跨学科研究生培养对于促进学科交叉和高层次创新人才培养具有重要的理论价值与现实意义^[1]，已逐渐成为国内外高等教育发展的趋势。然而，跨学科研究生培养既是一个“新生事物”，又是一个系统而又复杂的工程，目前国内一些设有研究生院的高校，尤其是一些研究型高校，都在进行着研究、探索和实践。达成的共识之一是，首先要实现学科的封闭式教学向跨学科综合性开放式教学的转变^[2]。当下跨学科研究生培养中有三种模式，即课程模式、以项目或问题为中心的研究生培养模式和制度化模式，其中课程模式，即开设跨学科课程是跨学科研究生培养的重要基础和环节^[3]。

为适应跨学科研究生培养的需求，我校研究生院推出了专业型研究生跨学科选课和建设学科交叉性强的研究生全校公选课的做法。“表面物理化学”课程为化学、化工学科和其他交叉学科研究提供了共性的表面科学基础理论，于2013年被研究生院确定为全校公选课，既要服务于化学、化工学科的研究生，也要服务于其他交叉学科的研究生，并将其分为学术型研究生课程“表面物理化学Ⅰ”和应用型研究生课程“表面物理化学Ⅱ”，实施分类教学^[4]。本文以“表面物理化学Ⅱ”为例，开展跨学科研究生课程的调研、建设和实践，其核心问题是如何使跨学科课程在教学内容和教学方法上满足跨学科研究生人才培养的需求，从而为跨学科研究生课程建设以及跨学科研究生培养提供借鉴和启示。

无容置疑，跨学科课程在研究生人才培养上首先要满足自身和交叉学科研究生对课程的学习需求，这就要求课程建设中需要首先了解和掌握各学科研究生所从事的研究领域，及其与跨学科课程的联系。因此，我们依据各学科研究领域与表面科学的关联性，对于选课研究生所在的各学科院系，包括化工、化学、食品、机电学院、材料学院和航天学院的相关学科等进行调研，分析研究生的学习需求、人才培养的基本要求和学习基础三个方面，为本课程内容体系建设和教学设计找到落脚点，并奠定基础。

首先调研选课研究生所属学科的培养方案，对选课研究生涉及到的主要科研方向进行总结。化学工程与技术学科研究生涉及到的研究方向主要有化学电源、电化学表面改性、绿色化学工艺、无机功能材料制备及应用、新型催化剂和催化反应工程等；化学学科主要有无机、有机功能材料及复合材料制备、能量转换功能材料与太阳能电池、航天及纳米功能材料、催化剂与催化技术等；食品学科主要有功能性食品与极端环境营养学、生物化工等；机电工程学科主要有微纳尺度固液界面、液相物料中纳米粉体添加技术、梯度功能材料及纳米加工技术、微流控等方向；航天学院主要有燃料电池等方向。通过总结可以发现，选课学生所从事的研究方向较多，但也有一定的交叉。因此，在教学内容安排上我们统筹考虑和设计，特别要考虑将各研究方向与教学实例结合起来，这对于吸引研究生的学习兴趣尤为重要。有时选课学生的研究方向也会随着老师科研方向的调整而变化，因此教学组有时直接与研究生导师沟通交流，或查阅研究生导师发表的相关研究论文，通过研究生导师提供的与课程相关的表面科学问题作为教学实例，来保证教学内容的及时调整和更新。

此外，研究生教学，不是简单的知识传播的过程，而是更高层次人才培养的过程。跨学科课程在研究生人才培养上除了在知识内容上满足学生对课程的学习需求外，还应该需要注重拓展研究生的学术视野，培养研究生的科研意识，锻炼研究生的文献综述能力以及研究生的外文科技文献的阅读和论文撰写能力等。因此，跨学科课程建设中，更要与课程特点相结合，探索相应的教学方法和手段，切实有效服务于研究生创新人才培养这一核心任务。

本课程的前置课程主要是物理化学和固体化学等化学类课程。但是在本科阶段，不同学科对化学类课程的学习要求不同。因此选课学生的学习基础有很大的差异。在课前以问卷的形式对学生进行调研，主要包括毕业院校、所学过的化学类课程及主要内容(特别是物理化学和固体化学的主要内容)。调研发现，本校本科毕业的化工及化学学科的研究生学习基础较好，而其他学科的研究生主要学过大学化学等基础课，而外校考入的化学、化工学科的研究生基本上都学过物理化学，非化学、化工学科的研究生中极少数人在本科阶段没有学过化学类课程。研究生学习基础的参差不齐，对于教学过程带来很大的困难。因此，这一问题的改善和解决就成为我们“表面物理化学Ⅱ”跨学科课程建设成败的关键之一。

跨学科研究生课程“表面物理化学Ⅱ”在内容体系构建上，突破了以传统的单一学科知识逻辑确定课程内容的理念，弱化了课程知识的系统性，而注重了知识的基础性和多元化^[5]。基础性体现在课程内容的基本原理部分，它既是课程内容体系的科学基础，又是贯穿整章，甚至是整个课程的学习主线，通过体现课程内容的基础性可以使学生构建表面科学的基础理论体系；多元化体现在课程所服务的多学科及科研领域相关内容在课堂学习中的交叉，旨在打破单一学科内组织教学的局限，拓宽学习和学术视野，提高科研素养，激发科研灵感。

基于化工和相关交叉学科对课程要求的共性基础内容来确定课程教学的五个基本知识点，即表面张力/表面能、表面结构与表面态、表面层结构与性能、表面活性剂基本结构性能与安全、表面分析原理与方法。然后，根据选课研究生的科研领域确定了对应知识点下相应的主要知识模块，例如第二章固体表面态与键合，从原子、分子层面认识固体表面结构，包括几何结构和电子结构，固体表面的本征表面态和非本征表面态等模块；第三章是固体表面层，从宏观角度学习固体表面层的结构、几何性质、物理化学性质和几何物理化学性质等模块。再次，将知识模块向科研和工程应用延伸，通过应用拓展举例加强对知识点和知识模块的理解和掌握，同时在教学中真正实现了研究生的学科交叉，拓宽了学习和学术视野，更有利于提高研究生的科研素养和激发科研灵感。本课程构建了“知识点+知识模块+应用拓展举例”的课程内容体系如表1所示，学习范围涵盖了全部的五类界面以及化工和交叉学科应用型研究生的主要研究方向。

本课程学科交叉性强，其所学习的表面现象和表面问题涉及面广，与各学科密切联系，因此各学科具体研究领域中的表面科学问题，特别是最新的学术前沿的成果和发现，都可以成为表面科学基本原理应用的鲜活例证。兴趣和问题是最好的老师，本课程中所涉及的丰富表面现象和表面问题在各学科发展中所起的重要作用，很容易引起学生的兴趣和对科学知识探索欲。因此我们设计了“兴趣(问题)−原理−应用”教学单元模式。

“兴趣(问题)−原理−应用”教学单元模式包括三部分，即基于学生对表面现象的兴趣和表面问题的思考，通过总结归纳回到课程知识点所要求掌握的基本理论，在基本理论学习后再到与各学科研究领域直接对应的知识模块。生活中的“毛细润湿现象”和“莲花效应”等超亲水和超疏水表面现象很容易引起学生的兴趣，通过这些表面现象总结归纳固体表面润湿的基本原理，最后再回到各学科具体研究领域中的相关问题。如超亲水表面应用通过本校教师所发表的研究论文^[6]，为学生们讲述通过微弧氧化技术在直接甲醇燃料电池极板表面构筑超亲水表面膜层使生成的水被及时吸收、转移，而解决电池反应中生成的水堵塞极板孔道影响氧气的输运而降低电池效率的问题；超疏水表面应用则通过本院教师发表的超浮力小船研究论文^[7]，为学生介绍了他们团队开发的微型超浮力材料及其广泛的应用前景。应用型研究生培养中更需要加强对工程应用等实际问题的引导，因此我们采用“问题教学法”来启发学生主动去思考和寻找答案,从而激发学习积极性。例如，我们在教学中提出航天器在轨飞行时由于空间温差引起的材料表面热防护问题，启发学生来总结归纳热控涂层的组成和结构特点以及表面层的结构设计，再通过引入我们自己的相关科研成果^[8]来拓展热控涂层的制备方法和实际应用。

“绪论课+讨论课”教学模式应用于本课程主要知识点“表面分析原理和方法”的学习。表面分析原理和方法是本课程的重要组成内容，它既可以促进研究生对表面物理化学基本原理的学习和掌握，又可以成为研究生将来进入课题工作所依赖的重要研究手段和工具。表面分析方法种类极多、应用极为广泛。但限于本课程只有32学时，我们不可能将更多的学时用于这一知识点的学习。为了保证这一内容的学习效果，设计了“绪论课+讨论课”教学模式。我们利用绪论课为学生讲述表面分析技术的基本原理，综述表面分析技术的发展现状，使学生认识到表面科学进步中表面分析技术所起到的重要作用，从而激发学生的科研兴趣和对某一分析方法产生“一探究竟”的想法。然后要求每名学生选择一种表面分析方法，自学基本原理、仪器设备构成、具体要求和使用方法以及实际应用实例等等。最后在讨论课上采用“翻转课堂”的模式，发挥学生的学习主体作用，以PPT的形式在规定时间内为全班同学讲解，并接受同学的提问和老师的点评。通过这样的学习，每名学生对各种表面分析方法都会有很好的了解，从而起到了“1+1 ≫ 2”的效果。

通过教师科研工作中的一个个生动实例，通过学生自主学习得来的一个个表面分析方法在不同学科研究领域中的广泛应用，不仅强化了学生对基本原理的理解，更使得他们有效地融入到科研氛围之中，激发科研灵感，拓展学术视野、提升科研意识，正如学生自身所感悟的“科研离我们并不远”。此外，多学科科研方向在课堂上的有效交叉，打破了单一学科的视野，发挥了跨学科课程的多学科统筹兼顾的优势，为学生进入课题组从事科研奠定基础。

对于理工科研究生来说，考虑到外文科技文献的阅读和论文撰写都需要较高的英语水平，而专门的英语基础课程学习对于科技专业英语词汇的积累和学习还不够，很多学生还要额外付出很多时间和精力，因此专业英语的训练应伴随研究生读研的全过程，并在主要课程中适当体现。本课程对“第三章表面层结构与性能”采用国外原版书籍作为教材，设计了双语教学模式，发挥“双语教学”在概念形成、知识迁移、学术上国际视野的优势。在教学过程中除了注重对教学内容的讲授外，还使学生直接在课程学习过程中接触到表面科学领域的英语专业词汇，通过专业英语词汇的学习和积累，以及对英语教材、讲稿和科技文献的阅读，以利学生在课题研究阶段的科研文献阅读以及论文撰写。

本课程中关于基本理论学习中的公式推导，理论性较强，需要一定的物理化学基础。如果在基本理论的课堂学习过程中听不懂或是落下，往往会对课程失去兴趣或产生畏难心理，这一问题对于那些化学基础比较薄弱的学生来说，尤为严重。因此，我们将这一部分内容采用“板书”进行公式推导，并在推导过程中对学生提问，通过“慢节奏”给学生思考和理解以及记笔记的时间，使学生跟上教学进度。而对于课程学习的要点如基本理论中的概念和公式推导的结论，通过PPT的设计和动画制作来突出重点和要点，以“正常节奏”进行讲授，再以“快节奏”进行练习或复习。这样，通过“板书+多媒体”的快慢结合，既保证了教学进度，又保证了学生对教学难点和重点的理解和掌握。

对于化学基础比较薄弱的学生，将课堂教学向课外延伸。首先掌握本课程化学基础比较薄弱的学生数量和基本状况。在课前布置与本次课相关的物理化学或固体化学里面的相关内容，要求这些学生事先进行课下自学，并对自学内容的学习情况要求助教按时按要求进行检查和必要的辅导；另外，还将授课教师、本课助教和需要帮助的学生建立微信网络平台。利用网上便利条件，实现老师和助教对于在自学或上课过程产生的问题及时答疑和解决，保证学习效果。

为了提升课程水平和教学效果，我们在课程结束后对学生进行了问卷调查，包括以下6个问题：

1)列出你对本课程最感兴趣的章节或知识点。

2)对数学推导较多的内容，希望老师课上详细推导还是老师给出推导思路由学生在课下完成？

3)你认为目前课堂教学采取英语PPT课件用汉语讲授的做法是否合适？有何建议？

4)讨论课对表面分析方法的学习和掌握是否有帮助？对讨论课的课上和课下安排有何建议？

5)本课程教学过程中是否具有开阔学术视野、引导科研思路的效果？对今后的学位论文工作中理论分析能力的提升是否有帮助？如果有，请举出具体实例说明。

6)通过本课程的学习，你有什么收获和体会，请结合实例说明？

通过总结分析，我们发现：(1)绝大多数的选课学生认为教学内容合理、全面，注意了基础性和多元性的有机结合，并且部分内容涉及到了其未来的研究方向，通过课程学习对于以后科研方向中相关的表面科学基本原理有了一个基本的了解。(2)大多数学生认可“兴趣(问题)−原理−应用”教学单元模式，感觉学习过程中通俗易懂，趣味性强和问题明确，基本原理不再枯燥。主要感兴趣的章节集中在第一章的亚稳态和第四章的表面活性剂内容上，对于一些表面现象的实际应用，有时有一种“没想到可以能这样、能那样”的震憾。“板书+多媒体”快慢结合的基本教学模式，无论是化学基础好的学生，还是化学基础薄弱的学生，都100%赞成。“将课堂学习向课外延伸”，授课教师或助教借助网络实现的第一时间答疑这一作法，多数学生对这一做法表示肯定。(3)超过半数的同学认为本课程的学习对科研思路的拓展和科研意识的培养有帮助，将会对以后学位论文工作中理论分析水平的提升有一定帮助。特别是“讨论课”模式，通过同学们的“合作”和“分享”，对科研方法有了更好的了解，并将由于课堂学习的学时有限而将部分讨论课内容安排到课下表示理解。(4)对于“双语模式”学生的反应不一。有些学生认为双语课没有必要，他们认为“我们上的又不是英语课”。但是更多的同学，特别是一些英语基础较好的学生对此模式比较认可，并提出改进的建议，如课前先将课件发给学生预习，或在PPT上适当标注以便理解等。