材料類專業(yè)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)路徑探索

趙楠，田松，胡潔，史小慧

(重慶交通大學 材料科學與工程學院，重慶 400074)

0 引言

習近平總書記在黨的二十大報告中明確提出，要“全面提高人才自主培養(yǎng)質量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才，聚天下英才而用之”[1]。我國明確提出了建設創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略目標，即到2020年進入創(chuàng)新型國家行列，到2035年躋身創(chuàng)新型國家前列，到新中國成立100年時成為世界科技強國[2]。創(chuàng)新型國家建設需要具備擁有高度創(chuàng)新能力的人才隊伍，而本科教育作為我國高等教育的主體和核心，建立一套全面而可行的教育教學體系以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的本科生勢在必行[3]。

重慶交通大學材料科學與工程專業(yè)在2023年6月通過工程教育認證，標志著工程教育專業(yè)辦學質量實現(xiàn)了與國際實質等效。在此背景下，對于我校材料類專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)也提出了更高的要求?；诖?，材料類專業(yè)本科生的培養(yǎng)通過“教學、科研、實踐”三位一體模式，實現(xiàn)教學與科研相統(tǒng)一、學習與實踐相貫通，符合當前高等教育發(fā)展的新要求。

1 發(fā)揮本科生導師制在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中的引導作用

1.1 引領本科生進入科研世界，培養(yǎng)科研創(chuàng)新意識

目前在材料類專業(yè)本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中，遇到的最大的問題在于絕大多數(shù)低年級學生對于科研創(chuàng)新沒有清晰的概念，對其他專業(yè)的學生也存在同樣的問題。初、高中階段學生主要以理論學習為主，僅有少數(shù)學生參與科研相關的比賽或項目，如青少年科技創(chuàng)新大賽、雛鷹計劃專題研究課題等。這導致本科生剛進入大學時并未完成由高中生到大學生身份的轉變，不了解什么是科學研究，也沒有做科學研究的意識[4]。因此，材料類專業(yè)本科生導師，尤其是作為低年級學生的本科生導師，需要肩負起引領本科生進入科研世界、認識科研，同時喚醒并培養(yǎng)本科生科研創(chuàng)新意識的重任[5]。本科生導師不僅要給學生詳細介紹材料類專業(yè)學生在本科階段可以參加的各種科研創(chuàng)新類比賽及項目，也要介紹學校層面的相關激勵政策及獎勵制度，鼓勵本科生積極參加各種科研活動。由于本科生導師職責重大，建議在導師人選上選擇具有較長工作履歷、對本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有豐富經(jīng)驗的教師。

1.2 帶領本科生接觸專業(yè)教師，了解教師的科研方向

對大一材料類專業(yè)本科生，主要以公共基礎課程為主，僅有一門16學時的材料專業(yè)導論專業(yè)基礎課程，鮮有機會接觸專業(yè)教師，對各位老師的科研方向更是不了解、不熟悉，不利于學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。建議本科生導師通過以下途徑引領本科生了解專業(yè)教師的課題研究方向：(1)由系教研室統(tǒng)一組織制作專業(yè)教師科研學術領域的宣傳材料，然后由學業(yè)導師為學生進行詳細講解；(2)由學業(yè)導師邀請專業(yè)教師為低年級本科生開展學術報告或科研講座，構建良好的科研氛圍，并以此激發(fā)大學生的科研興趣；(3)材料科學與工程學院經(jīng)過多年的努力，已逐漸形成“雙福行遠”“材料·青春之約”等主題系列講座，定期邀請新入職教師及國內(nèi)外學者、名師為本科生進行科研講座，深受全院師生歡迎，這也為學生與專家學者面對面交流提供了寶貴的機會。

2 加強材料實驗室在本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的支撐作用

2.1 增加實驗課程的種類，挖掘本科生的興趣點

2018年，教育部發(fā)文實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，要求“推動國家級、省部級科研基地向本科生開放，為本科生參與科研創(chuàng)造條件，推動學生早進課題、早進實驗室、早進團隊，將最新科研成果及時轉化為教育教學內(nèi)容，以高水平科學研究支撐高質量本科人才培養(yǎng)”[6]。重慶交通大學材料科學與工程學院材料實驗教學示范中心經(jīng)過多年建設，已具備豐富的本科實驗教學資源，能夠為材料類專業(yè)本科生提供更多的實驗、實踐機會。建議對培養(yǎng)方案進行進一步優(yōu)化調整，通過增加實驗課程的種類并完善相關的教學內(nèi)容，讓本科生充分學習材料專業(yè)不同研究方向的科研內(nèi)容。于此，不僅能夠提高材料類專業(yè)本科生對材料專業(yè)全方位的理解和認識，也能挖掘學生在不同科研課題中的研究興趣，后續(xù)可申請加入相應研究課題的導師團隊開展學術研究。更關鍵的是，通過實驗課程學習，能夠篩選具有較高科研創(chuàng)新能力及較強動手實踐能力的學生，后續(xù)可進行重點培養(yǎng)。

2.2 拓寬大型儀器設備的教學功能，實現(xiàn)科教融合

材料類專業(yè)本科生對常規(guī)科研儀器設備較為熟悉，但對昂貴的大型精密儀器設備缺乏深入了解，這是大多數(shù)高校普遍存在的問題，主要原因是這類設備價格不菲、數(shù)量較少、設備精準度高、需要安排專人進行維護及操作，并且一旦出現(xiàn)問題，需要花費極高的人力、物力及時間成本進行維修[7]。自2020年，重慶交通大學材料科學與工程學院已成功建立大型精密儀器設備開放共享平臺。該平臺目前主要為校內(nèi)外科研工作者的科研課題服務，在本科教學中充分發(fā)揮育人作用還有待加強。建議通過完善管理條例和開放機制，實現(xiàn)該平臺同時為教育和科研而服務：(1)通過平臺向材料類專業(yè)本科生發(fā)布大型精密儀器設備的詳細資料，本科生以此了解設備的工作原理、常見功能、使用要求和注意事項；(2)由材料實驗室統(tǒng)一制作設備操作手冊和詳細操作視頻，在本科生進入實驗室前組織學習并通過相應理論與實踐考核，避免學生進入實驗室后使用設備不當而造成不必要的損失；(3)將本科生按不同研究方向進行分組，并篩選責任心強和溝通能力強的本科生作為每組設備監(jiān)管的負責人，在實驗室教師的指導下，由負責人帶頭學習對應研究方向的同類設備操作和相關知識，然后為組內(nèi)其他同學在操作過程中遇到的問題提供幫助；(4)依托實驗室開放課題項目進一步拓展該平臺的教學功能，培訓材料類專業(yè)本科生相關設備的實際操作技能，在提高實踐動手能力的同時促進專業(yè)理論知識學習，通過科教融合途徑不斷提高材料類專業(yè)本科生的科研創(chuàng)新能力。

3 依托學科競賽提高材料類專業(yè)本科生實踐及創(chuàng)新能力

3.1 對參賽學生進行正確引導，理性參與學科競賽

專業(yè)性學科競賽是專業(yè)理論課程內(nèi)容的拓展和升華，被譽為是當前培養(yǎng)新工科本科生實踐創(chuàng)新能力的重要載體之一[8-9]。通過參加相關的學科競賽，學生能夠將在課堂上所學或自學的不同學科知識進行融會貫通并進行應用，實現(xiàn)理論與實踐相結合，同時不斷提高動手實踐能力、分析問題及解決問題的能力以及團結協(xié)作能力[10-11]。舉辦專業(yè)性學科競賽的目的旨在培養(yǎng)學生的實踐及科研創(chuàng)新能力，并反哺于課堂專業(yè)理論知識的學習，但研究發(fā)現(xiàn)部分學生在參賽過程中出現(xiàn)事與愿違的現(xiàn)象。首先，由于專業(yè)賽事競爭較為激烈，學生需花費較長時間進行備賽。部分學生本末倒置，犧牲掉專業(yè)課程的學習時間開展賽前訓練，導致多門專業(yè)課程成績出現(xiàn)掛科現(xiàn)象。雖然在比賽中可能獲得理想成績，但其碎片化的專業(yè)知識不利于學生創(chuàng)新能力的持續(xù)培養(yǎng)。其次，部分學生對不同類型的學科競賽都抱有極高的興趣，難以抉擇，導致同一時期報名參加多項賽事。然而，由于時間、精力不足，準備不充分，導致每項賽事都草草了事、顆粒無收[12]。這些現(xiàn)象與本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)精神背道而馳。因此，建議學業(yè)導師積極了解本科生參與學科競賽的相關情況，并加強與專業(yè)課程授課教師的交流聯(lián)系，及時掌握參賽學生的學習狀況，對參賽學生加以正確引導，讓學生理性參賽，利用課外時間積極備賽。

3.2 提升本科生的學科競賽認知，訓練實操技能

材料類專業(yè)本科生經(jīng)常參加的專業(yè)性學科競賽包括全國大學生金相技能大賽、全國混凝土設計大賽、全國大學生化學實驗創(chuàng)新設計大賽等。在全國賽之前，重慶交通大學通過舉辦校內(nèi)賽選拔優(yōu)秀學生進行集中培訓以期在全國賽中獲取優(yōu)異成績。筆者在2023年5月組織舉辦了重慶交通大學第四屆“恒宇杯”金相技能大賽暨第十二屆全國大學生金相技能大賽選拔賽，通過全過程參與該賽事發(fā)現(xiàn)存在一些問題。首先，在前期報名過程中發(fā)現(xiàn)低年級學生參與度較低，臨近報名截止一周前，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)大二與大三學生的人數(shù)占比分別為62.2%和33.3%，而大一學生僅占4.5%。筆者利用學業(yè)指導課堂與大一四班學生進行面對面交流，詢問了他們不參加該賽事的原因。結果發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學生表明對該賽事比較感興趣，但由于對賽事流程不甚了解，同時沒有經(jīng)過專業(yè)課程知識的學習，認為不具備參加比賽的條件。通過答疑解惑，最后該班級中近80%的同學報名參加該賽事。其次，發(fā)現(xiàn)學生的決賽成績普遍不理想。通過與學生交流，發(fā)現(xiàn)學生之前沒有金相樣品制備及顯微組織觀察的實踐經(jīng)歷，故而比賽成績并不理想。針對發(fā)現(xiàn)的問題，建議通過以下途徑提高本科生對學科競賽的認知及相關技能的培訓：(1)積極發(fā)揮本科生導師的作用，對材料類學科競賽進行積極宣傳；(2)對培養(yǎng)方案進行調整，增設“金相分析實訓”實踐技能訓練課程，或依托實驗室開放項目，將金相實驗室對選課學生進行開放，對本科生進行賽前培訓，培養(yǎng)學生金相樣品制備與顯微組織觀察分析的能力；(3)建立金相分析實訓虛擬仿真平臺，讓本科生在虛擬環(huán)境中學習并熟悉金相技能比賽的全過程，有效提高本科生參與金相訓練的覆蓋面，同時顯著降低金相實訓的成本，還可為新一屆全國大學生金相技能大賽選拔優(yōu)秀人才[13]。

4 基于課題項目實現(xiàn)材料類專業(yè)本科生實踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

4.1 參與課題項目，實現(xiàn)學生全方位能力培養(yǎng)

課題項目主要以專業(yè)教師的科研課題為依托，具有覆蓋面廣、自由度高、競爭門檻低等特點，相對于專業(yè)性學術競賽，具有較低的目標性和任務性。因此，在學生群體中廣受歡迎，具有較高的參與度。本科生在指導教師的帶領下，對課題項目的目的、意義、內(nèi)容、思路、方案等模塊進行學習和研究，并完整經(jīng)歷項目申請、實施、結題答辯等過程[14]。參加課題項目對于本科生而言具有重要的意義，通過全過程參與課題項目，能夠培養(yǎng)學生不同的能力：(1)提升本科生對科研創(chuàng)新的認識，在實踐過程中鞏固課堂所學專業(yè)理論知識，實現(xiàn)知行合一；(2)能夠及時發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，促進學生對專業(yè)知識的主動學習，顯著提升課堂學習效率及專業(yè)課程成績；(3)在項目開展過程中不免會遭遇各種問題，通過虛心向導師或研究生請教、查閱相關文獻資料或反復探究并不斷調整優(yōu)化研究方案等途徑加以解決，能夠不斷提高學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并培養(yǎng)學生自主探索的科學精神；(4)由于大部分課題項目以多人團隊形式開展，學生之間既存在分工上的區(qū)別，又能與他人及時進行交流與合作，有助于培養(yǎng)學生的溝通表達能力和團隊協(xié)作意識。此外，通過參與課題項目可取得一定成果，如發(fā)表學術論文、申請專利、在競賽中獲獎或獲得各類獎學金。這些成果都將成為學生個人簡歷中濃墨重彩的一筆，對未來就業(yè)或升學都具有積極意義[15-16]。

4.2 強化評價管理機制，做到有始有終

大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(簡稱“大創(chuàng)項目”)是材料類專業(yè)本科生廣泛參與的課題項目之一。材料科學與工程學院在大創(chuàng)項目申請前一年會在各系征集大創(chuàng)課題名單，然后向全院學生公示，學生可選擇自己感興趣的課題申請加入導師的團隊。2022年，重慶交通大學大創(chuàng)項目開展流程由之前的先申請立項、定級(校級、市級或國家級)后再開展課題，改革調整為先立項培訓但不定級，通過中期匯報根據(jù)研究內(nèi)容進行項目定級。但在大創(chuàng)課題開展過程中，仍存在如下問題：部分學生依賴性較強，主觀能動性較差，課題研究投入時間較少；部分學生對課題理解得不夠深入，缺乏探索精神及創(chuàng)新精神；注重立項，忽略過程，缺少中間環(huán)節(jié)的評價管理機制，導致部分項目有始無終?；诎l(fā)現(xiàn)的問題，提出如下建議：(1)對擬指導本科生申請大創(chuàng)項目的導師提出資格要求，比如能夠為學生課題項目的開展提供必要的科研經(jīng)費，能夠定期對學生的項目研究進行指導或確定導師指導的最低次數(shù)。(2)大創(chuàng)項目立項時一般包含5位學生，而對多數(shù)課題研究并不需要太多的人員，因此建議建立淘汰機制。對依賴性強、主動性差、投入時間較少的學生可由導師決定是否剔出大創(chuàng)團隊。(3)強化激勵機制可有效改善項目“虎頭蛇尾”的現(xiàn)狀。對導師，建議提高補助，并在職稱評審時獲取更高積分；對學生，建議建立專項獎項或獎學金，或在評優(yōu)評先、研究生推免方面明確相應的要求[17]。

5 結語

材料類專業(yè)本科生在現(xiàn)代工業(yè)建設和國民經(jīng)濟發(fā)展中擔負重要職責。隨著我國創(chuàng)新型國家建設水平的不斷提高，急需大量具備較強創(chuàng)新能力的材料類專業(yè)本科生。然而，對本科生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)卻是部分高校較為薄弱的一個環(huán)節(jié)，需要根據(jù)專業(yè)特點建立一套合適的培養(yǎng)模式。本文以重慶交通大學材料科學與工程專業(yè)為例，在通過工程教育認證的背景下，通過“教學、科研、實踐”三位一體模式，發(fā)揮本科生導師制、材料實驗室、學科競賽及課題項目對科研創(chuàng)新人才培養(yǎng)的積極作用，實現(xiàn)教學與科研相統(tǒng)一，學習與實踐相貫通，不斷提升材料類專業(yè)本科生的科研素質及創(chuàng)新實踐能力。