從導師的視角看全日制工科研究生能力培養

胡正平 顧廣華 史洪印 練秋生 齊躍峰

[摘要]提升工科專業研究生實踐能力是提高研究生培養水平的關鍵，因為工程能力是衡量工科專業學位研究生水平的核心能力，也是導師研究團隊科研效率提升的關鍵因素。在我國現階段，各個高校特別強調導師是研究生培養的第一責任人，從導師角度分析研究生導師的職責要求以及個人對于研究生的影響，并根據親身經歷討論了構造基于CDIO工程實踐能力的研究生培養實例。主要從導師如何利用角色親自參與到研究生實踐能力培養方面做一些探索， 結果發現基于做中學訓練新模式對于研究生能力培養具有啟發意義。

[關鍵詞]CDIO；研究生；導師；能力培養

[中圖分類號]G44[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2018）02009606

0引言

自2008年我國研究生擴招政策出臺以來，考研人數逐年增加，我國研究生教育從數量上迅速跨入大國行列。據中國教育在線數據顯示，我國2016年碩士研究生報名人數為177萬，相比2015年增加了12.1萬人，增加比例為7.3%。2017年首次將在職研究生納入統考，這也使得2017年研究生報考人數明顯增長，達到201萬人，增加比例為13.6%[1]。作為世界通行的高層次的學歷教育，研究生教育與本科教育存在很大不同，一是實行導師負責制，二是更加注重科研能力的培養。已有實踐證明，導師的水平和投入程度很大程度上決定著研究生培養質量的高低。鑒于此，筆者重新審視導師的職責，從多個角度分析導師對于研究生能力培養的影響[1]。

隨著知識經濟時代的到來，國家、社會、企業對人才特別是高層次創新人才的需求逐年增長，對高素質工程創新人才的精細化要求越來越高。我國研究生教育的主要任務是為國家現代化建設培養高素質、高層次創造性人才，因為人才是國家經濟建設的重要支撐力量。作為專業教育的研究生教育是目前社會培養高層次人才的主要途徑，這種學科結合導師隊伍的培養模式效率高、成體系、見效快。隨著目前研究生教育規模的不斷擴大，層次差別明顯，特別是中流水平的非211高校出現量大質低的狀況，主要表現為：學生科研意識薄弱、科研能力訓練缺乏、知識理解不夠深入、實踐操作能力不強等。著名的“錢學森之問”，即“為什么我們總是難以培養出杰出人才？”不但引起高水平大學的關注，更使中流水平學校、專業、導師陷入深思，雖然對于杰出的定義有一定差別，但是對于優秀人才的呼喚是共同的心聲[2]。研究生科研創新能力的高低往往被當作衡量研究生綜合素質的重要標準，從全國范圍的高水平大學來講：研究生是高校學科建設的生力軍，是導師創新研究隊伍的實踐者、執行者，由此角度，導師沒有理由不主動思考如何解決問題的道路。

首先梳理一下本科與研究生教育的區別與關系：許多學者認為本科教育基本屬于素質教育，簡單地說就是從未成年人到成年人的成長教育，教育的目的是完成文明教育過程，因為素質教育不關注學生學習什么專業，而更關注培養做人的品格和修養的過程。從這個意義上來講，本科工程教育涉及專業主要集中在基本概念、原理、方法上。研究生教育不是素質教育，才真正開始深入專業教育，研究生教育與本科教育最大的區別也正是在于此。認識到這些不同，作為導師才可能知道到底應該培養訓練研究生的什么能力。研究生學習不僅是固定知識的學習和掌握，還帶有研究的性質，正是基于此，研究生畢業后的工作方向和性質與本科生有了明顯差別，已有調查表明，目前本科生畢業后繼續從事自己所學專業的比例原則上不超過10%，工作方向比較分散，散落于社會各個領域，而碩士畢業后從事所學專業的比例大約為15%左右，博士畢業后以專業為終生職業的比例不低于60%。從這個角度可以看出：碩士、博士研究生教育的性質體現出專業教育的意義，也可以說是專門化的專業方向教育。從社會需要角度看，碩士研究生學習過程中培養的是工作技能，即解決問題的能力，而博士研究生培養更關注學術技能，即創新改進的能力。碩士研究生畢業后主要從事事務性方面的工作，所以往往關注學習普遍性的解決問題技能。例如如何能夠高效完成上級交待的工作，一般都需要首先進行調查，了解任務基本情況，然后判斷問題的性質，最后設計解決問題的方案，找到實施的技術路線。這些解決問題的過程和學術研究方法比較類似，例如涉及查閱文獻、發現問題、提出假設、進行實證、得出結論，都需要學生具有廣義上的研究能力，懂得研究程序和方法，因此導師往往要對研究生進行科研訓練，希望他們能夠學會如何解決問題。

1研究生導師的職責與要求

目前，各個高校研究生教育與管理中存在的問題大多與導師的管理密切相關，為此對導師也提出一系列新的要求，鑒于導師與學生的密切關系，特別強調：導師是研究生培養與教育環節的第一責任人。例如河北省為加強研究生指導教師（以下簡稱“導師”）隊伍建設，明確導師職責，提高研究生培養質量，專門出臺了《河北省教育廳關于進一步加強和改進研究生導師隊伍管理的指導意見》（冀教研[2016]2 號），筆者所在學校結合過去研究生培養存在的問題與目前實際情況，特制定新的研究生導師隊伍管理辦法：規定導師不但是研究生培養的第一責任人，而且是學校培養高層次人才的主體力量，因為過去經驗發現導師的學術道德、學術水平、學術作風和工作態度直接影響著導師所在的研究隊伍。因而要求每位導師加強管理，不斷提高研究生教育教學水平，增強研究生教育的事業心、責任感，切實履行好導師應盡職責，同時加強導師的培訓與相互交流，讓學生與導師共同成長。

1.1研究生導師對于研究生健全人格的指導和引導作用學校要求導師引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，積極幫助研究生解決學習、生活中遇到的思想困難和問題，注重研究生德、智、體、美、心等方面的發展。

一般而言，人格是指“個人的心理面貌或心理格局，即個人本身的意識傾向與各種特定而獨特的心理特征的總和，依據此定義，人格包括人的能力、氣質、性格、理想、信念、興趣、愛好、心態、需要等多個方面”[2]。由此看來，人格涉及人的全面，由內而外，由表及里。國內外已有實例表明：社會中的失敗者和成功者之間之所以產生不同，主要因素不是智力差異，而是例如情商、自我調節等非智力因素發揮了更大的作用，這里很多非智力因素都包含在人格范疇中，可見人格對人的成長與發展具有重要影響[2]。因為它有助于研究生更好地與人和諧共處，快速適應急劇變化的社會，并能有效地調整好自己或者快樂、或者難受、或者苦悶的生活，能主動抑制自己的自私，積極去服務自己、家庭、社會。時代的變遷、社會的變革必然出現層出不窮的新觀念與新事物，學生過去沒有經歷過，甚至一時難以理解，只有具有健全的人格，才能積極主動地調節自我心態、學習方法、思維習慣、生活方式等以適應社會的轉變。自20世紀90年代以來，世界各國的教育早已由單純重視智力開發轉向綜合性的重視人格培養，例如日本教育目標是寬闊的胸懷、健壯的體魄、豐富的創造力、自由自律的精神；新加坡也早早從重視智商教育中擺脫出來，開始重視情操教育；美國提出教育的重要一環是品格教育；德國教育改革強調學校不只傳播知識，而且要關心學生品德、性格的培養[2]。回頭去看，不得不佩服這些國家教育理念轉變的前瞻性、針對性、準確性。

現代意識中人的意義崛起越來越明顯，過去人們關注家庭、物質，而現在更多關注人本身，這也促使對教育價值觀進行不同意義的深刻反思。世界各國社會發展的對比研究發現：教育本身正由單一功能向社會化發展與人自身的發展相結合的方向轉變，人格的成長才是教育的終極目的。當代教育的一個重要命題：培養身心健康的、全面發展的人成為教育的主旋律。研究生導師作為高級人才的培養者，必須身教大于言傳，以實際行動來教導和引領學生，特別要注意己所不欲勿施于人。優秀導師要不斷思考如何讓學生有繼續研究的興趣、學習進步的成就感，如何把學生內在的主動性調動起來，從而針對不同學生進行個性化培養。導師需要具有高度的責任心，其為人、為學的風格都會在學生心里留下印記，相當于為學生樹立了榜樣和標桿，進而會長久影響這些未來的學者、專家。

1.2研究生導師應該是創新性知識的發現者、傳遞者、誘導者具體表現為：學校要求導師不斷提高自己的實踐能力、思想素質、業務能力和學術水平，否則自己都難以適應社會進步、國家的需要，更不要說給學生傳播創新知識。

亞里士多德認為人的思維是從驚奇和疑問出發的，驚奇是發現與平常認識的差異，疑問是發現問題的起點，因為心里存在“疑問”能使人感到茫然，進而產生認知沖突，促使人不得不積極思考，一步步加深自己對于疑問的理解，只有經歷這個過程才可能實現創新。課題組首先要具有創新氛圍，才能形成推崇創新、敢于創新的意識，在學習和研究中釋放創新激情，而這個創新氛圍和導師的能力與風格密切關聯。每個研究生產生的創新能力差別與所處的氛圍有很強的關聯性，民主、和諧的氛圍才是產生質疑意識和突破精神的土壤，因為他們在科學思維的天空可以無所顧忌。教學相長、管理民主、學術自由、師生平等的環境下，最能發揮“自由思考精神”。將創新意識根植于大腦，就能逐漸學會把創新意識作為一種習慣性意識加以培養[2]。筆者認為：激發學生敏銳的創新動機和健康的創新情懷是國家對研究生教育的期望，更是導師的責任和義務，因為研究生畢業論文必須體現出一定的創新能力。積極的情懷會使人精神飽滿，產生清晰的思維，加深對問題的理解。導師平時要鼓勵課題組學生具有對未知領域的好奇心，培養個人業余愛好，鼓勵其深入認識和理解所面對的生活、學習中的問題，從生活中學會去發現樂趣。很難想象，一個課題組學生對什么事情都不關注，他們會孜孜以求去創新？只有認識到自己對家庭、父母、親戚、朋友甚至國家都負有責任，才能成為具有豐富而深刻的情感的人。這些情感，就自然有可能轉化為個人的需要并引導個人持續努力的投身于創新活動。

研究生具有自由精神，能夠突破舊習慣觀念和舊勢力的約束，這是人的能動反應機能的體現。人離開自主性，就難以獲得真正的發展。自由包括思想和個性的自由，對于在校學習的研究生來說，最終會轉化為學術自由，知識和創新靈感的交融與碰撞能激發研究生的創新興趣。創新不只是想，更需要做，需要有針對性，因此導師要創造條件讓研究生多開展創新性實踐，在實踐中檢驗和體會，能夠解決具體問題，在創新中學習和實踐，能夠加深自己對于具體問題的認識和理解。因為最高效率的學習的三大要素是接觸、綜合分析、實際參與。只有通過動手實踐，才能把通過感知、思維、記憶獲得的知識和實踐結合，形成相應技能、技巧。在實踐活動中運用知識，不單是學習知識，而且是創新的運用知識[2]。

1.3研究生導師應是研究生研究能力的培養者

研究能力包括觀察能力和分析能力。觀察能力是指你能觀察到別人觀察不到的能力，即與眾不同；分析能力是你能夠想到別人想不到的能力。沒接受專門的科學研究方法訓練的人，往往難以具有這種能力，另外還需要學會轉換不同角度去思考同一個問題，不同觀察角度對同一事物的認識結果是有很大差別的。

科研是研究生教育的重要組成，研究生科研能力的培養不是天生的、一蹴而就的，這需要研究生培養部門積極創造條件，有意識地來培養。對本科學生，主要關注其學習能力，對研究生，則更關注根據研究生科研成果來評價其創造能力，在研究生培養過程中，導師不僅僅要求學生幫自己做科研，更重要的是要利用自己的科研環境，培養具有創新能力的未來專門技術人才。要求學生積極主動參加科研實踐，不是做一個重復實驗操作者，而要在參與具體科研項目過程中培養獨立思考的習慣，鍛煉獨立發現問題、分析問題、解決問題的能力以及組織管理科學試驗過程的能力[3]。

一般來說，科研能力主要涉及3個步驟：（1）發現科學問題。科研課題的選擇是科研工作的起始點，選擇課題的重要性能決定所選擇的科研工作的先進性、新穎性和創新性，就像來到一個荒野求水，從哪個地方開始能最大概率的發現水源，盡可能避免緣木求魚。（2）科研實踐動手能力。圍繞問題展開工作貫穿科研工作的整個過程，從發現問題到解決問題是極其復雜而繁瑣的探索過程，在這個過程中反復實踐、論證，是經常性的，基本沒有手到擒來、一蹴而就的機會。（3）研究論文的寫作能力。研究生論文、技術報告、實驗總結等特別是學位論文，是研究生學術水平和科研工作量的最終反映形式，也是其探索過程中學習、思考和實驗成果的總結，更是與同行專家進行學術交流的媒介。研究論文的總結過程，是對所學知識、理論和方法的綜合性應用過程，從論文中可以看出研究生對所學知識的理解、掌握和應用的深入程度。同時，研究生要樹立科學的質疑意識，在對科學問題深入認識的基礎上，不迷信現有的理論和觀點。每篇論文、每個專家對某個問題的看法只是從其中一個角度來分析問題，其所持觀點或結論換個角度、換個環境就不一定是正確的。因而研究生看待具體問題時，學會從多個角度去分析，不要總是拘于某種固定的思維方式，這樣才有可能在面對科學前沿問題時力排眾議、獨辟蹊徑。

1.4研究生導師應是科研應用的引路人

綜合國力的競爭最根本的是人才的競爭。沒有競爭就難以產生高效率，生活在競爭的時代，競爭是必不可少的，但要遵循社會道德規則和法律，不能為了達到自身目的而不擇手段。另外要有良好的團隊合作意識，學術界過去也許有單槍匹馬、孤軍奮戰的勇士，但是目前合作共贏已不可阻擋地成為科技界人士的共同信條，因為科學問題越來越復雜，一個人的能力難以解決。沒有競爭的合作，只注重整體，忽視個體力量，這樣整體的力量其實也難以最大限度的發揮；沒有合作的競爭，只注重個體不依靠整體，難以有國際性影響的大成果問世，只能是小敲小打，解決一些不重要的問題。因此，注重個體、依靠整體，既強調競爭基礎上的合作，又強調合作基礎上的競爭，才有利于科學的發展和高端技術創造，例如目前許多重大科研問題強調高校之間合作、國內之間合作、學校與企業合作。與此同時，導師要培養研究生的市場意識，因為科技成果只有轉化成功才能真正發揮作用。目前高校的科研成果雖然在全國占了很大比重，但大部分屬于理論實驗成果，與社會脫節，與實踐距離遙遠，真正轉化為生產力服務社會的比例很少，究其根本原因，這也與高等教育為社會服務的定位不吻合。因此，應培養工科研究生的市場意識，學會如何服務、如何定位科研應用領域，學會遵循市場經濟的規律，既要有自己的科技成果，又要有把自己的科技成果轉化為生產力的能力。

2導師構造基于CDIO研究生實踐能力的培養實例CDIO是近年來工程教育領域的最新成果，強調“做中學”，這也是“項目式教學”思想的系統性表述和總結。其最初主要目的是強調學生運用知識的能力，培養出滿足社會與企業需求的、具有工程實踐能力和適應能力的工程技術人才，要求改變教學過程的主體和基本思路，例如引入任務驅動式、案例式的教學方式，圍繞學生這一主體開展教學活動。筆者從2007年以來一直不停嘗試構建適于導師個人研究方向的CDIO實踐題目，目的是在研究生一年級鍛煉學生解決信號信息處理領域相關問題的能力，為第二學期研究生論文打下堅實的基礎。多年的實踐證明：越重視項目能力的培養，學生的研究能力提升越快，研究生論文質量也越高。具體見表1。

由于筆者主要進行圖像處理與模式識別領域的研究，設計這些有針對性的訓練題目可以提高學生的編程能力，另外也讓學生意識到科學問題都是與所學知識密切關聯的，只有學會應用知識的能力才能真正解決一些問題，進而提高學生的學習興趣。這里沒有涉及前沿科學的問題，因為培養的是學生解決科學普遍問題的能力，讓學生在做中思考、在思考中做，養成良好的做中學的習慣，學生可以通過演示、講解、相互討論完成。

目前研究生教學逐漸得到重視，提倡啟發式教學、案例式教學，但是由于教師的投入不足，這些教學方式并沒有真正得到執行，不少研究生課堂教學都是教師圍繞PPT進行填鴨式講解，臨考前劃一下范圍，以便學生考前突擊，或者讓學生提交一個大作業或者小論文，這樣的教學方式忽略了學生思維能力的培養，特別體現在解決問題的能力不足[4]。筆者這些訓練只是針對自己課題組的學生，因為筆者也需要學生具有相關的能力，便于學生進入課題組能夠快速上手。實踐證明：這樣有目的的訓練過程讓學生印象深刻，他們覺得自己的進步非常大，因為導師給他們提供了在思考中學習、在做中思考的問題，而且這些知識與研究生課題是密切關聯的。表1研究生CDIO訓練題目設計與目標

組數Matlab科研訓練題目設計鍛煉目標難易程度1[1] 隨機輸入100個整數，要求按照從大到小進行排序，要求自己編寫函數程序實現，不允許調用已有函數。

[2] 輸入兩個正整數，求最大公約數與最小公倍數，要求自己編寫函數程序實現，不允許調用已有函數。

[3] 仿真猴子吃桃子問題。猴子第一天摘下若干桃子，當天吃了一半，還不過癮，又多吃了一個。第2天早上又將剩下桃子吃了一半，又多吃了一個，以后每天吃前一天剩下的一半加一個。到第10天早上時，只有一個桃子了，求第一天共有多少桃子？構造基本算法與程序設計實現能力從簡單到復雜2[1] 利用matlab編寫一個現實生活中房屋購買的隨機排號程序，假設總參加人數為1 000。

[2] 編寫一個猜數游戲程序，首先由計算機產生[1，100]之間的隨機整數，然后由用戶輸入猜測所產生的隨機數，猜中游戲獲勝，最多允許猜5次。理解算法與應用的關系平行難度3[1] 畫出衰減振蕩曲線y=e（-t/3）sin3t， t取值范圍為[0，4π]。要求有坐標以及網格線，并思考如何求出其包絡線（上包絡線：局部極大值；下包絡線：局部極小值，需要計算機自動搜索），并用不同顏色將包絡線畫出。

[2] 在一個圖形窗中分別用不同顏色畫出下面這個小波函數的圖形：（x范圍-30∶0.5∶30），并思考一下濾波器是何種類型的濾波器？為什么叫小波？（1） morlet小波；（2）墨西哥草冒小波。

[3] 求f（x，y）=sin（x）cos（e-2x）y2在x∈[2，3]y∈[1，2]的最大值，并求出最大值的位置。規定：不能夠調用函數，自己編程序搜索，要求精度達到（0.001）。繪圖與全局優化程序設計從易到難4[1] 編寫程序將數組a[n]中的每一個元素依次循環向后移動1位，2位，k位。

[2] 編寫程序求所有各位數字的立方和等于420的最大的三位數。

[3] 求100！的數值，要求給出所有位數的具體結果（提示：數據太長，會超出計算機數據范圍，可利用數組分別保存每一位數據然后進行乘法和加法移位運算）。數組的運用從易到難5[1]求微分方程的數值解：

dy1/dt=（1-3*y2）*y1

dy2/dt=（-1+2*y1）*y2

y1（0）=y2（0）=1；

分別畫出y1-t，y2-t的關系圖，同時畫出坐標y1（t）-y2（t）相互關系圖，自己編程，不準調用matlab函數實現。連續方程可以離散化表示為下面的形式：

（y1（n+1）-y1（n））/Δt=（1-3*y2（n））*y1（n）

[2] 利用數值計算求∫21∫10cos（exy）dxdy的值，提示：利用積分定義，自己編程，不準調用matlab函數實現。數學定義運用與數值計算、迭代處理平行難度6[1] 根據輸入灰度圖像學習直方圖的原理，（1）通過統計計算出圖像的直方圖（包括1D 和2D）；（2）根據1D直方圖計算合適的圖像門限進行圖像二值處理（大津閾值法）。

[2] 給定輸入灰度圖象，計算其2DCT變換，并根據前系數的絕對值大小排序，分別選擇前200，800，1600個系數重建圖象，根據實驗結果分析系數與重建質量的關系。圖像與變換的認識平行難度7[1] 高階微分方程的數值求解過程。

[2] 編寫程序利用最近鄰分類算法將query points分別分類到三個已知類別中（歐氏距離），并用二維圖形顯示出來（不同顏色與形狀標記）。高階數值計算與近鄰分類平行難度8[1] 利用任意不在同一條直線的三個點畫出其外接圓、內切圓，并用圖形顯示出來。

[2] 畫出橢圓形（橢圓標準方程形式），思考任意給定橢圓上5個點的坐標，如何求出一般橢圓參數形式。幾何分析從易到難9[1] 實驗驗證信號變換與數據重構，如何比較兩個變換的質量。

[2] 實驗驗證信號變換的幅度與相位的關系。信號變換平行難度10[1] 實現基于混沌排序的數字圖象置亂加密技術。

[2] 生命游戲進化過程模擬（給定約束條件）。矩陣理解與運算平行難度11[1] 已知給定的實驗數據如下：

X（i）123456

Y（i）6.427.208.589.109.7010.22

（1） 假設已知數據關系為y=a*exp（b/x），用最小二乘法估計參數a，b的值。

（2） 在同一圖形窗口畫出原始數據散點圖及函數y=a^*exp（b/x）的圖形（a^，b^分別為參數a，b的估計值）。

[2] 編寫程序代碼找到下面這個圖片中的紅色小車。數據擬合與顏色判斷平行難度12[1] 編寫kmeans 聚類函數，要求設計不同初始化規則。

[2] 彩色圖像車牌區域定位與檢測。聚類與彩色圖像處理平行難度3結束語

在現階段，各個高校研究生教育對工科導師提出新的要求，特別強調導師是研究生培養的第一責任人，正是因為是第一責任人，也是第一受益人，所以本文希望從導師角度探索研究生能力培養的思路。根據筆者的實踐在研究生科研訓練中引入CDIO的思路，讓學生在做中學，基于兩點認識：（1）導師的要求對于學生是好的，是有用的，因為他們處于同一個戰壕，互利互惠；（2）實踐是檢驗知識、對知識再創造的最佳方式。一般的講解式課堂教學主要體現知識的系統闡述，更多體現的是記憶、理解層面的知識；而實踐過程強調知識的運用，過渡到解決復雜工程問題的能力，是將知識內化為自己的能力的過程，是操作、體驗層面的東西。不得不說，這個方法不適于所有學科學生，因為學科不同、導師課題方向不同、課題要求不同，但是只要每個導師圍繞自己的科研氛圍能夠有針對性地提出一套科研訓練計劃，而且能夠真正執行，對于研究生的能力快速提升是非常有價值的，這也是本文的出發點。

參考文獻

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[2] 陳祎鴻.論導師在研究生培養中的作用[J].學位與研究生教育，2009（12）：2427.

[3] 鞏亮，張萬紅，李卿，等.研究生科研能力影響因素實證研究[J].學位與研究生教育，2014（12）：5057.

[4] 張倩葦，崔燦，黃曼琳.研究生科研能力現狀分析與提升策略[J].現代教育論叢，2017（2）：4045.

Research on ability training of fulltime engineering

postgraduates from perspective of tutors

Hu Zhengping， Gu Guanghua，Shi Hongyin， Lian Qiusheng， Qi Yuefeng

（School of Information Science and Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei 066004，China）

AbstractEngineering ability is the core competence of engineering professional degree postgraduate students， promoting engineering graduate professional practice ability is the key to improve the level of training graduate students， also a key step to improve the efficiency of scientific research team ofevery supervisor. At the present stage of our country， various colleges and universities emphasize the tutor is the first responsible person of postgraduate training， from the perspective of teacher responsibility and personal tutor for graduate students， and according to my own personal experience discusses constructing examples of developing graduate practical ability based on CDIO in this paper. How to participate in graduate students' practical ability training from the point of view of supervisor， and explore new model based on "learning by doing"， which will enlighten the training of graduate students′ability.

Keywords CDIO；graduate student；supervisor；ability training