新工科“科研领门人”——科研训练课程改革探索

李昱达 何禄英 李 辉 熊 芸 汪 锋

(武汉工程大学 化工与制药学院 绿色化工过程教育部重点实验室，湖北 武汉 430205)

在新一轮科技革命与产业变革的背景下，劳动力市场对高素质、高层次科技创新型人才的需求越发迫切。积极推动高等教育改革，把培养科技创新能力摆在高教改革中的突出位置，成为打赢人才攻坚战的重要支撑。过去10年，国家一方面施行“新工科建设”、“互联网+”、“中国制造2025”等重大战略，以提升科技创新型人才的培养质量；另一方面有意识地扩大高等教育规模，以满足高素质、高层次人才的规模需求。据统计，从2015年到2020年，我国硕士研究生录取人数增长约73.6%，博士研究生录取人数增长约55.9%[1]。然而，研究生规模的快速扩张导致生师比过高、培养质量下滑，这与新工科建设培养一流人才的初衷背道而驰[2]。此外，高校研究生教育与本科生教育尚未完全打通，科研平台资源未被本科教育充分利用，本科生创新能力培养的实效不尽人意[3]。

科研训练是高等教育改革的一种新模式，通过让大学生提早接触科研，培养大学生的科研素养，进而更快、更好地培养科技创新人才。科研训练作为大学生的“科研领门人”，还可通过打好本科生基础科研素养的方式，打通本科生与研究生两阶段的科研教育，进而打破研究生教育生师比不平衡，导师指导精力有限的困局，促进研究生培养质量的改善。然而，科研训练起步较晚，课程受重视程度有限，运作模式仍不够成熟，部分院校的发展停滞不前，本科生接受科研训练的程度不高[4]。新形势下，本科生科研能力定位逐渐拔高，科研训练课程改革迫在眉睫[5-10]。本文从科研素养养成机制出发，进行了本科生科研训练课程体系和教学模式改革的探索。

1 科研素养养成机制

科研素养是科研工作者经历多项科研项目后，锻炼出的发现问题、分析问题、解决问题的多种能力和品质，主要包括科研知识、研究能力和科研精神三个层面的内容。

科研知识层面的素养，是科学研究得以顺利开展的智力保障，主要包含知识多样性、知识获取能力和知识创造能力，是在探索解决问题的过程中积累形成的。知识多样性是指多学科、多领域、多样化的知识体系，包括理论知识、实践技巧等；知识获取能力是指以解决问题为导向的知识搜集能力，包括文献调研能力和文献阅读能力等；知识创造能力则是指对实践结果进行总结归纳、整理凝练的能力，即将实践转化为理论，将具象转化为抽象的能力，包括论文、专利写作能力等。

研究能力层面的素养，是实现实践目标的关键技术手段，主要包含逻辑思维能力、类比发散思维能力、把握问题能力和动手能力，是在不断试错的过程中磨练形成的。逻辑思维能力是正确、合理思考的能力；类比发散思维能力是从多角度类比推理解决问题的能力；把握问题能力是指从准度、广度和深度三维度入手，发现关键科学问题的能力；动手能力是将知识付诸于实践，解决实际问题的能力。

科研精神层面的素养，是科研道路上不断探索、正视学术道德规范的文化支撑，主要包含创新、求实、奉献与协同精神，是在科研团队中耳濡目染形成的。创新精神是勇攀高峰、敢为人先的精神；求实精神是追求真理、严谨治学的精神；奉献精神是淡泊名利、潜心研究的精神；协同精神是团结协作、集智攻关的精神。

2 “57”科研项目型课程体系，确保科研素养全面发展

明确了科研素养的养成机制后，根据本科生“门外汉”科研新手的属性，创建以导师课题为依托，以探究为基础的“57”科研项目型专项训练课程体系。“5”为五环节的课程结构，“7”为七期的课程学制，如图1所示。

2.1 构建“5环节”项目型课堂体系，创造完整科研活动机会

5环节是指目标导学、项目立项、项目研究、项目总结和效果评价五项课程环节。通过该5环节的设计，以期构建完整的科研活动链，落实科研素养的全面培养。

第一环节目标导学，介绍科研训练课程，宣传学院师资力量，并在其中融入思政元素，强化价值引领，播下科研梦想的种子。第二环节项目立项，全面落实“导师制”，依据学生研究兴趣和意向分配导师。导师指导学生对研究方向进行文献查阅和总结归纳，凝练出待解决的关键科学问题；制定课题，设计可行的实验方案；撰写立项申请书。第三环节项目研究，根据项目实施方案展开一线实践研究，辅以定期组会讨论，切实有效推进项目进展。第四环节项目总结，处理数据，绘制谱图，分析、整理实验结果，总结、凝练创新点，撰写结题报告。第五环节效果评价，建立多层次多样化的考核评估机制，强化考核对训练的反哺作用。

2.2 构建“7期”课程学制，夯实课程运行时间保障

大一基础课程与大四备战考研的学习时间非常紧迫，故将科研训练课程安排于第3～6学期的学期内和学期间(寒暑假)，构建包含四学期三假期的“7期”课程学制，以期满足课程长期投入运行的需求。学期内，以周末课余时间为基础，规划出每周不少于16学时的“碎片时间”，以满足科学研究的最低时间要求。假期中，规划出周一至周末的连续训练时间，用于强化科研训练的广度和深度，实现高水平科学研究与高质量人才培养相互促进、同步提升。

将5个课程环节安排于“7期”中，构成“57”科研项目型专项训练课程体系，如图1所示。第一期(第3学期)，进行目标导学和项目立项环节。第二至第六期(第3学期末至第6学期初)，深入开展项目研究工作，深化学习和训练。第七期(第6学期)，进行项目总结。在第一至第七期的每个期末，开展效果评价环节，强化考核对训练的反哺作用。

3 “25”协作互补式教学体系，推动科研素养养成目标落地生根

课程体系内容确定之后，下一步应该确定教学模式和教学方法。基于导师指导精力紧张和科研素养内涵丰富的特点，创建以实验室人才团队为依托，以理论教学方法为基础的“25”协作互补式教学体系。“2”是指以导师为主、研究生为辅的“2人”协作教学模式；“5”是指“授人以鱼、渔、筌、娱、欲”“5层面”互补教学方法体系，如图1所示。

图1 “57”科研项目型课程体系、“25”协作互补式教学体系下培养本科生科研素养示意图

3.1 打造导师-研究生“2人”协作教学模式，抓实课程教育师资保障

以联合课题、联合基金、联合创新比赛等联合项目为纽带，构建牢固的研究生-本科生科研共同体，激发研究生与本科生共同研究的热情，营造浓厚的“老带新”科研传承文化。本科生经研究生-本科生科研共同体捆绑带入导师-研究生的级联指导关系中，成为实验室级联指导关系中的固定一员。在联合项目的开展过程中，形成以导师为主、研究生为辅的“2人”协作教学本科生的模式。

在协作教学模式中，导师负责主导本科生的成长，研究生则发挥辅助成长的作用，通过将专业术语通俗化，高深知识浅薄化，多层次、多方位、多角度地辅助讲解，有效弥补导师指导精力有限、点到为止的不足，落实本科新手对深奥科研知识和方法的消化和吸收，助力本科生科研素养的凝练和升级。

3.2 打造“鱼、渔、筌、欲、娱”“5层面”互补教学方法体系，落实科研素养养成根本任务

“授人以鱼”，是指直接传授本科生科研项目相关的知识；“授人以渔”，是指传授本科生开展科研项目的方法和技能；“授人以筌”，是指为本科生创造较大的容错空间，并提供充足的资源和试错机会；“授人以欲”，是指志向驱动，激发本科生上进欲望；“授人以娱”，是指营造轻松欢乐的科研氛围，削弱科研的苦累、枯燥感。建立“授人以鱼(知识)、渔(方法)、筌(资源和机会)、欲(志向)、娱(氛围)”“5层面”相互补充、相互促进的教学方法体系，应用于科研训练的各环节，以期落实科研素养养成的根本任务。

在目标导学课程环节，引导学生将“个人梦”与“中国梦”结合起来，树立远大的报国利他的科研理想[11]。借助钱三强先生、袁隆平先生、钟南山先生和屠呦呦先生等民族英雄的纪录片，点燃学生的科研热情(“欲”)，激发学生责任心和主人翁意识，培养创新、求实、奉献与协同的科研精神。

在项目立项课程环节，导师建立围绕本研究领域的定期文献交流会(“鱼”)，利用研究生的“人口红利”，迅速提高本科生的文献阅读量，增强本科生的科研知识多样性，为科研训练项目的顺利开展打下知识基础。在引导学生进行文献调研，实验方案设计，立项申请书撰写的过程中(“渔”)，增强学生专业知识储备，锻炼学生获取知识能力、逻辑思维能力和把握关键科学问题的能力，培养学生创新意识。

在项目研究课程环节，首先传授学生实验相关的知识、技能、方法和手段(“鱼、渔”)。然后，鼓励学生自行探索，并为本科生创造一个较大的容错空间，并提供充足的资源和试错机会。通过循循善诱，引导学生在不断试错的过程中推进课题有序开展(“筌”)。在此过程中，随着问题的逐一解决，强化学生研究能力层面的素养，包括逻辑思维能力、类比发散思维能力、把握问题能力和动手能力。在不断试错的过程中，还应采用志向驱动，激发学生上进欲望(“欲”)，并塑造轻松愉快的科研氛围(“娱”)，以化解科研生活的苦累、枯燥感，刹浮躁风、去功利化，培养学生勇攀高峰、敢为人先的创新精神和追求真理、严谨治学的求实精神。在师生交流讨论的定期组会中，进一步强化学生逻辑思维能力、类比发散思维能力和把握问题能力，培养学生淡泊名利、潜心研究的奉献精神。在研究生本科生合作科研的过程中，培养本科生团结协作、集智攻关的协同精神。

在项目总结环节，导师指导学生对课题实验结果进行整理、分析(“鱼、渔”)，提炼创新点，撰写结题报告。同时，为学生创造较大的容错空间(“筌”)，引导学生在不断总结、凝练的过程中，强化逻辑思维能力，培养创造能力。

4 结语

本科生科研训练课的开设一定要立足于本科教育教学的特点和本科生科研新手的属性，明确科研素养养成机制，设计有效的科研训练课程结构和学制，采用适宜的教学模式和教学方法体系，实现本科生科研素养的养成和升华，达到新形势下本科生科研能力的高定位，为培养不拘泥于现状、打破囚笼的新时代创新型人才奠定基础。正确开设本科生科研训练课，还可通过打好本科生基础科研素养，打通本科生与研究生两阶段的科研教育，进而打破研究生教育导师指导精力有限，研究生培养质量下滑的困局，加快推进新工科建设，助力新时代发展。