地学和信息类交叉学科研究生的培养模式研究

王媛妮，张冬梅，汪校锋

（中国地质大学（武汉）计算机学院 湖北 武汉 430078）

1 交叉学科研究生培养背景与现状

目前，科学研究的发展已经从单一学科向多学科渗透，通过对多学科交叉进行相关研究并取得了一些显著成果，同时探寻一些研究难题的突破口。近年来，多学科交叉融合问题在高等教育方面受到了极大关注，尤其在人才培养机制方面也在积极探索多学科交叉。比如美国、加拿大等国先后启动了研究生教育交叉人才培养建设项目[1-2]。国内大学如中国科学技术大学、北京大学、浙江大学、清华大学也相继开展了研究生多学科交叉培养的相关举措，这些跨学科交叉培养模式极大地促进了研究生教育的发展。随着云计算、物联网和大数据技术的发展，地质资源环境产业从传统的粗放型、劳动密集型向数字地球、智慧型转变，因此我校地学大数据、遥感大数据、环境与健康等交叉学科应运而生。

交叉学科的培养模式与传统单一学科有所不同，培养的人才不再局限于某一学科的知识领域，而是融合了多学科知识背景与领域。交叉学科的培养模式势必催生出一些新兴特色学科，从而带动研究生教育的创新性发展。然而交叉学科体系的构建不是简单地将几门学科机械式叠加，需要多学科间交叉重组、跨学科相互协作、全方位构建平台等，人才培养方案与质量评价等诸多方面都需要开展创新性的研究。

2 面临的问题与具备的运行机制基础保障

2.1 面临的问题

尽管在学科交叉人才培养方面已经涌现了一些探索和实践，但仍面临一些问题。主要表现在以下几个方面：

2.1.1 交叉学科学生知识体系

受专业学科制约，大部分学生面临专业知识储备不够、交叉学科知识涉猎较少、前沿研究把握不够或了解甚少等问题、无法建立起交叉学科对应的知识体系，严重影响和制约了交叉学科的发展。

2.1.2 交叉课程体系优化设计

传统单一学科为主的研究生培养方式，单学科知识较为系统和完整，但内容缺乏综合性和交叉性，学生的知识面不够宽泛、思维不够活跃，视野不够开阔。课程体系需进一步优化。

2.1.3 交叉学科间的资源共享

交叉学科间的交流、合作等环境较薄弱。学生学习本专业之外其他专业知识的动力和途径不足，导师与其他学科老师学术交流活动开展不多，同时一些平台资源并没有实现很好的共享，因此还需加大经费投入平台建设，有计划地建立交叉学科研究平台、协同创新中心等。

2.1.4 多维创新人才培养模式

联合培养的模式不够清晰，国内外、校内外各主体间缺乏协作。双导师或导师组须联合制订交叉培养方案，导师间需有效沟通以充分发挥多导师的优势，但缺少有效完善的考核评价体系激励各方交流与沟通。

2.1.5 交叉学科创新机制及考核评价体系

目前缺乏专门针对跨学科研究生培养的规章制度，各方主体共同参与跨学科研究生培养的主观意愿不足，需设立以创新为驱动的质量管理机制，以满足新经济体对复合型人才的需求。通过制度建设推动学校与企业、科研院所的深度合作，鼓励教师带领学生参加各类竞赛活动，构建多元化交叉创新人才培养模式。

2.2 交叉培养运行机制具备的基础保障

以中国地质大学计算机学院（以下简称“我院”）为例，学院面向国土、资源、环境、空间信息等领域的行业需求，建设特色鲜明的人才培养与科学研究体系。学校在建立“宜居地球”国际研究型大学的目标下，确定了“地学大数据”特色发展方向。目前建有“智能地学信息处理”湖北省重点实验室、“智慧地质资源环境技术”湖北省工程研究中心、“地学大数据”湖北省引智创新示范基地。这些为学院进行交叉学科研究生培养提供了保障。同时以地学大数据研究团队和环境学院基金委创新群体水资源与环境研究团队为代表，具备事水文、环境、地质灾害等相关领域的理论与应用，以及高性能计算支持下的地学大数据智能处理理论、方法和技术研究，长期以来，学院在地学和信息学科交叉科学研究、人才培养方面积累了丰富的经验，为交叉学科研究生创新教学模式的实施奠定了坚实基础。

3 交叉学科研究生培养模式初探

交叉学科人才培养具有专博、创新、实践、协作等特点，在借鉴欧美高校经验的基础上，我院结合国内高校探索实践，依托优势学科构建多学科交叉的研究生人才培养模式体系，建立融合多学科的课程体系，同时搭建五位一体的复合导师团队、重构跨学科考核评估体系、拓展多维创新人才培养共同体等措施，进一步完善地学与计算机学科交叉的人才培养机制，切实达到培养创新型复合人才的目标。我院建立的基于多学科交叉的研究生人才培养模式，在一定程度上对于多学科交叉研究生培养中存在的问题提供了一种解决思路。

3.1 搭建交叉学科培养方向体系

当前地球科学研究面临着新的发展范式和发展趋势：“注重学科交叉，尤其是与系统科学和信息科学的交叉，将地球作为一个整体系统进行交叉集成研究”[6]。

我院研究生培养模式注重交叉学科的发展，下设三个交叉方向，即地学大数据方向、地质环境与健康方向和遥感科学与技术方向。地学和信息类交叉三个方向的具体框架如图1所示。

图1 地学和信息类交叉三大学科方向

地学大数据方向以“高性能计算平台、关键智能算法和核心软件”建设为核心，以基于大数据的地质过程计算与数值模拟和地质科学大数据挖掘与集成理论、方法与应用为主要研究方向，开展高水平的地学大数据研究，为我校逐步建设具有国际水平的固体地球科学大数据研究中心提供技术支撑。

地质环境与健康方向主要培养具有系统的环境地质医学、地质环境健康诊断、环境地质生态学、环境地球化学和环境地球生物学等科学与技术理论基础知识，同时具备相关的实践动手能力，了解环境科学与工程、地质学、生态学等相关学科领域的前沿，并掌握相关的专业知识技能，能适应环境地质与公共健康和我国社会发展需要的高级复合人才。

遥感科学与技术方向又分为三个学科方向，包括遥感科学、遥感技术、遥感应用。内容涵盖了大气遥感、海洋遥感、林业遥感、农业遥感、环境遥感、生态遥感及其他前沿应用。遥感交叉学科的建立，为我校地球科学研究提供了不可或缺的观测平台，提供了地球科学与信息科学的交叉手段，提供了面向市场、服务用户、实现对地球管理的抓手。面向“美丽中国、宜居地球”的中长期规划，遥感交叉学科的建立，将补全中国地质大学地球科学研究支撑技术中最大的一块短板。

3.2 构建基于多学科交叉融合的课程体系

以创新型交叉复合人才培养为目标，在课程体系设置上兼顾了多学科的交叉、考虑了多学科的相容问题，对多学科涉及的知识体系结构进行了针对性的深入研究。我院开展了大量的调研工作，摸清目前研究生学科交叉人才培养模式存在的问题，针对问题提出了改革对策和建议，构建了基于多学科交叉融合的课程体系。多学科的课程开设既满足了学生知识层面的要求，也注重培养学生在交叉学科方面的思维能力，从而为他们将来所从事的某一个方向的深入学习和科研打下坚实的基础。

地学大数据方向研究生专业开设了地学和大数据、人工智能方面的研究生核心课程，如“大数据技术原理与应用”“算法设计与分析”“数据挖掘与机器学习”，以及与地球科学相关的核心课程，如“地质过程数值模拟”“勘查地球化学空间模式识别”“地球物理及勘探方法”等。毕业生具备地球科学大数据分析和挖掘、大数据系统架构设计、智能算法设计等能力，具有较强的国际竞争力和创新能力。学生毕业后可在相关地球科学领域继续深造，或在信息技术相关领域胜任大数据算法实现、数据分析、软件设计开发等工作，以及大数据相关理论研究、新方法和新技术研发等探索性工作。

地质环境与健康方向的主要专业课程包括环境微生物学、水文地质学基础、环境评价、环境监测、普通地质学、第四纪地质学、环境规划与管理、基因组学技术、环境地质学、大数据分析等。通过与地质学、生态学、环境健康科学、化学、物理、水文学/水利学等学科有机融合，并对不同研究方向有所侧重，形成了该方向的特色优势学科。利用地质环境与健康学科中地质学与环境科学、生态学等相结合的优势，研究范围还可拓展到计算机科学与技术、地理科学、公共管理及流行病学等学科领域，为这些学科方向的深入学习和科研打下坚实的基础，为满足国家和社会的重大需求做好准备。

遥感科学与技术方向培养方案中设置地理信息科学的基础理论、大规模时空数据的理论与算法、空间数据分析与挖掘以及高性能地理计算理论与方法等方面的课程。高分辨率卫星遥感、地理信息等高端技术不断涌现，大数据信息共享与提取、多样化测绘地理信息产品定制服务等问题，也对遥感科学与技术学科人才培养提出了更高的要求。

跨学科的关键在于知识整合，科学合理的课程体系是打牢专业基础的关键。从学科间的相关性和知识结构的整体性出发，围绕创新能力培养、以问题为导向引领多学科知识整合，研究有机融合的综合课程体系。我院研究生教学除了建立跨学院、跨学科的选课机制，就一门具体课程还会不定期组织教学内容更新，课程体系优化以及交叉学科创新实践活动如自行设计实验方案等工作。研究生课程讲授形式多样化，包括短期授课、专题讲座、学术研讨等。

3.3 建立产学研用学科协同的培养创新平台

交叉学科研究生培养成效与协同创新程度相关，需跨学校、跨院系、跨学科间的协作研究。我院在整合高校、科研院所等机构有效资源的基础上，建立了协同创新的培养模式，促进了学科间的多元互补。具体举措包括：①与企业合作建立校外实践基地，将校内教学与实际工程实践结合。②瞄准国家重大需求和国际学术前沿优选交叉学科科学问题，如低碳生态、全息监测等跨学科研究方向，引导研究生选题，提升研究的创新性。③依托交叉学科科研平台，邀请相关领域的专家，定期组织各种学术交流活动，如学术会议、专家论坛等，搭建良好的多元学术交流平台。

3.4 搭建五位一体的复合导师团队

建立交叉学科导师组联合培养模式，我院搭建了“教学管理-学生工作-导师-研究生-校外专家”五位一体的团队模式。复合导师的指导贯穿整个研究生培养过程，从培养计划的制订、论文选题开题、学术活动的参与、科研项目的参与等各个方面建立一种互馈机制，跟踪研究生培养全过程。不同学术背景的教师跨学科联合授课拓展，通过项目合作、实验外包等开展多学科合作并共同发表学术论文。此外，导师还通过不同专业研究生间的合作交流，对学生进行多专业、多学科的引导，加强其跨学科创新能力。相比单一学科选题的学位论文，论文产出质量和影响因子更高。

3.5 重构跨学科考核评估体系

学科交叉与融合并非完全自发的实现，需要有效的考核评估体系进行科学的引导，只有这样才能更好地推动交叉学科的发展。科学的跨学科考核评估体系是交叉学科研究生培养教育体系不可缺少的重要组成部分，需要从制度上鼓励不同学科和机构之间的交流与合作。我院按照“课程-研究-实践”三位一体建立起相应的类别考核标准，建立以协同创新为导向，多元化并重的考核体系。针对交叉研究生的培养过程，加强其过程考核，同时为了提升学生的交叉复合创新能力，将相关能力考核譬如科研能力、竞赛能力、多学科交叉解决实际应用开发能力等一并设计到考核评估体系中。

3.6 拓展多维创新人才培养共同体

积极开展院际、校际和国际交流与合作。交叉学科研究生培养主要采取跨单位跨学科（专业）联合培养和国际与国内联合导师组培养模式。跨单位跨学科（专业）联合培养主要是在校内开展同单位跨学科（专业）联合培养，依托重点学科，利用国内外一流高校、中国科学院等单位的优质师资力量，进一步拓展培养模式，开展跨单位跨学科（专业）联合培养。国际与国内联合导师组培养模式主要采取与美国IIT大学、加拿大滑铁卢大学等开展国际间跨学科（专业）联合培养，将校内导师拓展为国际与国内联合导师组培养模式，拓宽高层次复合型创新人才的国际视野，构建多元化交叉创新人才培养模式，增强学生的国际竞争力。

4 结语

随着计算机学科的发展，计算机技术不仅在传统地质学中应用广泛，在地学相关的其他学科中也发挥着重要作用。在学科交叉背景下探究地学和信息交叉学科的研究生培养模式，对于全面提高传统地学学科的创新能力及研究生的科学素养非常重要，它将成为研究生人才培养的新形式，成为提升研究生质量的重要手段之一。交叉学科研究生培养模式的建立也无疑将带动多学科的协同发展。

论文以中国地质大学（武汉）计算机学院开展的地学与信息类交叉学科研究生培养模式为例，针对性地对基于学科交叉的研究生培养模式开展深入研究，从交叉方向的建立、课程体系、创新平台、导师团队、考核评估、培养共同体等方面探讨了交叉学科研究生的培养模式。论文为地学与信息类交叉学科研究生培养中存在的问题提供了解决思路，具有较强的实践指导意义。论文的研究增进了传统学科和新兴信息学科的互融，建立了学科间的相互联系，开创了新的研究领域。