以《分子光谱》课程为例探究交叉学科课程教学模式的建设

以《分子光谱》课程为例探究交叉学科课程教学模式的建设

白西林*

山西师范大学物理与信息工程学院，山西 太原  030031

摘　要：

交叉学科是现代科学向综合性发展的趋势，同时也是我国经济转型升级和培养复合型人才的需要，我国高等教育教学体系应当大力推动学科交叉建设研究。然而我国交叉学科建设面临诸多问题，如何有效加快与完善交叉学科建设成为亟待解决的问题。本文通过以《分子光谱》课程为例，通过借鉴国外研究型大学在交叉学科建设方面成熟的经验，从交叉学科理念、教学质量评价体系、综合创新型人才队伍和科学管理体制等多方面着手分析交叉学科课程教学模式建设的必要性并提出了解决对策，完成交叉学科的教学目标，最终实现现代科学技术的发展和综合创新性人才的培养。

关键词：交叉学科、分子光谱、教学模式

1 国内外研究现状及选题价值   

随着科学技术的飞速发展以及社会的急剧变革，学科体现出既走向高度分化，又走向髙度交叉的显著特征。尤其是涉及到社会和经济发展中的一些重大问题, 往往涉及到多个学科, 例如环境问题、人口与资源问题和可持续发展等关问题, 仅仅从单一学科的角度来寻找完善的解决方案是不可能的。然而不同高校在交叉学科布局上冷热不均，差异显著[1]。如图一所示，从学科门类看，工学、管理学、理学类学科占总体的63%，成为学科门类交叉学科建设的排头兵；农学、历史学、哲学类学科仅占总体的6%，参与度相对较低。要想快速的提升经济结构，人类必须不断的去面对经济和社会的快速变化和挑战，这样才能更好的解决社会上出现的变化多端的问题[2]。单一的学科知识结构和狭窄的专业技能就会显得捉襟见肘，要解决这些问题，我们必须依靠多学科，特别是交叉自然科学的知识和技能。这不仅是时代发展的需求，也是我们高校教育的一种必然性选择[3]。

图一 交叉学科分布情况统计

百余年来的诺贝尔奖获奖者有41.02%属于交叉学科，尤其是21世纪以来，跨学科成果占半数以上，如2017年的诺贝尔化学奖（冷冻电子显微镜技术）、2018年的诺贝尔物理学奖（啁啾脉冲放大技术）和2021年的诺贝尔物理学奖（地球气候的物理建模、量化变化和可靠地预测全球变暖）。近年来中美分别发布了十大突破性技术，无论是基础研究还是应用研究，全球都在高度关注大数据、人工智能、生物医药等交叉学科领域。学科在社会发展和技术进步中不断演化，从最早的哲学、数学、物理、医学逐步分化形成现在的学科体系，又因为新的社会需求和技术革命开拓出新的研究领域，学科边界不断重塑、再造[4]。

从目前所掌握的资料分析，国内外已有众多教育工作者对高校交叉学科教育教学改革进行了探索。赵超樱等人将多门交叉课程的外文版章节和外文文献引入教学[5]，引导学生口述外文PPT报告，让学生了解交叉学科产生研究热点的机制和研究方法。这些教学改革探索工作将理论知识的学习、技术能力的训练和职业素养的养成贯穿于教学之中，有效地培养了学生的实践能力、创新能力以及团队协作能力，对我国高校教育水平的提升起到了积极的推动作用。然而，相比于发达国家，我国高校交叉学科研究的广度和深度都明显不足。因此，挖掘并解决相应障碍是切实深入推进高校交叉学科研究的关键。本研究以《分子光谱》课程为例探究交叉学科课程教学模式的建设，从促进学科交叉的资源配置方式、评价机制和考核激励机制等方面出发，对提升我国科学技术发展、创新性人才培养等问题进行了全面的探究。

2 本课题研究的问题及困境

在我国严峻的学科割据形势下，交叉学科的发展仍囿于传统的学科体制，而《分子光谱》又具有涉及的前置知识体系要求高、学习难度大、内容多等特点，导致学科之间的隔阂依然存在。如何开展好新型交叉课程将是一个非常具有挑战的课题，具体来说面临着以下几方面的问题亟需解决。

2.1 科研人员学科观念单一

科研人员学科观念单一主要表现在他们的研究内容往往只涉及到单一学科或者方向，且各学科都只在本科领域内开展研究。以院系为单位的考核和评价机制，也使得其学科交叉意识比较淡薄，影响了学科之间的互动交流。同时，学科带头人在超越本学科的战略思维、交叉学科的拓展和综合能力上受到各种限制，从某种程度上也阻碍了交叉学科的深远发展。除此之外，在交叉学科的研究能力上，科研人员应同时在两个或者以上专业领域均具有较深厚的学识功底，这是我国传统的学科培养模式所不及的。

2.2 学生理论知识体系欠缺

学习光谱学几乎无法避免的需要掌握《分子光谱》这门物理专业的必修课知识。分子光谱是提供分子内部信息的主要途径，根据分子光谱可以确定分子的转动惯量、分子的键长和键强度以及分子离解能等许多性质，从而可推测分子的结构。而这一课程在物理学专业培养方案中一般只会出现在研究生的选修课程中，并且由于《分子光谱》课程的内容极为丰富，需要掌握的知识点繁多，不少学生在选修课程时便会主动放弃该课程的学习。缺少这一课程的基础知识，将直接导致该课程的教学工作无法开展。

2.3 研究队伍薄弱

队伍建设是学科建设的关键和核心。如今，关于交叉学科的团队出现了“青黄不接”的局面，主要表现在以下几方面。学科梯队结构不合理，有待解决。学科带头人的研究水平还不够高或学科带头人年龄老化，较难担此重任。另外，学校虽然开始重视学术梯队建设，但由于措施不力、不当，出现“重引进、轻培养”的问题，会导致许多在职教师尤其是中青年骨干因其强烈的在科研上的成功需求难以满足而流失，从而使得引进的优秀学术带头人因缺乏相应的团队支持，其科研潜能无法被深度挖掘。

2.4 管理体制僵化

国内多数高校对于学科体制建设实行项目管理，由学术带头人领导学术团队，对于某一新型学科进行统筹规划、建设和实施。由于其管理方式并不一定能与学校管理体制自然耦合，特别是学校组织结构的科层化、官僚化，使现有学科管理机构庞大而僵化，因此造成了如今学科团队面对变化缺乏应变、适应和创新能力。同时，有效的学科绩效管理体系尚未真正建立，导致工作量多的人在考评中反而落后的现象，由此挫伤了教职工及科研人员的积极性。

3 推进我国交叉学科建设若干问题的研究方法

如今，新兴交叉学科具有知识体系以及教学体系的交叉复合型，思维的创新性，对其教学体系的规划毫无疑问有其复杂性和困难性，高校应根据循序渐进、边总结边实践的原则将交叉学科的培养以及教学模式渐渐规范化以及科学化。下面以《分子光谱》课程作为设想例子，推进新型交叉学科走出现实困境。

3.1 交叉学科理念认识的转变

在传统研究机构里，人们比较习惯一些传统的、固有的、对应单一学科的做法。如何转变科研人员的交叉学科理念认识是一个较为棘手的问题。以下的方式和渠道将有益于推动科研人员走出现实困境。根据现有学科情况，高校可通过多种形式和渠道，营造良好的交叉学科的学术环境和氛围。如开展关于分子光谱的交叉学科研讨会、学术交流会等，通过牵线搭桥，促进学术层之间的沟通与碰撞，形成学科交叉共识，发展创新性思维，为培育不同学科间交叉融合提供有力的思想基础。如麻省理工学院设置多种促进学科融合的品牌活动项目，如实验小组学习和跨学科非常规学术活动，活动人员由不同学术背景的专家教授及不同学科的学生组成，通过开展试验性讨论班、独立研究计划、高级计划和研究会等，来促进交叉学科环境下的教与学，推动跨学科的学术交流，深入开展交叉学科的融合和实践。

3.2 交叉学科理论知识体系的完善

知识体系是学科体系的重要组成部分，由于《分子光谱》涉及到基础学科领域包括光学，原子与分子物理，物理化学等基础学科的交叉，学生缺乏完整的知识体系框架。因此，如何构建科学完善的分子光谱知识体系是一个崭新的课题，而知识体系的构建要考虑“教什么、怎样学、如何教”三方面内容。接下来我们将对分子光谱知识体系构建的基本思路进行介绍。

首先，分层构建与本、硕、博培养层次相衔接。具体表现为人才培养分本科、硕士和博士三个层次，其知识体系构建亦应与人才培养层次相衔接，以便支撑相应层次的人才培养。与本科层次相对应的知识体系应包括主干学科物理学的基础知识，如普通物理、原子分子物理等。与硕士层次相对应的知识体系应主要包括高等原子分子物理、物理化学等。与博士层次相衔接的应该是分子光谱各主要研究领域的前沿理论动态、科研方法论与分子光谱研究方法、分子光谱发展的历史、现状与特点等理论性、前沿性知识。其次，加速分子光谱前沿理论知识转化。理论具有历史性，理论和知识在特定历史阶段具有同一性。理论与知识形成良性循环，有利于加速理论创新和知识更新，以便理论体系和知识体系日趋完善。最后，突出主干学科并充分体现多学科交叉融合。主要表现在分子光谱知识体系构建应充分吸收主干学科光学和原子分子物理的已有知识，同时还要根据需要吸收与分子光谱紧密相关的其他学科知识，充分体现交叉学科的特点。

3.3 综合创新型人才队伍的建设

随着全球生产方式和经济发展模式的转变，社会对综合创新型人才需求倍增。如何加快综合创新型的人才队伍是我们当前面临的一大难题，下面将从以下几个方面进行浅析的分析。一是加强人才的培训学习。要立足现有师资，有计划、有重点、合理地安排青年教师进行进修系统化、专业化的培训，提高本单位综合创新型人才的专业素质水平。二是加强交叉学科团队的建设。由于交叉学科涉及到不同学科之间的协调，应充分体现多元互补性，协调和谐性和开放流动性。学校层面要做好顶层设计与规划，搭建和培育交叉学科科研（课程）团队，立足优势学科群形成一批交叉学科团队。如《分子光谱》课程可以主要依靠物理和化学学院的师资力量和实验条件来建立这种有支撑点的交叉学科。三是注重人才的引进。根据学校综合创新人才培养的目标与定位，有目标、有计划地引进具有多学科交叉背景的人才，为本单位综合创新人才注入源头活水。四是科学使用人才。建立公开、平等、择优的用人机制，唯才是举，任人唯贤。对于获得重要发现的工作者或者研究团队给予物质和精神奖励，不断完善交叉学科人才成长激励和约束机制，着力营造人尽其才、才尽其用的外部环境条件。

3.4 科学管理体制的推进

新型交叉学科的建设离不开一套科学合理、行之有效的管理体制。首先，高校应设置交叉学科建设管理机构，专门负责制定学校交叉学科建设发展政策、规划和措施，统一协调解决与交叉学科建设有关的问题。同时，在创新管理方面，学校要从追求局部短期利益向全面长期发展转变。从项目管理向系统管理转变，包括顶层设计、项目申报以及成果转让等，从注重教学科研两个部门向注重调动全校教职工积极性转变。最后，学校还应鼓励教学骨干积极参与交叉科学研究，同时鼓励科研骨干参与教学任务，通过对不同考核评价系统的建设，从而将教师及科研人员的积极性、创造性调动起来。

4 总结

新型交叉学科的建设是高校集办学思想、人才培养、科学研究、队伍建设、社会服务等于一体的系统工程。国内高校需要从可持续发展的高度去审视，才能为国内大学的新型交叉学科建设构筑良好的环境。除此之外，从事交叉学科研究的人员，应当在国务院学位委员会对于交叉学科建设的支持下，进一步服务国家战略发展，建设国际化、复合型、创新型引领人才的一流交叉学科，解决“卡脖子”难题的创新平台，建立前沿领域、交叉学科联动发展的全新范式，不断书写新型交叉学科建设的华章。

参考文献：

[1]郑晓瑛. 交叉学科的重要性及其发展[J]. 北京大学学报:哲学社会科学版, 2007, 44(3): 141-147.

[2]王义遒. 学科“交叉”比交叉学科更重要[N]. 中国科学报,2021-12-14(007).

[3]马廷奇. 交叉学科建设与拔尖创新人才培养[J]. 高等教育研究, 2011，32(6):73-77.

[4]王冬梅. 美国高校交叉学科教育研究综述[J]. 比较教育研究, 2007，202(3):38-43.

[5]赵超樱.新工科背景下研究生课程《量子光学》的双语教学模式探索[J].课程教育研究,2018(49):256.

1 本项目得到山西省研究生教改研究项目支持，项目号：2021YJJG135