新工科“科研領門人”
——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業變革的背景下，勞動力市場對高素質、高層次科技創新型人才的需求越發迫切。積極推動高等教育改革，把培養科技創新能力擺在高教改革中的突出位置，成為打贏人才攻堅戰的重要支撐。過去10年，國家一方面施行“新工科建設”、“互聯網+”、“中國制造2025”等重大戰略，以提升科技創新型人才的培養質量；另一方面有意識地擴大高等教育規模，以滿足高素質、高層次人才的規模需求。據統計，從2015年到2020年，我國碩士研究生錄取人數增長約73.6%，博士研究生錄取人數增長約55.9%[1]。然而，研究生規模的快速擴張導致生師比過高、培養質量下滑，這與新工科建設培養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，本科生創新能力培養的實效不盡人意[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，培養大學生的科研素養，進而更快、更好地培養科技創新人才。科研訓練作為大學生的“科研領門人”，還可通過打好本科生基礎科研素養的方式，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，促進研究生培養質量的改善。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]。本文從科研素養養成機制出發，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 科研素養養成機制

科研素養是科研工作者經歷多項科研項目后，鍛煉出的發現問題、分析問題、解決問題的多種能力和品質，主要包括科研知識、研究能力和科研精神三個層面的內容。

科研知識層面的素養，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，包括文獻調研能力和文獻閱讀能力等；知識創造能力則是指對實踐結果進行總結歸納、整理凝練的能力，即將實踐轉化為理論，將具象轉化為抽象的能力，包括論文、專利寫作能力等。

研究能力層面的素養，是實現實踐目標的關鍵技術手段，主要包含邏輯思維能力、類比發散思維能力、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，發現關鍵科學問題的能力；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，是科研道路上不斷探索、正視學術道德規范的文化支撐，主要包含創新、求實、奉獻與協同精神，是在科研團隊中耳濡目染形成的。創新精神是勇攀高峰、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；協同精神是團結協作、集智攻關的精神。

2 “57”科研項目型課程體系，確保科研素養全面發展

明確了科研素養的養成機制后，根據本科生“門外漢”科研新手的屬性，創建以導師課題為依托，以探究為基礎的“57”科研項目型專項訓練課程體系。“5”為五環節的課程結構，“7”為七期的課程學制，如圖1所示。

2.1 構建“5環節”項目型課堂體系，創造完整科研活動機會

5環節是指目標導學、項目立項、項目研究、項目總結和效果評價五項課程環節。通過該5環節的設計，以期構建完整的科研活動鏈，落實科研素養的全面培養。

第一環節目標導學，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，播下科研夢想的種子。第二環節項目立項，全面落實“導師制”，依據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歸納，凝練出待解決的關鍵科學問題；制定課題，設計可行的實驗方案；撰寫立項申請書。第三環節項目研究，根據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。第四環節項目總結，處理數據，繪制譜圖，分析、整理實驗結果，總結、凝練創新點，撰寫結題報告。第五環節效果評價，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 構建“7期”課程學制，夯實課程運行時間保障

大一基礎課程與大四備戰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學期的學期內和學期間(寒暑假)，構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，以周末課余時間為基礎，規劃出每周不少于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，規劃出周一至周末的連續訓練時間，用于強化科研訓練的廣度和深度，實現高水平科學研究與高質量人才培養相互促進、同步提升。

將5個課程環節安排于“7期”中，構成“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節。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。在第一至第七期的每個期末，開展效果評價環節，強化考核對訓練的反哺作用。

3 “25”協作互補式教學體系，推動科研素養養成目標落地生根

課程體系內容確定之后，下一步應該確定教學模式和教學方法。基于導師指導精力緊張和科研素養內涵豐富的特點，創建以實驗室人才團隊為依托，以理論教學方法為基礎的“25”協作互補式教學體系。“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”協作互補式教學體系下培養本科生科研素養示意圖

3.1 打造導師-研究生“2人”協作教學模式，抓實課程教育師資保障

以聯合課題、聯合基金、聯合創新比賽等聯合項目為紐帶，構建牢固的研究生-本科生科研共同體，激發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。本科生經研究生-本科生科研共同體捆綁帶入導師-研究生的級聯指導關系中，成為實驗室級聯指導關系中的固定一員。在聯合項目的開展過程中，形成以導師為主、研究生為輔的“2人”協作教學本科生的模式。

在協作教學模式中，導師負責主導本科生的成長，研究生則發揮輔助成長的作用，通過將專業術語通俗化，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，落實科研素養養成根本任務

“授人以魚”，是指直接傳授本科生科研項目相關的知識；“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”，是指志向驅動，激發本科生上進欲望；“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節，以期落實科研素養養成的根本任務。

在目標導學課程環節，引導學生將“個人夢”與“中國夢”結合起來，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”)，激發學生責任心和主人翁意識，培養創新、求實、奉獻與協同的科研精神。

在項目立項課程環節，導師建立圍繞本研究領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。在引導學生進行文獻調研，實驗方案設計，立項申請書撰寫的過程中(“漁”)，增強學生專業知識儲備，鍛煉學生獲取知識能力、邏輯思維能力和把握關鍵科學問題的能力，培養學生創新意識。

在項目研究課程環節，首先傳授學生實驗相關的知識、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，包括邏輯思維能力、類比發散思維能力、把握問題能力和動手能力。在不斷試錯的過程中，還應采用志向驅動，激發學生上進欲望(“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，培養學生勇攀高峰、敢為人先的創新精神和追求真理、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、類比發散思維能力和把握問題能力，培養學生淡泊名利、潛心研究的奉獻精神。在研究生本科生合作科研的過程中，培養本科生團結協作、集智攻關的協同精神。

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

4 結語

本科生科研訓練課的開設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，明確科研素養養成機制，設計有效的科研訓練課程結構和學制，采用適宜的教學模式和教學方法體系，實現本科生科研素養的養成和升華，達到新形勢下本科生科研能力的高定位，為培養不拘泥于現狀、打破囚籠的新時代創新型人才奠定基礎。正確開設本科生科研訓練課，還可通過打好本科生基礎科研素養，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，研究生培養質量下滑的困局，加快推進新工科建設，助力新時代發展。