条件与物质本原、系统综合与统一，进一步加强科学与技术的相互渗透和融合，形成新科学的重要生长点[1]”。学科间相互渗透和交叉、碰撞所产生的火花是科学发展的驱动力之一，也是许多创新性学科论点与方法产生的源泉，是学科发展的动力。最活跃的研究领域多位于多学科的交叉点上，而当代科技发展的趋势和特点是学科间互相融合、互相补充、互相促进[2]。学科交叉的实质也就是知识体系的渗透和融合。近现代科学的众多成果表明，科学上的重大突破、新的生长点乃至新的学科分支产生，往往都是在不同学科彼此交叉和相互渗透的过程中形成。交叉学科（又称跨学科）以前所未有的速度纷纷出现，改变了传统的学科结构，也对传统意义上的人才提出了更高要求，即高素质的跨学科人才。而高素质人才的培养关键在教育，尤其是高等教育。因此，推进和加强跨学科人才培养，既是科技、经济与社会发展的迫切需要，也成为世界各国高等教育界的共识[3]。
2 学科交叉融合在水利水电工程高素质人才培养中的作用
提高人才培养质量历来是高等学校的一项重要任务，世界知名大学都为此进行了大量的探索和改革，而采用跨学科的培养方式正得到越来越多的重视和利用，很多世界著名大学都把跨学科教育纳入人才培养的发展规划中，并取得了良好的效果。所谓跨学科，是由不同学科互相渗透、彼此结合而产生的新学科。以国民经济发展和国家重大工程建设需求为牵引，根据学科专业自身的发展规律和趋势，通过不同学科的有机渗透与组合，构建新型的学科体系，是培养具有多学科知识背景、知识和能力结构合理、基础扎实、素质全面、适应性强的综合性人才的关键。跨学科专业设置不仅有利于学生奠定宽厚的基础，熟悉相邻的学科领域，形成合理的知识和能力结构，培养学生的科学整体意识和从多学科角度分析和解决问题的能力，从而有利于提高学生的创新能力[2]，而且还有利于推动学科专业自身在行业发展中的导向、孵化和领先作用。跨学科课程教学有利于学生夯实创新基础；跨学科科研有利于培养学生创造性思维方式，完善改进科研创新方法，培养良好创新品格，开拓新的研究领域；跨学科学术交流更是有利于提升交叉科研的水准[4]。总而言之，跨学科教育以学科之间的交叉作为理论生长点，以解决综合性质的自然和社会问题作为现实启动点，是一种具有理论研究纵深性质和应用问题定向性质的多学科教育。跨学科教育一方面适应了现代科学技术发展综合化、社会问题复杂化的发展趋势；一方面提高了高等教育的教学质量，对于培养学术理论创新人才和高级复合型应用人才具有特别的重要意义[3]。
在水利水电工程领域，世界科技和工业发达国家都高度重视并优先采用信息和数字化技术，以提高水电能源开发利用的综合效益。20世纪末，美国根据本国水电能源发展战略考虑、以及在该领域面临的挑战和机遇，首先提出了利用先进的计算机控制技术、遥感技术和空间数据信息系统等信息化工程平台，在水电能源最优规划、开发、运行、控制和管理中将水电工程置于水文气象系统、水利系统、电力系统和生态环境系统之中，统筹研究，优化协调发展。在解决防洪、发电、航运、灌溉、水土保持、以及流域经济可持续发展等问题上，实现综合开发和利用。目前，如美国、法国、德国、俄罗斯、加拿大、日本和西班牙等，在水电能源领域的基础理论研究和应用基础理论研究均已取得突破进展，并且，在应用技术研究和实际工程应用方面亦达到了很高的水平。
进入21世纪以来，欧美工业发达国家的著名高校已先后建立了以复杂水电能源系统为对象进行可变时空尺度多维耦合系统跨学科研究的数字化多目标柔性仿真平台，如美国乔治亚理工学院、德国慕尼黑理工大学、日本东京大学都设有流域数字化工程实验室，以复杂水电能源系统为依托，从事与数字化技术密切相关的基础性和应用性研究，为学生的实验教学、课程设计、毕业设计、学位论文以及课程创新活动提供了优越的条件，对培养杰出优秀人才产生了重要作用，为发展这些国家的高新技术发展做出了重要贡献，走在世界的前列。
水利水电工程专业是新中国成立伊始建立最早、培养学生最多的专业之一。由于历史的原因，该专业建立初期主要是沿袭前苏联经验，专业内涵正如其俄文名称为河川枢纽与水电站水工建筑。其后，专业名称先后变更为水利水电工程建筑、水利水电建筑工程，直至1998年后的水利水电工程。专业名称的改变，反映了不断深化内涵拓宽外延和适应现代水利水电工程建设发展的需求。2005年11月，教育部水利学科专业教学指导委员会在修订《水利水电工程本科专业规范》时提出：水利水电工程专业“主干学科为水利工程，并以其中水工结构工程、水力学及河流动力学、水利水电工程三个二级学科为主”，其中“水利水电工程学科以大型水电站（抽水蓄能电站、潮汐电站）、泵站为主要研究对象，研究和解决水电能源规划及动能经济、水电站/泵站水力学、水电站/泵站结构、水力机组控制及过渡过程、抽水蓄能及新能源技术等水利水电工程的规划设计理论和关键技术问题”，在专业内涵方面，突破了建国以来一直以水工结构工程为主的限制，符合“建管并重”的实际需要。
水利水电工程科学是研究自然界水电能源运动规律以及改造自然人工措施的科学，是一个具备多学科交叉渗透融合特性、发展前景十分广阔的领域。水电能源的综合研究是国民经济中的重要内容，关系到政治、经济、生态与环境等诸多方面，备受国际学术和工程界的关注。在这一研究领域中，一个极富挑战性的问题是如何实现流域或跨流域不同时空尺度灾害防治和水电能源最优规划与开发，从而使水电能源系统在现实世界中最优运作。与这一目标相联系的关键问题在于建立一个探索流域水电能源复杂巨系统运行机理和揭示其自然规律、基于空间信息科学的多目标柔性仿真系统及其数字化工程平台，以解决未来流域水电能源开发利用过程中存在的重大科学和关键技术问题。我国水能资源富集，时空分布不均，举世瞻目的西南跨流域大规模水利水电工程建设代表了当今世界水利工程科学技术的最高水平。尤其是不久的将来，随着我国流域和跨流域特大型水库群投运，新的时空背景场下水电联合优化运行与控制管理中的安全、稳定、高效问题日益突出。因此，秉承“继承与发展”的方针，紧密跟踪与引导学科发展趋势，促进学科交叉与渗透，完善人才培养目标，调整专业课程设置将在水利水电工程学科专业高素质人才培养发展中具有极其重要的意义。
3 加强水利水电工程跨学科人才培养的基本思路
华中科技大学水电与数字化工程学院目前在国内同类学科中所具有的特色和优势在于，涵盖的专业领域宽广；学科交叉与融合特征明显，边缘学科与新兴学科学术研究活跃；注重应用现代高新技术手段提升和改造传统学科；有一支实力雄厚、结构合理、开拓创新的师资队伍。近年来，在积极发展本科教育的同时，大力稳妥地发展了研究生教育，逐步形成了综合性、开放式、研究型办学模式。这都为培养跨学科人才，提供了强有力的依托，并在此基础上，形成了适合学科特点的培养跨学科人才的思路。
3.1 遵循自身规律，打破专业壁垒、促进学科交叉与融合
紧密围绕国家水利水电工程战略发展的重大需求，以信息技术手段推动传统水电专业的发展，进行专业方向的协调与整合。以“水利水电工程”和“水文学与水资源”专业为基础，以“系统分析与集成（理科）”和“空间信息科学与技术”专业为学科增长点，引入学科交叉，完成传统学科专业深化内涵、拓展外延的转变和建设，突出系统科学和信息技术在传统水电专业发展中的作用和特色，以适应社会和国民经济发展的需要。
学科的发展有自身的规律，不同学科的相互渗透、交叉和综合已成为科学知识创新的主要途径。专业壁垒阻碍了学科间的交叉，不利于学科的发展。在跨学科人才培养中，须遵循学科发展规律，打破专业壁垒，以适应学科发展的需要。我国水利水电工程建设规模日益庞大，由建到管和流域梯级水库的控制运行已成为学科前沿和工程应用亟待解决的问题。学科分化是学科交叉与融合的基础，没有分化也就谈不上交叉与融合。交叉与融合的目的也是为了派生出新的学科方向，促使学科不断分化，产生边缘科学、交叉科学，从而形成高、精、尖专业方向与突破性的技术。总而言之，学科的交叉与融合的目的在于实现学科大跨度构建，实现学科的交叉、综合和渗透，从而培育出新的学科方向。学科融合、学科大跨度建构有利于跨学科人才的培养。
3.2 构筑以学生为本的教育体系，创建新的跨学科人才培养模式
深化教学体系、内容与方法的改革，着力创建“现代培养模式、现代课程体系、现代教学内容、现代教学方法”必须以国民经济发展和行业工程建设的战略需求为牵引，以重大工程实践的科学问题为载体，通过强化基础教学，并在学科（数理）基础、实践（工程）训练、外语能力、计算机应用水平和文化素质五个方面，形成教学改革的优势和特色。几年来，学院突出“信息化水电”人才培养目标和特色，以“数字流域工程”为落脚点，在研究生制定水利水电工程、水文学与水资源、系统分析与集成、空间信息技术四个专业的培养计划的同时，认真规划和制定具有前瞻性的“水利水电工程”专业本科生培养方案。在保证水利水电工程专业通识基础课程的基础上，完善人才培养目标和规格，适当调整传统水电课程设置，增加控制技术、计算机应用、地理信息系统、遥感信息技术、复杂系统建模与仿真、系统科学等方面的课程，以适应现代水利水电工程专业发展的需要。
此外，抓好专业基础课和专业课实验基地的建设，使学院专业基础课和专业课实验教学水平保持国内一流；特别是重点抓好专业实验室的建设规划，使专业实验达到综合性、交叉性、研究型、开放式的要求，开阔学生的眼界、加强学生触类旁通的能力、提高学生的实践能力与创新能力，为跨学科人才培养打下坚实的基础。
3.3 招收跨专业跨学科学生，实施跨学科人才培养计划
高质量的生源是高水平人才培养的基础。实践证明，鼓励和吸引更多的人跨学科、跨专业报考研究生是研究生拔尖人才培养的一项重要措施[2]。在生源方面，学院继续贯彻“引入学科交叉，避免近亲繁殖”的思路，制定有关鼓励跨学科招收研究生的政策。第一，对跨学科的招生名额分配给予必要的倾斜政策，以支持跨学科的学科发展和人才培养；第二，采取措施鼓励导师跨学科招生。扩大外系、外校生源比例，除水电及相近专业学生外，重点选择自控、计算机、应用数学、土木、力学、地理信息系统等专业的优秀学生。
学科发展呈现的新趋势是各门学科不断地交叉，同时又加速地综合，使学科朝着一个领域内不断深入和多个领域综合交叉的整体化方向发展。学院可以利用现有的学科点，吸收其他学科的老师参加跨学科课题的研究，使研究生学习到多学科的思维方式，了解其他学科的发展动态，提高研究生的培养质量。另一方面可以提高其他学科老师的素质，通过研究生的科研增加这些非学位点学科的科研成果，使学科建设上水平。此外，这种研究生培养方式对学位点所在学科也是一个研究方向拓宽或形成新方向的过程，一来可以提高培养质量，二来可以拓宽学科的研究领域，促进跨学科创新人才培养。
3.4 探索完善集体指导模式，激励跨学科的互动
深化研究生培养体系改革与实践，坚持“质量是研究生教育的生命线，创新是研究生教育的灵魂”。在过去几年中，学院以“水电能源仿真中心”和“数字化工程与仿真中心”为基地，对研究生的指导方式进行了积极的探讨，采取导师组集体指导模式，积累了相应的经验。
由于导师组成员从事的研究方向和涉猎的学科领域各有不同，这种集体指导模式可以有效的加深研究生对不同学科、领域之间的了解，拓宽研究生的思维。同时，也能把研究生引导到学科交叉的突破点上，合理、适度、持续的激励跨学科的互动，形成学科之间的协同效应。研究生通过汲取精华的方式，集各家所长，构建新的学科体系；通过新的学科体系，促进跨学科人才培养创新体系，建立一系列立足于新兴交叉学科领域的概念、关系、方法以及评价标准，进而形成一个有内在逻辑的新知识体系。此外，这种集体指导模式，还鼓励研究生参与交叉学科的教学、研究，承担助教助管的工作，这样不仅有利于学科的发展，师资人才的储备，更加有利于创新教育的开展和跨学科人才的培养。
4 结论
随着我国国民经济的迅猛发展和大型水利枢纽工程的建设与相继投运，水利水电工程建设及其运行、控制和管理的人才培养目标、规格和需求发生了显著的变化。如何针对水利水电工程运行管理中的重大科学和关键技术问题，通过学科交叉实现跨学科高层次人才培养，不断跟踪水利科技发展前沿，优化专业规范建设和调整专业课程设置，适应现代水利发展需要，是当前水利水电工程学科专业发展的重要命题。为此，针对国内外水利水电工程学科专业的发展趋势，探讨了在该学科专业通过学科交叉开展高层次人才培养的理论依据，提出了培养水利水电工程跨学科高层次人才培养的基本思路和方法，对水利水电工程学科专业人才培养模式的探索与实践具有借鉴和指导意义。
参考文献
[1] 江泽民.论科学技术[M]. 北京中央文献出版社. 2001：214.
[2] 卢建飞，吴太山，吴书光等. 基于交叉学科的研究生创新人才培养研究. 中国高教研究[J]，2006（1）：46～48
[3] 李文鑫，胡甲刚. 跨学科人才培养的思考与探索. 国家教育行政学院学报[J]， 2004，（3）：43～47
[4] 程仕平，徐慧，李丽琴. 交叉学科：培养研究生创新性的摇篮. 中国高等教育[J]，2005（15）:58～59