研究生创新能力“立体”培养的探索与实践

王 宇, 赵 贞, 陈 刚, 裴 健, 孙净雪

(1. 哈尔滨工业大学 化工与化学学院, 黑龙江 哈尔滨 150001； 2. 哈尔滨工业大学 环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150090)

研究生教育处在整个国家教育体系最高端,研究生创新能力在一定程度上影响着国家的科学技术发展,因此提高研究生创新能力的培养质量至关重要[1-4]。研究生创新能力培养是一个长期、复杂的系统过程,尤其是在当前招生规模不断扩大、培养环境和社会需求发生较大变化的背景下[5-8]。研究生阶段是学生创新思维和创新能力比较活跃的时期,在教师的教育教学工作中,应把握创新能力培养这一关键要素[9-11]。因此,要培养学生的创新能力,必须为学生提供良好的创新环境并构建相关平台的建设。本文以我校高等物理化学学科研究生培养体系的构建为例,结合社会发展趋势,以提高研究生创新思维和创新能力培养为核心,优化课程体系和创新培养机制,构建了集散式教学、三段式指导、分类式培养的研究生培养模式。

1 创新能力培养的结构设计

1.1 兴趣培养是开启创新能力的源泉

爱因斯坦有句名言：“兴趣是最好的老师。”研究生教育作为创新能力培养的最前沿,更应重视专业兴趣在人才培养中的重要作用,在研究生教学过程中,重视选修课程在调动学生科研兴趣中的重要作用,同时鼓励教师将最新科技成果与生活实际结合,激起学生的好奇心和探索欲,为科研创新创造条件,并且重视启发式、互动式教学在研究生兴趣培养中的重要作用。

物理化学硕士点鼓励教师在任课过程中多与学生进行互动交流,欢迎学生将感兴趣的、与课程相关的话题作为开放课题在课堂中进行交流讨论,形成授课创新、兴趣培养、创新意识全面提高的教学形式。同时,通过每年定期邀请校内、校外的知名专家学者开展学术报告,并注重不同学科间的交流与学术观点的借鉴融合。学术名家渊博的知识和个人魅力对研究生科研兴趣产生积极影响,也能使研究生树立勇于创新的信心。

陈旧的课题容易减弱研究生的学习兴趣,降低创新动力,通过支持研究生参加国内、国际学术会议,使研究生了解最新学术进展,激发创新动机,保持研究生对科研工作的持续热情，并且研究生所在团队通过定期举行的小型学术讨论会,共同解决科研中遇到问题。研究生个人在活跃的讨论氛围中增加团队认同感,形成“正能量”环境,激发个体及团队的创造力。

1.2 基础理论是持续创新能力的动力

依据工科物理化学专业学科的特点,在高等物理化学、高等无机化学及结构分析导论等研究生学位基础课教学过程中,不断融合创新理念,以培养工科化学类拔尖创新型人才为目标。在讲述理论的过程中,主张不拘泥于书上的静态结论,把重点放在介绍理论的孕育、产生及发展上,用静态内容去启发学生动态(创新)思维。让学生知道科学家是如何在实验基础上通过质疑→探索→模拟→发现→理论,建立一个新的学说(创造过程),并通过理论去指导具体实践的过程(创新过程),使学生了解课程理论形成的基本思维方法,培养他们今后在科研实践过程中的创新理念。

结合本校工科高等物理化学特点进行教学内容、教学方法的改革,以高等物理化学课程改革为例,在教学内容改革方面,依据高等物理化学课程所包括的3大主要内容,即物质结构、化学热力学和化学动力学,结合我校研究生课程的设置(量子化学和化学反应动力学及催化均有专门的课程讲授)及相关学科科研方向的需要,采取纵向延伸和横向拓展相结合的教学模式。制定具有工科特色的高等物理化学教学大纲,并跟踪学科前沿成果,定期更新教学内容。在教学方法改革方面,通过启发式、互动式教学手段促使学生独立思考课程内容,从已知的现象或前沿科学中提炼出与课程内容相关的实际问题,引导学生通过即时分析、课堂讨论等方式来解决这些问题,使学生接触到最新的研究成果,锻炼学生的原始文献阅读和分析能力,进而掌握科学研究的思路和方法。如在高等物理化学授课过程中,讲述缺陷物理化学方面的内容时,结合光催化材料中的载流子复合问题为学生讲述弗伦克耳缺陷与肖特基缺陷的差别,从而调动起研究生的学习兴趣,进而趁热打铁,引出缺陷方程式的内容。在教学过程中,教师牢记以学生为主体、以教师为主导的教学理念,在教学与学生的互动过程中引导学生运用创新性思维,通过即时分析、课堂讨论等方式来培养学生的创新思维习惯。

1.3 课程体系构建是创新能力的保障

与理科院校物理化学学科研究生倾向于研究物理化学领域前沿理论的特点相比较,工科院校物理化学学科研究生涉及更多的是学校和企业联合进行的技术改造、开发及应用方面的科研工作。也就是说理科院校物理化学学科研究生科研工作的特点是理论创新,工科院校物理化学学科研究生科研工作的特点是技术创新。研究生教育的本质特征在于知识创新,因此,结合科研方向选择课程奠定学生基础性创新能力,结合学科交叉选择课程提升学生开创性创新能力。

在培养工科物理化学类研究生拔尖创新型人才的过程中,根据“教学与科研统一、教学与科研互长”的原则,构建符合研究生创新能力培养的课程体系建设,并在面对实际科研问题的时候进行知识创新,进而利用知识创新的成果进行技术创新。比如在高等物理化学课程教学中,重视课程理论与实践、理论与实验的课程体系构建,已开设“二氧化钛涂层制备与光催化性能”“异质结固溶体制备与制氢性能”及“微波水热法制备锂离子电池正极材料”3个研究生创新实验。分别对应高等物理化学课程中“固体的结构及缺陷”“多相催化反应动力学”及“电荷传递动力学”的内容。选修上述开放实验的2014级物理化学硕士研究生(26人)已有6人在J.Phys.Chem.C(IF=4.509)等SCI期刊发表论文。

同时,本着术业有专攻的思想,以与行业对应的技术创新能力为导向进行课程设置,构建模块化的课程体系,依据材料化学学科现有优势及多年来与企业合作的基础,拟设置与各行业直接对接的知识模块,即电化学与电化学表面改性模块—电池、电镀行业；光催化与光电催化模块—除污、氢能行业；聚合反应工程与高分子材料模块—高分子、塑料行业；新型催化剂与工业催化模块—脱硫、加氢油品行业。这样的模块式课程体系使学生在基本理论和技术实践上为技术创新奠定了坚实基础。通过这种以创新为目的课程体系构建,极大地增强了研究生对学科交叉、学科渗透的认识,培养研究生的科研热情,并通过科研实践提升研究生创新能力,积累创新活动经验[12]。

1.4 创新平台是展示创新能力的舞台

在实验教学环节,通过课堂教学并结合研究生实际情况开设开放性实验课程,鼓励学生根据所学知识解决实际问题并进行创新性研究探索。设置创新创业专业实验室,并由系里专门负责人管理实验室的实验设置、建设规划、日常管理和运行,对全校学生开放预约使用,并配备专业教师,为学生提供指导、咨询等服务。这种灵活且规范的开放性实验室,为创新型人才培养提供了实践创新思维的平台,提升研究生在不同方向上的创新能力,也为其积累学科交叉经验,形成新的创新思维火花。多名研究生在科研思路上产生新的灵感,拓展科研方向后在Energy&EnvironmentalScience、AngewandteChemieInternationalEdition、NanoLetter、AdvancedFunctionalMaterials等杂志发表高水平研究论文。

同时,高等物理化学学科也十分重视科研成果的产业化,与企业、科研院所共建的联合研发中心,本着“互惠互利、双向受益、共同发展”的原则,以“产、学、研”结合为支柱,形成“以互惠互利为基础,以技术服务为支持,以院企双赢为取向”的合作模式,如与朗达集团的电池材料研发合作、与中国电子科技集团公司第四十九研究所的气敏材料研发合作等,提高了研究生解决实际问题的能力。

2 创新能力培养的构建组成

功以才成,业由才广。创新性能力培养的构建组成要以使学生成为创新型人才为最终目标,并结合用人单位反馈信息及学生个人对该类培养体系的适应情况,最终形成的创新能力培养的组成结构,如图1所示。

图1 创新能力培养的组成框架

2.1 集散式教学实现创新知识储备机制

研究生并不是科研劳工,在注重科研方向创新的同时,必须具备充足的理论素养。同时,为了有效利用课堂学时,对于专业学生进行集散式教学模式。在高等物理化学专业课程体系建设中,注重优化课程结构,按照少而精的原则设置学位课,进行集中授课,确保学生具备较为扎实的理论知识,另一方面结合学生科研方向,指导学生进行跨学科、跨专业的选修部分课程,进行分散式学习,“按需选课”,既增加学生对自身科研领域更深层次的理解,同时增进不同学科间的交叉融合,形成学生的发散性思维模式,在课程建设中提升学生的创新思维和创新能力。

2.2 三段式指导形成创新能力培养机制

提出三阶段培养模式。

一阶段培植——培植科研的种子,在储备基础理论和实验技能同时,查阅相关文献资料,与导师和高年级研究生共同讨论确定课题方向,最终确定实验方案,用时约3个月；

二阶段培养——创造出科研的果实,该阶段研究生开展实验内容,并在实验进程中不断更新实验方案,形成完整系统的科研工作,最终撰写科技论文,展示创新性成果,用时约18～36个月；

三阶段培育——培育出新的希望,这一阶段研究生主要进行撰写毕业论文工作,同时在论文写作过程中,要求研究生结合研究课题,列出2～3条拓展性研究工作,既锻炼高年级研究生的自主创新能力,也为新一届研究生提供创新思路,用时约3个月。

通过硕士研究生两年、博士生3年半的培养,形成三阶段“可持续发展”的良性循环,形成“理论+实践+创新”的有效融合,全方位提升研究生学术水平、科研创新及执行领导能力。

2.3 分类式培养完善创新人才选拔机制

学生自身的素质对创新能力的提高有关键作用,是内在因素。在形成创新理念、具备创新能力的基础上,应进一步根据学生的性格、习惯、特长为其进行“量体裁衣”式的培养方案设计,通过“分类培养”的方式造就不同类型的拔尖型创新人才。基础知识扎实、钻研精神强的学生更适宜进行前沿科学问题的探索性研究；社会能力强、沟通能力强的学生更适宜进行一些综合管理类、学生活动类的工作。在教师的协助下,学生根据个人兴趣爱好选择不同研究方向的教师指导生产实习,并进入不同的科研小组或实习基地。同时拓展新的生产实习基地,并促进教师在工作室的基础上与实习基地共建联合研发中心。

前期工作中,在量体裁衣、分类培养的指导思想下,培养出了以获得全国百篇优秀博士学位论文提名奖为代表的科学研究方面拔尖型创新人才1人,还培养出了以上海电气核电设备有限公司总经理等为代表的企业管理方面拔尖型创新人才多人,以及担任过我校校研究生会副主席等职务的学生活动方面拔尖型创新人才多人。正是通过物理化学学科课程建设培养学生的创新思维,按照学生性格、习惯、特长提升他们在擅长领域的创新能力,从而涌现出了大批拔尖型创新人才。

3 结语

在研究生教学过程中时刻以科研为本作为培养目标,并融入先进的研究内容和前沿的研究方法,经过这几年探索,物理化学专业研究生在科研能力及实践能力方面均得到显著提高,同时获得国家、省、校层面对于研究生创新工作的认可,近5年获国家级、省级重点研究生创新教学改革项目各1项、一般改革项目多项、校级研究生创新教学改革项目2项,并获得省科学技术一等奖、省高等学校科学技术一等奖、省高等教育教学成果一等奖等多项科研教学奖项。