厚基强能、交叉融通、协同创新:计算数学交叉创新人才培养模式改革与实践

成果报告

成果的改革实践

(一)总体思路与实施过程

成果自2011年启动顶层设计以来持续推进,围绕计算数学研究生培养转型升级开展系统改革探索,2020年形成较为成熟的总体方案并进入稳定实施与规模化推广阶段,目前已具备连续5年的系统实践检验基础。实施过程分三个阶段递进推进:

第一阶段(20112015年),围绕计算数学发展趋势与国家战略需求开展系统调研和顶层设计论证,明确由传统“单一学科知识训练”向“交叉创新能力培养”转型,初步开展课程体系重构与培养模式试点。

第二阶段(20162020年),进入体系构建与资源集成阶段,持续修订研究生培养方案,系统建设核心课程群与交叉课程体系,累计建设课程与教材资源10余门,推动导师团队优化和平台资源开放共享,逐步形成课程、平台、导师协同体系。

实施阶段(20212025年),进入规模化实施与质量提升阶段,依托国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目及军队重大工程任务,全面推进跨单位联合培养,完善协同育人模式,优化多维评价体系,形成不唯论文、强化应用贡献和过程评价的质量保障机制。

(二)坚持厚基强能,重构递进式研究生培养体系,夯实计算数学交叉创新基础

面向“强数学基础、强计算能力、强工程实现、强交叉融合”的培养目标,构建教材、课程、教学方法三层递进培养体系,推动研究生能力结构系统重塑。

在教材建设方面,强化数值分析、偏微分方程数值方法、科学计算、优化理论等核心课程建设,逐年建设研究生优质课程、省级精品示范课程8门,夯实研究生理论基础。

在课程建设方面,面向人工智能、遥感信息、空天系统、工业软件、生物计算与军事运筹等方向,系统建设交叉课程15门,举办研究生暑期学校9次,形成稳定交叉课程群和短期强化培养机制。同时引入团队自研数值仿真与计算平台,开展工程化实训教学。

在教学方法方面,将国家重点研发任务和工程项目中的关键算法问题转化为课程案例与科研训练资源,形成“理论授课+软件实操+工程案例”三位一体教学模式,实现课程内容与国家需求同步更新。累计指导30余篇研究生论文基于统一计算平台完成算法验证与数值实验,50余人次在全国研究生数学建模竞赛等高水平赛事中获奖。

(三)坚持交叉融通,贯通问题驱动式培养,深化需求导向综合科研训练

将研究生培养全面嵌入国家重大科研任务,依托国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目及军队科技攻关任务,构建任务驱动的科研训练与人才培养融合机制,推动研究生培养由知识传授导向向战略需求牵引下的能力生成型模式转变。

在工程实践方面,研究生培养体系深度嵌入国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目及国防科技任务,形成以真实科研任务为核心驱动的培养路径。累计承担中国科协青年人才托举博士生专项8项、国家及省部级研究生创新项目133项。

在科学训练方面,研究生通过项目组例会、联合开题、中期考核、跨学科研讨、工程基地实践等形式深度参与科研全过程,接受从问题提出到工程验证的系统训练。研究生在SIAM系列期刊、MATH COMPNeurIPSICML等高水平期刊会议发表论文400余篇,人才培养质量显著提升。

在质量评价方面,构建覆盖课程学习、科研训练、项目贡献、论文质量、竞赛成果与工程应用的过程评价体系,显著提升研究生综合创新能力和复杂问题解决能力,相关培养模式获多项省部级教学成果奖及行业认可。

(四)针对单校单科育人资源分散难题,搭建跨学科跨单位协同育人生态

依托湖南应用数学中心、国家111计划”引智基地等高水平科研平台,整合湘潭大学与国防科技大学在计算数学、运筹优化、遥感数学与军事智能等方向优势资源,联合钱学森空间实验室、北京应用物理与计算数学研究所等单位,构建跨单位、跨学科协同育人体系。

在资源整合方面,围绕国家战略需求,打通科研任务向育人资源转化路径,将国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目及国防科技攻关任务进行结构化重组与教学转化,形成覆盖基础理论、关键算法和工程验证的多层次培养资源体系。

在协同育人方面,建立“平台共建、课程共享、项目共担、导师共组、学生共育、成果共享”的六位一体运行机制,推动跨单位导师组联合指导常态化,形成由院士、国家级人才和工程专家共同参与的复合型导师团队,实现研究生培养由单导师负责向团队化、组织化协同培养转变。

在平台实践方面,围绕智能导航与遥感信息融合、星载SAR自主定标、大规模复杂系统优化与高性能科学计算求解器研发等典型任务场景,持续开展工程问题凝练与标准化转化,构建“问题凝练-数学建模-算法设计-理论分析-软件实现-场景验证”的过程训练体系,实现科研任务与人才培养深度耦合,强化研究生在真实复杂系统环境中的综合训练能力。