科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源的實踐與思考
——以課題組培養(yǎng)本科生科研訓練為例

唐皓，劉德順，陳武，陳碩

(湖南科技大學 機電工程學院，湖南 湘潭 411201)

將科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源，國內(nèi)許多高校都在積極進行探索。劉愛生等人分析了美國研究型大學的文化基礎及其主要特征，認為將科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源應重視其文化存在，因為“一個特定的行為結(jié)果可以用特定的文化價值觀進行解釋和說明，因而其特征是有跡可循的”[1]；劉友金等人結(jié)合“卓越人才”培養(yǎng)目標，提出將科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源應“重在創(chuàng)新思維、創(chuàng)新素養(yǎng)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”[2]；容敏華等人認為，推進高?？蒲谐晒D(zhuǎn)化為教學資源，應積極“完善教師考核、評聘與激勵機制”[3]；鄭國萍等人認為，“政府是科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源的評價者，政策支持與否，將直接影響教師科教轉(zhuǎn)化的行為”[4]；胡婭南等人則通過對學生的問卷調(diào)查，認為加強和學生“互動”，有利于“科研反哺教學”，有利于學生“早期的動手能力培養(yǎng)”和“科研人才選拔”[5]，等等。盡管大家是站在不同視角進行解讀，但對推進高校的科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源無疑發(fā)揮了積極作用。

作為省屬高校，湖南科技大學現(xiàn)有98個本科專業(yè)，覆蓋11個學科門類，學生人數(shù)近4萬。根據(jù)學校的本科人才培養(yǎng)定位，65%以上的畢業(yè)生隸屬于復合應用型人才。圍繞復合應用型人才培養(yǎng)，積極有序地推進科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源，既是上級部門和學校的要求，也是機械類教師的職責。機械類教師面對的是工程實際，注重的是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的能力。隨著湖南“三高四新”戰(zhàn)略的進一步推進，加快培養(yǎng)復合應用型人才是當務之急。為此，本文結(jié)合所承擔的國家基金(項目編號:51705149)，基于“能力范式”理念，以提升綜合能力為目標，在部分本科生中開展了將科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源的有益嘗試。具體做法：1)建立科研興趣小組，鼓勵本科學生自己動手，開展專題研究；2)突出“以學生為中心”，強化學生的自主學習，適時輔以教師的介入和指導；3)建立綜合評價機制，即從學生發(fā)表的成果、試驗完成時間以及創(chuàng)新內(nèi)容等方面，綜合評價學生的能力是否提高。經(jīng)過幾年的努力，取得了一些成效，供同行借鑒。

1 科研成果簡述

能力范式下復合應用型人才，應“具備企業(yè)要求的四個能力，即基本工作能力、專業(yè)知識能力、環(huán)境適應能力以及創(chuàng)新創(chuàng)造能力”[6]。事實上，從事科學研究同樣需要這四種能力。

以多自由度精密運動平臺為例：多自由度精密運動平臺是廣泛應用于工程實際的高精設備，類比發(fā)達國家還存在差距，仍存在諸多技術(shù)瓶頸。欲趕超世界一流，提升國產(chǎn)多自由度精密運動平臺的精度，需要具備這四種能力的科技工作者發(fā)奮努力。因此，依托指導教師在研的科研項目培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)，建立“理論知識—實踐應用”“課本案例—科學研究”“原理吸收—掌握升華”的多維度提升過程，是目前培養(yǎng)復合應用型人才的有效途徑之一，本文也試圖對此進行探索和實踐。

多自由度精密運動平臺的作用是精確控制需對接元件的空間位姿，廣泛應用于智能制造、激光加工以及光電子封裝等諸多領(lǐng)域，如光電子封裝中用于控制光纖與芯片精確對準封裝等。由于運動平臺為多自由度(六自由度)，各自由度運動參數(shù)復雜多樣、交叉影響且非線性，導致需對接的元件難以對準。目前，美國Newport、日本Suruga Seiki精密運動平臺的定位精度<5 um，而國產(chǎn)同類型設備的定位精度卻在10 um以上。解決的途徑如下：1)尋求一種適于多自由度精密運動平臺的誤差建模與分析方法，厘清誤差的傳遞、變化規(guī)律；2)運用新的數(shù)學方法和工具對各自由度敏感性誤差進行甄別，適時對誤差進行補償；3)對各自由度運動順序進行優(yōu)化和試驗驗證，提高對準精度。目前，該項目已順利結(jié)題，所研制的精密運動平臺定位精度為3 um，已達到國內(nèi)外同類產(chǎn)品先進水平。此類高精度運動平臺的研制與組裝基本涵蓋機械學科本科階段所學的理論知識與實踐應用范疇，具備較好的培養(yǎng)本科生綜合能力的外部環(huán)境與可能性。一方面，既可以通過講授各原件間的工作原理與配合關(guān)系，達成課本知識與具體實例結(jié)合的目標；另一方面，又可以通過研究產(chǎn)品的選型、組裝、校核、成本核算與可靠性研究，實現(xiàn)本科學生綜合能力的提升。因此，特為本科學生設置需解決的核心問題：1)通過觀察和分析，厘清運動平臺的誤差源以及誤差之間的耦合關(guān)系；2)構(gòu)建運動平臺的誤差(數(shù)學)模型，揭示誤差參數(shù)傳遞規(guī)律；3)提出運動平臺各自由度裝配與運動順序優(yōu)化模型，為提高對準精度提供支持。

2 能力范式下復合應用型人才的能力培養(yǎng)

基本工作能力是指能接受工作任務的能力，包括人際交往能力、語言交流能力、文字表達能力以及計算機操作能力等；專業(yè)知識能力是指能完成工作任務的能力，包括熟悉專業(yè)知識、掌握專業(yè)技能、服從執(zhí)行能力以及協(xié)調(diào)管理能力；環(huán)境適應能力是指能拓展工作任務的能力，包括融入社會能力、審時度勢能力、開闊視野能力以及心理調(diào)節(jié)能力；創(chuàng)新創(chuàng)造能力是指能勝任工作任務的能力，包括個人智力因素、敢于擔當精神、自主學習能力以及辯證思維能力。

作為一種新的教育理念，能力范式的高等教育應“采用新思維培養(yǎng)能夠解決現(xiàn)實世界真問題的高素質(zhì)專門人才，即從由理論到實踐的知識獲取方式向?qū)嵺`到理論的知識獲取方式轉(zhuǎn)變”[7]。因此，能力范式更強調(diào)“以學生為中心，以成果為導向”[8]。在具體的教學活動中，通過成果(項目)讓學生從嘗試入手，從練習開始，調(diào)動其積極性，突出主動性和參與性。教師的任務是設置項目，組織學生，安排場地，適時指導。學生唱主角，教師當配角，核心是提升學生的能力。當然，教師的引導也不能忽視，應按教學基本規(guī)律設置項目、制定方案并督促執(zhí)行，最后以學習效果，如參與時間、獲得知識以及發(fā)表成果來評判能力是否提升。

多自由度精密運動平臺的學生能力提升，主要圍繞需解決的核心問題來設置項目。如針對誤差源以及誤差之間的耦合關(guān)系，要求學生認真觀察和系統(tǒng)分析，通過感性認識，提升其基本工作能力和專業(yè)知識能力；針對誤差參數(shù)傳遞規(guī)律，要求學生根據(jù)已掌握的知識和還需自主學習的知識，構(gòu)建運動平臺的誤差(數(shù)學)模型，提升其專業(yè)知識能力和環(huán)境適應能力；針對運動平臺各自由度裝配與運動順序優(yōu)化，引導學生跨學科、跨專業(yè)學習并構(gòu)建優(yōu)化模型，提升其專業(yè)知識能力、環(huán)境適應能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

3 能力范式下能力提升過程

圖1為結(jié)合科研成果，基于“能力范式”下學生“四個能力”培育的框圖。

圖1 “能力范式”下學生“四個能力”培育的框圖

一是宣傳發(fā)動，吸引本科生積極加入科研興趣小組?；趯秃蠎眯腿瞬诺睦斫?，考慮到本科生從未接觸過多自由度精密運動平臺，課題組先將項目的研究對象、研究內(nèi)容以及研究目標等進行簡化，采用深入淺出的科研術(shù)語調(diào)動其積極性，同時廣泛宣傳，吸引本科生加入科研興趣小組[9-11]。

二是現(xiàn)場觀摩，讓科研興趣小組成員盡快熟悉工作。教師示范、講解，鼓勵成員動手操作，盡快讓他們對多自由度精密運動平臺的結(jié)構(gòu)、原理以及應用領(lǐng)域有所了解?；谝?guī)范和安全要求，教師需全程進行監(jiān)督[12]。

三是組成團隊，根據(jù)學生興趣及個人特點安排工作。按設置的項目，即“厘清運動平臺的誤差源以及誤差之間的耦合關(guān)系”“構(gòu)建運動平臺的誤差(數(shù)學)模型”以及“構(gòu)建各自由度裝配與運動順序優(yōu)化模型”組織團隊，均衡布置任務[13]。

四是確定方向，將需解決的問題難點進行剖析。如“構(gòu)建各自由度裝配與運動順序優(yōu)化模型”問題，涉及“誤差源”“運動順序”“誤差補償”“數(shù)學建?！薄皵?shù)值仿真”以及“試驗驗證”等專業(yè)知識，需在教師引導下逐步深入。

五是及時指導，鼓勵并幫助學生樹立信心。學生在學習過程中，既會取得成績，也會遇到困難，教師的介入顯得非常重要。取得成績，教師的鼓勵能增強他們的自信；遇到困難，教師的點撥能拓展他們的能力。

六是制度保障，讓成員之間相互督促、彼此激勵。制訂合理的規(guī)章制度，要求學生根據(jù)自身學習進展，寫成階段性報告并制成PPT，定時在小組會上進行匯報。這既是為了相互啟發(fā)、彼此激勵和強化學習，又是為了培育紀律意識、創(chuàng)新意識、團隊意識。

七是綜合評價，確保成員綜合能力的提升。既然是以能力提升為目標，那么在評價學生學習效果時，不僅要注重結(jié)果，如發(fā)表論文和獲得專利；也要注重過程，如參加試驗的時間和新的學習內(nèi)容[14-16]。

上述七個環(huán)節(jié)，突出學生的“先練先學”。教師的作用是抓住學生的學習心理，增強學生的學習興趣，調(diào)動學生積極性和主動性。目標是讓學生系統(tǒng)牢固地掌握所學知識的同時，提升“四個能力”。

4 初步成效及思考

從2018年開始，筆者從15級本專業(yè)本科生入手，組織培養(yǎng)成績排名較為靠前且學有余力的學生加入團隊，依托國家自然科學基金項目、湖南省自然科學基金項目、企業(yè)合作項目等部分項目，根據(jù)學生的學習特點與興趣方向，開設相應的科研訓練，按照“能力范式”下學生“四個能力”培育方案，經(jīng)過幾年的努力，取得了一些成效。表1為近幾年學生發(fā)表的成果。

表1 近幾年部分學生發(fā)表的成果

通過幾年的實踐，雖然取得了一些成績，但仍存在一些不足，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

一是學生的參與度亟待提升。能力范式下的學生能力培育，強調(diào)的是“以學生為中心”。盡管進行了大量的宣傳和發(fā)動，開始也的確有許多同學參與，但由于個人原因或與其他課程學習時間發(fā)生沖突，堅持下來的學生人數(shù)還是不盡人意。

二是教師的積極性亟待維持。雖然倡導讓學生“先做”“后學”，教師的角色也從“主角”轉(zhuǎn)為“配角”，但教師的作用還非常重要。從“項目設置”“團隊組織”到“確定方向”“及時指導”，所需時間較長，“保姆”身份貫穿始終。如何維持教師的積極性，也是當前面臨的問題。

三是能力評價體系亟待完善。取得成效，如發(fā)表論文、獲得專利固然可喜，但評價能力并非唯一。如參加“國”字號競賽、獲得省級以上獎勵都是能力提升的具體體現(xiàn)。如何將學生的能力評價和保研、獎勵有機結(jié)合，也是我們必須重視的問題。

應當說，通過依托教師的科研項目，將科研成果轉(zhuǎn)化為本科教育教學資源，取得了較好的效果。在今后的規(guī)劃中，為更好地優(yōu)化該培養(yǎng)模式，提升本科生的學習熱情與效率，可考慮開展幾個方面的工作。1)選取校內(nèi)具有代表性的科研團隊與專家，盡可能結(jié)合科研項目與產(chǎn)業(yè)布局等，在學生入校前進行較為全面、細致的科研講解，內(nèi)容覆蓋本團隊的研究方向、研究對象、應用領(lǐng)域與未來發(fā)展，從大學開端時即吸引學生的好奇心與注意力。2)于大二、大三階段開設課外理論/軟件學習班。從教學課堂走向?qū)嶒炇倚枰休^多基本能力的積累，若開設一些符合大多數(shù)團隊需求的培訓班，能使學生盡快融入團隊，提升學習效率。此類培訓班可盡量小而精，以開設4～6周、每周2～3次較為合適。3)設置本科生科研獎勵制度，根據(jù)發(fā)表成果的檔次分別給予相應的獎勵，不僅能塑造榜樣，也能提升學生整體的學習熱情。

5 結(jié)語

作為培養(yǎng)復合應用型人才的普通高校，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學資源是永恒的話題。本文基于能力范式理念，圍繞本科學生能力提升目標，就培育方式、培育內(nèi)容以及培育過程等諸多方面進行了實踐探索，雖然取得了一些成績，但還深感不足。高校的課程教學模式改革任重而道遠，只有尊重規(guī)律深入改革，才能營造良好的學習環(huán)境，滿足國家對復合應用型人才的需求。