新工科“科研領(lǐng)門人”
——科研訓練課程改革探索

李昱達 何祿英 李 輝 熊 蕓 汪 鋒

(武漢工程大學 化工與制藥學院 綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430205)

在新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的背景下，勞動力市場對高素質(zhì)、高層次科技創(chuàng)新型人才的需求越發(fā)迫切。積極推動高等教育改革，把培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力擺在高教改革中的突出位置，成為打贏人才攻堅戰(zhàn)的重要支撐。過去10年，國家一方面施行“新工科建設(shè)”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“中國制造2025”等重大戰(zhàn)略，以提升科技創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)質(zhì)量；另一方面有意識地擴大高等教育規(guī)模，以滿足高素質(zhì)、高層次人才的規(guī)模需求。據(jù)統(tǒng)計，從2015年到2020年，我國碩士研究生錄取人數(shù)增長約73.6%，博士研究生錄取人數(shù)增長約55.9%[1]。然而，研究生規(guī)模的快速擴張導致生師比過高、培養(yǎng)質(zhì)量下滑，這與新工科建設(shè)培養(yǎng)一流人才的初衷背道而馳[2]。此外，高校研究生教育與本科生教育尚未完全打通，科研平臺資源未被本科教育充分利用，本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實效不盡人意[3]。

科研訓練是高等教育改革的一種新模式，通過讓大學生提早接觸科研，培養(yǎng)大學生的科研素養(yǎng)，進而更快、更好地培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才?？蒲杏柧氉鳛榇髮W生的“科研領(lǐng)門人”，還可通過打好本科生基礎(chǔ)科研素養(yǎng)的方式，打通本科生與研究生兩階段的科研教育，進而打破研究生教育生師比不平衡，導師指導精力有限的困局，促進研究生培養(yǎng)質(zhì)量的改善。然而，科研訓練起步較晚，課程受重視程度有限，運作模式仍不夠成熟，部分院校的發(fā)展停滯不前，本科生接受科研訓練的程度不高[4]。新形勢下，本科生科研能力定位逐漸拔高，科研訓練課程改革迫在眉睫[5-10]。本文從科研素養(yǎng)養(yǎng)成機制出發(fā)，進行了本科生科研訓練課程體系和教學模式改革的探索。

1 科研素養(yǎng)養(yǎng)成機制

科研素養(yǎng)是科研工作者經(jīng)歷多項科研項目后，鍛煉出的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的多種能力和品質(zhì)，主要包括科研知識、研究能力和科研精神三個層面的內(nèi)容。

科研知識層面的素養(yǎng)，是科學研究得以順利開展的智力保障，主要包含知識多樣性、知識獲取能力和知識創(chuàng)造能力，是在探索解決問題的過程中積累形成的。知識多樣性是指多學科、多領(lǐng)域、多樣化的知識體系，包括理論知識、實踐技巧等；知識獲取能力是指以解決問題為導向的知識搜集能力，包括文獻調(diào)研能力和文獻閱讀能力等；知識創(chuàng)造能力則是指對實踐結(jié)果進行總結(jié)歸納、整理凝練的能力，即將實踐轉(zhuǎn)化為理論，將具象轉(zhuǎn)化為抽象的能力，包括論文、專利寫作能力等。

研究能力層面的素養(yǎng)，是實現(xiàn)實踐目標的關(guān)鍵技術(shù)手段，主要包含邏輯思維能力、類比發(fā)散思維能力、把握問題能力和動手能力，是在不斷試錯的過程中磨練形成的。邏輯思維能力是正確、合理思考的能力；類比發(fā)散思維能力是從多角度類比推理解決問題的能力；把握問題能力是指從準度、廣度和深度三維度入手，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵科學問題的能力；動手能力是將知識付諸于實踐，解決實際問題的能力。

科研精神層面的素養(yǎng)，是科研道路上不斷探索、正視學術(shù)道德規(guī)范的文化支撐，主要包含創(chuàng)新、求實、奉獻與協(xié)同精神，是在科研團隊中耳濡目染形成的。創(chuàng)新精神是勇攀高峰、敢為人先的精神；求實精神是追求真理、嚴謹治學的精神；奉獻精神是淡泊名利、潛心研究的精神；協(xié)同精神是團結(jié)協(xié)作、集智攻關(guān)的精神。

2 “57”科研項目型課程體系，確?？蒲兴仞B(yǎng)全面發(fā)展

明確了科研素養(yǎng)的養(yǎng)成機制后，根據(jù)本科生“門外漢”科研新手的屬性，創(chuàng)建以導師課題為依托，以探究為基礎(chǔ)的“57”科研項目型專項訓練課程體系?！?”為五環(huán)節(jié)的課程結(jié)構(gòu)，“7”為七期的課程學制，如圖1所示。

2.1 構(gòu)建“5環(huán)節(jié)”項目型課堂體系，創(chuàng)造完整科研活動機會

5環(huán)節(jié)是指目標導學、項目立項、項目研究、項目總結(jié)和效果評價五項課程環(huán)節(jié)。通過該5環(huán)節(jié)的設(shè)計，以期構(gòu)建完整的科研活動鏈，落實科研素養(yǎng)的全面培養(yǎng)。

第一環(huán)節(jié)目標導學，介紹科研訓練課程，宣傳學院師資力量，并在其中融入思政元素，強化價值引領(lǐng)，播下科研夢想的種子。第二環(huán)節(jié)項目立項，全面落實“導師制”，依據(jù)學生研究興趣和意向分配導師。導師指導學生對研究方向進行文獻查閱和總結(jié)歸納，凝練出待解決的關(guān)鍵科學問題；制定課題，設(shè)計可行的實驗方案；撰寫立項申請書。第三環(huán)節(jié)項目研究，根據(jù)項目實施方案展開一線實踐研究，輔以定期組會討論，切實有效推進項目進展。第四環(huán)節(jié)項目總結(jié)，處理數(shù)據(jù)，繪制譜圖，分析、整理實驗結(jié)果，總結(jié)、凝練創(chuàng)新點，撰寫結(jié)題報告。第五環(huán)節(jié)效果評價，建立多層次多樣化的考核評估機制，強化考核對訓練的反哺作用。

2.2 構(gòu)建“7期”課程學制，夯實課程運行時間保障

大一基礎(chǔ)課程與大四備戰(zhàn)考研的學習時間非常緊迫，故將科研訓練課程安排于第3～6學期的學期內(nèi)和學期間(寒暑假)，構(gòu)建包含四學期三假期的“7期”課程學制，以期滿足課程長期投入運行的需求。學期內(nèi)，以周末課余時間為基礎(chǔ)，規(guī)劃出每周不少于16學時的“碎片時間”，以滿足科學研究的最低時間要求。假期中，規(guī)劃出周一至周末的連續(xù)訓練時間，用于強化科研訓練的廣度和深度，實現(xiàn)高水平科學研究與高質(zhì)量人才培養(yǎng)相互促進、同步提升。

將5個課程環(huán)節(jié)安排于“7期”中，構(gòu)成“57”科研項目型專項訓練課程體系，如圖1所示。第一期(第3學期)，進行目標導學和項目立項環(huán)節(jié)。第二至第六期(第3學期末至第6學期初)，深入開展項目研究工作，深化學習和訓練。第七期(第6學期)，進行項目總結(jié)。在第一至第七期的每個期末，開展效果評價環(huán)節(jié)，強化考核對訓練的反哺作用。

3 “25”協(xié)作互補式教學體系，推動科研素養(yǎng)養(yǎng)成目標落地生根

課程體系內(nèi)容確定之后，下一步應該確定教學模式和教學方法?；趯熤笇Ьo張和科研素養(yǎng)內(nèi)涵豐富的特點，創(chuàng)建以實驗室人才團隊為依托，以理論教學方法為基礎(chǔ)的“25”協(xié)作互補式教學體系。“2”是指以導師為主、研究生為輔的“2人”協(xié)作教學模式；“5”是指“授人以魚、漁、筌、娛、欲”“5層面”互補教學方法體系，如圖1所示。

圖1 “57”科研項目型課程體系、“25”協(xié)作互補式教學體系下培養(yǎng)本科生科研素養(yǎng)示意圖

3.1 打造導師-研究生“2人”協(xié)作教學模式，抓實課程教育師資保障

以聯(lián)合課題、聯(lián)合基金、聯(lián)合創(chuàng)新比賽等聯(lián)合項目為紐帶，構(gòu)建牢固的研究生-本科生科研共同體，激發(fā)研究生與本科生共同研究的熱情，營造濃厚的“老帶新”科研傳承文化。本科生經(jīng)研究生-本科生科研共同體捆綁帶入導師-研究生的級聯(lián)指導關(guān)系中，成為實驗室級聯(lián)指導關(guān)系中的固定一員。在聯(lián)合項目的開展過程中，形成以導師為主、研究生為輔的“2人”協(xié)作教學本科生的模式。

在協(xié)作教學模式中，導師負責主導本科生的成長，研究生則發(fā)揮輔助成長的作用，通過將專業(yè)術(shù)語通俗化，高深知識淺薄化，多層次、多方位、多角度地輔助講解，有效彌補導師指導精力有限、點到為止的不足，落實本科新手對深奧科研知識和方法的消化和吸收，助力本科生科研素養(yǎng)的凝練和升級。

3.2 打造“魚、漁、筌、欲、娛”“5層面”互補教學方法體系，落實科研素養(yǎng)養(yǎng)成根本任務(wù)

“授人以魚”，是指直接傳授本科生科研項目相關(guān)的知識；“授人以漁”，是指傳授本科生開展科研項目的方法和技能；“授人以筌”，是指為本科生創(chuàng)造較大的容錯空間，并提供充足的資源和試錯機會；“授人以欲”，是指志向驅(qū)動，激發(fā)本科生上進欲望；“授人以娛”，是指營造輕松歡樂的科研氛圍，削弱科研的苦累、枯燥感。建立“授人以魚(知識)、漁(方法)、筌(資源和機會)、欲(志向)、娛(氛圍)”“5層面”相互補充、相互促進的教學方法體系，應用于科研訓練的各環(huán)節(jié)，以期落實科研素養(yǎng)養(yǎng)成的根本任務(wù)。

在目標導學課程環(huán)節(jié)，引導學生將“個人夢”與“中國夢”結(jié)合起來，樹立遠大的報國利他的科研理想[11]。借助錢三強先生、袁隆平先生、鐘南山先生和屠呦呦先生等民族英雄的紀錄片，點燃學生的科研熱情(“欲”)，激發(fā)學生責任心和主人翁意識，培養(yǎng)創(chuàng)新、求實、奉獻與協(xié)同的科研精神。

在項目立項課程環(huán)節(jié)，導師建立圍繞本研究領(lǐng)域的定期文獻交流會(“魚”)，利用研究生的“人口紅利”，迅速提高本科生的文獻閱讀量，增強本科生的科研知識多樣性，為科研訓練項目的順利開展打下知識基礎(chǔ)。在引導學生進行文獻調(diào)研，實驗方案設(shè)計，立項申請書撰寫的過程中(“漁”)，增強學生專業(yè)知識儲備，鍛煉學生獲取知識能力、邏輯思維能力和把握關(guān)鍵科學問題的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識。

在項目研究課程環(huán)節(jié)，首先傳授學生實驗相關(guān)的知識、技能、方法和手段(“魚、漁”)。然后，鼓勵學生自行探索，并為本科生創(chuàng)造一個較大的容錯空間，并提供充足的資源和試錯機會。通過循循善誘，引導學生在不斷試錯的過程中推進課題有序開展(“筌”)。在此過程中，隨著問題的逐一解決，強化學生研究能力層面的素養(yǎng)，包括邏輯思維能力、類比發(fā)散思維能力、把握問題能力和動手能力。在不斷試錯的過程中，還應采用志向驅(qū)動，激發(fā)學生上進欲望(“欲”)，并塑造輕松愉快的科研氛圍(“娛”)，以化解科研生活的苦累、枯燥感，剎浮躁風、去功利化，培養(yǎng)學生勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神和追求真理、嚴謹治學的求實精神。在師生交流討論的定期組會中，進一步強化學生邏輯思維能力、類比發(fā)散思維能力和把握問題能力，培養(yǎng)學生淡泊名利、潛心研究的奉獻精神。在研究生本科生合作科研的過程中，培養(yǎng)本科生團結(jié)協(xié)作、集智攻關(guān)的協(xié)同精神。

在項目總結(jié)環(huán)節(jié)，導師指導學生對課題實驗結(jié)果進行整理、分析(“魚、漁”)，提煉創(chuàng)新點，撰寫結(jié)題報告。同時，為學生創(chuàng)造較大的容錯空間(“筌”)，引導學生在不斷總結(jié)、凝練的過程中，強化邏輯思維能力，培養(yǎng)創(chuàng)造能力。

4 結(jié)語

本科生科研訓練課的開設(shè)一定要立足于本科教育教學的特點和本科生科研新手的屬性，明確科研素養(yǎng)養(yǎng)成機制，設(shè)計有效的科研訓練課程結(jié)構(gòu)和學制，采用適宜的教學模式和教學方法體系，實現(xiàn)本科生科研素養(yǎng)的養(yǎng)成和升華，達到新形勢下本科生科研能力的高定位，為培養(yǎng)不拘泥于現(xiàn)狀、打破囚籠的新時代創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。正確開設(shè)本科生科研訓練課，還可通過打好本科生基礎(chǔ)科研素養(yǎng)，打通本科生與研究生兩階段的科研教育，進而打破研究生教育導師指導精力有限，研究生培養(yǎng)質(zhì)量下滑的困局，加快推進新工科建設(shè)，助力新時代發(fā)展。