耦合激增科教質量過程化調控機制

李 超，林海飛，2，成連華，2

(1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學 西部礦井開采及災害防治教育部重點實驗室，陜西 西安 710054)

0 引 言

實現過程化調控是新時代科教實質性耦合激增高教內涵質量與人才能力的關鍵科學問題?？茖W研究與人才培養在高校中居于重要位置?？平恬詈线^程調控是提升高教質量過程中最具活性的方法與途徑?！榜詈稀蓖ǔＶ?個或2個以上的系統或運動方式之間通過要素的相互作用，彼此影響甚至聯合的復雜現象，被用來表述在一個大系統中的各子系統之間的互動、依賴、協調、反饋和適配的“動態過程”關系[1-5]。耦合效應已成為安全科學與工程、礦業工程、能源與動力和深地巖石力學等領域的熱點基礎研究與工程應用范疇，其主要用來刻劃工程與物理介質系統之間物質、信息和能量等要素的循環轉換和動態平衡狀態[6-9]。近年來，國內學者在探索和倡導“科教融合”過程中，借鑒物理學概念延展提出了“科學研究與人才培養是一種耦合關系”[10-14]。

從科學研究的視角看，教學本身也具有研究性；從教學的視角看，科學研究更是一種有效的教學形式[15-17]。在科教耦合性態中，科學研究與人才培養二者絕不是簡單的“并重”和“結合”，而是復雜的耦合關系。高校內各子系統之間的“互動”更多地體現為各單位各部門，為完成任務目標而發生的交互作用，更多地強調各自的行為和過程。多年教學科研與創新創業管理實踐，科教融合對西部煤炭高校人才培養質量提高作用極其顯著[18]。科學研究與人才培養過程亟需通過深度融合，形成相互滲透的動力學競爭與綜合能力激增關系—動力學耦合機制(Dynamic Coupled Mechanism，DCM)。

因此，精準確定科學研究與人才培養內涵質量提升間的作用點、作用力和作用方向，可實現二者高效耦合的動力學過程調控，最終演化為互相激勵激增與良性利用。通過科學研究與人才培養耦合后能力激增與信息熵關系分析，提出人才綜合能力提升實質就是信息量增加與集群智能提升過程，并對其蘊含的時間-空間-強度關聯性特征進行了探討，嘗試建立具有貢獻度和彰顯度的評價指標體系，應用后成效顯著。這對探索科教耦合過程調控與提高新工科人才培養質量具有科學與應用價值。

1 耦合激增能力提升與信息熵

新時代高校大學生普遍具有集群智能行為(綜合能力)，集群智能的提升實質上就是信息量增加的結果。根據現代信息理論[19]

(1)

式中 lnP為信息量；P為概率；T為耦合后總信息量；S為信息量的平均值(香農熵)。單個指標因素(例如科學研究或技術進步)智能也許并不高，但與其他因素(例如課堂教學、室內實驗、創業實踐等)耦合，產生的新知識信息量數量超過某個閾值就會產生高度智能的群體行為。因為群體數量的增加導致搜集的信息量增加，而隨著群體數量超過某個閾值，收集的信息量也跟著超過閾值，從而在整體上表現為高度智能化行為——能力與質量顯著提高，這就是綜合能力的普適反映，也為科教耦合激增后提升高校人才能力與內涵質量奠定理論依據。

2 科教耦合特征

深度挖掘科教“耦合”特征關系，就是要揭示科學研究與本科教學活動之間的相互運動、相互作用的關系特征及其動力學過程調控機制，進而可以尋找合適的調控方法，實現科學調控與高效應用。從時間-空間-強度、共性和關聯性等綜合剖析發現，二者有效耦合主要包括以下3大特征。

2.1 時間-空間-強度耦合性

科研與人才培養均是與時間與空間密切關聯的具體的過程化行為。以基本的人才培養的重要過程—課堂教學為例，從彰顯性角度來看，教學是“隱學”；提升科研能力是“過程活”，也是提高教師的教學與學術能力的過程化行為，是彰顯科教實質性耦合生效的“顯學”。同時，科教耦合更是一種走出課堂來“上課”的實踐性非常強的教育與人才培養過程。另外，科研與教學僅僅是2種有效的過程耦合方法與手段，重在過程耦合與實施機制的耦合強度—“政策支持與落實保障力度”的動力學耦合機制作用的有效釋放。這樣才能激增調控過程的作用力。實踐證明，時間的持續性和強度的韌性的耦合提升，是實現耦合度目標良性提升的關鍵指標，也是動力學機制發揮持續作用的基本前提。因此，加強時間-空間-強度的動態平衡的科學調控，對實現科教高效耦合提質攸關重要。

2.2 知識創新與能力耦合性

這一特征是科學研究與人才培養的共性?？茖W研究與人才培養共同關聯要素就是知識創新。通過提高科學研究能力與水平，才能促進知識創新與教學能力提高，直接落地于本科教育教學水平的提高，最終落地于人才培養質量的顯著提高。

2.3 獨立與關聯耦合性

這是科學研究與人才培養二者最基本的特性。一方面，科學研究與人才培養二者均具有獨立的發展內涵、組織模式和運行機制等，完全可以不依靠對方而存在。另一方面，教育教學水平和質量直接影響著科學研究的能力與水平。本科不牢、地動山搖，這就深刻揭示了其間的內在因果與梯級關聯性及其耦合重要性。

3 耦合后評價指標-貢獻度與顯示度

教育評價改革是當前教育改革中的重大難題之一，科學合理的評價指標會從根本上祛除浮躁之弊[20-23]。已有學者在構建教育發展水平與經濟發展狀況耦合協調度模型時分別選取了5個和6個序參量[24]；石麗等提出了高新技術產業技術創新與高等教育綜合評價指標(12個)體系[25]。梳理發現大多數指標共性較強個性偏弱。破除科教耦合提質過程中存在的障礙，合理調控耦合強度，取決于找準其間的匹配性評價指標體系，亟需建立引領性、標志性和特色指標并著力取得突破，要更加體現貢獻度與顯示度。例如，表1～表2所列的某高校最新出臺的重大成果與工程獎勵政策就是典型例子。成果獲獎主要包括國家及省部級科學技術獎、教學成果獎、哲學社會科學優秀成果獎、優秀博碩士學位論文和優秀教材獎等；知識產權及成果轉化，教學、科研及高層次人才項目，論文、著作與教材以及重大專項工作等。

表1 標志性科教獲獎指標及其評價績分

表2 重要教學工程建設指標及其評價績分

能否保障共贏發展，則取決于處理耦合過程中所建立的過程反饋機制和適合機制，這就需要修訂管理辦法，聚焦重大科研成果轉化，促進內涵發展。具體包括：①規模與質量；②標志性創新成果或工作有突破；③平臺與團隊推進度；④管理與服務耦合能力提升加速等。

另外，教師和學生在不同的體系中執行著相互關聯，教師根據各自教學與研究的需要，實實在在地進行著自由與良性轉換。

4 應用實踐

4.1 總體情況

聚焦學?！巴袋c”—學術生態系統“亞健康”問題。發揮優勢、加強內涵建設，初步實施了“一流本科+X”策略(圖1)。在點上具有突破性，在線上具有帶動性，在面上具有協同性?？平恬詈闲纬?+1≥2的激增效應。

針對制約學校發展的困擾與難題，師生思想存在的短板與偏差，通過師德師風建設大會、一流學科建設大會、學校工作會等重要契機，通過具有明確指向性、鮮活體驗性和互動參與性的各種活動，廣泛開展了多層面、全方位的思想教育活動，提升廣大教師立德樹人的使命認知。全校師生將奮斗的意識與精神狀態融入學校發展全過程，以敢擔當化作了校園的生動實踐，每個學院或部門均獲得了獨具特色的省級、國家級指標。例如安全學院的“教授專題日+”、計算機學院的“三全育人”工程等；學工處的“青春飛揚-榴園追夢的”思政教育平臺；地環與機械學院分別獲批省級省重點實驗室；建工學院與測繪學院分別獲國家科技進步獎。如圖2所示，2016—2018年全校專利授權量分別為715項、766項、337項。其中本科生年度獲得專利數量在全校年度總授權專利數量的占比分別為0.2%，2.5%，24.9%.本科生參與科研項目量分別為135項、129項、166項，總體呈遞增趨勢，再次證明，時間和行動落實力是可以改變結果的。

圖1 “一流本科+X”策略Fig.1 “Top undergraduate +X” strategy

圖2 2016—2018年度本科生參與科研項目、獲得專利情況Fig.2 Patent status of undergraduate scientific research projects in 2016—2018

4.2 學院應用實踐

安全科學與工程學科是國家重點學科、國家安全生產監督管理總局與陜西省政府共建重點學科。安全工程專業為國家特色專業和陜西省名牌專業，2011年獲批教育部“卓越工程師教育培養計劃”，2013年入選第一批國家級專業綜合改革試點，通過教育部“工程教育本科專業認證”獲6年認證有效期。安全工程專業專職教師中高級職稱達60%，博士學位占總人數的70.45%；近年來，獲得各級教改項目多項，2次獲國家級教學成果二等獎等。學院已經建成了“安全技術及工程國家級教學團隊”、國家級應用型安全技術及工程人才培養模式創新實驗區、陜西省虛擬仿真實驗教學中心等教學平臺等。目前已經形成了煤火災害防治、煤與瓦斯共采、礦井通風、礦山救援、氣體與粉塵燃爆、智慧消防和安全行為等特色鮮明的研究方向。近年來承擔或完成國家自然科學基金重點項目、國際合作項目、企業委托科研項目等100多項；獲國家科技進步二等獎2項，省部級科技進步一、二等獎30多項等。這些特色優勢科研平臺與方向的建設拓展和高水平成果的獲得，有效地豐富了理論教學內容，為本科生創新能力和培養質量的提升奠定了堅實基礎。

4.2.1 推進“新工科”建設

秉承以“礦山安全”為特色，面向多行業領域發展的辦學方向。在學生共性能力培養方面，結合采礦、機械、建筑、化工、計算機等學科優勢，組建跨學科、院系課程團隊；在培養方向上，構建了“安全+”人才培養模式。

4.2.2 深化課堂教學改革

有效融合通識教育和專業教育，結合安全工程專業和消防工程專業特點，構建“通識教育+寬口徑專業教育+行業領域”的柔性培養方案。安全工程專業認證和消防工程第三方評價為契機，推動基于工程問題引導的課程課堂教學改革，有效利用課堂時間釋疑解惑，通過多元化考核方式推動由“以教為主”向“以學為主”的學習方式轉變。深入推進課程組建設，完善課程教學質量標準建設。立足課堂教學，情景教學和翻轉課堂等手段。

4.2.3 突出能力培養

推動實驗教學與科研訓練有機融合，并結合教師科研項目將創新性實驗向深層次推進。強化實習實訓加強與企業、科研院所合作，開展成效顯著的實習實訓，推動實習實訓與創新創業有機銜接。加強畢業設計(論文)環節，結合現實問題、科研課題選題，嚴格過程管理，完善畢業論文(設計)查重、外審和質量抽檢制度。依托信息技術，建設煤礦領域井下操作崗位、路橋施工操作崗位、地鐵施工操作崗位等實驗室，對專業領域范圍內崗位開展專業技能訓練，提升學生對現場的認知度，增強工程實踐能力。組織學生參加校內外高水平競賽，推進學科競賽創新平臺、“教授專題日+”平臺的建設，支持大學生在學期間創新創業，落實“安全天地大講壇”拓展學生視野的主要功能等。另外，打造一流師資隊伍，持續提升教學能力；規范教學管理，持續推進質量保障體系建設。

本科生近3年獲獎總數達到619次，其中2018年度獲獎在3年總獲獎次數中占比最高，達到65%，2016年和2017年占比分別14%，21%(如圖2所示)。從近3年各年度獲獎占比顯示，2018年成果豐碩，獲獎次數呈遞增趨勢。

圖3 2016—2018年本科生各年度獲獎統計Fig.3 Statistics of annual awards for undergraduates in 2016—2018

從圖4可以看出，2016年，大一、大二、大三、大四各年級獲獎占年度獲獎總量分別為22%，24%，22%，32%.2017年，大二獲獎量占年度獲獎總量最高，達到44%，大一、大三、大四分別占年度獲獎總量的21%，12%，23%.截止到2018年12月，大一、大二獲獎各占年度總獲獎的41%，大三、大四占年度總獲獎次數分別為17%，1%.本科生獲獎以大一、大二為主。各年度獲獎數量呈遞增趨勢。

圖4 2016—2018年本科生各年級年度獲獎占比Fig.4 Proportion of annual awards of each grade of undergraduates in 2016—2018

經過3年持續實施，學院創建的“教授專題日+”等特色平臺實現了4個年級全覆蓋，學生參與率(30～100/場)顯著提高。2017年共申報創新創業培育項目47項，總計228人參與，其中1項獲2017年全國大學生挑戰杯競賽二等獎、2018年獲全國安全工程大學生創新與實踐作品競賽一等獎、獲陜西省“互聯網+”大賽銀獎1項和校級互聯網+大賽一等獎2項等。

5 結 論

1)采用現代信息理論，對科學研究與人才培養耦合后能力激增與信息熵的關系進行了研究，實現科學研究與人才培養的科學耦合是深化教育評價改革和提升高教質量的重要方法與手段。破解科教耦合其間物質、信息、能量等要素的循環轉換和動態遷移過程機制，這對提升高教質量提供了新的思路與實踐方法。

2)厘清科學研究與人才培養貢獻度和顯示度對科教耦合提質大有裨益。人才培養過程是有其周期性的良心活與“隱學”，提升科研能力是講良心的“過程活”，也是提高教師的教學與學術能力的過程化行為，與彰顯效果的“顯學”，這有助于加深對科教耦合實施機制的認識。

3)建立了具有顯示度與貢獻度的耦合后評價指標體系。應用后成效顯著，為探索科教耦合過程調控與教育評價改革新思路提供了科學依據。