新工科背景下我国高等学校学科基础课程跨学科教学改革探索

摘要：基于新工科教学理念及学科基础课程的定位特点，通过对教学育人目标、教学内容、课外实践、评价方式、保障制度等进行分析，探讨如何有效提升学生科学思维与分析解决问题的综合能力，期望为我国高等学校学科基础课程跨学科教学改革提供参考。

关键词：新工科；跨学科教学；学科基础课程2018年8月，教育部、财政部、国家发改委联合发布的《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》指出：“打破传统学科之间壁垒……整合相关传统学科资源，促进基础学科、应用学科交叉融合，在前沿和交叉学科领域培育新的学科生长点。”吴爱华等指出：“新工科”建设应该探索多学科交叉融合的新型人才培养模式，通过开设跨学科的课程，建设跨学科的项目平台，构建跨学科的教学管理组织机构，组建跨学科的教师教学团队，进而全面推进学生的跨学科实质性合作学习。[1]作为新工科课程体系的重要内容，跨学科教学的重要性日益凸显。与老工科相比，新工科更强调学科的实用性、交叉性与综合性。然而，我国目前大部分高校基本承袭上世纪50年代院系设置和课程体系。学科、专业、课程的分化在保障知识结构的逻辑性与系统性的同时，也不可避免地削弱了学生综合能力的塑造，不利于对综合型、实践型、创新型人才的培养。如何突破高校现行的教学机制，快速有效开展跨学科教学，是推进我国高等学校新工科建设的重要保障。本文将着重讨论学科基础课程的跨学科教学改革，其观点与方法也可以为通识、专业、实践课程所借鉴。

一、跨学科与跨学科教学的发展与内涵

（一）跨学科的发展

1926年，美国哥伦比亚大学著名心理学家R. S. Woodworth首次提出“跨学科”，指代超越一个已知学科的边界而进行的涉及两个或两个以上学科的实践活动，主要强调学科间的合作。[2]在起初的文献研究中更多的是用“合作研究”指代“跨学科”，到了第二次世界大战，迫于战争急需研制新型武器，来自不同学科和专业的科技人员共同协作，将跨学科理论研究推向实际应用。战后恢复时期出现的各种复杂问题又进一步从政治、经济、文化、教育等方面推动了跨学科研究。二十世纪中期，“跨学科”逐渐在欧美国家各种刊物中盛行。随着“跨学科”的深入研究，“跨学科”衍生出群学科、多学科、横学科、超学科、交叉学科等以本学科为主、相关学科间不同层次的科学活动术语。1972年，经济合作与发展组织教育研究与创新中心围绕跨学科组织了一场专题研讨会，并发表题为《跨学科：大学教学与研究问题》的论文集，明确提出“跨学科”的定义：“跨学科是两门或以上不同学科之间的相互联系，从思想的简单交流到较大领域内教育与研究的概念、方法、程序、认识论、术语以及组织之间的相互联系。”[3]1980年，跨学科学研究国际联盟成立，标志着跨学科研究的正规化，之后跨学科研究得到蓬勃发展并传入我国。1985年，刘仲林教授首先给出了跨学科学的内涵和基本问题，并先后出版《跨学科学导论》《跨学科学教育论》《现代交叉科学》等著作，推动了我国跨学科研究和跨学科教育的研究与实践。经过近一百年的演变与发展，“跨学科”如今已被广泛应用于我国科学研究领域。跨学科通过整合不同学科的知识与方法，能够更好地解决复杂的实际问题。这种解决问题的方法不仅体现在研究领域，也体现在教育实践中。跨学科教学便是“跨学科”在教育领域的应用范畴。

（二）跨学科教学的内涵

随着科技的发展、社会问题的日益复杂，社会对个体的综合素养提出了更高的要求，不仅需要深厚的专业知识，还需要相关领域的综合能力。在这个背景下，许多教育学家认为知识的专门化割裂了知识的整体性，难以培养具有独立思考和对知识融会贯通的具备综合素养的人。典型代表有美国的教育家约翰·杜威提出的“综合学科”概念，意图打破学科之间的界限。20世纪初，美国哈佛大学教育研究生院Project Zero的首席研究员Veronica Boix-Mansilla提出：“跨学科学习是个人和群体将两个或两个以上学科或已确立的领域中的观点和思维方式整合起来的过程，旨在促进其对一个主题的基础性和实践性理解，该理解超越单一学科的范围。”[4]在此之后，关于跨学科教学的定义层出不穷。尽管角度不同，但都突出跨学科教学的一个特点：“以一个学科为中心，在这个学科中选择一个中心题目，围绕这个中心题目，运用不同学科的知识，展开对所指向的共同题目进行加工和设计教学。”[5]总的来说，跨学科教学的发展是经历了长期的积累和不断探索的过程，其核心表征为“1+x”，即以本学科为中心结合多学科研究视野，全面认识与解决问题。

（三）学科基础课程的定位与其跨学科教学的价值

学科基础课程作为工科课程体系的基础支柱，涵盖了学科的核心领域以及后续专业课程所需基础知识背景与框架，为学生提供核心的概念、原理、基本方法与技能。对学生学科基本能力的塑造、思维方式的训练，是学生未来专业学习与能力拓展的基石。新工科对高校工科人才培养的要求推动了我国高校工科专业课程体系的改革与升级。新工科建设强调跨学科合作、实际应用和创新能力的培养，要求学生具备更广泛的技能和综合素养。跨学科教学的功能与新工科对人才培养的需求相契合，学科基础课程的特色与定位决定了课程进行跨学科教学的天然优势。学科基础课程在注重学科本身纵向知识的深入与专研基础上，横向融合多学科相关知识、思想与方法，使学生能够将所学知识融会贯通，从简单的专业案例应用过渡到对实际问题的分析、解决，这种以“1+x”融本学科与相关学科知识、思维和能力为一体的教学活动有利于复合型、创新型、卓越型的新工科人才培养，不同学科的联动有助于激发新灵感、新思想、新方法，为培养适应未来工程领域需求的人才提供更全面的教育支持。

二、学科基础课程跨学科教学实施路径

学科基础课程作为工程基础教育的载体，是新工科课程体系的重要组成部分。在教育教学实践中，学科基础课程教学可以在传统的学科分类和知识体系基础上融入专业要素和课程实践，以适应新工科背景下的卓越工程科技人才培养需求。在跨学科教学实施过程中，可着重凸显以下要素与内容。

（一）确立学科基础课程跨学科教学目标

教学目标是指在教学过程中所期望的学生在知识、方法、技能、态度和情感等方面达到的具体成果和表现。它指明了教学的方向和目的，是教学设计的基础和衡量教学成效的标准。与传统课程教学相比，跨学科教学目标需要突出学科之间的交叉关联和综合性特点，让学生在面对实践问题时能够灵活运用所学知识、方法和技能。

教学目标的确立是否适当，需要教师结合所在高校的定位和办学理念、学校的特色和重点发展方向，针对学生所学专业的特点、人才培养方案、未来发展趋势以及就业需求进行判断。根据新工科对人才素养的需求，学科基础课程的跨学科教学目标可以包括培养学生的综合分析能力、解决问题的能力、创新思维以及团队合作能力等方面。确立适当的跨学科教学目标能够帮助教师更好地规划和实施课程，提高教学质量，提升学生面对日益复杂和跨学科性问题时的应对能力，激发学生的创造力和批判性思维，使其在未来的学习和工作中更加适应并具备竞争力。

（二）构建专业课程要素集成的教学内容

教学内容是实现教学目标、传播知识、技能和价值观的主要载体，承载着教育者的教学理念和智慧，也是提高教学质量、实现人才培养的核心要素。工科类学科基础课程的基础性和普适性特点，决定了课程在选择教学内容时要适应新一轮的科技革命和产业加速变革对人才基础知识和能力综合塑造的需求。与传统单学科纯理论教学的普教性不同，新工科对不同工科类的人才培养有着不同的要求，学科基础课程应该根据面向的工科专业特点进行精练处理，梳理本课程与各专业课程间的关联性，融入专业要素，有针对性地进行教学内容选取，在兼顾专业学习的阶段性和系统性的同时强调学科基础课程的专业提升价值。

围绕创新能力、实践能力和综合素养的人才培养目标，学科基础课程教学内容的选取可以将本课程按知识模块、专题模块为主体，以知识和思想方法为主线，全面整合授课学生所学专业课程相关概念、案例、技能，通过将专业要素融入到学科基础课程，促使学生将理论知识、方法与专业应用相结合，更深入地理解教学内容的内涵和价值，多角度、多维度促使学生进行跨学科的思考和学习，提升学生的综合分析能力、问题解决能力，有助于培养学生的综合能力和专业素养，为其后续的专业学习打下坚实的基础，助力我国工程人才培养。

（三）增设跨学科综合能力提升的课外实践

新工科背景下，工程教育聚焦培养实践能力强的新型工科人才。在新工科课程体系建设中，兼顾“学科理论体系”与“专业实践探索”双重培养功能的建构，结合实际课程需求与毕业要求，深入学科专业性，科学化、合理化地融合工程实践情景，一定程度上决定了新工科人才培养的深度与广度。我国著名力学家、中国航天之父钱学森先生在对工程学进行定义时曾指出：“工程科学主要是研究人工自然的一般规律，是理论研究和应用研究的结合，主要探索基础理论的应用问题。”[6]加强学科基础理论教学过程中理论与实践的一体化教学，并做好它们的衔接工作，通过真实或仿真的工程案例能够将理论知识与实际应用紧密结合，为学生提供一个理论知识应用于实际场景的机会，缩小理论与实践之间的鸿沟，全面、深入地理解后续专业课程在解决工程问题中的关联与地位，以便更好地掌握基础知识，应对工程实践的挑战。

为了实现这一目标，教师在备课过程中，要精心挑选与课程内容密切相关的工程案例，确保案例的典型性、实用性和启发性。在实践过程中可以案例为线索，引导学生逐步深入思考、探讨理论知识，鼓励学生积极参与并发表自己的见解，激发学生知识的“再创造”能力。针对专业性较强的案例，以组织学生实地考察或实验方式为主，提高学生的感悟能力和知识迁移直觉，加深学生对基础理论的理解和运用，激发学生求知欲，增强专业认同感。

（四）加强学科基础课程的思政载体作用

学科基础课程具有基础性特征，其知识结构、学科思想与方法等方面与后续专业课紧密衔接，涵盖了不同专业共同具备的基本知识和方法与技能，是提升学生学科直觉、学科兴趣、学科思维的重要载体，是学生掌握专业知识、培养其创新能力、综合素质和社会责任感的重要途径。

工科学科基础课程主要包括数学、物理、化学等学科。在传统教学中，这些课程注重理论知识的传授，课程中涉及的基本概念、原理、定律和公式是后续学习专业课程和解决实际工程问题的基础，在各个工程专业中都有广泛的应用。如数学在计算机科学、通信工程、电气工程、建筑工程等领域都有重要作用。然而，这些基础知识较为抽象，学生不易理解。专业案例的引入，跨学科教学的实施，具有化抽象为具体、变枯燥为有趣的运用意义。在引导学生面对复杂问题的分析与解决过程中自然蕴含科学思维的训练，案例背后的工程发展史、工程技术的成就以及工程科技人才的杰出贡献，可以在科学思维方法的训练下，强化学生工程伦理教育，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，为我国社会主义事业培养更多优秀人才。

（五）制定多元灵活的跨学科学习评价体系

当下各高校课堂教学评价虽已有成套的评价机制，但面临着不够精确、不够均衡、不够重视等问题。在新工科背景下，形成性评价被推上工程认证的必要环节。所谓形成性评价，是指其结果能够指导以后的教学和学习的评价。形成性评价注重并记录学生的学习过程，能够为教师和学生提供反馈，将在评价中收集到的信息用于调整教学以满足学生学习需求，从而提高教学质量。从这个意义上来讲，形成性评价符合跨学科教学对工科人才综合素质培养的评价需求，也能看到不同基础学生在学习过程中的进步与成长。通过形成性评价来确定学生应用知识和技能的能力情况，给教学实施提供改进依据。

基于新工科人才培养目标，设置跨学科教学形成性评价制度应该是多元灵活的。“多元”表现为多角度全方面的对学生的学习进行的量化评价，包括学生掌握知识、运用技能、综合应用等的评价。“灵活”则体现在学生综合素养评价有不可测量性和多变性等隐性元素。如学生在学习中的一些思考、疑问、对事物的分析与看法以及在后续专业课的学习中是否能运用本学科的思想与方法对复杂问题的分析与解决等。根据评价目标，在不同教学流程中辅助现代信息技术，分课前诊断形成性评价、课堂表现形成性评价、课后总结形成性评价组成跨学科教学评价体系。此外，在跨学科实践教学中，对小组任务探究、资料查阅、整理汇报等任务建立多元隐性评价对学生运用知识与技能的情况有着更为完整、科学的检测，更符合新工科对学生全面发展的评价要求。在分层任务中可以实现个体差异化发展，实施针对个体差异化教师指导，调动全员参与，落实全员全过程多元化评价。