基于“4S”的創新型拔尖人才培養模式研究

郭 銳， 田婭婭， 趙靜一

（燕山大學河北省重型機械流體動力傳輸與控制重點實驗室，先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室，河北 秦皇島 066004）

近幾十年來，伴隨著對國外CDIO（conceive,design,implement,operate）教育模式的學習理解，以及卓越工程師和工程碩士的培養模式的創立，具體到產學研結合的人才培養模式的探索等，我國各高校在工程創新型人才的培養上開創出多種模式，但都處于實驗和摸索階段，尚未形成成熟的、適合于大范圍推廣的高等教育人才的培養模式，尤其是對創新性拔尖人才的培養[1-2]。為了進一步適應經濟發展需求，彌補工程領域創新型拔尖人才的缺口，我們提出了基于“4S”的創新型拔尖人才培養模式。

1 什么是“4S”

“4S”由Study（研究）、Solve（解決）、Summery（總結）、Sublimation（升華）組成，相互之間是密切相關和逐步遞進的關系，“4S”模式是創新型拔尖人才培養模式的集中概括和抽象表達。具體表現在研究生培養中從開始理論準備到接觸創新項目，理論聯系實際，研究和解決項目難點，完成項目，再到項目總結和畢業課題的錘煉，最后實現理論水平和創新能力升華的全過程。它包含了對學生的學習能力、應用能力、團隊能力和創新能力等綜合素質的錘煉和提升。其實現過程如圖1所示。

圖1 “4S”的實現過程

2 4S提出的背景及意義

工程領域的拔尖創新人才，是指在工程應用的關鍵領域能夠起到核心作用的人才。培養創新型拔尖人才和各行各業領軍人才既是時代賦予我們的歷史使命，也是燕山大學人才培養的目標。拔尖人才成長的環境與條件保障，不只是高等學校的實驗室建設、國家的財政支持等環境，還有切實的培養理念和完善的培養體系。如何創造一個有利于創新型拔尖人才成長的培養理念，構造出一套適合時代需求的創新型拔尖人才的培養體系，使學生能夠潛心于工程領域長期的學習和研究，未來成長為拔尖人才；怎樣最大限度的發揮產學研基地的作用，使其成為人才培養社會環境中重要的因素，是本文“4S”模式的主要研究內容。

“4S”模式的意義在于為創新型拔尖人才的培養探索一種新方法、新思路，是高等教育改革與時代需求鏈接中的典型案例，在為社會儲備創新型拔尖人才同時，也為社會提供了技術支持和裝備升級。其研究成果可以為工程領域創新型拔尖人才培養模式的發展奠定理論基礎，對提高國內各學科創新型拔尖人才培養的水平具有重要的理論意義和應用價值。也可以推廣到各類學科包括基礎學科的創新型拔尖人才的協調培養系統上，為新型培養模式的創立提供可靠的設計方法和理論依據。

3 與卓越工程師、專業碩士區別

創新型拔尖人才培養模式作為一種創新的人才培養模式，在參與者、培養目標和項目教學案例上，與卓越工程師及專業碩士有著本質的區別，如表1所示。

表1 3種培養模式的區別

3.1 人員構成的不同

卓越工程師針對的是本科生的教育，而專業碩士仍是某種意義上的相同形式下的碩士研究生教育；拔尖人才培養模式要求的則是在導師帶領下的由博士生、碩士生和本科生聯合參與的一種教育培養模式，進而形成各參與者之間的分工與合作關系，如圖2。

3.2 培養目標的不同

卓越工程師和專業碩士是以培養基礎的應用型人才為目的，具有明顯的職業性和實踐性，其培養人才的特點在于對具體崗位和技能的熟練，使其在學業完成后可以迅速融入到實際工作中去。拔尖人才培養模式要求學生在熟練崗位和技能、學以致用的基礎上，對具體技術問題的解決和項目開發上的創新，其突出特點是培養學生的創新意識和創新能力，旨在培養工程領域的創新型拔尖人才。

圖2 拔尖人才培養模式人員構成及關系

3.3 項目教學案例不同

卓越工程師和專業碩士的項目教學方案是學生的實習期與企業的試用期相結合，學生以見習生的身份到崗位接受綜合培訓，也就是通常所講的“頂崗實踐”，為增強實踐有換崗的方式，它是融合了教學與實際，以企業的日常生產為主要形式的項目教學[3-4]。

拔尖人才培養模式與企業的合作多以創新型項目合作的形式體現，針對具體項目，其成效的深化依靠推進研究深度和廣度、增加參與項目數來體現。它是以教學與實踐活動為基礎，以工程創新為途徑，以科學前沿的課題研究為載體，著重于解決工程實踐中的技術或裝備的攻關、研發問題，進而為國家儲備創新型拔尖人才。

4 改革課程設置，夯實基礎

針對原有課程體系結構不合理、學科交叉深度不夠和對學術前沿課程重視程度不夠等不足，創新型拔尖人才培養模式對課程設置上做了較多的改進，使課程體系的設置更貼近實際，更適合學生的未來發展。

4.1 優化課程結構

當今碩士研究生課程基本可分為4類：公共基礎課程；專業基礎課程；專業課程；跨學科課程。在教學計劃中通常又以必修課、限定選修課和選修課三種修習類型出現。

為了擴展工程碩士的知識面，發展學生的潛能，加大了課程設置中的選修課程所占比例，比例達到三分之一；在選課體制上，學生除在研究生開始時可以在保證公共基礎課和專業基礎科的學分基礎上進行選課外，在第一學年的第二學期可以根據自身和實際需要對維修課程進行第二次課程調整。選修的課程既包括屬于專業學科的某一專門化課程，又有屬于人文社會科學課程、經濟管理科學課程、科學方法論課程，學校只規定選修課學分，而不指定課程，由學生根據自身條件、興趣、愛好去自由選課，達到規定的學分即可。這樣做有利于貫徹因材施教的原則，有利于促進學生的自由發展。

4.2 注重學科交叉

當今科學技術革命的一個重要特點是科學、技術和生產的日益一體化，以及自然科學和社會科學的結合。反映在研究生的課程設置上，則是強調理科、工科、文科的相互滲透和跨學科課程的大量設置。

（1）加寬加厚基礎理論課程：為適應科學技術發展的需要，加寬加厚了基礎理論課程。不僅要求掌握本專業的基礎知識，還要求對相關學科知識的理解和掌握。這體現在課程的設置、不同課題組人員的交流學習和跨學院的科研合作等。寬廣和扎實的基礎理論知識，為學生迎接科學技術挑戰，進一步深入學習打下了扎實的基礎。

（2）開設大量的綜合課程：科學技術日益顯著地朝著既分化又綜合的兩個方向發展：一個方向就宏觀整體而言，各學科之間相互滲透，相互交叉，打破了原有的界限，向綜合的方向發展；另一方向就微觀而言，各學科領域自身的深入探索，學科內部不斷分化，不斷演化出新的學科，向深化、細化方向發展。這兩個方向發展的結果，便產生了眾多的綜合學科。

綜合課程是為了大工程觀的需要，也是培養復合型人才的必修課程。現代科學技術和生產的發展，是以綜合化為基本特征的，反映了研究生教育中的課程就是基礎教育和專業教育，人文科學與自然科學、社會科學之間的相互滲透，把它們穿插起來進行，目的在于培養學生適應社會飛速發展的要求和具有解決復雜問題的綜合能力[5-6]。

4.3 加強科學技術前沿課程

現代科學技術的飛速發展，更加快了科學技術知識的激增和科學概念的更新。為順應這一發展，體現時代特點，實現課程設置的現代化，研究生的課程應當不斷吸取當代科學技術發展的新成果，剔除陳舊、重復的內容，修正不確切、不科學的概念和原理，增設工程科學技術前沿課程。使學生及時了解學科發展的新成就、新觀點、新問題和新動向，使每個學生專業知識水平經常處在科學技術的前沿。

5 增設創新項目實踐

拔尖人才培養模式將實踐期安排在教學任務完成之后，這使學生得以及時參與實踐，有利于所學知識的記憶與理解，將學習和實踐緊密地聯系在一起。其前提條件，也正是我們執行這種模式的優勢所在，就是大量的科研課題、相關研究室與必要資金的支持，在保證與專業相同的科研方向上，為學生提供良好的實踐平臺。

5.1 項目教學體系構架

項目教學的項目來源于老師和公司簽署的項目合同，是在符合企業要求的前提下由老師帶領完成的。其具體的合作形式為：老師根據企業需求和合同要求設計出整體方案，經由博士生和碩士生完成理論分析與實驗研究，本科生完成系統設計，其各環節相輔相成，體系構架如圖3。

圖3 項目教學體系構架

5.2 項目教學內容

與一般的項目執行相同，項目教學的內容包括準備階段、執行階段和完成總結階段，就其具體事項，以下分別闡述。

（1）學校準備階段：在教學過程中，課題室定期安排學術討論課，以及要求研一學生參加正在做項目同學的階段匯報及總結，為學生今后的項目實踐打好基礎；在完成教學任務之后，課題組會安排學生就以往的項目實施過程、問題解決思路和方法進行分析學習，發現知識欠缺，及時學習補充，為下一步進入實際項目做好準備。

在進入具體項目之前，首先由老師及企業項目負責人對項目的具體情況做詳細地分析、講述，使學生深入認識項目的各環節要點。學生在領悟總體設計思路的前提下，準備相關知識，解決項目難點，完成項目初期的設計。

（2）現場實踐階段：在完成項目的初期準備之后，學生既可前往企業。根據既定的方案和方法，進行項目的現場具體實施，進而完成技術的改進及裝備的調試。針對具體問題及其解決方法，要求學生及時做好記錄、總結和定期匯報。在現場實踐過程中，要求學生根據現場具體情況對方案做出相應的改進和優化，極大地考驗和提高了學生的技能掌握水平及解決問題能力。

（3）返校總結階段：在完成項目之后，要求學生對整個項目實施過程中的問題及解決方法進行思考、總結，將實踐總結及心得向老師及課題組成員做出匯報。從實踐再回歸到理論上，有針對性的繼續學習，使學生得到進一步的提高。也可以結合實際工作需要及興趣對項目中的某一環節進行進一步的研究，以此為基礎提煉并完成畢業設計或畢業論文。

5.3 項目教學優勢

拔尖人才培養模式中的項目教學優勢在于其培養特色，如圖4所示。

圖4 項目教學優勢

（1）集中的時間：集中及充足的時間允許學生通過對項目的研究，全面深入的了解知識需求，提高理論水平和創新實踐能力。此外，學生在校學習時間與在企業實踐時間比較集中，使學生有足夠的時間完成項目，同時也方便學校和企業的綜合管理。

（2）真實的科研環境：這種模式要求學生以“準科研者的”身份參與具體的工作，將學習環境從學校搬到工廠或辦公室，教師換為企業工程師，研究試驗轉變為生產實踐中的具體問題，有助于提高學生面對復雜環境的解決問題能力，強化科研綜合能力，提高學生的團隊意識和責任感。

（3）綜合能力的提高：對于學生來說，置身項目現場，融入項目團隊，項目的實施過程中必然要考驗學生的團隊能力和溝通能力，而對于項目進展中的問題應對與解決，又必然鍛煉了學生獨立解決問題的能力。

（4）充分調動學生、學校和企業的積極性：從學生的角度來說，由于學生通過一年的科研實踐找到自身的不足和與工程師的差距，可以對今后學習更有目的性，更有熱情。學校通過學生在實踐中的表現及水平，可以發現自身教學優勢及存在的問題，有針對性調整教學計劃，推動教育教學改革。從企業的角度來說，企業在學生工作期間，可以全面考察未來員工的綜合素質，挑選符合本單位標準的人才，為企業的進一步發展注入新鮮血液。

6 實踐案例

6.1 課程體系結構框圖

在整個研究生教學階段，專業知識積累、創新項目實踐、總結升華和畢業設計有效貫穿起來，使學生得到理論聯系實際，知識更新、創新實踐的系統訓練。整個課程計劃是以創新實踐項目為主線，以核心課程為支撐，以選修課程和自主學習為補充，以人文教育為基礎，很好地將核心課程教育與對工程的整體認識統一起來，并結合項目對學生的學習能力、人際關系和團體交流能力以及對大系統的掌握、運行和調控能力進行整體的培養。

課程體系結構框圖如圖5所示。

圖5 課程體系框圖

6.2 人才培養計劃

研一期間穿插進行科學技術前沿學習和項目初級引導，通過對以往和正在進行的創新型項目的學習，使學生對創新型項目的實施過程和具體方法擁有初步的了解。

研二期間學生參加創新項目實踐，首先是完成項目的總體設計，在此期間完成相關知識的補充；然后進入項目現場，指導項目實施，并針對項目執行過程中突顯出的問題和缺陷進行解決和改進；最后完成項目交付。

研三期間針對所執行的項目完成項目總結，深化研究，提煉和完成畢業論文。

6.3 實踐環節

以本教改中的一個實際培養案例進行說明和描述。

（1）項目概述：為解決大型采煤設備（如連采機及大型液壓支架）井下輔助巷道內運輸效率低的難題，結合巷道空間情況的限制和大型采煤設備重量沉、自行速度慢的特點，設計符合煤安技術要求且具有超低貨臺、靈活的轉向性能、較小的轉彎半徑和良好的復雜路面通過性的井下運輸工具。

在已經研制開發成功的無軌雙人操作分體式液壓動力載重車研究基礎上，進一步研究柔性連接的液壓動力運輸車及動力供應車的轉向協調問題，重點對兩車相對位置的轉向信號識別及協調控制問題進行理論研究，建立兩車的驅動和轉向電液控制系統轉向協調的優化控制策略，建立多軸線輪跡最優規劃模型，完成巷道重載動力液壓運輸車轉向協調和自規避控制系統設計，實現更為理想和可靠的單人轉向操作，提高工作效率及可靠性，為巷道無軌動車組液壓控制系統的協調控制提供理論和實驗依據，實現井下無軌重載運輸和地面液壓動力車柔性拼車。

（2）具體項目分工：根據個人能力、特長等方面考慮，以期達到學生全面培養和提升的目的，將項目工作內容做了詳細的分工，具體分工見表2。

表2 具體項目分工

（3）項目的實施過程：概括地說，項目的實施過程，如圖6所示。

圖6 項目實施過程

可大致分為以下幾個階段：首先是分體車的總體構想，以項目要求為出發點，在可實現的技術范圍內完成總體設計；其次是系統各部分的細化設計，并完成系統實驗和仿真；再次是系統各部分進行建模與優化，完成總的設計任務；最后是項目的實施階段，完成分體車的制造、安裝、調試和改進。

（4）實施成果：整個項目過程成果顯著，總計發表論文10余篇，申請專利5項，出版專著2部；榮獲河北省科技進步二等獎和“挑戰杯”河北省大學生課外學術科技作品競賽特等獎；畢業碩士3名，博士1名，即將畢業博士1名。

7 結 束 語

本文以創新型拔尖人才培養為背景，以接受高等教育的學生為研究對象，提出了基于“4S”的創新型拔尖人才培養模式。闡述了創新型拔尖人才培養模式提出的背景和重要意義；并將其與卓越工程師和專業碩士培養方式中的人員構成、培養目標和項目教學案例進行對比，體現了“4S”培養模式的優勢和特色；研究了“4S”培養模式下的課程設置改革的具體舉措和項目教學的具體實施過程，提出了優化課程結構、注重學科交叉和加強科學技術前沿課程為具體舉措的課程改革，并在項目教學構架、分工和具體流程等方面進行了探索性研究。

[1] 顧佩華,沈民奮,李升平,莊哲民,陸小華,熊光晶.從CDIO到EIP-CDIO-汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J]. 高等工程教育研究,2008,(1): 12-20.

[2] Crawley E F,查建中,Malmquist J,Brodeur D R. 工程教育的環境[J]. 高等工程教育研究,2008,(4):13-21.

[3] 胡小唐,鐘登華,李云章,陸培毅,何振雄,楊秋波.校企合作培養工程碩士的創新與實踐[J]. 學位與研究生教育,2010,(9): 15-18.

[4] 吳 平. 我國高校產學研合作教育模式探析[J]. 高校教育管理,2008,2(3): 64-67.

[5] 劉智運. 改革人才培養模式，培養創新型人才[J].教育研究,2010,(6): 1-6,17.

[6] 查建中. 面向經濟全球化的工程教育改革戰略——產學合作與國際化[J]. 高等工程教育研究,2008,1(1): 21-28.