耦合激增科教質(zhì)量過程化調(diào)控機制

李 超，林海飛，2，成連華，2

(1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學 西部礦井開采及災害防治教育部重點實驗室，陜西 西安 710054)

0 引 言

實現(xiàn)過程化調(diào)控是新時代科教實質(zhì)性耦合激增高教內(nèi)涵質(zhì)量與人才能力的關(guān)鍵科學問題。科學研究與人才培養(yǎng)在高校中居于重要位置?？平恬詈线^程調(diào)控是提升高教質(zhì)量過程中最具活性的方法與途徑。“耦合”通常指2個或2個以上的系統(tǒng)或運動方式之間通過要素的相互作用，彼此影響甚至聯(lián)合的復雜現(xiàn)象，被用來表述在一個大系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)之間的互動、依賴、協(xié)調(diào)、反饋和適配的“動態(tài)過程”關(guān)系[1-5]。耦合效應已成為安全科學與工程、礦業(yè)工程、能源與動力和深地巖石力學等領(lǐng)域的熱點基礎(chǔ)研究與工程應用范疇，其主要用來刻劃工程與物理介質(zhì)系統(tǒng)之間物質(zhì)、信息和能量等要素的循環(huán)轉(zhuǎn)換和動態(tài)平衡狀態(tài)[6-9]。近年來，國內(nèi)學者在探索和倡導“科教融合”過程中，借鑒物理學概念延展提出了“科學研究與人才培養(yǎng)是一種耦合關(guān)系”[10-14]。

從科學研究的視角看，教學本身也具有研究性；從教學的視角看，科學研究更是一種有效的教學形式[15-17]。在科教耦合性態(tài)中，科學研究與人才培養(yǎng)二者絕不是簡單的“并重”和“結(jié)合”，而是復雜的耦合關(guān)系。高校內(nèi)各子系統(tǒng)之間的“互動”更多地體現(xiàn)為各單位各部門，為完成任務目標而發(fā)生的交互作用，更多地強調(diào)各自的行為和過程。多年教學科研與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)管理實踐，科教融合對西部煤炭高校人才培養(yǎng)質(zhì)量提高作用極其顯著[18]?？茖W研究與人才培養(yǎng)過程亟需通過深度融合，形成相互滲透的動力學競爭與綜合能力激增關(guān)系—動力學耦合機制(Dynamic Coupled Mechanism，DCM)。

因此，精準確定科學研究與人才培養(yǎng)內(nèi)涵質(zhì)量提升間的作用點、作用力和作用方向，可實現(xiàn)二者高效耦合的動力學過程調(diào)控，最終演化為互相激勵激增與良性利用。通過科學研究與人才培養(yǎng)耦合后能力激增與信息熵關(guān)系分析，提出人才綜合能力提升實質(zhì)就是信息量增加與集群智能提升過程，并對其蘊含的時間-空間-強度關(guān)聯(lián)性特征進行了探討，嘗試建立具有貢獻度和彰顯度的評價指標體系，應用后成效顯著。這對探索科教耦合過程調(diào)控與提高新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量具有科學與應用價值。

1 耦合激增能力提升與信息熵

新時代高校大學生普遍具有集群智能行為(綜合能力)，集群智能的提升實質(zhì)上就是信息量增加的結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)代信息理論[19]

(1)

式中 lnP為信息量；P為概率；T為耦合后總信息量；S為信息量的平均值(香農(nóng)熵)。單個指標因素(例如科學研究或技術(shù)進步)智能也許并不高，但與其他因素(例如課堂教學、室內(nèi)實驗、創(chuàng)業(yè)實踐等)耦合，產(chǎn)生的新知識信息量數(shù)量超過某個閾值就會產(chǎn)生高度智能的群體行為。因為群體數(shù)量的增加導致搜集的信息量增加，而隨著群體數(shù)量超過某個閾值，收集的信息量也跟著超過閾值，從而在整體上表現(xiàn)為高度智能化行為——能力與質(zhì)量顯著提高，這就是綜合能力的普適反映，也為科教耦合激增后提升高校人才能力與內(nèi)涵質(zhì)量奠定理論依據(jù)。

2 科教耦合特征

深度挖掘科教“耦合”特征關(guān)系，就是要揭示科學研究與本科教學活動之間的相互運動、相互作用的關(guān)系特征及其動力學過程調(diào)控機制，進而可以尋找合適的調(diào)控方法，實現(xiàn)科學調(diào)控與高效應用。從時間-空間-強度、共性和關(guān)聯(lián)性等綜合剖析發(fā)現(xiàn)，二者有效耦合主要包括以下3大特征。

2.1 時間-空間-強度耦合性

科研與人才培養(yǎng)均是與時間與空間密切關(guān)聯(lián)的具體的過程化行為。以基本的人才培養(yǎng)的重要過程—課堂教學為例，從彰顯性角度來看，教學是“隱學”；提升科研能力是“過程活”，也是提高教師的教學與學術(shù)能力的過程化行為，是彰顯科教實質(zhì)性耦合生效的“顯學”。同時，科教耦合更是一種走出課堂來“上課”的實踐性非常強的教育與人才培養(yǎng)過程。另外，科研與教學僅僅是2種有效的過程耦合方法與手段，重在過程耦合與實施機制的耦合強度—“政策支持與落實保障力度”的動力學耦合機制作用的有效釋放。這樣才能激增調(diào)控過程的作用力。實踐證明，時間的持續(xù)性和強度的韌性的耦合提升，是實現(xiàn)耦合度目標良性提升的關(guān)鍵指標，也是動力學機制發(fā)揮持續(xù)作用的基本前提。因此，加強時間-空間-強度的動態(tài)平衡的科學調(diào)控，對實現(xiàn)科教高效耦合提質(zhì)攸關(guān)重要。

2.2 知識創(chuàng)新與能力耦合性

這一特征是科學研究與人才培養(yǎng)的共性。科學研究與人才培養(yǎng)共同關(guān)聯(lián)要素就是知識創(chuàng)新。通過提高科學研究能力與水平，才能促進知識創(chuàng)新與教學能力提高，直接落地于本科教育教學水平的提高，最終落地于人才培養(yǎng)質(zhì)量的顯著提高。

2.3 獨立與關(guān)聯(lián)耦合性

這是科學研究與人才培養(yǎng)二者最基本的特性。一方面，科學研究與人才培養(yǎng)二者均具有獨立的發(fā)展內(nèi)涵、組織模式和運行機制等，完全可以不依靠對方而存在。另一方面，教育教學水平和質(zhì)量直接影響著科學研究的能力與水平。本科不牢、地動山搖，這就深刻揭示了其間的內(nèi)在因果與梯級關(guān)聯(lián)性及其耦合重要性。

3 耦合后評價指標-貢獻度與顯示度

教育評價改革是當前教育改革中的重大難題之一，科學合理的評價指標會從根本上祛除浮躁之弊[20-23]。已有學者在構(gòu)建教育發(fā)展水平與經(jīng)濟發(fā)展狀況耦合協(xié)調(diào)度模型時分別選取了5個和6個序參量[24]；石麗等提出了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與高等教育綜合評價指標(12個)體系[25]。梳理發(fā)現(xiàn)大多數(shù)指標共性較強個性偏弱。破除科教耦合提質(zhì)過程中存在的障礙，合理調(diào)控耦合強度，取決于找準其間的匹配性評價指標體系，亟需建立引領(lǐng)性、標志性和特色指標并著力取得突破，要更加體現(xiàn)貢獻度與顯示度。例如，表1～表2所列的某高校最新出臺的重大成果與工程獎勵政策就是典型例子。成果獲獎主要包括國家及省部級科學技術(shù)獎、教學成果獎、哲學社會科學優(yōu)秀成果獎、優(yōu)秀博碩士學位論文和優(yōu)秀教材獎等；知識產(chǎn)權(quán)及成果轉(zhuǎn)化，教學、科研及高層次人才項目，論文、著作與教材以及重大專項工作等。

表1 標志性科教獲獎指標及其評價績分

表2 重要教學工程建設(shè)指標及其評價績分

能否保障共贏發(fā)展，則取決于處理耦合過程中所建立的過程反饋機制和適合機制，這就需要修訂管理辦法，聚焦重大科研成果轉(zhuǎn)化，促進內(nèi)涵發(fā)展。具體包括：①規(guī)模與質(zhì)量；②標志性創(chuàng)新成果或工作有突破；③平臺與團隊推進度；④管理與服務耦合能力提升加速等。

另外，教師和學生在不同的體系中執(zhí)行著相互關(guān)聯(lián)，教師根據(jù)各自教學與研究的需要，實實在在地進行著自由與良性轉(zhuǎn)換。

4 應用實踐

4.1 總體情況

聚焦學?！巴袋c”—學術(shù)生態(tài)系統(tǒng)“亞健康”問題。發(fā)揮優(yōu)勢、加強內(nèi)涵建設(shè)，初步實施了“一流本科+X”策略(圖1)。在點上具有突破性，在線上具有帶動性，在面上具有協(xié)同性。科教耦合形成1+1≥2的激增效應。

針對制約學校發(fā)展的困擾與難題，師生思想存在的短板與偏差，通過師德師風建設(shè)大會、一流學科建設(shè)大會、學校工作會等重要契機，通過具有明確指向性、鮮活體驗性和互動參與性的各種活動，廣泛開展了多層面、全方位的思想教育活動，提升廣大教師立德樹人的使命認知。全校師生將奮斗的意識與精神狀態(tài)融入學校發(fā)展全過程，以敢擔當化作了校園的生動實踐，每個學院或部門均獲得了獨具特色的省級、國家級指標。例如安全學院的“教授專題日+”、計算機學院的“三全育人”工程等；學工處的“青春飛揚-榴園追夢的”思政教育平臺；地環(huán)與機械學院分別獲批省級省重點實驗室；建工學院與測繪學院分別獲國家科技進步獎。如圖2所示，2016—2018年全校專利授權(quán)量分別為715項、766項、337項。其中本科生年度獲得專利數(shù)量在全校年度總授權(quán)專利數(shù)量的占比分別為0.2%，2.5%，24.9%.本科生參與科研項目量分別為135項、129項、166項，總體呈遞增趨勢，再次證明，時間和行動落實力是可以改變結(jié)果的。

圖1 “一流本科+X”策略Fig.1 “Top undergraduate +X” strategy

圖2 2016—2018年度本科生參與科研項目、獲得專利情況Fig.2 Patent status of undergraduate scientific research projects in 2016—2018

4.2 學院應用實踐

安全科學與工程學科是國家重點學科、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局與陜西省政府共建重點學科。安全工程專業(yè)為國家特色專業(yè)和陜西省名牌專業(yè)，2011年獲批教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，2013年入選第一批國家級專業(yè)綜合改革試點，通過教育部“工程教育本科專業(yè)認證”獲6年認證有效期。安全工程專業(yè)專職教師中高級職稱達60%，博士學位占總?cè)藬?shù)的70.45%；近年來，獲得各級教改項目多項，2次獲國家級教學成果二等獎等。學院已經(jīng)建成了“安全技術(shù)及工程國家級教學團隊”、國家級應用型安全技術(shù)及工程人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)、陜西省虛擬仿真實驗教學中心等教學平臺等。目前已經(jīng)形成了煤火災害防治、煤與瓦斯共采、礦井通風、礦山救援、氣體與粉塵燃爆、智慧消防和安全行為等特色鮮明的研究方向。近年來承擔或完成國家自然科學基金重點項目、國際合作項目、企業(yè)委托科研項目等100多項；獲國家科技進步二等獎2項，省部級科技進步一、二等獎30多項等。這些特色優(yōu)勢科研平臺與方向的建設(shè)拓展和高水平成果的獲得，有效地豐富了理論教學內(nèi)容，為本科生創(chuàng)新能力和培養(yǎng)質(zhì)量的提升奠定了堅實基礎(chǔ)。

4.2.1 推進“新工科”建設(shè)

秉承以“礦山安全”為特色，面向多行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的辦學方向。在學生共性能力培養(yǎng)方面，結(jié)合采礦、機械、建筑、化工、計算機等學科優(yōu)勢，組建跨學科、院系課程團隊；在培養(yǎng)方向上，構(gòu)建了“安全+”人才培養(yǎng)模式。

4.2.2 深化課堂教學改革

有效融合通識教育和專業(yè)教育，結(jié)合安全工程專業(yè)和消防工程專業(yè)特點，構(gòu)建“通識教育+寬口徑專業(yè)教育+行業(yè)領(lǐng)域”的柔性培養(yǎng)方案。安全工程專業(yè)認證和消防工程第三方評價為契機，推動基于工程問題引導的課程課堂教學改革，有效利用課堂時間釋疑解惑，通過多元化考核方式推動由“以教為主”向“以學為主”的學習方式轉(zhuǎn)變。深入推進課程組建設(shè)，完善課程教學質(zhì)量標準建設(shè)。立足課堂教學，情景教學和翻轉(zhuǎn)課堂等手段。

4.2.3 突出能力培養(yǎng)

推動實驗教學與科研訓練有機融合，并結(jié)合教師科研項目將創(chuàng)新性實驗向深層次推進。強化實習實訓加強與企業(yè)、科研院所合作，開展成效顯著的實習實訓，推動實習實訓與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)有機銜接。加強畢業(yè)設(shè)計(論文)環(huán)節(jié)，結(jié)合現(xiàn)實問題、科研課題選題，嚴格過程管理，完善畢業(yè)論文(設(shè)計)查重、外審和質(zhì)量抽檢制度。依托信息技術(shù)，建設(shè)煤礦領(lǐng)域井下操作崗位、路橋施工操作崗位、地鐵施工操作崗位等實驗室，對專業(yè)領(lǐng)域范圍內(nèi)崗位開展專業(yè)技能訓練，提升學生對現(xiàn)場的認知度，增強工程實踐能力。組織學生參加校內(nèi)外高水平競賽，推進學科競賽創(chuàng)新平臺、“教授專題日+”平臺的建設(shè)，支持大學生在學期間創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，落實“安全天地大講壇”拓展學生視野的主要功能等。另外，打造一流師資隊伍，持續(xù)提升教學能力；規(guī)范教學管理，持續(xù)推進質(zhì)量保障體系建設(shè)。

本科生近3年獲獎總數(shù)達到619次，其中2018年度獲獎在3年總獲獎次數(shù)中占比最高，達到65%，2016年和2017年占比分別14%，21%(如圖2所示)。從近3年各年度獲獎占比顯示，2018年成果豐碩，獲獎次數(shù)呈遞增趨勢。

圖3 2016—2018年本科生各年度獲獎統(tǒng)計Fig.3 Statistics of annual awards for undergraduates in 2016—2018

從圖4可以看出，2016年，大一、大二、大三、大四各年級獲獎占年度獲獎總量分別為22%，24%，22%，32%.2017年，大二獲獎量占年度獲獎總量最高，達到44%，大一、大三、大四分別占年度獲獎總量的21%，12%，23%.截止到2018年12月，大一、大二獲獎各占年度總獲獎的41%，大三、大四占年度總獲獎次數(shù)分別為17%，1%.本科生獲獎以大一、大二為主。各年度獲獎數(shù)量呈遞增趨勢。

圖4 2016—2018年本科生各年級年度獲獎占比Fig.4 Proportion of annual awards of each grade of undergraduates in 2016—2018

經(jīng)過3年持續(xù)實施，學院創(chuàng)建的“教授專題日+”等特色平臺實現(xiàn)了4個年級全覆蓋，學生參與率(30～100/場)顯著提高。2017年共申報創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培育項目47項，總計228人參與，其中1項獲2017年全國大學生挑戰(zhàn)杯競賽二等獎、2018年獲全國安全工程大學生創(chuàng)新與實踐作品競賽一等獎、獲陜西省“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽銀獎1項和校級互聯(lián)網(wǎng)+大賽一等獎2項等。

5 結(jié) 論

1)采用現(xiàn)代信息理論，對科學研究與人才培養(yǎng)耦合后能力激增與信息熵的關(guān)系進行了研究，實現(xiàn)科學研究與人才培養(yǎng)的科學耦合是深化教育評價改革和提升高教質(zhì)量的重要方法與手段。破解科教耦合其間物質(zhì)、信息、能量等要素的循環(huán)轉(zhuǎn)換和動態(tài)遷移過程機制，這對提升高教質(zhì)量提供了新的思路與實踐方法。

2)厘清科學研究與人才培養(yǎng)貢獻度和顯示度對科教耦合提質(zhì)大有裨益。人才培養(yǎng)過程是有其周期性的良心活與“隱學”，提升科研能力是講良心的“過程活”，也是提高教師的教學與學術(shù)能力的過程化行為，與彰顯效果的“顯學”，這有助于加深對科教耦合實施機制的認識。

3)建立了具有顯示度與貢獻度的耦合后評價指標體系。應用后成效顯著，為探索科教耦合過程調(diào)控與教育評價改革新思路提供了科學依據(jù)。