基礎學科拔尖人才培養模式探索與實踐

伍春香，王麗娜，杜瑞穎，吳黎兵，劉樹波，王 騫

（武漢大學 計算機學院，湖北 武漢 430072）

0 引 言

十年樹木，百年樹人。人才培養模式改革是高等學校內涵建設的核心[1]。針對錢學森先生“為什么我們的學?？偸桥囵B不出杰出人才”這一世紀之問，中國在2009年正式啟動了“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”（以下簡稱“拔尖計劃”）。

自“拔尖計劃”實施以來，參與的各高校進行了大量人才培養實踐。2010年，武漢大學弘毅學堂正式成立計算機班（以下簡稱“弘毅班”），在計算機學科教育上開始探索優秀人才的培養方法。目的是探索出有利于提升拔尖班學生綜合科研素質的培養模式，并將其應用于普通班的培養實踐，切實提高大學的培養質量，真正達到高等學?！敖虝恕钡哪康?。近7年的拔尖人才培養實踐，有收獲，也有不足，更有一些新思考。

1 國內外拔尖人才培養實踐比較

1.1 教育發達國家的拔尖人才培養

美國很早就開始了系統的優秀人才培養研究。美國的“天才教育”在基礎教育范圍內全面實施，特別注重個性化和創新能力培養，雖然有全國性的統一教學大綱，但每個學區可以根據統一大綱設定自己的大綱[2]。沒有統一教材，學生初中階段就開始選課，教師注重指導學生根據“自己的時間”（能力和程度）選擇適合自己的課程。

美國的基礎教育中，教學過程特別注重學術素質和能力培養，包括提出問題與定義問題的能力、構建和使用模型的能力、計劃和實施調查的能力、分析和解釋數據的能力、數學和計算思維能力、給出解釋和設計解決方案的能力、依據證據進行辯論的能力、獲取、評估、交流信息的能力。學生具備了這些能力，也就具備了解決問題的基本素質，可以適應未來任何類型的工作，如果從事的正好是自己感興趣的行業，產生創新性成果也就水到渠成了。

美國大學階段則更注重研究能力的培養。從1969年開始，各個高校分別建立起了“本科科研計劃” 。 扎實的基礎教育、高等院校各具特色的本科生科研支持政策與管理模式，使美國擁有全球首屈一指的科技創新成果，也為美國培養出了眾多的諾貝爾獎獲得者。

改革開放以來，中國也開始了一系列拔尖人才培養實踐，如少年班、基地班等。1996年起，各高校也開始了本科生科研訓練的研究與實踐。這些人才培養方式取得了可喜的成績。但截至目前，中國大陸除屠呦呦外，尚無其他人在國家科學技術水平的象征——諾貝爾獎科學獎項上有所斬獲。

1.2 中外優秀人才培養方法比較

對比歐美與中國的人才培養體系與培養方法，導致中國與歐美尤其是美國人才培養出現差距的原因有多方面。

首先，與美國的“天才教育”融入普通教育的思路不同，中國的天才教育受惠面太小。在如此小范圍的受惠者中，按所謂的“天才”認定標準和選拔方式，實際上也難以保證都是真正的優秀學生進入培養體系中。

其次，這些天才班都是在青少年成長到一定年齡開始，已經錯過了思維啟迪的最佳時期，“創新”意識的培養難度加大。

最后，培養模式單一。大多數少年班的學生仍然是被要求學同樣的課程，一方面是師資不足或沒有經驗，不能根據學生的個性特點而因材施教；另一方面是因為有的高校開設少年班的目的，實際是為了在高考之前“掐尖”，并未形成比普通班更有利的人才培養模式。

基礎教育存在的缺陷，高等教育沒能予以彌補，加上高等教育自身的問題，一定程度上影響了大學畢業生的整體質量。

2 基礎學科拔尖人才培養方法探索

人才培養是一個系統工程，涉及學齡前、小學、中學、大學各個教育階段，也涉及家庭、社會、學校各個方面。我們以弘毅班“實驗田”為例，從大學教育的角度對拔尖人才培養進行闡述。

2.1 以科研素質培養落實培養目標

弘毅班是為培養未來的學術大師做準備，對學生的科研素質和能力培養尤其重要。

在信息化社會，學生可以很方便地通過網絡獲取各種學習資源和各類知識。知識會不斷更新，計算機學科的知識和技術的更新尤其快。如果將知識內容或者課程設置作為培養模式研究的主要內容，必然需要隨著時間和知識的更新而經常性地調整和改變培養模式，不利于培養模式的持續實施和經驗推廣；而良好的素質和能力，可以使人在未來的工作中，知道通過何種方式和途徑去學習新知識，解決新問題。

正如伯克利計算機科學專業介紹中說的，我們的目標是為學生未來可能的研究生涯和在企業界的長期技術領導職位做準備，所以我們要透過今天的技術，教會學生最主要的觀念、學習的技能，這些可以讓他們在未來新技術產生時，教會自己新的技術。

鑒于上述考慮，我們確定將科研基本素質的培養作為弘毅班的培養重點。

2.2 以基本能力提升具化科研素質培養

科研素質涉及科研意識、方法等諸多方面，是一個抽象概念，正因如此，人們通常又會用另一些提法來補充表達，比如發現問題的能力、嚴謹的邏輯思維能力、論證實踐能力等。這些提法其實都是科研素質或其某一方面的另一種表述。之所以出現這樣的不同表達，就是因為這些概念都是抽象的，不能簡單通過文字表述出來。

科研素質雖然是抽象的，無法直接表述與衡量，但其內涵可以通過一定形式體現出來。國外著名大學招收碩士、博士研究生時，都會列出一些要素供推薦人評價學生的潛力，大型科研機構和企業招聘新員工時，人力資源部門也會列出若干評價項作為選擇的依據，這些評價項或指標在多年的招生、招聘實踐中被證明是行之有效的。這些都說明，抽象的“潛力”“素質”等，都可通過一組可評價的指標或能力要素來具體表達。

分析完成科研項目的基本過程，有助于明確體現科研素質的具體能力要素?？蒲许椖康囊话氵^程如圖1所示，具體到不同類型的項目時略有差異。

圖1 科研項目的一般過程

分析圖1所示各階段的具體工作內容，可以得到表1所示對研究者的具體能力要求。

表1是開放的，可以進一步擴充和細化。比如口頭表達，可以是口頭的問題討論，也可以是借助PPT的報告。通過表1的分析可以看出，完成科研項目各個階段的工作需要不同的“基本能力”要素。這些“基本能力”對學生將來的職業生涯或者后續階段的學習都是非常有益的，而且，這些“基本能力”不會因為學科知識的更新或者時間而發生變化，有利于將培養模式從拔尖班推廣到普通班，并且可以從計算機學科推廣到其他學科。

表1 科研項目各階段的基本能力要素

更為重要的是，相對于抽象的“科研素質”，這些具體的“基本能力”是可以通過完成特定的實際任務來得到鍛煉和提高的。我們將弘毅班學生科研素質的培養具化為對這些“基本能力”的鍛煉與提升。

2.3 構建立體化培養體系全面提升學生綜合素質

如上所述，科研素質實際是可以通過一系列的基本能力要素具體反映出來，這些能力要素可以通過不同培養手段予以加強和提高。我們從“拔尖計劃”的宗旨出發，結合研究型大學人才培養的特點出發，充分利用武漢大學計算機學院現有資源，構建具有武漢大學計算機學院特色的拔尖人才培養環境，全面提升弘毅班學生的科研素質。

2.3.1 探究式的課程教學培養基本學術能力

大學階段的主要培養手段是課程教學，有效的知識構建是在教師指導下的探究式學習。在弘毅班的課程教學中，要求授課教師采用探究式的教學方法，重視基礎知識的學習和基本學術能力的培養，通過具體化的課程教學環節提升學生的基本學術能力。

在課程教學中，要求課程設置研究性問題、自主學習等內容。學生通過課后文獻閱讀、小組研究以及課堂討論等環節完成某個主題的研究，然后撰寫研究報告或研究性小論文，并在課堂上作報告，師生對報告結果予以討論。

教學過程中，教師要針對每個環節提前發布明確、細致的制度和規范，并將其作為成績評定標準，引導學生按照相應的規范去完成每個環節的任務，從而使基本能力的培養得到落實。例如，課堂報告環節，對課堂報告的實施細節（任務布置、準備過程、報告過程等）予以明確定義；規定報告過程中每個人都必須參與討論；嚴格監督這些環節的落實，就可保證學生的口頭表達能力通過若干次課堂報告、討論而得到鍛煉和培養。

無論學生在小組討論中口頭闡述自己的想法，還是制作在課堂上報告的PPT，實際上都是一次問題思考和內容組織的完整過程，必須經歷文獻研讀、問題分析、思路表達，其間一定還會同時伴隨計劃安排、時間管理等鍛煉；而以小組形式完成任務，則讓學生了解團隊實踐中可能存在的問題，學會如何將自己的想法清晰地告訴隊友，如何提出自己想法的同時又不傷害其他隊友的面子，認識到誤會往往都是溝通的匱乏，嘗試尋找解決溝通不暢的方法，等等。

這樣的經歷，鍛煉和培養了文獻檢索與閱讀、問題分析、學習成果的口頭與書面傳遞、比較與評價、團隊合作等基本能力。

2.3.2 一對一的導師制提升科學研究能力

系統的科研能力培養是未來科研的基礎。為此，學院制定了在弘毅班采用專業導師“一對一”指導機制。

在第二學年結束前，由學院科研能力強的教師與弘毅班學生采用雙向選擇的方式確定“一對一”專業學習指導關系，一直到學生畢業。

專業導師在了解學生學習基本情況和專業興趣的基礎上，指導學生制定在校三四年級的選課計劃；通過主持的國家縱向科研項目，指導學生實踐專業方向選擇、研究計劃制訂、文獻獲取和研讀、國際研究前沿跟蹤、研究方案設計、研究數據分析、論文撰寫、研究成果報告、專利申請、軟件著作權申請、系統開發等各科學研究環節，以培養學生掌握專業科學研究的基本方法，培養學生系統化科學研究的基本素質和科研素質。

專業導師的教學指導和科研指引，可以全面提高學生的科研素質和專業創新能力。

2.3.3 層次化的科研環境提供多樣化的科研體驗

學生的研究性學習應當與實際的科學研究結合起來,為此，學院要求弘毅班的學生按照學習的進度參與各層次的項目研究。具體為：一年級參加一個創新項目研究，二年級申報一個國家級創新實驗項目，三年級參加至少一項科研學術競賽，四年級去國內外知名企業或高校實習。

同時，以科研競賽和國家級平臺引領拔尖人才科研素質培養。學生參加ACM競賽、信息安全大賽、全國超級計算機大賽、騰迅公司微信公眾平臺創新大賽等全國性賽事已蔚然成風，在競賽中鍛煉和提升問題求解的能力和團隊合作精神。學院的軟件工程國家重點實驗室、國家多媒體軟件工程技術研究中心、空天信息安全與可信計算教育部重點實驗室3個國家級、部級研究基地也全部向弘毅班的學生開放，不同層次、類型的科研項目，讓學生得到足夠充分的科研實踐經驗和能力培養。

從學生自主科研、導師科研團隊到國家級基地科研項目的多層次的科研實踐環境，學科競賽、縱向科研、橫向工程化項目，使學生在科研興趣發現與發展、科學研究方法掌握、工程化動手能力提升等多角度得到全面鍛煉。

無論是課程教學活動，還是科研項目實踐，學生通過完成各種“作業”與“任務”來應用所學知識和鍛煉各種能力，獲得某方面的知識、技術和經驗，這些經歷，就是未來解決同樣問題的“前車之鑒”。某個環節的特點，決定了所獲得知識、技術和經驗的類型，這種類型知識和經驗的積累，就是某個方面能力的養成過程。日積月累下來，就可逐步增加自己應對各種問題的技能和經驗，達到各種能力的鍛煉和提升，全面提高自己的科研素質，為未來的科研和職業生涯奠定基礎。

3 結 語

我們在“拔尖計劃”的指導下，將培養學生的科研素質作為拔尖計劃人才培養的核心，用基本學術能力的鍛煉和提升來具體化科研素質的培養，經過近7年的實踐，目前已取得一些成果。僅2017年前3個月，就有2名弘毅班學生撰寫的論文被CCF推薦的A類會議錄??；該班學生的專業能力普遍高于學院普通班，在學科競賽、業余科研、學術交流上表現活躍。這些成就，極大地提高了學生的成就感、專業認知度和科研熱情。

我們提出的“以科研素質培養為主要培養內容”的培養模式，不會因為知識的更新或技術的發展而變化，有利于培養模式的持續研究和在普通班的全面推廣。

科研素質的養成不是一朝一夕之功。目前的成果也不能證明弘毅班的培養達到了“拔尖計劃”的目標，真正的成果檢驗，還需要時日。

下一步，我們將研究如何規范教學和科研的各個環節，以進一步明確其對科研素質的具體培養內容?？蒲兴刭|的培養需要整個教學、科研體系全體人員的共同努力，只有在管理制度上通過一定的獎懲措施激勵具體實施人員的積極性，鼓勵教師更多地投入本科教學工作中，才能最終實現全體學生科研“基本能力”的加強和整體“科研素質”的提高。

致 謝

感謝教育部“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”2016課題“計算機學科拔尖人才科研素質培養探索與實踐”、武漢大學《武大課程2010》教學研究項目“基于創新能力培養的軟件課程教學模式探索”、 武漢大學教學改革建設項目“計算機專業本科教學基層組織建設的研究與探索”等項目對本研究的資助。