跨学科人才培养模式

伊阿宋

2020年10月7日，瑞典皇家科学院常务秘书戈兰·汉森(Goran Hanson)宣布，将2020年诺贝尔化学奖授予法国生物化学家埃马纽埃尔·沙尔彭蒂埃(Emmanuelle Charpentier)和美国生物学家詹妮弗·杜德纳(Jennifer Doudna)，以表彰他们“开发了一种基因组编辑方法”。

诺贝尔化学奖授予两位女性生物科学家，以表彰她们在基因编辑方面的跨学科研究，让跨学科研究再次进入大众视野。有人梳理了20世纪获得诺贝尔自然科学奖的466位顶尖科学家的知识背景，发现其中41.63%的人有跨学科背景。尤其是20世纪最后25年，具有跨学科背景的获奖者占该时期获奖者总数的49.07%。可见，多学科知识结构是创新人才素质的核心要素和显著特征，打破学科界限，培养跨学科人才刻不容缓。在中学阶段，跨学科教育的研究已经公布。

跨学科学习和跨学科教育

从字面上看，交叉学科就是以前研究中提到的边缘学科和交叉学科。任何科学都有其跨学科的本质。这里的跨学科主要是指超越原有学科的界限，美国国家科学院促进跨学科研究委员会解释:跨学科是指“整合两个或两个以上学科或专业知识体系的信息、数据、技术、基础、视角、概念和理论，以促进基本理解或解决单一学科或领域难以解决的问题”。

交叉学科教育和传统学科教育有不同的发展方向和侧重点。中国地质大学校长王焰新准确地概括了两者的区别。他认为，传统的学科教育是一种深度教育，其内容是探索学科本身的客观规律，研究方向是线性的，教育目标是培养某一领域的专业人才。跨学科教育是一种横向的多学科教育。虽然也有一定的学科立足点和侧重点，但研发方向是横向的。就是寻找相关或相近学科之间的共同点或矛盾统一点，从而建立相关联系，解决新问题，找到新的交叉点和生长点。

中学跨学科学习与教育的现状。

目前，从深圳高中的教学内容来看，跨学科无处不在。比如地理课，讲解地球正午太阳高度角的概念和计算方法时，会参考立体几何中的线面角和二面角的相关知识；在讲喀斯特地貌的形成时，会用化学反应方程式来解释地貌的溶解；至于环保这个科目，语文、英语、物理、化学、生物、地理、历史、政治几乎都有涉及。

从深圳高中的课程设置来看，课程内容基本上没有体现学科之间的联系，仍然采用多学科的学习形式。至于初中的课程设置，之前有一段时间开设了跨学科课程，将物理、化学、生物合并为自然科学一科，将政治、历史、地理合并为社会科学一科。但随着高考恢复单科考试，跨学科教育缺乏扎实的教学基础，初中的跨学科课程被取消。

高考指挥棒下的跨学科教育

以2021年6月新高考中备受关注的论述题为例，新高考第一册引用了毛泽东1917年发表在《新青年》上的文章《体育之研究》的片段，从中可以挖掘出哲学、历史、政治的主题进行写作。即使是数学学科，也有越来越多的跨学科色彩:2021年新高考，卷二，第4题，以北斗三号全球卫星导航系统为考试情境，设计立体几何题；新高考卷一第18题以“一带一路”知识竞赛为背景；新高考第一卷第16题以中国传统剪纸艺术为题...

目前，新高考改革正在全国铺开。全国很多省份不再分文理，或者淡化文理，以促进学生关注优秀传统文化，学以致用，关注科技发展和社会进步，加强人文关怀。

跨学科教育在科技创新人才培养中的重要性

大多数科技创新都需要跨学科学习和整合的能力。即使抛开历年诺贝尔奖得主的跨学科背景不谈，在其他领域和类别，取得显著成就的人，大多都有跨学科的知识背景。在许多方面，如科技发明、活动创造等。，中学生如果有跨学科知识和整合能力的加持，会更容易出成绩。

2020年，第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛成功举办。在国内近300件提交给《萌芽跑道》的作品中，仅设置了20枚“创新潜力奖”奖牌。深圳市翠园中学作品《防烫伤智能安全餐》和《自动飞行救生圈》获得两项大奖，是唯一一所获得大赛双奖的学校。笔者恰好是这两个项目的指导老师。

本次作品《防烫伤智能安全餐具》的选题，源于邓宇的观察，老人和小孩由于自理能力较弱，在喂食时容易被食物烫伤。邓宇在敬老院做志愿者时，看到有些老人生活不能自理，喂奶时容易被烫伤。他还看到一则新闻:一个孩子喝水后被严重烫伤，住进了ICU病房。邓宇的同学认为，为了保护老人和小孩不被烫伤，最好设计一款可以防烫伤的餐具。所以他在自己掌握数学、物理、化学、土地管理等学科知识的基础上，不断扩大知识面。在业余时间，他学习编程、开源电子和工程设计。同时，他进行了市场调查。经过反复推敲、升级、迭代，历时近三年，终于完成了这个项目。

在该项目中，通过传感器感知食物的温度，可以直观、数字化显示，智能判断食物中是否存在烫伤风险，并根据烫伤风险程度做出相应的主动预警。在参加比赛和进行项目研究的过程中，邓宇同学的动手能力、表达能力、写作能力、适应能力和协作能力都得到了很大的提高。跨学科研究极大地开拓了邓禹的思维方式，拓宽了他的研究视野，对他今后的思考和研究将起到重要的推动作用。在跨学科思维的加持下，邓宇同学一定会取得更多的成果。

马俊凯负责自动飞行救生圈项目。和邓宇类似，马俊凯研发救生圈的想法也是从自己的生活经历中得到启发。马俊凯在夏季到海边游玩时发现，夏季是海边避暑的高峰期，游客多，救生人员和设备有限。有一次发生了溺水事故，救援工作很难开展，效果也不理想，于是他在空想出了救援的主意。马俊凯是我校航模学会会长，有五年多的无人机飞行经验。起初，他设想通过无人机投掷救生圈，但多次实验均以失败告终。然后经过多次讨论，选定了“飞行救生圈”的想法，并进行了设计和探索。马俊凯在SolidWorks软件上完成了全尺寸概念机的设计，并进行了仿真试验。根据试验结果，并考虑到试验区的气象和水文特征，最终确定了机载设备的基本布局。

除了学校设置的课程，作者的两个学生团队还学习了开源电子、物联网、硬件编程、人工智能、数据系统、工程设计、3D打印等知识。课后，学以致用，并进行了大量的实验，收集了实验数据，进行了现场和市场调研。具有人文关怀和社会责任感的数学、物理、化学、地政、电、美等学科。被融为一体，最后，三年磨一剑。

目前，中国的科学技术仍然依赖外国，科教兴国势在必行。近年来，国家更加重视科技创新，一直在积极推动科技人才的培养。高考的指挥棒也在引导着学生创新实践思维和能力的培养。科技能力的提高，急需具有较强跨学科整合能力的科学研究和科技人才。这不仅是大学跨学科教育的任务，也是中学跨学科教育的责任。