基于“4S”的创新型拔尖人才培养模式研究

郭 锐， 田娅娅， 赵静一

（燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室，先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室，河北 秦皇岛 066004）

近几十年来，伴随着对国外CDIO（conceive,design,implement,operate）教育模式的学习理解，以及卓越工程师和工程硕士的培养模式的创立，具体到产学研结合的人才培养模式的探索等，我国各高校在工程创新型人才的培养上开创出多种模式，但都处于实验和摸索阶段，尚未形成成熟的、适合于大范围推广的高等教育人才的培养模式，尤其是对创新性拔尖人才的培养[1-2]。为了进一步适应经济发展需求，弥补工程领域创新型拔尖人才的缺口，我们提出了基于“4S”的创新型拔尖人才培养模式。

1 什么是“4S”

“4S”由Study（研究）、Solve（解决）、Summery（总结）、Sublimation（升华）组成，相互之间是密切相关和逐步递进的关系，“4S”模式是创新型拔尖人才培养模式的集中概括和抽象表达。具体表现在研究生培养中从开始理论准备到接触创新项目，理论联系实际，研究和解决项目难点，完成项目，再到项目总结和毕业课题的锤炼，最后实现理论水平和创新能力升华的全过程。它包含了对学生的学习能力、应用能力、团队能力和创新能力等综合素质的锤炼和提升。其实现过程如图1所示。

图1 “4S”的实现过程

2 4S提出的背景及意义

工程领域的拔尖创新人才，是指在工程应用的关键领域能够起到核心作用的人才。培养创新型拔尖人才和各行各业领军人才既是时代赋予我们的历史使命，也是燕山大学人才培养的目标。拔尖人才成长的环境与条件保障，不只是高等学校的实验室建设、国家的财政支持等环境，还有切实的培养理念和完善的培养体系。如何创造一个有利于创新型拔尖人才成长的培养理念，构造出一套适合时代需求的创新型拔尖人才的培养体系，使学生能够潜心于工程领域长期的学习和研究，未来成长为拔尖人才；怎样最大限度的发挥产学研基地的作用，使其成为人才培养社会环境中重要的因素，是本文“4S”模式的主要研究内容。

“4S”模式的意义在于为创新型拔尖人才的培养探索一种新方法、新思路，是高等教育改革与时代需求链接中的典型案例，在为社会储备创新型拔尖人才同时，也为社会提供了技术支持和装备升级。其研究成果可以为工程领域创新型拔尖人才培养模式的发展奠定理论基础，对提高国内各学科创新型拔尖人才培养的水平具有重要的理论意义和应用价值。也可以推广到各类学科包括基础学科的创新型拔尖人才的协调培养系统上，为新型培养模式的创立提供可靠的设计方法和理论依据。

3 与卓越工程师、专业硕士区别

创新型拔尖人才培养模式作为一种创新的人才培养模式，在参与者、培养目标和项目教学案例上，与卓越工程师及专业硕士有着本质的区别，如表1所示。

表1 3种培养模式的区别

3.1 人员构成的不同

卓越工程师针对的是本科生的教育，而专业硕士仍是某种意义上的相同形式下的硕士研究生教育；拔尖人才培养模式要求的则是在导师带领下的由博士生、硕士生和本科生联合参与的一种教育培养模式，进而形成各参与者之间的分工与合作关系，如图2。

3.2 培养目标的不同

卓越工程师和专业硕士是以培养基础的应用型人才为目的，具有明显的职业性和实践性，其培养人才的特点在于对具体岗位和技能的熟练，使其在学业完成后可以迅速融入到实际工作中去。拔尖人才培养模式要求学生在熟练岗位和技能、学以致用的基础上，对具体技术问题的解决和项目开发上的创新，其突出特点是培养学生的创新意识和创新能力，旨在培养工程领域的创新型拔尖人才。

图2 拔尖人才培养模式人员构成及关系

3.3 项目教学案例不同

卓越工程师和专业硕士的项目教学方案是学生的实习期与企业的试用期相结合，学生以见习生的身份到岗位接受综合培训，也就是通常所讲的“顶岗实践”，为增强实践有换岗的方式，它是融合了教学与实际，以企业的日常生产为主要形式的项目教学[3-4]。

拔尖人才培养模式与企业的合作多以创新型项目合作的形式体现，针对具体项目，其成效的深化依靠推进研究深度和广度、增加参与项目数来体现。它是以教学与实践活动为基础，以工程创新为途径，以科学前沿的课题研究为载体，着重于解决工程实践中的技术或装备的攻关、研发问题，进而为国家储备创新型拔尖人才。

4 改革课程设置，夯实基础

针对原有课程体系结构不合理、学科交叉深度不够和对学术前沿课程重视程度不够等不足，创新型拔尖人才培养模式对课程设置上做了较多的改进，使课程体系的设置更贴近实际，更适合学生的未来发展。

4.1 优化课程结构

当今硕士研究生课程基本可分为4类：公共基础课程；专业基础课程；专业课程；跨学科课程。在教学计划中通常又以必修课、限定选修课和选修课三种修习类型出现。

为了扩展工程硕士的知识面，发展学生的潜能，加大了课程设置中的选修课程所占比例，比例达到三分之一；在选课体制上，学生除在研究生开始时可以在保证公共基础课和专业基础科的学分基础上进行选课外，在第一学年的第二学期可以根据自身和实际需要对维修课程进行第二次课程调整。选修的课程既包括属于专业学科的某一专门化课程，又有属于人文社会科学课程、经济管理科学课程、科学方法论课程，学校只规定选修课学分，而不指定课程，由学生根据自身条件、兴趣、爱好去自由选课，达到规定的学分即可。这样做有利于贯彻因材施教的原则，有利于促进学生的自由发展。

4.2 注重学科交叉

当今科学技术革命的一个重要特点是科学、技术和生产的日益一体化，以及自然科学和社会科学的结合。反映在研究生的课程设置上，则是强调理科、工科、文科的相互渗透和跨学科课程的大量设置。

（1）加宽加厚基础理论课程：为适应科学技术发展的需要，加宽加厚了基础理论课程。不仅要求掌握本专业的基础知识，还要求对相关学科知识的理解和掌握。这体现在课程的设置、不同课题组人员的交流学习和跨学院的科研合作等。宽广和扎实的基础理论知识，为学生迎接科学技术挑战，进一步深入学习打下了扎实的基础。

（2）开设大量的综合课程：科学技术日益显著地朝着既分化又综合的两个方向发展：一个方向就宏观整体而言，各学科之间相互渗透，相互交叉，打破了原有的界限，向综合的方向发展；另一方向就微观而言，各学科领域自身的深入探索，学科内部不断分化，不断演化出新的学科，向深化、细化方向发展。这两个方向发展的结果，便产生了众多的综合学科。

综合课程是为了大工程观的需要，也是培养复合型人才的必修课程。现代科学技术和生产的发展，是以综合化为基本特征的，反映了研究生教育中的课程就是基础教育和专业教育，人文科学与自然科学、社会科学之间的相互渗透，把它们穿插起来进行，目的在于培养学生适应社会飞速发展的要求和具有解决复杂问题的综合能力[5-6]。

4.3 加强科学技术前沿课程

现代科学技术的飞速发展，更加快了科学技术知识的激增和科学概念的更新。为顺应这一发展，体现时代特点，实现课程设置的现代化，研究生的课程应当不断吸取当代科学技术发展的新成果，剔除陈旧、重复的内容，修正不确切、不科学的概念和原理，增设工程科学技术前沿课程。使学生及时了解学科发展的新成就、新观点、新问题和新动向，使每个学生专业知识水平经常处在科学技术的前沿。

5 增设创新项目实践

拔尖人才培养模式将实践期安排在教学任务完成之后，这使学生得以及时参与实践，有利于所学知识的记忆与理解，将学习和实践紧密地联系在一起。其前提条件，也正是我们执行这种模式的优势所在，就是大量的科研课题、相关研究室与必要资金的支持，在保证与专业相同的科研方向上，为学生提供良好的实践平台。

5.1 项目教学体系构架

项目教学的项目来源于老师和公司签署的项目合同，是在符合企业要求的前提下由老师带领完成的。其具体的合作形式为：老师根据企业需求和合同要求设计出整体方案，经由博士生和硕士生完成理论分析与实验研究，本科生完成系统设计，其各环节相辅相成，体系构架如图3。

图3 项目教学体系构架

5.2 项目教学内容

与一般的项目执行相同，项目教学的内容包括准备阶段、执行阶段和完成总结阶段，就其具体事项，以下分别阐述。

（1）学校准备阶段：在教学过程中，课题室定期安排学术讨论课，以及要求研一学生参加正在做项目同学的阶段汇报及总结，为学生今后的项目实践打好基础；在完成教学任务之后，课题组会安排学生就以往的项目实施过程、问题解决思路和方法进行分析学习，发现知识欠缺，及时学习补充，为下一步进入实际项目做好准备。

在进入具体项目之前，首先由老师及企业项目负责人对项目的具体情况做详细地分析、讲述，使学生深入认识项目的各环节要点。学生在领悟总体设计思路的前提下，准备相关知识，解决项目难点，完成项目初期的设计。

（2）现场实践阶段：在完成项目的初期准备之后，学生既可前往企业。根据既定的方案和方法，进行项目的现场具体实施，进而完成技术的改进及装备的调试。针对具体问题及其解决方法，要求学生及时做好记录、总结和定期汇报。在现场实践过程中，要求学生根据现场具体情况对方案做出相应的改进和优化，极大地考验和提高了学生的技能掌握水平及解决问题能力。

（3）返校总结阶段：在完成项目之后，要求学生对整个项目实施过程中的问题及解决方法进行思考、总结，将实践总结及心得向老师及课题组成员做出汇报。从实践再回归到理论上，有针对性的继续学习，使学生得到进一步的提高。也可以结合实际工作需要及兴趣对项目中的某一环节进行进一步的研究，以此为基础提炼并完成毕业设计或毕业论文。

5.3 项目教学优势

拔尖人才培养模式中的项目教学优势在于其培养特色，如图4所示。

图4 项目教学优势

（1）集中的时间：集中及充足的时间允许学生通过对项目的研究，全面深入的了解知识需求，提高理论水平和创新实践能力。此外，学生在校学习时间与在企业实践时间比较集中，使学生有足够的时间完成项目，同时也方便学校和企业的综合管理。

（2）真实的科研环境：这种模式要求学生以“准科研者的”身份参与具体的工作，将学习环境从学校搬到工厂或办公室，教师换为企业工程师，研究试验转变为生产实践中的具体问题，有助于提高学生面对复杂环境的解决问题能力，强化科研综合能力，提高学生的团队意识和责任感。

（3）综合能力的提高：对于学生来说，置身项目现场，融入项目团队，项目的实施过程中必然要考验学生的团队能力和沟通能力，而对于项目进展中的问题应对与解决，又必然锻炼了学生独立解决问题的能力。

（4）充分调动学生、学校和企业的积极性：从学生的角度来说，由于学生通过一年的科研实践找到自身的不足和与工程师的差距，可以对今后学习更有目的性，更有热情。学校通过学生在实践中的表现及水平，可以发现自身教学优势及存在的问题，有针对性调整教学计划，推动教育教学改革。从企业的角度来说，企业在学生工作期间，可以全面考察未来员工的综合素质，挑选符合本单位标准的人才，为企业的进一步发展注入新鲜血液。

6 实践案例

6.1 课程体系结构框图

在整个研究生教学阶段，专业知识积累、创新项目实践、总结升华和毕业设计有效贯穿起来，使学生得到理论联系实际，知识更新、创新实践的系统训练。整个课程计划是以创新实践项目为主线，以核心课程为支撑，以选修课程和自主学习为补充，以人文教育为基础，很好地将核心课程教育与对工程的整体认识统一起来，并结合项目对学生的学习能力、人际关系和团体交流能力以及对大系统的掌握、运行和调控能力进行整体的培养。

课程体系结构框图如图5所示。

图5 课程体系框图

6.2 人才培养计划

研一期间穿插进行科学技术前沿学习和项目初级引导，通过对以往和正在进行的创新型项目的学习，使学生对创新型项目的实施过程和具体方法拥有初步的了解。

研二期间学生参加创新项目实践，首先是完成项目的总体设计，在此期间完成相关知识的补充；然后进入项目现场，指导项目实施，并针对项目执行过程中突显出的问题和缺陷进行解决和改进；最后完成项目交付。

研三期间针对所执行的项目完成项目总结，深化研究，提炼和完成毕业论文。

6.3 实践环节

以本教改中的一个实际培养案例进行说明和描述。

（1）项目概述：为解决大型采煤设备（如连采机及大型液压支架）井下辅助巷道内运输效率低的难题，结合巷道空间情况的限制和大型采煤设备重量沉、自行速度慢的特点，设计符合煤安技术要求且具有超低货台、灵活的转向性能、较小的转弯半径和良好的复杂路面通过性的井下运输工具。

在已经研制开发成功的无轨双人操作分体式液压动力载重车研究基础上，进一步研究柔性连接的液压动力运输车及动力供应车的转向协调问题，重点对两车相对位置的转向信号识别及协调控制问题进行理论研究，建立两车的驱动和转向电液控制系统转向协调的优化控制策略，建立多轴线轮迹最优规划模型，完成巷道重载动力液压运输车转向协调和自规避控制系统设计，实现更为理想和可靠的单人转向操作，提高工作效率及可靠性，为巷道无轨动车组液压控制系统的协调控制提供理论和实验依据，实现井下无轨重载运输和地面液压动力车柔性拼车。

（2）具体项目分工：根据个人能力、特长等方面考虑，以期达到学生全面培养和提升的目的，将项目工作内容做了详细的分工，具体分工见表2。

表2 具体项目分工

（3）项目的实施过程：概括地说，项目的实施过程，如图6所示。

图6 项目实施过程

可大致分为以下几个阶段：首先是分体车的总体构想，以项目要求为出发点，在可实现的技术范围内完成总体设计；其次是系统各部分的细化设计，并完成系统实验和仿真；再次是系统各部分进行建模与优化，完成总的设计任务；最后是项目的实施阶段，完成分体车的制造、安装、调试和改进。

（4）实施成果：整个项目过程成果显著，总计发表论文10余篇，申请专利5项，出版专著2部；荣获河北省科技进步二等奖和“挑战杯”河北省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖；毕业硕士3名，博士1名，即将毕业博士1名。

7 结 束 语

本文以创新型拔尖人才培养为背景，以接受高等教育的学生为研究对象，提出了基于“4S”的创新型拔尖人才培养模式。阐述了创新型拔尖人才培养模式提出的背景和重要意义；并将其与卓越工程师和专业硕士培养方式中的人员构成、培养目标和项目教学案例进行对比，体现了“4S”培养模式的优势和特色；研究了“4S”培养模式下的课程设置改革的具体举措和项目教学的具体实施过程，提出了优化课程结构、注重学科交叉和加强科学技术前沿课程为具体举措的课程改革，并在项目教学构架、分工和具体流程等方面进行了探索性研究。

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