普通院校優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的探索與總結(jié)

王少偉 隋旭鵬 夏雄 胡坤

摘?要：優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)越來越受到社會各界的重視。本文結(jié)合導師和學生的自身經(jīng)驗和實施效果，論述了本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)中面臨的困難，并從科研創(chuàng)新型優(yōu)秀本科生選拔、科研創(chuàng)新選題標準和指導方法三個方面，探討了普通院校優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式，提出了“因材施教、成果導向、注重靈活性和時效性”的指導原則。

關(guān)鍵詞：優(yōu)秀本科生；科研創(chuàng)新能力；選題標準；指導方法

中圖分類號：G642.4文獻標識碼：A

2018年9月，教育部相關(guān)文件指出“強化科教協(xié)同育人，以高水平科學研究支撐高質(zhì)量本科人才培養(yǎng)”。2023年7月，國家自然科學基金委員會的相關(guān)文件提到“國家自然科學基金將試點資助優(yōu)秀本科生”。整體而言，當前高校本科生科研創(chuàng)新訓練環(huán)境良好，經(jīng)費投入充足，本科生導師制已是常態(tài)［1］。然而，如何具體實施來提升本科生的科研創(chuàng)新能力，仍是導師較為困惑的難題，尤其是對于不具有研究生推薦免試資格的普通院校而言，在整體科研環(huán)境明顯弱于“雙一流”建設(shè)高校情況下，其優(yōu)秀本科生對于科研創(chuàng)新經(jīng)歷和成果的需求又往往明顯高于學校定位，因而實施難度更為巨大。筆者結(jié)合師生自身經(jīng)驗，對優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式進行了總結(jié)。

1?本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)所面臨的困難

1.1?本科生自身能力方面

本科生接觸專業(yè)文獻和學科前沿等資料相對較少，尤其是低年級學生，本領(lǐng)域中大部分基本概念尚混淆不清，基礎(chǔ)知識單薄，學習重點往往又放在課內(nèi)學習中，與專業(yè)導師的接觸大多僅為上課與聽講，對導師科研課題了解較少，對本專業(yè)的發(fā)展前沿以及創(chuàng)新成果基本不涉獵，更多的是被動接受教師輸入的知識，碰到棘手問題第一反應往往是詢問教師或百度，想要不經(jīng)自己思考就直接獲得準確答案，而不是通過查閱專業(yè)文獻去解決，從而缺少獨立思考問題和解決問題的能力，也就不具備科研創(chuàng)新的基礎(chǔ)［2］。

此外，科研創(chuàng)新需要本科生具有較為系統(tǒng)的知識體系，且能做到靈活運用，但多數(shù)本科生最欠缺的就是多學科知識體系的融合，比如筆者指導本科生科研創(chuàng)新的研究方向——混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，除土木工程專業(yè)知識外，尚需學生具備較強的數(shù)學基礎(chǔ)和計算機編程能力，以此完成面向工程應用的復雜數(shù)學模型的建立。對于優(yōu)秀本科生而言，如果僅從課程成績看，所需基礎(chǔ)知識大多是具備的，然而科研創(chuàng)新不同于考試做題，沒有對應的例題，也沒有固定的解題步驟，需要綜合多學科所學知識，自己去找到解決問題的辦法，也就是自己寫例題、自己來解答，具有一定的首創(chuàng)性。

1.2?本科生自身意識方面

進入本科學習后，部分學生未能及時轉(zhuǎn)變思想，認為僅需將自己置于培養(yǎng)方案所要求的課程體系框架內(nèi)，盡可能獲得高學分并適當參加學科競賽與課外活動，從而在綜合測評中取得一個較高位次即可，并未意識到科研創(chuàng)新能力對自己將來深造和工作的重要性，而當發(fā)現(xiàn)科研創(chuàng)新能力的重要性時，往往已經(jīng)步入本科的中后段，與考研等產(chǎn)生了時間沖突，或從頭開始為時已晚，從而放棄了對自己科研創(chuàng)新能力的追求。此外，低年級本科生與專業(yè)課教師接觸較少，且部分學生對導師心存畏懼，不善于與導師交流，加之其他原因，使得學業(yè)導師制流于形式，即便有了進行科研創(chuàng)新活動的想法，也往往難以付諸行動；另外，部分學生加入導師課題組后，仍然是閉門造車，不主動與導師交流自己的科研創(chuàng)新活動，導致科研創(chuàng)新課題進度不斷拖沓，直到最終放棄。

對于優(yōu)秀本科生而言，學有余力，僅以“成果”為導向時，大多也知道學術(shù)論文和專利有利于提升自身簡歷的含金量，但也會覺得學術(shù)論文和專利離自己太遙遠，認為那是研究生階段應該干的事。這些學生可能有科研創(chuàng)新的念頭和創(chuàng)新點，但由于從未接觸過，不知道從何下手，怎么去一步步實施，在“望而卻步”的猶豫中或者“知難而退”的現(xiàn)實中，導致科研創(chuàng)新最終擦肩而過。此外，部分學生的科研創(chuàng)新思想完全被以“成果導向”的觀點所束縛，其參與科研創(chuàng)新的初衷并不是為了培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力，而是期望快速獲得論文和專利等成果，目的僅是為了獲得一份漂亮的簡歷，這種想法帶來的多是負面作用，研究中稍有困難或者周期稍長時，就喪失耐心或者敷衍了事［3］。

2?優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式

2.1?科研創(chuàng)新型優(yōu)秀本科生選拔方式

針對本科生的科研創(chuàng)新培養(yǎng)，建議分層次進行，遵從“因材施教”的原則［4］。成績固然重要，但不能光看成績，科研創(chuàng)新型優(yōu)秀本科生的選拔需要全面考核，并優(yōu)先選拔未來繼續(xù)跟導師做畢業(yè)論文的學生［5］。

（1）基礎(chǔ)性知識選拔。成績中等偏上的低年級學生是主要考察對象，然后再結(jié)合導師自身的研究方向和學生的興趣特長，進行雙向選擇，此階段同一個導師可選擇多位本科生進入適應性選拔流程，后期分層次進行培養(yǎng)。

（2）適應性選拔。在進行科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的初始，可以先從一些較為簡單的工作進行，比如研究生試驗中的協(xié)助工作，完成試驗中較為簡單的部分。此階段不應耗時過長，在此過程中重點評價學生的動手能力、分析解決問題能力和不畏艱難的意志力，三者均優(yōu)秀者，才能是具有科研潛力的優(yōu)秀本科生，實行獨立培養(yǎng)制。

2.2?優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新活動選題標準

對于低年級本科生而言，即便是拔尖學生，也很難結(jié)合導師的研究方向，在本學科領(lǐng)域內(nèi)獨立提出科研課題，因此導師可以結(jié)合自己的科研需求，設(shè)置一些容易上手的小課題給本科生，明確研究目標，然后拆分成階段性的細小研究內(nèi)容，輔導后由本科生相對獨立地完成，然后再逐步過渡至學生自主提出科研課題。

考慮到本科生的科研創(chuàng)新能力，選題的難度要適中，尤其是初次接觸研究課題時，否則以本科生的知識儲備以及僅利用課余時間進行科研創(chuàng)新工作很難做出預期的效果。選題應當符合以下幾個原則。

（1）與本科生已學知識密切相關(guān)，能夠充分發(fā)揮本科生所學知識的實用性，并能夠在科研創(chuàng)新活動中反哺課內(nèi)知識；

（2）本科生應當對選題具有充足的興趣，若本科生對選題的興趣不足，很容易被未來遇到的困難所打倒；

（3）選題應為導師課題中的一部分，且初始階段的選題應當著重放在導師已做出部分成果的課題上，從而有較好的經(jīng)驗和資料可以讓本科生學習模仿；

（4）課題工作量適中，主要研究過程盡量安排在寒暑假進行，不易穿插在學期中，以免給學生造成疲憊感，同時也保證了研究的連貫性，且力爭每個時間段內(nèi)能完成一篇學術(shù)論文或發(fā)明專利，以“成果導向”原則來提升學生繼續(xù)科研的積極性；

（5）對優(yōu)秀本科生設(shè)置的課題應當是相對獨立的，課題順利完成后，學生可以獲得署名第一或?qū)煹谝磺覍W生第二的學術(shù)論文或?qū)＠?，此舉可最大程度地調(diào)動學生的積極性。

2.3?優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力指導方法

堅持“因材施教、成果導向、注重靈活性和時效性”的指導原則。普通院校中的優(yōu)秀本科生，不宜采用給研究生當助手的方式進行培養(yǎng)，其原因就在于研究生生源問題，這些優(yōu)秀本科生的基礎(chǔ)往往是明顯優(yōu)于本校研究生的，且僅參與研究生課題的話，無法滿足優(yōu)秀本科生對科研成果的實際需求，但文獻檢索、專業(yè)軟件使用、數(shù)據(jù)處理與繪圖等輔助性指導工作可以由研究生協(xié)助完成。

優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，應當逐步進行，由淺入深、由零散到整體、由協(xié)助到獨立。通過適應性選拔之后，可首先由高年級研究生與本科生合作完成一項試驗，此階段研究生處于主導地位，本科生起輔助作用，目的是學習試驗操作和科研創(chuàng)新思路。當本科生具有一定操作能力后，可為其設(shè)置獨立的研究課題，由導師直接進行一對一指導。導師可以將整個研究內(nèi)容按照邏輯順序拆分成子模塊，每次完成一個子模塊的指導，其重點是研究目標的明確、研究思路的梳理和研究結(jié)果合理性的把關(guān)。圍繞初期擬定的大主題，導師可在當前研究主題中逐步引導學生提煉出下一個研究主題，并由學生撰寫研究大綱，導師的作用則逐步過渡至研究方案和結(jié)果的合理性把關(guān)上。

科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時，學術(shù)論文書寫能力也應當逐步提升。在初始階段，應當給本科生養(yǎng)成良好的書寫習慣，注意字體、字號、段落格式、公式、錯別字和專業(yè)術(shù)語等方面的書寫規(guī)范性［6］；在內(nèi)容上，可以讓本科生負責寫試驗的現(xiàn)象分析，即所謂的“看圖寫話”，寫初稿時，不要過于限制篇幅和口語化問題，應更注重思路的連貫性，學生按照發(fā)現(xiàn)的規(guī)律逐條描述即可，然后再由導師指導如何按照邏輯性進行縮減和規(guī)范化書寫，以及如何通過對比和類比等途徑來佐證自己的研究結(jié)果和創(chuàng)新之處。當本科生對于試驗現(xiàn)象分析的書寫足夠精煉和準確后，便可以逐步培養(yǎng)本科生獨立寫論文的能力，首先，是全文的邏輯性，也就是章節(jié)目錄，這一塊較為固定，可以指導學生總結(jié)同類論文的邏輯模式，在動手寫論文之前先細化出論文的大框架，后邊則是分塊填內(nèi)容；其次，是結(jié)果分析部分的邏輯性，需要學生特別注意內(nèi)容先后順序的合理性，以及如何把試驗結(jié)果最合理地呈現(xiàn)出來，這就需要培養(yǎng)學生的作圖能力和試驗結(jié)果分析能力。論文插圖標準化和分析深度按照循序漸進的原則，重點是給學生講清楚分析的依據(jù)，初始階段每次講解主要針對一類問題或者圍繞一個提升目標，讓學生明白其中的道理和原則是最為重要的，不要貪大求全，注意本科生的基礎(chǔ)和時效問題。

對本科生的指導需要更加有耐心，增加時間和精力投入度。在指導的具體實施方式上，由于本科生課程較多，因此學生和導師的交流應不拘泥于固定形式，注重時效性，靈活使用QQ、微信和騰訊會議等，不建議采用例會制度?？陬^指導本科生撰寫完論文初稿后，導師可挑重點段落使用修訂模式給修改出樣本，讓學生去看修改痕跡，對比差異性并與導師交流，明白其中的原因，以此來提高本科生的書寫能力。

3?某優(yōu)秀本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的具體實施及結(jié)果

S同學是筆者近年指導的土木工程專業(yè)優(yōu)秀本科生，參加科研創(chuàng)新時段為大二上學期至大四畢業(yè)，圍繞“面向海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的高拱壩溫度變形效應機器學習模型研究”這一大主題，在本科階段以第一作者或?qū)煹谝磺覍W生第二作者共計發(fā)表學術(shù)論文4篇、投稿在審論文1篇、申請發(fā)明專利3項，包含中科院三區(qū)SCI論文1篇、CSCD論文1篇和核心期刊論文3篇，榮獲江蘇省省級優(yōu)秀學生干部和省級優(yōu)秀畢業(yè)生，并成功考研至東南大學土木工程學碩。

根據(jù)學業(yè)導師制，該生及同組學生首先參與的是研二學生的課題，發(fā)現(xiàn)該生具備較好的數(shù)學和計算機編程能力后，在大二學期中段為期設(shè)置了第一個獨立研究課題“不同機器學習模型對混凝土壩位移預測性能的影響”，其合理性在于：（1）選題具有前沿性，機器學習建模是當前各領(lǐng)域的研究熱點，在土木工程智能建造領(lǐng)域也是如此；（2）課題難度一般，此課題需使用多種機器學習模型，相當于是做一個大練習，能夠使學生在面向?qū)嶋H工程應用的過程中，更好地理解各機器學習模型的本質(zhì)和優(yōu)劣，從而為后續(xù)科研創(chuàng)新工作打好基礎(chǔ)，經(jīng)過導師引導后，學生可相對獨立地擬定出研究框架和思路；（3）機器學習模型所用數(shù)學理論和所需編程能力，學生在大一階段已經(jīng)開始學習，學生在指導后能看懂相應的專業(yè)文獻和資料，因此課題的實施有利于課內(nèi)所學知識的及時鞏固和延伸；（4）課題研究成果可以發(fā)表學術(shù)論文，通過多模型建模結(jié)果的對比，可以總結(jié)出定量的結(jié)論，進而為其他研究者在模型選擇時提供參考。該課題在大二寒假完成，并發(fā)表核心期刊論文1篇。

上述課題完成后，該生發(fā)現(xiàn)機器學習模型的過擬合問題較為嚴重，與導師商量后，自行提煉出了第二個研究課題“貝葉斯正則化對混凝土壩位移機器學習模型性能的提升”，并于大二暑假完成了課題研究。此時該生已經(jīng)具備較好的力學知識和土木工程專業(yè)理論，相比于課題一中側(cè)重于數(shù)學角度的分析，該生在課題二中進一步提升了結(jié)構(gòu)角度的分析，挖掘了數(shù)學模型對混凝土結(jié)構(gòu)變形性態(tài)的因果解釋能力。

課題一和課題二主要是為了培養(yǎng)該生的科研創(chuàng)新基礎(chǔ)，就是數(shù)學建模動手能力、思維能力和論文書寫能力，課題難度一般，盡管也得出了一些有益的結(jié)論，但并未從根本上實現(xiàn)“解決復雜土木工程問題”這一科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標。對此，在設(shè)置課題三時，導師與該生討論了目前本領(lǐng)域尚需要解決的一個工程問題：“壩體溫度測點數(shù)以百計甚至上千，而在建立拱壩位移監(jiān)控模型時，如何合理選用這些測點，在目前還沒有定量的標準”。該課題直接面向工程應用，且國內(nèi)外研究者均未提出有效的解決辦法，實施難度較大，該生在大三上學期利用課余時間查閱了大量文獻，最終發(fā)現(xiàn)可以將已掌握的機器學習模型理論和高等數(shù)學中的求偏導理論相結(jié)合，進而利用機器學習模型對輸入因子的靈敏度分析來實現(xiàn)溫度測點的優(yōu)選。確定上述解決思路耗時整整一個學期，其間該生提出了多個初步解決辦法均被導師否決掉，整個過程可謂困難重重。大三寒假，該生全面開展了工程算例研究，構(gòu)建了系統(tǒng)性的篩選流程和定量準則，課題研究成果最終發(fā)表中科院3區(qū)SCI論文一篇，并申請發(fā)明專利1項。此后，在畢業(yè)設(shè)計階段，該生又獨立完成了另外兩個課題的研究，并將所有課題研究成果整理后作為本科畢業(yè)論文。

結(jié)語

為提高本科生的科研創(chuàng)新能力，在學生層面，要端正自身思想，充分理解科研創(chuàng)新能力對自身的重要性，不能僅追求課本知識；在進行科研創(chuàng)新活動中，要充分選擇自己感興趣的方向，遇到困難時，要有不畏艱難的精神。在導師層面，要堅持“因材施教、成果導向、注重靈活性和時效性”的指導原則，并控制選題的難度和工作量。

參考文獻：

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［3］蔡印，鄭巖，倫汪洋，等.本科生科研訓練新模式的探索和思考［J］.高教論壇，2023（11）：2931.

［4］胡文斌.基于項目導師制的本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式探索［J］.浙江理工大學學報（社會科學版），2015，34（3）：259262.

［5］廖沁園，袁桂峰.導師制下引導本科生參與科研對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思考［J］.教育現(xiàn)代化，2018（13）：3739.

［6］劉文震.新文科背景下金融工程專業(yè)本科生科研能力訓練體系構(gòu)建研究［J］.吉林省教育學院學報，2023，39（3）：2126.

基金項目：江蘇高?！扒嗨{工程”資助項目；江蘇省高校哲學社會科學研究一般項目（2022SJYB1316）；常州大學優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計（論文）培育項目

作者簡介：王少偉（1988—?），男，漢族，陜西安康人，博士，副教授，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控及老化病害研究。