耦合激增科教质量过程化调控机制

2019-06-06林海飞成连华

西安科技大学学报 2019年3期

李超，林海飞，2，成连华，2

(1.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安 710054；2.西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室，陕西西安 710054)

0 引言

实现过程化调控是新时代科教实质性耦合激增高教内涵质量与人才能力的关键科学问题。科学研究与人才培养在高校中居于重要位置。科教耦合过程调控是提升高教质量过程中最具活性的方法与途径。“耦合”通常指2个或2个以上的系统或运动方式之间通过要素的相互作用，彼此影响甚至联合的复杂现象，被用来表述在一个大系统中的各子系统之间的互动、依赖、协调、反馈和适配的“动态过程”关系[1-5]。耦合效应已成为安全科学与工程、矿业工程、能源与动力和深地岩石力学等领域的热点基础研究与工程应用范畴，其主要用来刻划工程与物理介质系统之间物质、信息和能量等要素的循环转换和动态平衡状态[6-9]。近年来，国内学者在探索和倡导“科教融合”过程中，借鉴物理学概念延展提出了“科学研究与人才培养是一种耦合关系”[10-14]。

从科学研究的视角看，教学本身也具有研究性；从教学的视角看，科学研究更是一种有效的教学形式[15-17]。在科教耦合性态中，科学研究与人才培养二者绝不是简单的“并重”和“结合”，而是复杂的耦合关系。高校内各子系统之间的“互动”更多地体现为各单位各部门，为完成任务目标而发生的交互作用，更多地强调各自的行为和过程。多年教学科研与创新创业管理实践，科教融合对西部煤炭高校人才培养质量提高作用极其显著[18]。科学研究与人才培养过程亟需通过深度融合，形成相互渗透的动力学竞争与综合能力激增关系—动力学耦合机制(Dynamic Coupled Mechanism，DCM)。

因此，精准确定科学研究与人才培养内涵质量提升间的作用点、作用力和作用方向，可实现二者高效耦合的动力学过程调控，最终演化为互相激励激增与良性利用。通过科学研究与人才培养耦合后能力激增与信息熵关系分析，提出人才综合能力提升实质就是信息量增加与集群智能提升过程，并对其蕴含的时间-空间-强度关联性特征进行了探讨，尝试建立具有贡献度和彰显度的评价指标体系，应用后成效显著。这对探索科教耦合过程调控与提高新工科人才培养质量具有科学与应用价值。

1 耦合激增能力提升与信息熵

新时代高校大学生普遍具有集群智能行为(综合能力)，集群智能的提升实质上就是信息量增加的结果。根据现代信息理论[19]

(1)

式中 lnP为信息量；P为概率；T为耦合后总信息量；S为信息量的平均值(香农熵)。单个指标因素(例如科学研究或技术进步)智能也许并不高，但与其他因素(例如课堂教学、室内实验、创业实践等)耦合，产生的新知识信息量数量超过某个阈值就会产生高度智能的群体行为。因为群体数量的增加导致搜集的信息量增加，而随着群体数量超过某个阈值，收集的信息量也跟着超过阈值，从而在整体上表现为高度智能化行为——能力与质量显著提高，这就是综合能力的普适反映，也为科教耦合激增后提升高校人才能力与内涵质量奠定理论依据。

2 科教耦合特征

深度挖掘科教“耦合”特征关系，就是要揭示科学研究与本科教学活动之间的相互运动、相互作用的关系特征及其动力学过程调控机制，进而可以寻找合适的调控方法，实现科学调控与高效应用。从时间-空间-强度、共性和关联性等综合剖析发现，二者有效耦合主要包括以下3大特征。

2.1 时间-空间-强度耦合性

科研与人才培养均是与时间与空间密切关联的具体的过程化行为。以基本的人才培养的重要过程—课堂教学为例，从彰显性角度来看，教学是“隐学”；提升科研能力是“过程活”，也是提高教师的教学与学术能力的过程化行为，是彰显科教实质性耦合生效的“显学”。同时，科教耦合更是一种走出课堂来“上课”的实践性非常强的教育与人才培养过程。另外，科研与教学仅仅是2种有效的过程耦合方法与手段，重在过程耦合与实施机制的耦合强度—“政策支持与落实保障力度”的动力学耦合机制作用的有效释放。这样才能激增调控过程的作用力。实践证明，时间的持续性和强度的韧性的耦合提升，是实现耦合度目标良性提升的关键指标，也是动力学机制发挥持续作用的基本前提。因此，加强时间-空间-强度的动态平衡的科学调控，对实现科教高效耦合提质攸关重要。

2.2 知识创新与能力耦合性

这一特征是科学研究与人才培养的共性。科学研究与人才培养共同关联要素就是知识创新。通过提高科学研究能力与水平，才能促进知识创新与教学能力提高，直接落地于本科教育教学水平的提高，最终落地于人才培养质量的显著提高。

2.3 独立与关联耦合性

这是科学研究与人才培养二者最基本的特性。一方面，科学研究与人才培养二者均具有独立的发展内涵、组织模式和运行机制等，完全可以不依靠对方而存在。另一方面，教育教学水平和质量直接影响着科学研究的能力与水平。本科不牢、地动山摇，这就深刻揭示了其间的内在因果与梯级关联性及其耦合重要性。

3 耦合后评价指标-贡献度与显示度

教育评价改革是当前教育改革中的重大难题之一，科学合理的评价指标会从根本上祛除浮躁之弊[20-23]。已有学者在构建教育发展水平与经济发展状况耦合协调度模型时分别选取了5个和6个序参量[24]；石丽等提出了高新技术产业技术创新与高等教育综合评价指标(12个)体系[25]。梳理发现大多数指标共性较强个性偏弱。破除科教耦合提质过程中存在的障碍，合理调控耦合强度，取决于找准其间的匹配性评价指标体系，亟需建立引领性、标志性和特色指标并着力取得突破，要更加体现贡献度与显示度。例如，表1～表2所列的某高校最新出台的重大成果与工程奖励政策就是典型例子。成果获奖主要包括国家及省部级科学技术奖、教学成果奖、哲学社会科学优秀成果奖、优秀博硕士学位论文和优秀教材奖等；知识产权及成果转化，教学、科研及高层次人才项目，论文、著作与教材以及重大专项工作等。

表1 标志性科教获奖指标及其评价绩分

表2 重要教学工程建设指标及其评价绩分

能否保障共赢发展，则取决于处理耦合过程中所建立的过程反馈机制和适合机制，这就需要修订管理办法，聚焦重大科研成果转化，促进内涵发展。具体包括：①规模与质量；②标志性创新成果或工作有突破；③平台与团队推进度；④管理与服务耦合能力提升加速等。

另外，教师和学生在不同的体系中执行着相互关联，教师根据各自教学与研究的需要，实实在在地进行着自由与良性转换。

4 应用实践

4.1 总体情况

聚焦学校“痛点”—学术生态系统“亚健康”问题。发挥优势、加强内涵建设，初步实施了“一流本科+X”策略(图1)。在点上具有突破性，在线上具有带动性，在面上具有协同性。科教耦合形成1+1≥2的激增效应。

针对制约学校发展的困扰与难题，师生思想存在的短板与偏差，通过师德师风建设大会、一流学科建设大会、学校工作会等重要契机，通过具有明确指向性、鲜活体验性和互动参与性的各种活动，广泛开展了多层面、全方位的思想教育活动，提升广大教师立德树人的使命认知。全校师生将奋斗的意识与精神状态融入学校发展全过程，以敢担当化作了校园的生动实践，每个学院或部门均获得了独具特色的省级、国家级指标。例如安全学院的“教授专题日+”、计算机学院的“三全育人”工程等；学工处的“青春飞扬-榴园追梦的”思政教育平台；地环与机械学院分别获批省级省重点实验室；建工学院与测绘学院分别获国家科技进步奖。如图2所示，2016—2018年全校专利授权量分别为715项、766项、337项。其中本科生年度获得专利数量在全校年度总授权专利数量的占比分别为0.2%，2.5%，24.9%.本科生参与科研项目量分别为135项、129项、166项，总体呈递增趋势，再次证明，时间和行动落实力是可以改变结果的。

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

图2 2016—2018年度本科生参与科研项目、获得专利情况Fig.2 Patent status of undergraduate scientific research projects in 2016—2018

4.2 学院应用实践

安全科学与工程学科是国家重点学科、国家安全生产监督管理总局与陕西省政府共建重点学科。安全工程专业为国家特色专业和陕西省名牌专业，2011年获批教育部“卓越工程师教育培养计划”，2013年入选第一批国家级专业综合改革试点，通过教育部“工程教育本科专业认证”获6年认证有效期。安全工程专业专职教师中高级职称达60%，博士学位占总人数的70.45%；近年来，获得各级教改项目多项，2次获国家级教学成果二等奖等。学院已经建成了“安全技术及工程国家级教学团队”、国家级应用型安全技术及工程人才培养模式创新实验区、陕西省虚拟仿真实验教学中心等教学平台等。目前已经形成了煤火灾害防治、煤与瓦斯共采、矿井通风、矿山救援、气体与粉尘燃爆、智慧消防和安全行为等特色鲜明的研究方向。近年来承担或完成国家自然科学基金重点项目、国际合作项目、企业委托科研项目等100多项；获国家科技进步二等奖2项，省部级科技进步一、二等奖30多项等。这些特色优势科研平台与方向的建设拓展和高水平成果的获得，有效地丰富了理论教学内容，为本科生创新能力和培养质量的提升奠定了坚实基础。

4.2.1 推进“新工科”建设

秉承以“矿山安全”为特色，面向多行业领域发展的办学方向。在学生共性能力培养方面，结合采矿、机械、建筑、化工、计算机等学科优势，组建跨学科、院系课程团队；在培养方向上，构建了“安全+”人才培养模式。

4.2.2 深化课堂教学改革

有效融合通识教育和专业教育，结合安全工程专业和消防工程专业特点，构建“通识教育+宽口径专业教育+行业领域”的柔性培养方案。安全工程专业认证和消防工程第三方评价为契机，推动基于工程问题引导的课程课堂教学改革，有效利用课堂时间释疑解惑，通过多元化考核方式推动由“以教为主”向“以学为主”的学习方式转变。深入推进课程组建设，完善课程教学质量标准建设。立足课堂教学，情景教学和翻转课堂等手段。

4.2.3 突出能力培养

推动实验教学与科研训练有机融合，并结合教师科研项目将创新性实验向深层次推进。强化实习实训加强与企业、科研院所合作，开展成效显著的实习实训，推动实习实训与创新创业有机衔接。加强毕业设计(论文)环节，结合现实问题、科研课题选题，严格过程管理，完善毕业论文(设计)查重、外审和质量抽检制度。依托信息技术，建设煤矿领域井下操作岗位、路桥施工操作岗位、地铁施工操作岗位等实验室，对专业领域范围内岗位开展专业技能训练，提升学生对现场的认知度，增强工程实践能力。组织学生参加校内外高水平竞赛，推进学科竞赛创新平台、“教授专题日+”平台的建设，支持大学生在学期间创新创业，落实“安全天地大讲坛”拓展学生视野的主要功能等。另外，打造一流师资队伍，持续提升教学能力；规范教学管理，持续推进质量保障体系建设。

本科生近3年获奖总数达到619次，其中2018年度获奖在3年总获奖次数中占比最高，达到65%，2016年和2017年占比分别14%，21%(如图2所示)。从近3年各年度获奖占比显示，2018年成果丰硕，获奖次数呈递增趋势。

图3 2016—2018年本科生各年度获奖统计Fig.3 Statistics of annual awards for undergraduates in 2016—2018

从图4可以看出，2016年，大一、大二、大三、大四各年级获奖占年度获奖总量分别为22%，24%，22%，32%.2017年，大二获奖量占年度获奖总量最高，达到44%，大一、大三、大四分别占年度获奖总量的21%，12%，23%.截止到2018年12月，大一、大二获奖各占年度总获奖的41%，大三、大四占年度总获奖次数分别为17%，1%.本科生获奖以大一、大二为主。各年度获奖数量呈递增趋势。

图4 2016—2018年本科生各年级年度获奖占比Fig.4 Proportion of annual awards of each grade of undergraduates in 2016—2018

经过3年持续实施，学院创建的“教授专题日+”等特色平台实现了4个年级全覆盖，学生参与率(30～100/场)显著提高。2017年共申报创新创业培育项目47项，总计228人参与，其中1项获2017年全国大学生挑战杯竞赛二等奖、2018年获全国安全工程大学生创新与实践作品竞赛一等奖、获陕西省“互联网+”大赛银奖1项和校级互联网+大赛一等奖2项等。