工科拔尖创新人才融合贯通自主培养模式探索与实践——以南京理工大学钱学森学院为例

李 强,张 琨,张 军,常其玥

(1.南京理工大学 党政办公室,江苏 南京 210094;2.南京理工大学 钱学森学院,江苏 南京 210094)

党的二十大报告强调“实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑”,要求落实“全面提高人才自主培养质量,着力造就拔尖创新人才”,对教育发展、科技创新和人才培养的一体化推进提出了新的时代要求。当前,新一轮科技革命和产业变革正在重塑全球经济结构、重构全球创新版图。加快科技自立自强步伐,提升科技创新能力,掌握未来关键核心技术,是我国从大国迈向强国,实现中华民族伟大复兴的关键。面向国家重大战略需求,加快培养解决“卡脖子”大规模复杂工程问题的拔尖创新领军人才、主动服务高水平科技自立自强也成为高校人才培养的时代使命。

一、国内高校拔尖创新人才培养实践

当前,国内很多高校都结合自身学科优势,通过设立拔尖创新班、荣誉学院等形式开展拔尖创新人才培养的探索与实践,在不断地学习、融合和发展中形成各自的特色,取得了显著成效。

在人才培养体系方面,“强基础,重交叉”已经成为高校工科拔尖创新人才培养的共识。在大学低年级阶段强化数理基础是当前高校工科类拔尖人才培养的一致选择,但是在推进和落实学科交叉融合方面存在较大的差异。部分高校在低年级强化数理基础后,将学生分流回到相关专业学院,按照专业学院的培养计划完成后续专业培养,这种方式与传统人才培养模式冲突较小,但由于无法突破学科壁垒,不利于促进学科专业的交叉融合。部分高校采用“主干学科+交叉学科”组合方式实现学科交叉人才培养,[1]例如西安交通大学开设工科实验班,每个培养方向设置一个主攻专业和三个交叉专业,学生同时修读主攻专业和一个交叉专业(三选一),达到毕业要求并完成主攻专业的毕业设计后,获得主攻专业的学位,并可申请交叉专业的辅修证书。这种叠加组合的方式由于缺少课程体系的整体融合,往往导致毕业学分偏高,学生课程学业任务偏重等问题。北京大学元培学院坚持“双自由”办学理念,[2]即自由选择课程,自由选择专业,这种模式充分尊重学生的选择,通过课程和专业的自由选择实现了学生的个性化培养,但这种“一人一方案”的方式给教学管理带来巨大的挑战,[3]如何优化教学管理以适应这种新型人才培养方式,也是提高人才培养质量亟需解决的问题。

在人才培养模式方面,虽然大多数高校聚焦本科阶段的拔尖创新人才培养,但越来越多的高校采用不同方式探索长周期的本研贯通培养模式。[4]清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学等将学生培养定位为博士毕业,采用长周期的本博一体贯通培养。中国科学院大学、天津大学、西安交通大学、东南大学等采用阶段性本硕博贯通培养,在低年级阶段强化数理基础培养,在高年级阶段开展交叉学科学习,在大学四年级进入本研贯通培养。在本研贯通培养模式下,通过课程体系的优化整合,合理缩短培养年限,提高人才培养效率。但在这种长周期培养中,存在专业方向调整等不确定因素,因此如何设计灵活度高、适应性强的特色本研贯通人才培养方案,对于保障拔尖创新人才培养的顺利开展具有重要意义。

本科生导师制在我国许多高校已成为一项重要的人才培养与管理制度,全程导师制是提升拔尖创新人才培养质量的重要举措。[5-6]目前,很多高校全面实施本科生导师制,其定位主要是从学业规划、职业规划、人生规划等方面给予本科生指导性意见和建议。对于拔尖创新人才培养,导师不仅要帮助学生规划学业,更肩负着培养学生科研创新能力的责任。针对科研创新能力的培养,上海交通大学致远学院、西安交通大学钱学森学院等采用“项目导师”的形式,即学生在科研训练中参加相关感兴趣的项目课题,在课题导师的指导下培养科研创新能力。[1]国防科学技术大学等采用“一对一”的全程导师制,制定个性化培养方案,对学生学习和生活进行全方位指导。[7]

拔尖创新人才培养强调德智体美劳全面发展,对于学生综合素质的培养具有较高要求。综合素质的提升离不开多渠道、多形式的协同合作。例如,在科研创新素质方面,华中科技大学依托国家级重大科研平台、国际学术交流平台和产教融合平台开展协同育人;清华大学重点加强与科研院所和高新技术企业的产学研协同育人;天津大学与国际工程师学院合作,通过法国工程师教育模式,充分利用企业俱乐部资源开展企业工程实践[4]。在国际胜任力方面,很多高校与国外高校一起搭建平台,采用开设国际课程、访学交流、学生互访等多种形式开展人才培养的合作。书院制是国际上精英人才培养的常用方式,书院制建立生活—学习—交流的一体化平台,实现学生一站式自主管理,成为学生综合素质提升的重要平台,我国一些高水平大学近年来也陆续成立了各具特色的书院开展拔尖创新人才培养。[8]

二、钱学森学院拔尖创新人才培养的探索与实践

南京理工大学是国防军工特色鲜明的高校,肩负着“强大国防,繁荣祖国”的历史使命。学校从1991年开始设立培优班探索拔尖创新人才培养,后经历优才计划班(1999年)、教育实验学院(2013年)等几个发展阶段,于2017年成立钱学森学院,聚焦军民融合重大需求和国防科技人才需要,面向国家重大战略需求,围绕战略性新兴产业发展,发挥兵器与装备、信息与控制、化工与材料三大特色学科群优势,开展跨学科大类拔尖创新人才培养。2022年学院设立鼎新创新人才班,在院士团队带领下围绕“卡脖子”问题探索科技创新领军人才的本博贯通培养,学院进入新的快速发展时期。经过30多年的探索与实践,学院在拔尖创新人才培养的培养体系、培养模式和培养机制改革方面取得了丰硕成果,积累了丰富的经验,逐步建成为国防特色鲜明的拔尖创新人才培养基地。

1. 以学科交叉为核心,重构融合性人才培养体系

随着科学技术的加速演进,特别是第四次工业革命的到来,学科交叉融合呈现加速发展趋势,成为科学研究的重要时代特征,交叉学科也正在成为科技创新的重要来源,因此如何实现和促进学科交叉复合型人才培养,是各高校拔尖创新人才培养探索的核心之一。钱学森学院探索融入钱学森“大成智慧”教育理念,以学科交叉为核心,重点从优化专业设置、重构课程体系、深化课程改革等方面,构建融合性人才培养体系,培养解决大规模复杂工程问题的跨学科复合型拔尖创新人才。

(1)发挥学科优势,优化学科交叉专业设置

目前,国内高校在拔尖创新人才培养专业设置方面大致分为两类:一类针对特定优势专业开设“强化班”,另一类采用“主干专业+交叉专业”的特定组合,但这两种方式的专业依赖性都很强,没能真正突破学科专业壁垒。钱学森学院通过“强化学科交叉+专业自由选择”,发挥兵器与装备、信息与控制、化工与材料三大特色学科群优势,设置特色跨学科交叉专业。

钱学森学院设置机械工程、电子信息和材料化工三个专业方向,三个专业方向涉及学校ESI前1‰学科2个、ESI前1%学科5个和全部9个国家级重点学科,覆盖了38个工科类本科专业,其中包括了学校全部工科类的26个国家级一流本科专业和8个省级一流本科专业,相关学科和本科专业如表1所示。

钱学森学院不限定学生的特定专业或者特定专业组合,而是采用跨学科大类培养模式,学生可以从自己所在方向的多个学科涉及到的所有专业中,根据个人兴趣和发展规划进行融合重组,在导师指导下定制自己的培养方案,从而构建自己的学科交叉“专业”。

(2)突破学科壁垒,建立多级融合课程体系

为适应跨学科大类融合培养,学院在强化数理基础和人文素养的基础上,从学科交叉的广度、深度和自由度三个方面,构建了“跨学科融合+跨专业融合+个性化选择”的多级融合课程体系,其基本框架如表2所示。

①学科教育模块重点强化跨学科融合,突出学科交叉的广度。学科平台课程根据三个专业方向涉及到的学科来设置,主要是该方向所涉及的所有学科需要的通用工程基础课程,如材料化工方向的“大学化学”等。学科交叉融合课程主要是融入前沿技术的新型跨学科课程,如“人工智能与材料”涉及人工智能与材料科学的交叉、“碳中和技术概论”则涉及能源、化工、信息等学科的交叉,进一步扩大学科交叉的范围。

表2 钱学森学院2022版人才培养方案课程框架

②专业教育模块重点强化跨专业融合,加强学科交叉的深度。专业基础课程主要是指某学科大类下覆盖的所有专业共同需要的核心基础课程,如控制学科的“控制工程基础”、机械工程学科的“机械设计基础”等,分别属于专业大类融合课程。此外,专业基础课程还包含学生选择主干学科的核心基础课,如武器系统与工程专业的“武器系统发射动力学”、光电信息科学与工程专业的“应用光学”等,专业教育模块的跨专业融合进一步加强了学科交叉的深度。

③个性化课程选择拓展了学科交叉的自由度。通过对学科教育课程和专业基础课程的优化整合,构建了学生的核心基础课程体系,保证了核心知识体系的完整性和可拓展性,个性化课程选择允许学生结合自己的兴趣规划、科研创新等进行自由选课,从而实现“一人一方案”的个性化培养。

(3)深化课程改革,推进融合性课程建设

在上述多级融合课程体系中,融合课程并非是将现有的若干门课程进行简单的拼接组合,而是要结合拔尖创新人才培养的要求,进行课程知识内容的更新和知识结构的重构。

①强化知识点融合。针对拔尖创新人才培养需要和学生学习能力强的特点,对课程的知识点进行整合优化。例如,材料化工方向的学科平台融合课程“大学化学”,对无机化学和有机化学的基本知识进行优化整合,为化学方向专业课程的深入学习,材料方向学习材料物理化学,环生方向学习生物化学等都奠定良好的基础。

②引入新技术融合。一方面,结合现代科技发展,开设融入新技术的学科交叉融合课程,例如“碳中和技术概论”“多传感器数据融合”等;另一方面,针对传统课程中的陈旧内容进行不断迭代更新,例如在“控制工程基础”课程中融入当代人工智能时代基于计算的控制、基于大数据分析的控制等新技术。

③推进项目式融合。依托复杂装备系统动力学前沿科学中心、长三角智能制造与装备创新港以及校内的国家级省级科研平台,开展项目驱动式教学和专题化学习,在课程体系中设置“科研创新与实践”“科研训练”等学分课程促进学生积极参与科研创新,为拔尖创新人才的实践创新能力培养提供强力支撑。

2. 以贯通培养为抓手,创新个性化人才培养模式

相对于普通本科人才培养,国内高校拔尖创新人才培养普遍采用本研贯通长周期培养模式,传统的本研贯通培养是分阶段接续培养,目前越来越多的高校开始探索本硕博贯通式培养。钱学森学院以贯通培养为抓手,通过深化全程导师制改革和探索本博贯通培养,创新个性化人才培养模式。

(1)深化全程导师制改革,夯实本研贯通培养基础

钱学森学院实行“全程导师制”,在本科低年级配备学习导师,帮助学生尽快适应大学学习生活,了解学科专业,从二年级开始给每位学生配备专业导师,采用类似于研究生培养的“一对一”模式开展个性化人才培养。钱学森学院从导师选聘、交流平台、成效评价等多个方面深化全程导师制改革,有效促进了拔尖人才培养质量的提升,也为本研贯通培养奠定良好的基础。

①建立了科学的导师选聘机制和规范的工作制度。在导师选聘方面,坚持“大师引领、人才支撑、团队协作”,打造高水平的导师队伍。在钱学森学院鼎新创新人才班聘请院士担任专业导师,引领未来科技创新领军人才培养;针对钱学森学院跨学科人才培养,吸纳科研能力强、热心于拔尖创新人才培养的教授和博士生导师,组建以国家级人才队伍为核心的高水平导师团队,以“一对一”模式指导学生学业规划和科研实践。对于科研实力强、团队师资雄厚的科研团队,鼓励以科研团队协作指导方式,选聘团队优秀骨干青年教师担任导师工作。在工作制度方面,制定完善导师工作制度,明确导师工作的职责要求和责任义务;遵循公开、公平、公正原则,通过师生自愿双选确定指导关系;采用分类指导方式加强导师工作的培训和指导,提高导师指导质量。

②建立了常态化的导师交流指导阵地。为促进师生的相互了解和沟通交流,学院建立“致真学堂”“大成学坊”常态化导师交流阵地。每周邀请相关学科的知名专家学者做客“致真学堂”,开展学科前沿讲座,让学生了解相关学科专业发展,激发学生科研兴趣,明确未来发展方向。“大成学坊”不定期组织学生到高层次科研平台和国家级实验室参观交流,让学生深入了解导师团队的科研方向和科研实力。常态化导师交流活动的开展,使得学生发展目标更明确、师生相互更了解,建立良好的师生指导关系,为学生科研创新和未来发展奠定良好的基础。

③建立了多元化的指导质量追踪评价机制。为推进全程导师制度的不断完善,提高人才培养质量,学院建立了多元化的指导质量追踪评价机制。除了通过定期组织师生交流座谈、学院导师工作交流调研等加强导师工作的日常追踪以外,还建立了学业指导中期考核制度,采用学生答辩汇报形式,由考核专家组结合导师指导以来学生的思想、学业和科研等方面的发展成效,对导师工作进行综合评价。根据综合评价结果,评定优秀导师并予以表彰,增加优秀导师在次年度的招生指标,形成典型示范,不断推进导师工作取得更好的成效。

(2)依托院士团队,探索本博贯通培养新模式

2022年起,南京理工大学在钱学森学院设立鼎新创新人才班,按照弹道前沿理论与技术、装备系统动力学、系统热管理与碳中和、先进材料、智能制造、新一代信息技术等国家重大战略需求技术方向,开展解决“卡脖子”大规模复杂工程问题的拔尖创新人才培养。鼎新创新人才班学生从大一开始,由院士担任第一责任导师,在院士团队指导下定制本博贯通一体化培养方案,依托院士的大团队、大平台、大项目开展项目式教学和科研实践,探索8年制本博贯通培养新模式。

3. 以提质增效为目标,完善科学化人才培养机制

拔尖创新人才培养在人才培养体系和培养模式上探索创新,在迎接新的发展机遇和更广阔发展空间的同时,也必然面临着新的困难与挑战。钱学森学院始终坚持以问题为驱动,以提质增效为目标,从制度保障、信息化管理、协同合作等方面,不断完善科学化人才培养机制,保障拔尖创新人才培养改革与实践的顺利实施,推进拔尖创新人才培养取得显著成效。

(1)完善培养制度体系,为拔尖创新人才培养提供支撑

①优化学生选拔分流制度。一方面通过结合学校的专业调整工作,允许学业优秀的学生转入钱学森学院相关专业方向学习,享受钱学森学院相关优惠政策;另一方面,建立“预警—试读—分流”机制,及时跟踪学生学业情况并提前预警,对学业成绩落后的学生开展试读帮扶,对于不适应钱学森学院培养模式的学生,分流转入到相关专业学院的相关专业,按照专业学院的培养体系进行后续培养。

②科学制定免试研究生推荐制度。突破“唯分数、唯排名”的评价方法,建立和完善学生评价体系,从思想品格、学业成绩、科研创新、外语水平和社会能力等多个维度对学生进行全面考核和科学评价。思想品格主要考察学生政治素质和思想品行;学业成绩是结合理论课程和实验课程学习情况综合考察学生学习能力;科研创新是结合学生在学科竞赛、科研实践等活动中取得的成果综合考察学生的创新实践能力;外语水平除了英语成绩外,还综合考察学生的英文写作与表达、国际交流等能力;社会能力主要考察学生在社会志愿服务、学生活动与服务等方面的素质能力。通过综合考察与科学评价,将思想品行好、学习能力强、勇于实践创新、社会责任感强的优秀学生免试推荐为研究生,通过本研贯通培养高层次拔尖创新人才。

(2)建立信息化教学管理机制,提高教育教学管理质量

荣誉学院拔尖创新人才培养的课程教学依赖于相关专业学院,培养方案的“一人一方案”突出学科交叉和自由选课,基于全程导师制的学生培养突出个性化,这些特殊培养机制给教育教学管理带来巨大挑战,钱学森学院以信息化建设为抓手,完善信息化教学管理机制,有效提高教学管理质量。

①建立个性化培养方案管理系统,保障个性化培养方案的规范执行。建立针对“一人一方案”的培养方案管理系统,将学生个性化培养方案录入系统,分析学生的培养方案制定是否符合模块学分要求,监督培养方案的执行是否按计划进行,规范化个性化培养方案的调整。

②建立教学质量监测与分析系统,对课程教学进行科学评价和分析。学院建立了教学质量监测与分析系统,对开课情况、课程成绩等进行统计分析,学生通过监测系统来对每门课程的教材选用、课堂教学、教学辅导等过程进行评价,并提出对于课程的意见和建议,为课程的后续改革提供参考。

③建立学生创新成果数据库,对学生科研创新成果进行科学管理。建立了学生创新成果数据库,对学生在导师指导下开展的科研创新实践活动成果(包括但不限于竞赛获奖、学术论文和专利等成果)进行统计、分析和管理。为学院学生的评奖评优、推免研究生资格审查、本科人才培养质量分析报告等提供科学依据,有效提高了教学管理水平和质量。

(3)健全多元协同育人机制,提高拔尖创新人才培养质量

培养具有前瞻性和全球视野,能够解决大规模复杂工程问题的拔尖创新和科技领军人才,离不开优势资源和平台的支撑,而国内拔尖创新人才培养荣誉学院普遍面临“无自有师资、无自有平台”的困难,钱学森学院坚持协同创新,采用“校内联动,校外协作”多元协同育人机制,汇聚特色优势资源,提升学生综合素质。

①坚持校内联动,深挖校内优质资源。与相关专业学院建立“双院”共建机制,在学生选拔分流、培养方案制定、联合申报教改项目、课程师资选派、学生科研创新等方面开展积极合作,形成规范化的合作工作机制;与校内国家级教学名师领衔的名师工作坊建立合作机制,吸引教学名师和优秀青年教师,在钱学森学院开展课程教学改革与实践,依托名师工作坊开设的全校所有工科类的国家级和省级的一流本科课程已经全部列入学院的本科人才培养方案;加强校内的国家级科研平台和科研团队合作,通过参观学习、暑期实践、科研训练等方式,组织学生进入科研平台提升创新实践能力,2023年依托科研平台参加国省级科研训练项目的学生数占应届学生总人数的34%,达到历史最高。

②加强校外协作,广拓校外合作交流渠道。完善学院学分认定和冲抵制度,允许学生根据培养需要到校外高水平高校和科研院所选修课程,并进行学分认定和冲抵,为联合培养提供保障;加强国际课程建设,陆续开设了“电磁场与电磁波”“复变函数与积分变换”等国际课程,邀请国外著名专家教授授课;扩大国际交流,与新加坡国立大学、伦敦帝国理工学院等国际一流高校开设暑期短课程项目,拓展学生的国际视野;与中科院理化所、中科院自动化所等高水平科研单位开展联合人才培养,设立优秀学生奖学金、联合发布科研课题开展暑期科研实习实践;加强与相关高校合作,共享优势资源开展拔尖创新人才培养,例如与南京农业大学建立劳动教育实践基地开展特色劳动教育,“协作促融合,耕作励心智”农业生产劳动实践项目荣获江苏省高等学校劳动教育优秀实践项目评选特等奖,凸显校际优势互补、协同育人的突出成效。

经过多年的探索与实践,学院培养了一批学术志向坚定、自主创新潜力突出的学生。他们在NaturePhotonics等权威期刊或会议发表学术论文100余篇; 获中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖和银奖、“挑战杯”全国特等奖等;2014级材料方向学生陈嘉伟毕业之后留校攻读博士学位,先后入围全国大学生年度人物、中国共青团十八大代表、全国优秀共青团员等,获“中国青少年科技创新奖”,并在人民大会堂受到孙春兰副总理亲切接见。2017年迄今的毕业生,约80%在国内外著名大学深造,毕业生主动到国防行业就业占比超过 1/3,学院成为高层次复合拔尖创新人才培养与输送基地。 “钱院拔尖人才计划”实施成效显著,得到了高教界同行专家的高度肯定,产生了积极的示范效应,吸引上海交通大学、西安交通大学、北京理工大学、南京大学、新加坡国立大学、德国慕尼黑工业大学等高校专家120余人次来访交流。

结语

南京理工大学拔尖创新人才培养经过多年的探索,积累了丰富经验,取得了优异的成果,培养出一大批优秀的人才。但需要指出的是,面对世界百年未有之大变局,要求高校在加快推进教育现代化的新征程中培养担当民族复兴大任的时代新人。结合钱学森学院拔尖创新人才培养目标,为进一步提高拔尖创新人才自主培养质量,学院还将在以下几个方面加强建设:

1.打造特色思政课程体系。作为以我国航天事业奠基人钱学森冠名的荣誉学院,传承与发扬钱学森伟大爱国科学家精神,为党育人、为国育才是钱学森学院的职责使命。在拔尖创新人才培养中强化学生强烈的社会责任感,培养学生投身国防事业的献身精神,将成为学院特色思政课程建设目标。

2.探索开展书院制改革。探索依托钱学森学院大成书院的试点与改革,开展书院制培养。大成书院围绕“大成智慧学”思想,按照科学与人文融通的思路,打造具有文化品格的学生社区;围绕钱学森精神传承与发扬,搭建塑造完整人格的德育平台;进一步完善全程导师制,搭建密切师生联系的互动交流平台,在优化专业导师队伍基础上,建立“班团导师、朋辈导师、实践导师”三类书院导师队伍,指导学生开展好第二课堂学习;以发展学生综合素质为核心,构建“教师指导引领、学生自主管理、实践体悟成长、开放融合提升”的学生自主成长的共享平台,开创教学管理与学生工作深度融合的新格局。

需要指出的是,钱学森学院拔尖创新人才培养实践也还面临很多挑战,需要持续深入探索,寻求科学的解决方案。

一是拔尖创新人才评价体系和选拔机制不够完善。拔尖创新人才的早期识别与选拔培养具有重要价值,但由于缺乏科学的评价体系,拔尖创新人才自主选拔环节科学考察难度较大,部分学生的选拔不够精准,导致这部分学生并不适应拔尖创新人才培养模式,发展后劲不足。

二是拔尖创新人才培养的容错调整机制需要完善。拔尖创新人才培养新模式还在探索中,无论是融合式课程改革,还是项目驱动的实践创新,教师和学生都会面临着新的挑战,挑战既带来新的机遇,也伴随不确定的风险,需要建立良好的容错调整机制,创造大胆改革、勇于创新的良好环境。