基于SRT計(jì)劃優(yōu)化高校大一學(xué)生科研訓(xùn)練模式的探究

李軼文

［摘 要］文章從高校大一學(xué)生參與科研訓(xùn)練的重要性出發(fā)，以清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系為例，分析了近年來學(xué)生參與SRT（大學(xué)生研究訓(xùn)練）計(jì)劃的實(shí)際情況以及大一學(xué)生面臨的諸多挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)生的受益面、提高學(xué)生的參與度，文章以一項(xiàng)SRT項(xiàng)目的成功案例為樣本，總結(jié)了基于SRT計(jì)劃培養(yǎng)大一學(xué)生科研素養(yǎng)和各項(xiàng)研究能力的可行性措施，進(jìn)而提出優(yōu)化SRT項(xiàng)目管理的建議和措施，為高校探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供參考。

［關(guān)鍵詞］SRT計(jì)劃；大學(xué)生；科研訓(xùn)練；創(chuàng)新人才

［中圖分類號(hào)］ G644 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）11-0067-04

SRT（Students Research Training，大學(xué)生研究訓(xùn)練）計(jì)劃，是清華大學(xué)為適應(yīng)“高素質(zhì)、高層次、多樣化、創(chuàng)造性”人才培養(yǎng)的需要、加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、使本科生及早接受研究訓(xùn)練而從1996年開始實(shí)施的一套教育機(jī)制[1]。經(jīng)過多年的探索與完善，SRT計(jì)劃以其創(chuàng)新性、實(shí)踐性、知識(shí)拓展性和激發(fā)學(xué)生學(xué)術(shù)志趣等諸多優(yōu)勢(shì)吸引了學(xué)生廣泛參與。跟蹤研究表明，SRT計(jì)劃已成為高校培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效途徑，對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)科前沿、加強(qiáng)學(xué)生科研素質(zhì)培養(yǎng)等發(fā)揮了重要作用[2-4]。

關(guān)于大學(xué)生科研訓(xùn)練，很多學(xué)者從課程設(shè)置、師資力量、管理制度、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、影響因素等方面進(jìn)行了分析和研究[5-9]，但對(duì)參與學(xué)生的年級(jí)分布、大一學(xué)生開展科研訓(xùn)練的特殊性和應(yīng)對(duì)措施卻鮮有研究。為此，本文以清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系（以下簡稱電機(jī)系）為例，分析近年來該系學(xué)生參加SRT項(xiàng)目的情況和面臨的挑戰(zhàn)，通過一項(xiàng)SRT項(xiàng)目的具體實(shí)施情況以及學(xué)生收獲，總結(jié)借助SRT計(jì)劃為大一學(xué)生創(chuàng)造科研創(chuàng)新訓(xùn)練機(jī)會(huì)的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而提出優(yōu)化SRT項(xiàng)目管理的建議和措施。

一、大一學(xué)生參與科研訓(xùn)練的重要性

（一）響應(yīng)國家要求

教育部在《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革? 全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》中提出，要“支持學(xué)生早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)團(tuán)隊(duì)，以高水平科學(xué)研究提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力”[10]。為了響應(yīng)國家要求，作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)主陣地的高校應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)大學(xué)生培養(yǎng)模式，優(yōu)化各種資源配置，為大一學(xué)生創(chuàng)造更多科研訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，讓他們?cè)谌粘W(xué)習(xí)和實(shí)踐中逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

（二）順應(yīng)大學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展過程

大學(xué)生科研訓(xùn)練這種“引導(dǎo)探索、自主學(xué)習(xí)” 式的教學(xué)符合當(dāng)代教學(xué)論、學(xué)生學(xué)習(xí)心理及系統(tǒng)科學(xué)的一般原理[11]。很多學(xué)生對(duì)在第一課堂中習(xí)得的理論知識(shí)缺乏感性認(rèn)識(shí)，很難將其與現(xiàn)實(shí)社會(huì)生產(chǎn)和生活建立聯(lián)系，科研訓(xùn)練則可以幫助他們將課堂上所學(xué)的理論知識(shí)與課外實(shí)踐加以融會(huì)貫通。通過在科研訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，引導(dǎo)他們?cè)诶斫夂挽柟陶n堂知識(shí)的基礎(chǔ)上，不斷地探索和掌握更多相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)。因此，越早在大學(xué)生中開展科研訓(xùn)練，就越有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，達(dá)到教學(xué)和科研相互促進(jìn)的效果。

（三）符合SRT計(jì)劃的核心宗旨

對(duì)于培養(yǎng)本科創(chuàng)新人才而言，開展SRT這種低門檻的科研資助計(jì)劃的主要目標(biāo)并不是讓本科生創(chuàng)造出多少原創(chuàng)性成果，而是給學(xué)生提供充分的科研訓(xùn)練機(jī)會(huì)[12]，讓學(xué)生能在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，主動(dòng)參與研究項(xiàng)目整個(gè)流程，最終達(dá)到提高其創(chuàng)新實(shí)踐能力的目標(biāo)。提高大一學(xué)生的SRT計(jì)劃參與度，符合SRT計(jì)劃大范圍培養(yǎng)創(chuàng)新人才的核心宗旨。

二、大一學(xué)生參與SRT計(jì)劃現(xiàn)狀

（一）學(xué)生參與SRT計(jì)劃的年級(jí)分布情況

清華大學(xué)SRT計(jì)劃對(duì)參與項(xiàng)目的學(xué)生幾乎不設(shè)門檻——除進(jìn)入綜合論文訓(xùn)練階段的四年級(jí)本科生以外的學(xué)生均可參與，每個(gè)學(xué)期均可報(bào)名。學(xué)生只要在結(jié)題時(shí)提交完整的結(jié)題報(bào)告、調(diào)查報(bào)告、研究論文、設(shè)計(jì)圖紙等成果，就可以在項(xiàng)目結(jié)題后，獲得相應(yīng)的學(xué)分（部分院系還準(zhǔn)許學(xué)生用于替代相應(yīng)課程的學(xué)分等）。在學(xué)校一系列行之有效的管理制度和激勵(lì)政策的雙重保障下，全校一半以上的學(xué)生在讀期間都參與過SRT計(jì)劃的項(xiàng)目。以清華大學(xué)電機(jī)系為例，2018—2021學(xué)年（一個(gè)本科學(xué)制階段）的SRT立項(xiàng)數(shù)和參與學(xué)生數(shù)基本呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的態(tài)勢(shì)，如表1所示。

然而，從表1不難看出，參與SRT計(jì)劃的學(xué)生主要集中在大二和大三年級(jí)，大一學(xué)生的參與人數(shù)占比只有7%。

（二）大一學(xué)生參與SRT項(xiàng)目的質(zhì)量

為了摸清學(xué)生參與SRT項(xiàng)目的質(zhì)量是否與所在年級(jí)相關(guān)，筆者對(duì)電機(jī)系參與以上SRT項(xiàng)目的學(xué)生成績進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示，大一學(xué)生獲得的項(xiàng)目成績總體好于大二和大三年級(jí)的學(xué)生，如表2所示。

由此說明，大一學(xué)生即使受限于專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也完全有能力參與SRT計(jì)劃的科研訓(xùn)練，并取得很好的訓(xùn)練效果。因此，有必要探究大一學(xué)生參與SRT計(jì)劃所面臨的挑戰(zhàn)和相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而讓更多的大一學(xué)生參與其中。

三、大一學(xué)生參與SRT計(jì)劃面臨的挑戰(zhàn)

（一） SRT項(xiàng)目選題專業(yè)性較強(qiáng)

教師在SRT項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)多會(huì)選擇與自己科研項(xiàng)目相關(guān)的題目和訓(xùn)練內(nèi)容，因此很多SRT項(xiàng)目都要求參與的學(xué)生具有一定的專業(yè)知識(shí)或?qū)W過一些實(shí)驗(yàn)課程。在表1的SRT項(xiàng)目中，53%的項(xiàng)目要求“接納對(duì)象”先修某些課程或者直接注明招收大二及以上年級(jí)的學(xué)生。指導(dǎo)教師在審批時(shí)也會(huì)優(yōu)先考慮選擇高年級(jí)學(xué)生。因此，大一學(xué)生參與SRT項(xiàng)目的機(jī)會(huì)并不多。

（二）對(duì)團(tuán)隊(duì)成員少的項(xiàng)目有畏難情緒

在表1的SRT項(xiàng)目中，49%的教師在項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)表中注明只接納1～2名學(xué)生，其中大一學(xué)生可報(bào)名（無學(xué)生所在年級(jí)和先修課程的要求）的項(xiàng)目占55%。在對(duì)大一學(xué)生的訪談中，有的學(xué)生表示如果一個(gè)項(xiàng)目中只有1～2名學(xué)生，他們很難就特定問題相互學(xué)習(xí)和交流，擔(dān)心最終無法順利完成項(xiàng)目。

（三）對(duì)科研訓(xùn)練缺乏信心

大學(xué)生在第一學(xué)年所學(xué)的課程以基礎(chǔ)課程為主，接觸的專業(yè)課和實(shí)驗(yàn)課較少。專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，使得一些大一學(xué)生對(duì)于如何開展科學(xué)研究感到茫然無措，因此雖然也有部分SRT項(xiàng)目對(duì)“接納對(duì)象”不設(shè)限，但是仍有一些大一學(xué)生由于缺乏信心而不敢輕易嘗試。

（四）學(xué)習(xí)壓力較大

在一些工科院系，學(xué)生需要在第一學(xué)年學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)等課程。難度驟然加大的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)和考試已讓剛進(jìn)入大學(xué)的學(xué)生應(yīng)接不暇，學(xué)生還要在大一階段結(jié)束前面臨大類分流、轉(zhuǎn)專業(yè)等眾多壓力。一些學(xué)生表示，他們?yōu)楸苊釹RT項(xiàng)目訓(xùn)練占用太多課余時(shí)間、影響第一課堂的成績而不愿參加課外的科研實(shí)踐。

四、破解困局，助力大一學(xué)生科研訓(xùn)練啟航——以一項(xiàng)SRT項(xiàng)目為例

一項(xiàng)題為“基于Simulink及Arduino開發(fā)平臺(tái)的智能機(jī)器人控制”的SRT項(xiàng)目，立項(xiàng)時(shí)原計(jì)劃招收5名大一學(xué)生，由于學(xué)生報(bào)名踴躍，最終指導(dǎo)教師接收了8名來自3個(gè)不同院系的大一學(xué)生。經(jīng)過一年的項(xiàng)目期，不僅項(xiàng)目達(dá)到既定目標(biāo)順利結(jié)題，參加的學(xué)生也都得到了很好的科研訓(xùn)練。

筆者通過對(duì)這一項(xiàng)目各環(huán)節(jié)的總結(jié)和分析發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目之所以成功地讓大一學(xué)生打消顧慮，積極主動(dòng)地參與科研創(chuàng)新訓(xùn)練，主要是因?yàn)樽龅搅艘韵聨c(diǎn)。

（一）針對(duì)大一學(xué)生特點(diǎn)選題立項(xiàng)

項(xiàng)目指導(dǎo)教師在立項(xiàng)前對(duì)大一學(xué)生已學(xué)課程、興趣愛好、各種軟件平臺(tái)進(jìn)行充分的調(diào)研，掌握了本校多數(shù)工科院系大一學(xué)生的特點(diǎn)：電路原理和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（以C語言為基礎(chǔ)）這兩門課程是大一第一學(xué)期的必修課程，學(xué)生到了大一的第二個(gè)學(xué)期時(shí)，已基本掌握相關(guān)知識(shí)，具備開展科研訓(xùn)練的必要條件；不少學(xué)生在中學(xué)階段已初步接觸智能小車基礎(chǔ)編程，且對(duì)此興趣濃厚。因此，指導(dǎo)教師最終從眾多相關(guān)軟件中選擇了當(dāng)前流行的Arduino作為大一學(xué)生科研訓(xùn)練的抓手。

Arduino是一款具有簡單軟件和硬件的開源平臺(tái)，由Arduino IDE （提供代碼編譯的集成開發(fā)環(huán)境）和Arduino UNO R3（基于8位單片機(jī)ATMEGA32的低成本開發(fā)板，可與各種傳感器以及發(fā)光器件、電機(jī)器件等相連，搭建交互式智能控制設(shè)備）兩部分組成。這一平臺(tái)對(duì)學(xué)生是否掌握單片機(jī)的知識(shí)沒有嚴(yán)格要求，非常適合學(xué)生自學(xué)后進(jìn)行各種奇思妙想的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)?；谕瑯拥挠布?，學(xué)生還可以通過Simulink仿真開展系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)，自動(dòng)生成應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

為鼓勵(lì)和吸引大一學(xué)生，指導(dǎo)教師在發(fā)布立項(xiàng)信息時(shí)，特意在“接納對(duì)象”一欄注明“歡迎大一學(xué)生報(bào)名”，以增強(qiáng)大一學(xué)生參與項(xiàng)目的信心。

（二）組建多層次科研團(tuán)隊(duì)

鑒于報(bào)名該項(xiàng)目的學(xué)生全部為大一學(xué)生，都沒有接受過系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，指導(dǎo)教師邀請(qǐng)了電機(jī)系科協(xié)一名高年級(jí)的學(xué)生作為現(xiàn)場指導(dǎo)參與項(xiàng)目，組建了一支跨學(xué)科多層次科研團(tuán)隊(duì)，以便于項(xiàng)目的開展和推進(jìn)。

這名高年級(jí)的科協(xié)學(xué)生具有相對(duì)完備的理論知識(shí)體系和較強(qiáng)的科研實(shí)踐能力，基于對(duì)該項(xiàng)目的濃厚興趣，希望通過該項(xiàng)目對(duì)科研活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)有更深入和實(shí)際的了解，提高自己的溝通能力和領(lǐng)導(dǎo)力，一直積極主動(dòng)地參與項(xiàng)目實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)。他向其他項(xiàng)目成員分享自己的科研知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，幫助大家少走彎路；協(xié)助指導(dǎo)教師組織團(tuán)隊(duì)成員召開項(xiàng)目例會(huì)、督促和指導(dǎo)項(xiàng)目成員按照項(xiàng)目進(jìn)度完成各項(xiàng)任務(wù)等，在團(tuán)隊(duì)中起到了科研帶頭人的作用。

其他一年級(jí)的項(xiàng)目成員負(fù)責(zé)收集文獻(xiàn)、資料，采買軟件和相關(guān)的設(shè)備，交流科研設(shè)計(jì)方案，一起進(jìn)行功能調(diào)試，最終完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等多個(gè)環(huán)節(jié)的任務(wù)。

在這個(gè)多層次科研團(tuán)隊(duì)中，大家分工明確，互相協(xié)調(diào)配合，每個(gè)人都在這一團(tuán)體中最大限度地發(fā)揮個(gè)人的作用，不斷推動(dòng)項(xiàng)目順利開展。

（三）專業(yè)教師全程指導(dǎo)

由于學(xué)生受專業(yè)知識(shí)和科研能力所限，很難獨(dú)立完成科研訓(xùn)練，因此需要指導(dǎo)教師在各個(gè)環(huán)節(jié)全程指導(dǎo)，以確保項(xiàng)目順利完成。

1.項(xiàng)目前期準(zhǔn)備工作

經(jīng)過大學(xué)一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，多數(shù)大一學(xué)生已具備一些數(shù)學(xué)、電路和計(jì)算機(jī)語言的基礎(chǔ)知識(shí)，但從未基于某一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制。因此，指導(dǎo)教師安排團(tuán)隊(duì)成員從了解Arduino和Simulink的基礎(chǔ)用法、設(shè)計(jì)思路出發(fā)，查閱大量關(guān)于應(yīng)用這兩種工具進(jìn)行智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)，并以線上/線下講解、討論和匯總的方式，使大家逐步獲得使用Arduino及Simulink進(jìn)行智能機(jī)器人控制的正確認(rèn)識(shí)，并明確該項(xiàng)目最終的目標(biāo)：每位項(xiàng)目成員設(shè)計(jì)制作一款智能小車，比較不同的開發(fā)方法所對(duì)應(yīng)科研路徑的特點(diǎn)。

2.項(xiàng)目的具體實(shí)施

團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)項(xiàng)目方案進(jìn)行小車制作和程序設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)智能小車的尋跡、超聲波避障及無線遙控等功能，并利用實(shí)驗(yàn)室中的各種儀器設(shè)備，對(duì)小車的性能指標(biāo)進(jìn)行測試。

在每一實(shí)施階段，指導(dǎo)教師都會(huì)根據(jù)項(xiàng)目的進(jìn)度和團(tuán)隊(duì)成員在科研過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)予以指導(dǎo)：

（1）在編程階段，詳細(xì)講解關(guān)于硬件編程的基本思想，指導(dǎo)學(xué)生掌握用Simulink或者流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法，提醒學(xué)生注意串口之間的相互關(guān)系、沖突以及硬件的運(yùn)行出現(xiàn)的延時(shí)情況等。

（2）在硬件調(diào)試階段，向?qū)W生介紹硬件調(diào)試的科學(xué)方法，例如硬件調(diào)試沒有像軟件調(diào)試那樣的debug運(yùn)行過程，需要編寫print函數(shù)或者觀察硬件結(jié)果來分析代碼邏輯，如果代碼邏輯無誤但運(yùn)行結(jié)果仍然不正確，則很有可能是硬件本身的問題，不必花大量的時(shí)間盲目試錯(cuò)。

（3）在小車系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和仿真階段，向?qū)W生講解各類傳感器、示波器等元器件的原理和使用方法，并讓大家在實(shí)際動(dòng)手操作中體會(huì)傳感器對(duì)于自動(dòng)控制的作用，以及編寫程序時(shí)邏輯一致的重要性。

（4）在學(xué)生取得仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，指導(dǎo)教師及時(shí)組織團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行分析和總結(jié)，一方面肯定學(xué)生已取得的成果，使其在獲得科研成就感的基礎(chǔ)上保持高昂的探究興趣，另一方面啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生按需調(diào)整方案，保證項(xiàng)目按計(jì)劃順利完成。

（四）多重措施并舉，減輕學(xué)生壓力

在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，指導(dǎo)教師通過引導(dǎo)學(xué)生搜索專業(yè)文獻(xiàn)，提高學(xué)生信息檢索技能和自主學(xué)習(xí)的能力；通過引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、使用儀器、做實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能；通過指導(dǎo)學(xué)生編制驅(qū)動(dòng)智能小車程序，使學(xué)生不僅可以鞏固已學(xué)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，還可以自主拓展學(xué)習(xí)其他編程知識(shí)、提高編程能力；通過讓學(xué)生使用Simulink與C語言，使他們感受兩種方法控制系統(tǒng)的差異與相似之處，拓展思維；通過讓學(xué)生在科研過程中不斷遇到問題、解決問題，螺旋式地提升學(xué)生分析問題、處理問題和解決問題的能力；通過團(tuán)隊(duì)成員間的分工協(xié)作，增強(qiáng)學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

項(xiàng)目結(jié)題后，學(xué)生紛紛表示通過這一SRT項(xiàng)目訓(xùn)練，不僅綜合科研能力得到很大提升，還學(xué)到了很多學(xué)習(xí)方法和技巧以及一些常用軟件工具的使用方法，這些都使他們?cè)谥蟮牡谝徽n堂學(xué)習(xí)中效率更高、學(xué)得更加輕松。有學(xué)生以此項(xiàng)目為基礎(chǔ)繼續(xù)參加競賽并獲獎(jiǎng)，也有學(xué)生因研發(fā)能力表現(xiàn)突出，進(jìn)入系科協(xié)，帶領(lǐng)更多同學(xué)展開新一輪的科研訓(xùn)練工作。

五、結(jié)語

要想進(jìn)一步優(yōu)化大一學(xué)生科研訓(xùn)練模式，還需要學(xué)校和院系的大力支持，例如引導(dǎo)承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課程的教師設(shè)立適合大一學(xué)生特點(diǎn)的實(shí)踐型SRT專項(xiàng)；提倡教師在設(shè)計(jì)SRT項(xiàng)目時(shí)，盡量考慮組建多層次的科研梯隊(duì)；將教師對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)和監(jiān)督考核指標(biāo)，細(xì)化到教師立項(xiàng)、中期、結(jié)題和評(píng)優(yōu)等各個(gè)環(huán)節(jié)；進(jìn)一步優(yōu)化課程設(shè)置，適度減輕學(xué)生學(xué)習(xí)壓力，并結(jié)合專業(yè)的熱門或者前沿科學(xué)技術(shù)開設(shè)相應(yīng)的文獻(xiàn)檢索、科研方法論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)訓(xùn)練等有助于基礎(chǔ)科學(xué)研究訓(xùn)練的課程或者相關(guān)培訓(xùn)，確保將學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實(shí)處。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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