實(shí)踐教學(xué)與科研對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真研究

張洪亞 郭廣生

摘 要：利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，通過構(gòu)建理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響的仿真模型，探究實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響趨勢和敏感性。研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度的作用下，理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲增量曲線呈現(xiàn)“小—大—小”的變化趨勢，曲線軌跡呈現(xiàn)倒“U”型;理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲總量的增長呈現(xiàn)“慢—快—慢的上升趨勢，曲線軌跡呈現(xiàn)羅杰斯特“S”型曲線。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐;科研;大學(xué)生;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué);學(xué)習(xí)收獲

十九大報(bào)告中明確指出“加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”。關(guān)注大學(xué)生的學(xué)習(xí)正是實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的需要和體現(xiàn)。在過去六年中，中國教育經(jīng)費(fèi)收支兩條線的增幅都超過了同期GDP的增長，其中全國教育經(jīng)費(fèi)在GDP中的占比持續(xù)保持在4%以上，是增長最快的時(shí)期。但伴隨教育資源穩(wěn)步快速增長，大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲不佳的問題卻非常突出[1]。因此，如何提升大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲這一問題亟待深入研究，這也是真正落實(shí)十九大報(bào)告、回歸高等教育常識、推動(dòng)教育強(qiáng)國建設(shè)中的關(guān)鍵科學(xué)問題。

理工科教育在我國高等教育體系中占有重要地位，承擔(dān)著培養(yǎng)基礎(chǔ)研究、工程技術(shù)、工程和科技管理等方面人才的重任。本文以高校理工科大學(xué)生的學(xué)習(xí)為研究對象，把大學(xué)生的學(xué)習(xí)看成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，把大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲界定為大學(xué)生在完成一系列培養(yǎng)計(jì)劃之后所獲得的知識、技能和價(jià)值觀，研究理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響因素、影響機(jī)理以及提升路徑，重點(diǎn)研究實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響機(jī)理及控制動(dòng)因，給出提升理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的策略和對策建議。研究結(jié)論將對準(zhǔn)確把握理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)的特質(zhì)，對學(xué)校資源配置、因材施教、分類指導(dǎo)，提升理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲乃至提升教育教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。

一、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方法及應(yīng)用

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics）是管理學(xué)傳統(tǒng)經(jīng)典方法，主要研究復(fù)雜問題的反饋過程，通過分析變量之間的遞歸關(guān)系和非線性關(guān)系來解釋復(fù)雜系統(tǒng)的行為，不僅仿真模擬出這些變量之間是如何相互影響和作用的，同時(shí)還可以模擬出反饋效應(yīng)、時(shí)間延遲、影響的趨勢和敏感度，以及存量和流量的變化。

理工科大學(xué)生的學(xué)習(xí)行為可以視為一個(gè)由影響因素、學(xué)習(xí)收獲、個(gè)體心理因素等組成的復(fù)雜系統(tǒng)，我們界定這個(gè)系統(tǒng)名稱為理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有反饋性特征，例如學(xué)習(xí)收獲的提升，可以激發(fā)學(xué)生更大的成就需要，引起學(xué)生參加實(shí)踐活動(dòng)意愿更強(qiáng)，導(dǎo)致參加實(shí)踐活動(dòng)更多，獲取實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更為豐富，最終獲取更大收獲，而更大的學(xué)習(xí)收獲激起更大的成就需要。同時(shí)，學(xué)習(xí)收獲影響系統(tǒng)也具有動(dòng)態(tài)性，因?yàn)椋瑢W(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展過程是呈螺旋式上升的，學(xué)生的學(xué)習(xí)收獲隨時(shí)間而變化，不是一成不變的。因此，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方法適用于理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響機(jī)理研究，本文將利用該方法探析實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響作用。

二、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真研究

1.影響因素界定及研究假設(shè)

理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響因素既多元又復(fù)雜，不僅有大學(xué)生自身因素，同時(shí)還受到家庭經(jīng)濟(jì)地位、父母受教育程度、校園環(huán)境、教育經(jīng)驗(yàn)、人際關(guān)系、師生關(guān)系等因素的影響。本文重點(diǎn)分析實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響演化及控制機(jī)理，主要探析實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度子系統(tǒng)作為一個(gè)系統(tǒng)對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的影響趨勢和敏感性。為了更準(zhǔn)確地進(jìn)行模型仿真檢驗(yàn)，理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型包含以下幾個(gè)假設(shè)：第一，理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲受到生師交流互動(dòng)、同伴合作學(xué)習(xí)、學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、院校環(huán)境支持度和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度五個(gè)子系統(tǒng)共同作用。第二，模型中設(shè)定系統(tǒng)仿真時(shí)間為100個(gè)單位;理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的初始值設(shè)為1。

2.理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響系統(tǒng)的因果關(guān)系

分析理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響系統(tǒng)因果關(guān)系的目的是為了研究系統(tǒng)諸要素之間以及整體與局部之間的聯(lián)系和相互作用關(guān)系，建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模式與系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)態(tài)反饋結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，并用模型、變量和參數(shù)表示出來。因此，依據(jù)大學(xué)生學(xué)習(xí)投入理論等理論成果，本文構(gòu)建了理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響系統(tǒng)的因果關(guān)系模型，主要反饋回路詳見圖1。

從圖1可以看出，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度系統(tǒng)反饋回路為：理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲—成就需要—參加各種有效教育活動(dòng)意愿—實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度增量—學(xué)習(xí)專注度增量—學(xué)習(xí)收獲增量—學(xué)習(xí)收獲。這一反饋回路表明，教育實(shí)踐活動(dòng)對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲有影響作用。

3.理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲及影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析

（1）理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲及影響因素間系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

根據(jù)上述因果關(guān)系反饋回路環(huán)以及實(shí)際中的發(fā)展規(guī)律，本文的模型仿真中使用Time函數(shù)表示這些變量隨時(shí)間變化的軌跡。利用Vensim仿真平臺軟件，構(gòu)建理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響因素的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，見圖2。

（2）參數(shù)估計(jì)及主要?jiǎng)恿W(xué)方程

本系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中各參數(shù)的選取和確定是在基于大量的文獻(xiàn)研究，以及實(shí)證研究基礎(chǔ)上進(jìn)行的?；谧兞块g的函數(shù)形式，在模擬仿真中進(jìn)行具體函數(shù)設(shè)定并運(yùn)算。本文采用描述性數(shù)據(jù)賦值法，對關(guān)鍵變量進(jìn)行描述，模擬仿真理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的演變過程。

（3）模型有效性檢驗(yàn)

模型設(shè)立之后正式運(yùn)行之前，一般要對模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)。通過輸入變量的初始值運(yùn)行模型，得到理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲在不同時(shí)間的變化情況，以此檢驗(yàn)所設(shè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是否符合預(yù)期效果，是否有效。

Vensim仿真結(jié)果顯示模型中每個(gè)仿真均通過了檢驗(yàn)并且有一定的實(shí)際意義，表明本文所建構(gòu)的理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型相對客觀地反映了理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的發(fā)展和變化情況，由此判定該模型有一定的合理性和較好的一致性，可以進(jìn)行下一步仿真運(yùn)行。

4.實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度對理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲演化及控制仿真研究

（3）鼓勵(lì)和支持理工科大學(xué)生參與科學(xué)研究?？茖W(xué)研究是一種探索世界、認(rèn)識未來的創(chuàng)造性活動(dòng)，理工科大科生參與科研實(shí)踐是調(diào)動(dòng)理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)理工科大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)、接受高學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、提升實(shí)踐動(dòng)手能力的有效方式。理工科大學(xué)生從科研活動(dòng)中可以提升批判性思維、解決問題的能力、責(zé)任心、工作態(tài)度、科研自信心、對某領(lǐng)域的興趣、溝通技巧等。

參與科研實(shí)踐也是理工科大學(xué)生的一種學(xué)習(xí)方式?？梢允估砉た拼髮W(xué)生更好地理解和運(yùn)用所學(xué)知識，有助于幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識的價(jià)值;有利于培養(yǎng)責(zé)任心、工作態(tài)度、科研自信心、解決問題的能力、對某領(lǐng)域的興趣、溝通的技

巧;有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力和批判性思維，并有助于提升創(chuàng)新素質(zhì)[3];科研項(xiàng)目的合作促進(jìn)了教師和學(xué)生的頻繁接觸，增強(qiáng)了教師與學(xué)生的交流;鼓勵(lì)老師用高水平的科研支持高水平教學(xué)，有助于生師關(guān)系融洽，有助于老師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，也有助于老師言傳身教;有助于增進(jìn)同學(xué)之間互助合作培養(yǎng)合作精神;有助于鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，鼓勵(lì)理工科大學(xué)生參與科研項(xiàng)目的研究也有利于培養(yǎng)崇尚學(xué)術(shù)，堅(jiān)持研究型學(xué)習(xí)和渴望創(chuàng)新、開拓進(jìn)取的良好意識?？蒲袑W(xué)習(xí)投入對學(xué)習(xí)收獲具有顯著解釋力[4]。國外學(xué)者丹尼爾斯[5]及其他一些學(xué)者[6][7]研究發(fā)現(xiàn)，教師指導(dǎo)質(zhì)量越高、獲得學(xué)校支持資源越多、科研學(xué)習(xí)收獲越多，大學(xué)生最終獲得的學(xué)習(xí)收獲越多。國內(nèi)已有研究成果認(rèn)為，科研訓(xùn)練是提高大學(xué)生科研能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的重要途徑[8];科研參與次數(shù)多的學(xué)生，認(rèn)知能力和社會(huì)性能力的自我評估更高[9];有科研參與經(jīng)歷的學(xué)生更傾向于選擇學(xué)術(shù)型碩士[10]。

（4）構(gòu)建一個(gè)理工科大學(xué)生能持續(xù)參與科研的制度保障體系

一是調(diào)整課程結(jié)構(gòu)。開設(shè)研究性課程或科研項(xiàng)目計(jì)劃。研究性課程或科研項(xiàng)目計(jì)劃是面向全體理工科大學(xué)生開設(shè)的，以學(xué)生自主選擇的、直接體驗(yàn)的、研究探索的學(xué)習(xí)為課程基本方式，以貼近學(xué)生現(xiàn)實(shí)的生活實(shí)踐、社會(huì)實(shí)踐、科學(xué)實(shí)踐的主題為課程基本內(nèi)容。通過開設(shè)研究性課程將科研活動(dòng)納入教學(xué)和學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃，同時(shí)，也可以把科研活動(dòng)納入學(xué)分，使研究性課程作為理工科大學(xué)生參與科研的最初起步形式。例如，申請“科創(chuàng)”基金，參加科技學(xué)科競賽，參加教師實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目等。

二是轉(zhuǎn)換教學(xué)模式。課題實(shí)踐研究強(qiáng)調(diào)自主學(xué)習(xí)，要求老師的教學(xué)模式也要從知識傳授向培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對老師的能力要求更高。老師要有將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容的能力，設(shè)計(jì)以問題為導(dǎo)向的研究性教學(xué)能力，依托高水平綜合實(shí)驗(yàn)平臺培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，通過開展學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，創(chuàng)建自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的研究性學(xué)習(xí)氛圍的能力。

三是鼓勵(lì)學(xué)生組成科研創(chuàng)新小組。理工科大學(xué)生們從自身興趣出發(fā)，聯(lián)合有相同目標(biāo)和興趣的其他同伴，組成創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，選擇參與老師或是學(xué)生自己的創(chuàng)新項(xiàng)目，一起去發(fā)現(xiàn)問題、研究分析問題和解決問題。

四是建立大學(xué)生參與科研項(xiàng)目保障服務(wù)機(jī)制。為了保障大學(xué)生順利參加老師科研項(xiàng)目，需要制定相應(yīng)的保障機(jī)制。比如將參加老師的科研項(xiàng)目納入學(xué)生評價(jià)范圍，學(xué)生參與科研項(xiàng)目的行為和效果納入學(xué)分認(rèn)定、評優(yōu)評獎(jiǎng)中。鼓勵(lì)課題較多的老師開設(shè)與課題項(xiàng)目有關(guān)的專題課程，通過專題課程吸納對該研究方向有興趣的學(xué)生參與課題研究?；蚴嵌ㄆ谕瞥鼋榻B老師科研項(xiàng)目的推介會(huì)，向?qū)W生介紹課題情況，讓學(xué)生申請報(bào)名。

本文以理工科大學(xué)生的學(xué)習(xí)為研究對象，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真方法，探討了理工科大學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富度對提升學(xué)習(xí)收獲的作用機(jī)理，給出了提升理工科大學(xué)生學(xué)習(xí)收獲的策略建議，對提高理工科教育教學(xué)及人才培養(yǎng)質(zhì)量有重要借鑒意義。

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[責(zé)任編輯：周 楊]