基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐

伍春香，王麗娜，杜瑞穎，吳黎兵，劉樹波，王 騫

（武漢大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430072）

0 引 言

十年樹木，百年樹人。人才培養(yǎng)模式改革是高等學(xué)校內(nèi)涵建設(shè)的核心[1]。針對(duì)錢學(xué)森先生“為什么我們的學(xué)?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才”這一世紀(jì)之問，中國(guó)在2009年正式啟動(dòng)了“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”（以下簡(jiǎn)稱“拔尖計(jì)劃”）。

自“拔尖計(jì)劃”實(shí)施以來，參與的各高校進(jìn)行了大量人才培養(yǎng)實(shí)踐。2010年，武漢大學(xué)弘毅學(xué)堂正式成立計(jì)算機(jī)班（以下簡(jiǎn)稱“弘毅班”），在計(jì)算機(jī)學(xué)科教育上開始探索優(yōu)秀人才的培養(yǎng)方法。目的是探索出有利于提升拔尖班學(xué)生綜合科研素質(zhì)的培養(yǎng)模式，并將其應(yīng)用于普通班的培養(yǎng)實(shí)踐，切實(shí)提高大學(xué)的培養(yǎng)質(zhì)量，真正達(dá)到高等學(xué)?！敖虝恕钡哪康?。近7年的拔尖人才培養(yǎng)實(shí)踐，有收獲，也有不足，更有一些新思考。

1 國(guó)內(nèi)外拔尖人才培養(yǎng)實(shí)踐比較

1.1 教育發(fā)達(dá)國(guó)家的拔尖人才培養(yǎng)

美國(guó)很早就開始了系統(tǒng)的優(yōu)秀人才培養(yǎng)研究。美國(guó)的“天才教育”在基礎(chǔ)教育范圍內(nèi)全面實(shí)施，特別注重個(gè)性化和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，雖然有全國(guó)性的統(tǒng)一教學(xué)大綱，但每個(gè)學(xué)區(qū)可以根據(jù)統(tǒng)一大綱設(shè)定自己的大綱[2]。沒有統(tǒng)一教材，學(xué)生初中階段就開始選課，教師注重指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“自己的時(shí)間”（能力和程度）選擇適合自己的課程。

美國(guó)的基礎(chǔ)教育中，教學(xué)過程特別注重學(xué)術(shù)素質(zhì)和能力培養(yǎng)，包括提出問題與定義問題的能力、構(gòu)建和使用模型的能力、計(jì)劃和實(shí)施調(diào)查的能力、分析和解釋數(shù)據(jù)的能力、數(shù)學(xué)和計(jì)算思維能力、給出解釋和設(shè)計(jì)解決方案的能力、依據(jù)證據(jù)進(jìn)行辯論的能力、獲取、評(píng)估、交流信息的能力。學(xué)生具備了這些能力，也就具備了解決問題的基本素質(zhì)，可以適應(yīng)未來任何類型的工作，如果從事的正好是自己感興趣的行業(yè)，產(chǎn)生創(chuàng)新性成果也就水到渠成了。

美國(guó)大學(xué)階段則更注重研究能力的培養(yǎng)。從1969年開始，各個(gè)高校分別建立起了“本科科研計(jì)劃” 。 扎實(shí)的基礎(chǔ)教育、高等院校各具特色的本科生科研支持政策與管理模式，使美國(guó)擁有全球首屈一指的科技創(chuàng)新成果，也為美國(guó)培養(yǎng)出了眾多的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。

改革開放以來，中國(guó)也開始了一系列拔尖人才培養(yǎng)實(shí)踐，如少年班、基地班等。1996年起，各高校也開始了本科生科研訓(xùn)練的研究與實(shí)踐。這些人才培養(yǎng)方式取得了可喜的成績(jī)。但截至目前，中國(guó)大陸除屠呦呦外，尚無其他人在國(guó)家科學(xué)技術(shù)水平的象征——諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)上有所斬獲。

1.2 中外優(yōu)秀人才培養(yǎng)方法比較

對(duì)比歐美與中國(guó)的人才培養(yǎng)體系與培養(yǎng)方法，導(dǎo)致中國(guó)與歐美尤其是美國(guó)人才培養(yǎng)出現(xiàn)差距的原因有多方面。

首先，與美國(guó)的“天才教育”融入普通教育的思路不同，中國(guó)的天才教育受惠面太小。在如此小范圍的受惠者中，按所謂的“天才”認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和選拔方式，實(shí)際上也難以保證都是真正的優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入培養(yǎng)體系中。

其次，這些天才班都是在青少年成長(zhǎng)到一定年齡開始，已經(jīng)錯(cuò)過了思維啟迪的最佳時(shí)期，“創(chuàng)新”意識(shí)的培養(yǎng)難度加大。

最后，培養(yǎng)模式單一。大多數(shù)少年班的學(xué)生仍然是被要求學(xué)同樣的課程，一方面是師資不足或沒有經(jīng)驗(yàn)，不能根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)而因材施教；另一方面是因?yàn)橛械母咝ｉ_設(shè)少年班的目的，實(shí)際是為了在高考之前“掐尖”，并未形成比普通班更有利的人才培養(yǎng)模式。

基礎(chǔ)教育存在的缺陷，高等教育沒能予以彌補(bǔ)，加上高等教育自身的問題，一定程度上影響了大學(xué)畢業(yè)生的整體質(zhì)量。

2 基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才培養(yǎng)方法探索

人才培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及學(xué)齡前、小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)各個(gè)教育階段，也涉及家庭、社會(huì)、學(xué)校各個(gè)方面。我們以弘毅班“實(shí)驗(yàn)田”為例，從大學(xué)教育的角度對(duì)拔尖人才培養(yǎng)進(jìn)行闡述。

2.1 以科研素質(zhì)培養(yǎng)落實(shí)培養(yǎng)目標(biāo)

弘毅班是為培養(yǎng)未來的學(xué)術(shù)大師做準(zhǔn)備，對(duì)學(xué)生的科研素質(zhì)和能力培養(yǎng)尤其重要。

在信息化社會(huì)，學(xué)生可以很方便地通過網(wǎng)絡(luò)獲取各種學(xué)習(xí)資源和各類知識(shí)。知識(shí)會(huì)不斷更新，計(jì)算機(jī)學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)的更新尤其快。如果將知識(shí)內(nèi)容或者課程設(shè)置作為培養(yǎng)模式研究的主要內(nèi)容，必然需要隨著時(shí)間和知識(shí)的更新而經(jīng)常性地調(diào)整和改變培養(yǎng)模式，不利于培養(yǎng)模式的持續(xù)實(shí)施和經(jīng)驗(yàn)推廣；而良好的素質(zhì)和能力，可以使人在未來的工作中，知道通過何種方式和途徑去學(xué)習(xí)新知識(shí)，解決新問題。

正如伯克利計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)介紹中說的，我們的目標(biāo)是為學(xué)生未來可能的研究生涯和在企業(yè)界的長(zhǎng)期技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)職位做準(zhǔn)備，所以我們要透過今天的技術(shù)，教會(huì)學(xué)生最主要的觀念、學(xué)習(xí)的技能，這些可以讓他們?cè)谖磥硇录夹g(shù)產(chǎn)生時(shí)，教會(huì)自己新的技術(shù)。

鑒于上述考慮，我們確定將科研基本素質(zhì)的培養(yǎng)作為弘毅班的培養(yǎng)重點(diǎn)。

2.2 以基本能力提升具化科研素質(zhì)培養(yǎng)

科研素質(zhì)涉及科研意識(shí)、方法等諸多方面，是一個(gè)抽象概念，正因如此，人們通常又會(huì)用另一些提法來補(bǔ)充表達(dá)，比如發(fā)現(xiàn)問題的能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力、論證實(shí)踐能力等。這些提法其實(shí)都是科研素質(zhì)或其某一方面的另一種表述。之所以出現(xiàn)這樣的不同表達(dá)，就是因?yàn)檫@些概念都是抽象的，不能簡(jiǎn)單通過文字表述出來。

科研素質(zhì)雖然是抽象的，無法直接表述與衡量，但其內(nèi)涵可以通過一定形式體現(xiàn)出來。國(guó)外著名大學(xué)招收碩士、博士研究生時(shí)，都會(huì)列出一些要素供推薦人評(píng)價(jià)學(xué)生的潛力，大型科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)招聘新員工時(shí)，人力資源部門也會(huì)列出若干評(píng)價(jià)項(xiàng)作為選擇的依據(jù)，這些評(píng)價(jià)項(xiàng)或指標(biāo)在多年的招生、招聘實(shí)踐中被證明是行之有效的。這些都說明，抽象的“潛力”“素質(zhì)”等，都可通過一組可評(píng)價(jià)的指標(biāo)或能力要素來具體表達(dá)。

分析完成科研項(xiàng)目的基本過程，有助于明確體現(xiàn)科研素質(zhì)的具體能力要素。科研項(xiàng)目的一般過程如圖1所示，具體到不同類型的項(xiàng)目時(shí)略有差異。

圖1 科研項(xiàng)目的一般過程

分析圖1所示各階段的具體工作內(nèi)容，可以得到表1所示對(duì)研究者的具體能力要求。

表1是開放的，可以進(jìn)一步擴(kuò)充和細(xì)化。比如口頭表達(dá)，可以是口頭的問題討論，也可以是借助PPT的報(bào)告。通過表1的分析可以看出，完成科研項(xiàng)目各個(gè)階段的工作需要不同的“基本能力”要素。這些“基本能力”對(duì)學(xué)生將來的職業(yè)生涯或者后續(xù)階段的學(xué)習(xí)都是非常有益的，而且，這些“基本能力”不會(huì)因?yàn)閷W(xué)科知識(shí)的更新或者時(shí)間而發(fā)生變化，有利于將培養(yǎng)模式從拔尖班推廣到普通班，并且可以從計(jì)算機(jī)學(xué)科推廣到其他學(xué)科。

表1 科研項(xiàng)目各階段的基本能力要素

更為重要的是，相對(duì)于抽象的“科研素質(zhì)”，這些具體的“基本能力”是可以通過完成特定的實(shí)際任務(wù)來得到鍛煉和提高的。我們將弘毅班學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)具化為對(duì)這些“基本能力”的鍛煉與提升。

2.3 構(gòu)建立體化培養(yǎng)體系全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)

如上所述，科研素質(zhì)實(shí)際是可以通過一系列的基本能力要素具體反映出來，這些能力要素可以通過不同培養(yǎng)手段予以加強(qiáng)和提高。我們從“拔尖計(jì)劃”的宗旨出發(fā)，結(jié)合研究型大學(xué)人才培養(yǎng)的特點(diǎn)出發(fā)，充分利用武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院現(xiàn)有資源，構(gòu)建具有武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院特色的拔尖人才培養(yǎng)環(huán)境，全面提升弘毅班學(xué)生的科研素質(zhì)。

2.3.1 探究式的課程教學(xué)培養(yǎng)基本學(xué)術(shù)能力

大學(xué)階段的主要培養(yǎng)手段是課程教學(xué)，有效的知識(shí)構(gòu)建是在教師指導(dǎo)下的探究式學(xué)習(xí)。在弘毅班的課程教學(xué)中，要求授課教師采用探究式的教學(xué)方法，重視基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和基本學(xué)術(shù)能力的培養(yǎng)，通過具體化的課程教學(xué)環(huán)節(jié)提升學(xué)生的基本學(xué)術(shù)能力。

在課程教學(xué)中，要求課程設(shè)置研究性問題、自主學(xué)習(xí)等內(nèi)容。學(xué)生通過課后文獻(xiàn)閱讀、小組研究以及課堂討論等環(huán)節(jié)完成某個(gè)主題的研究，然后撰寫研究報(bào)告或研究性小論文，并在課堂上作報(bào)告，師生對(duì)報(bào)告結(jié)果予以討論。

教學(xué)過程中，教師要針對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)提前發(fā)布明確、細(xì)致的制度和規(guī)范，并將其作為成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生按照相應(yīng)的規(guī)范去完成每個(gè)環(huán)節(jié)的任務(wù)，從而使基本能力的培養(yǎng)得到落實(shí)。例如，課堂報(bào)告環(huán)節(jié)，對(duì)課堂報(bào)告的實(shí)施細(xì)節(jié)（任務(wù)布置、準(zhǔn)備過程、報(bào)告過程等）予以明確定義；規(guī)定報(bào)告過程中每個(gè)人都必須參與討論；嚴(yán)格監(jiān)督這些環(huán)節(jié)的落實(shí)，就可保證學(xué)生的口頭表達(dá)能力通過若干次課堂報(bào)告、討論而得到鍛煉和培養(yǎng)。

無論學(xué)生在小組討論中口頭闡述自己的想法，還是制作在課堂上報(bào)告的PPT，實(shí)際上都是一次問題思考和內(nèi)容組織的完整過程，必須經(jīng)歷文獻(xiàn)研讀、問題分析、思路表達(dá)，其間一定還會(huì)同時(shí)伴隨計(jì)劃安排、時(shí)間管理等鍛煉；而以小組形式完成任務(wù)，則讓學(xué)生了解團(tuán)隊(duì)實(shí)踐中可能存在的問題，學(xué)會(huì)如何將自己的想法清晰地告訴隊(duì)友，如何提出自己想法的同時(shí)又不傷害其他隊(duì)友的面子，認(rèn)識(shí)到誤會(huì)往往都是溝通的匱乏，嘗試尋找解決溝通不暢的方法，等等。

這樣的經(jīng)歷，鍛煉和培養(yǎng)了文獻(xiàn)檢索與閱讀、問題分析、學(xué)習(xí)成果的口頭與書面?zhèn)鬟f、比較與評(píng)價(jià)、團(tuán)隊(duì)合作等基本能力。

2.3.2 一對(duì)一的導(dǎo)師制提升科學(xué)研究能力

系統(tǒng)的科研能力培養(yǎng)是未來科研的基礎(chǔ)。為此，學(xué)院制定了在弘毅班采用專業(yè)導(dǎo)師“一對(duì)一”指導(dǎo)機(jī)制。

在第二學(xué)年結(jié)束前，由學(xué)院科研能力強(qiáng)的教師與弘毅班學(xué)生采用雙向選擇的方式確定“一對(duì)一”專業(yè)學(xué)習(xí)指導(dǎo)關(guān)系，一直到學(xué)生畢業(yè)。

專業(yè)導(dǎo)師在了解學(xué)生學(xué)習(xí)基本情況和專業(yè)興趣的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生制定在校三四年級(jí)的選課計(jì)劃；通過主持的國(guó)家縱向科研項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐專業(yè)方向選擇、研究計(jì)劃制訂、文獻(xiàn)獲取和研讀、國(guó)際研究前沿跟蹤、研究方案設(shè)計(jì)、研究數(shù)據(jù)分析、論文撰寫、研究成果報(bào)告、專利申請(qǐng)、軟件著作權(quán)申請(qǐng)、系統(tǒng)開發(fā)等各科學(xué)研究環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)科學(xué)研究的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化科學(xué)研究的基本素質(zhì)和科研素質(zhì)。

專業(yè)導(dǎo)師的教學(xué)指導(dǎo)和科研指引，可以全面提高學(xué)生的科研素質(zhì)和專業(yè)創(chuàng)新能力。

2.3.3 層次化的科研環(huán)境提供多樣化的科研體驗(yàn)

學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)與實(shí)際的科學(xué)研究結(jié)合起來,為此，學(xué)院要求弘毅班的學(xué)生按照學(xué)習(xí)的進(jìn)度參與各層次的項(xiàng)目研究。具體為：一年級(jí)參加一個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目研究，二年級(jí)申報(bào)一個(gè)國(guó)家級(jí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，三年級(jí)參加至少一項(xiàng)科研學(xué)術(shù)競(jìng)賽，四年級(jí)去國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)或高校實(shí)習(xí)。

同時(shí)，以科研競(jìng)賽和國(guó)家級(jí)平臺(tái)引領(lǐng)拔尖人才科研素質(zhì)培養(yǎng)。學(xué)生參加ACM競(jìng)賽、信息安全大賽、全國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)大賽、騰迅公司微信公眾平臺(tái)創(chuàng)新大賽等全國(guó)性賽事已蔚然成風(fēng)，在競(jìng)賽中鍛煉和提升問題求解的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。學(xué)院的軟件工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心、空天信息安全與可信計(jì)算教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3個(gè)國(guó)家級(jí)、部級(jí)研究基地也全部向弘毅班的學(xué)生開放，不同層次、類型的科研項(xiàng)目，讓學(xué)生得到足夠充分的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和能力培養(yǎng)。

從學(xué)生自主科研、導(dǎo)師科研團(tuán)隊(duì)到國(guó)家級(jí)基地科研項(xiàng)目的多層次的科研實(shí)踐環(huán)境，學(xué)科競(jìng)賽、縱向科研、橫向工程化項(xiàng)目，使學(xué)生在科研興趣發(fā)現(xiàn)與發(fā)展、科學(xué)研究方法掌握、工程化動(dòng)手能力提升等多角度得到全面鍛煉。

無論是課程教學(xué)活動(dòng)，還是科研項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生通過完成各種“作業(yè)”與“任務(wù)”來應(yīng)用所學(xué)知識(shí)和鍛煉各種能力，獲得某方面的知識(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)歷，就是未來解決同樣問題的“前車之鑒”。某個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，決定了所獲得知識(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的類型，這種類型知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累，就是某個(gè)方面能力的養(yǎng)成過程。日積月累下來，就可逐步增加自己應(yīng)對(duì)各種問題的技能和經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到各種能力的鍛煉和提升，全面提高自己的科研素質(zhì)，為未來的科研和職業(yè)生涯奠定基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

我們?cè)凇鞍渭庥?jì)劃”的指導(dǎo)下，將培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)作為拔尖計(jì)劃人才培養(yǎng)的核心，用基本學(xué)術(shù)能力的鍛煉和提升來具體化科研素質(zhì)的培養(yǎng)，經(jīng)過近7年的實(shí)踐，目前已取得一些成果。僅2017年前3個(gè)月，就有2名弘毅班學(xué)生撰寫的論文被CCF推薦的A類會(huì)議錄??；該班學(xué)生的專業(yè)能力普遍高于學(xué)院普通班，在學(xué)科競(jìng)賽、業(yè)余科研、學(xué)術(shù)交流上表現(xiàn)活躍。這些成就，極大地提高了學(xué)生的成就感、專業(yè)認(rèn)知度和科研熱情。

我們提出的“以科研素質(zhì)培養(yǎng)為主要培養(yǎng)內(nèi)容”的培養(yǎng)模式，不會(huì)因?yàn)橹R(shí)的更新或技術(shù)的發(fā)展而變化，有利于培養(yǎng)模式的持續(xù)研究和在普通班的全面推廣。

科研素質(zhì)的養(yǎng)成不是一朝一夕之功。目前的成果也不能證明弘毅班的培養(yǎng)達(dá)到了“拔尖計(jì)劃”的目標(biāo)，真正的成果檢驗(yàn)，還需要時(shí)日。

下一步，我們將研究如何規(guī)范教學(xué)和科研的各個(gè)環(huán)節(jié)，以進(jìn)一步明確其對(duì)科研素質(zhì)的具體培養(yǎng)內(nèi)容?？蒲兴刭|(zhì)的培養(yǎng)需要整個(gè)教學(xué)、科研體系全體人員的共同努力，只有在管理制度上通過一定的獎(jiǎng)懲措施激勵(lì)具體實(shí)施人員的積極性，鼓勵(lì)教師更多地投入本科教學(xué)工作中，才能最終實(shí)現(xiàn)全體學(xué)生科研“基本能力”的加強(qiáng)和整體“科研素質(zhì)”的提高。

致 謝

感謝教育部“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”2016課題“計(jì)算機(jī)學(xué)科拔尖人才科研素質(zhì)培養(yǎng)探索與實(shí)踐”、武漢大學(xué)《武大課程2010》教學(xué)研究項(xiàng)目“基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的軟件課程教學(xué)模式探索”、 武漢大學(xué)教學(xué)改革建設(shè)項(xiàng)目“計(jì)算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)基層組織建設(shè)的研究與探索”等項(xiàng)目對(duì)本研究的資助。