開放高?？蒲袑嶒炇?培養學生創新實踐能力

陸紫生， 王如竹， 柯 霞， 羅偉莉

(上海交通大學 機械與動力工程學院, 上海 200240)

0 引 言

高校科研實驗室作為培養創新人才的基地、實施科技創新的搖籃，是提高教育教學質量、提升科學研究水平的重要支撐平臺，也是學院辦學綜合實力和核心競爭力的具體體現。實驗教學對加快創新人才培養，提高教育質量具有不可替代的作用[1-4]。國家質量工程和中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)也強化實踐教學環節作為主要任務之一。同時，我國高校正努力進行“雙一流”建設，其主要任務是加強人才培養、提高自主創新能力和產生有重大影響的原始創新研究。這都要求高校要深化改革，尋找更多的培養創新人才的改革突破口。所以，本文首先研究國內高?，F有的科研實驗室開放政策，再以博弈論視角，分析影響管理方和科研實驗室方策略選擇的影響因素，研究如何建立合理的長效機制。

1 國內外研究現狀

國內外大學針對本科生的科研活動做了大量的探索。CarolH. Pazandak(1990)所著的“提高巨型大學的本科生教育”等研究了美國大學本科生科研活動[5]。例如MIT的本科教育旨在幫助學生獲得應對現代社會挑戰所需要的知識和能力，訓練學生關注社會價值和社會目標。所以，MIT為學生提供了針對不同年級的本科生研究計劃、校級實習計劃、系級實習計劃，使學生有機會學習、探索在各個領域的知識[6]。國內學者對于本科生的科研活動也進行了深入摸索。黃秋如在“論經濟類專業本科生創新能力的培養”中提出改革傳統的教學模式，學校應積極創造學生參加科研活動的機會，努力營造科研氛圍，通過科學研究實踐為培養學生創新實踐能力奠定良好基礎。 山東農業大學利用各方資金購買先進的儀器設備，同時建立了時間、內容、實驗器材的“三開放”制度，為學生進行科研探索提供服務。張紅光等通過全面開放實驗室，實行本科生導師制，組建混合型研究團隊，組織并鼓勵學生積極參加科技競賽，建設合理的保障與激勵機制，引導科研與學科優勢轉化為教學優勢[7]。孫婕等提出選擇品學兼優、學有余力，有較強的獨立思考和創新意識，對科學研究、科技活動或社會實踐有濃厚的興趣和堅強的毅力，能在不影響正常學習的情況下開展創新實驗的學生，讓學生直接參與到老師的課題組中，或者學生自己選擇感興趣的課題，根據課題方向有目的選擇與研究方向一致或相近的“導師”，進行一對一的指導。李艷霞等[9]提出了“課內學習— 自主思考— 課外實踐— 體會創新”分步驟、多層次的創新型人才培養方式，通過全方位開放實驗室、提供與課程配套的課外自主實踐活動等方式，研究、探索、構建開放性實踐教學體系，實現教—學—研互動共贏，切實提高人才培養質量。王蒙軍等[10]提出將科研成果應用于實驗教學，讓本科生積極參加科研項目，同時讓科研實驗室以及科研平臺全面開放，建立校內實踐創新基地等措施來積極開展本科生科研活動。陳建真等[11]提出實施教學科研一體化的教學模式，依托實驗教學示范中心和科研實驗室，以實驗課程、科研項目、學科競賽等為載體，實施教學科研一體化的教學模式，使教學內容與科研、社會應用緊密相連。張紅光等[12]提出實施本科生導師制，開放實驗室，單獨設課的實驗課，為本科生設立大學生科研訓練項目。支持學生自由組合、自主選題申報、聘請專家評審指導、課題研究開發直至結題驗收。文獻[13-14]中分別研究了上海交通大學如何更好地將國家實驗室建設好，以盡快實現創新型國家的目標。另外，上海交通大學在實踐問題導向學習教學法方面做了有益的探索。文獻[15-17]中對教學/科研實驗室以及測試中心實驗室的經費設置與管理、監控門禁設計等方面做了相關研究[15-17]。

然而，如上所述，國內科研實驗室在培養本科生創新能力方面還有諸多需要提高的地方: 例如，相比國外知名大學，國內缺少政府、社會以及高校統一規劃。例如，美國國家科學基金、私人基金會項目、高校形成有機整體，對本科生的科研活動進行多層次全方位地支持。另外，國內高校對科研實驗室缺少激勵機制?？蒲袑嶒炇业慕處熤笇Чぷ髁课吹玫匠浞种匾?，未能在薪資以及職稱評定得到相應的體現，這有損科研實驗室教師的積極性。此外，對學生的實習效果缺少完善的質量評估系統，現階段的評估過分重視科研成果以及獲獎情況，未能真正激發學生的好奇心。

2 博弈模型

科研實驗室開發的博弈模型中有兩個主體，① 是科研實驗室管理方，② 是科研實驗室的實際負責方。管理方的策略可以選擇配套相關的實驗室開放支持政策，也可以選擇不配套相關政策；類似地，科研實驗室方可以選擇對外開放，也可以選擇不開放。雙方的收益矩陣如表1所示。

表1 雙方的收益矩陣

表中：S1為科研實驗室在不開放時的平均基準獲益；c為科研實驗室開放時付出的人力、財力以及設備耗損等；ΔS1為科研實驗室開放后帶來的收入以及影響力收益；a為科研實驗室開放后收到上級管理方的獎勵；S2為管理方在無配套支持政策時的平均基準收益；ΔS2為科研實驗室開放后給管理方帶來的收入以及影響力收益；R為上級對管理方配套政策的支持；F為上級對管理方無配套支持政策的懲罰；f為管理方對不開放的科研實驗室的處罰；x為科研實驗室開放概率0

根據收益矩陣的分析，得到做實驗人員、管理人員采取不同策略時的收益函數為：

U1=y·(S1-c+ΔS1+a)+

(1-y)(S1-c+ΔS1)

(1)

U2=y(S1-f)+(1-y)S1

(2)

V1=x(S2-a+ΔS2+R)+(1-x)(S2+f)

(3)

V2=x(S2+ΔS2-F)+(1-x)(S2-F)

(4)

雙方的動態復制方程為：

x(1-x)(ya-c+ΔS1+yf)

(5)

y(1-y)(-xa+xR+f-xf+F)

(6)

雅克比矩陣為

x(1-x)(a+f)

(7)

雅克比矩陣的行列式和跡公式分別為:

detJ=(1-2x)(ya-c+ΔS1+yf)·

(1-2y)(-xa+xR+f-xf+F)-

x(1-x)(a+f)y(1-y)(-a+R-f)

(8)

trJ=(1-2x)(ya-c+ΔS1+yf)+

(1-2y)(ya-c+ΔS1+yf)

(9)

分析雅克比矩陣的行列式和跡，其局部穩定性分析如表2所示。復制動態方程有4 個平衡點, 分別是(0,0)、(1,0)、(0,1)和(1,1)。

表2 局部穩定性分析

動態趨勢及穩定性如圖1所示。由圖可見，在A、B、C、D不同的分區中，雙方采取不同的策略，但可以改變參數設置，從而改變管理方和科研實驗室方的策略收斂值。

(a)

(b)

圖1 動態趨勢及穩定性

3 博弈雙方策略論分析

舉例來說，例如當S1=5，c=5，ΔS1=2，a=5，S2=30，ΔS2=10，R=3，f=1，F=1，管理方提供配套的政策的概率分別為0.9和0.1。此時靶點坐標為(0.7，0.5)，科研實驗室的策略變化如圖2(a)所示。由圖2(a)可見，當管理方的策略不同時，科研實驗室方的策略的收斂值是不同的。即管理方提供配套政策的概率大于靶點的縱坐標，科研實驗室方最終會選擇開放?？蒲袑嶒炇曳降某跏家庠冈礁?t=0時)，其收斂于1的時間越短。當管理方提供配套政策的概率小于靶點的縱坐標，科研實驗室方最終選擇不開放。當科研實驗室方開放概率分別為0.9和0.1時，管理方的策略變化如圖2(b)所示。由圖2(b)可見，當科研實驗方的策略不同時，管理方的策略的收斂值是不同的。即科研實驗室方的開放概率大于靶點的橫坐標時，管理方的策略的收斂值為0，而且初始值越高，其收斂于0的時間越長。當科研實驗室方的開放概率小于靶點的橫坐標，管理方的策略的收斂值為1。以上結果顯示，如果開放制度中的支持參數設置不科學，在本位利益的驅動下, 科研實驗室方與管理方各自采用了混合策略，雙方的策略都處于不確定狀態。

(a)(b)

圖2 做實驗人員策略變化以及管理人員策略變化圖

4 理想策略條件

雙方的理想策略應該是管理方配套支持制度的概率，以及科研實驗室開放的概率都收斂于1。改進配套支持制度的參數設置，例如減少科研實驗室開放時付出的人力、財力c值，管理方增加對科研實驗室方開放行為的獎勵a值，上級單位增加對管理方配套政策行為的獎勵R值，增加管理方無配套政策的處罰F值，此時靶點向右下方移動，如圖3所示。當S1=5，c=1，ΔS1=2，a=7，S2=30，ΔS2=10，R=6，f=1，F=2，管理方配套支持制度的概率分別為0.9和0.1時，科研實驗室方的策略變化如圖3(a)所示。由圖3(a)可見，當管理方的策略不同時，科研實驗室方的策略都收斂于1。當科研實驗室方開放的概率分別為0.9和0.1時，管理方的策略變化如圖3(b)所示。從圖2(b)可以看出，雖然科研實驗方的策略不同，當管理方的策略都收斂于1。以上分析表明，合適的參數設置，可以實現理想策略，即管理方配套支持制度，并且科研實驗室進行積極開放。

(a)

(b)

圖3 做實驗人員策略變化以及管理人員理想策略

5 國外一流大學開發科研實驗室政策

高?？蒲袑嶒炇覍Ρ究粕_放，可以利用豐富的、優質的科研資源，促進學生將所學知識轉變為能力，促使學生運用所學的理論知識分析問題、提出新思想、新理論，涉及新實驗，探索新觀點，獲得新的技術或發現。另一方面，科研實驗室的大型儀器設備的使用狀況并不理想，使用率較低，投資效益較差?？蒲袑嶒炇彝ㄟ^加大開放力度，可以提高設備的利用率，提升對學生素質的培養能力，以及提高對外的宣傳力度。國內外著名大學都積極開放科研實驗室，支持本科生科研活動，如表3所示。從表中可以看出: ① 國外大學對科研實驗室方的激勵較大。同時，對教師對本科生的科研指導質量也一樣重視。有完善的教學與科研考核評價體系。對本科生的科研指導質量與教師的聘用、晉升以及薪資等掛鉤。這有力地保障了科研實驗室老師的積極性。② 國外大學對學生的資助力度較大。例如美國國家自然科學基金委、政府機構、私人企業到各種基金會以及大學本身，一起提供多種本科生研究機會基金和獎勵，確保本科生可以得到多層次全方位的資助，對感興趣的各種課題進行創新性探索。

表3 國內外著名大學開放科研實驗室，支持本科生科研活動計劃

6 結 語

基于博弈論分析現有高校關于科研實驗室開放的制度，研究結果表明: ① 管理方的配套支持制度中參數的設置對科研實驗室的開放效果有顯著影響。當參數設置不合理時，科研實驗室方與管理方各自采用了混合策略，雙方的策略都處于不確定狀態。② 通過合理的參數設置，例如減少科研實驗室開放時付出的人力、財力c值，管理方增加對科研實驗室方開放行為的獎勵a值，上級單位增加對管理方配套政策行為的獎勵R值，增加管理方無配套政策的處罰F值，可以使得管理方和科研實驗室方都采取理想策略，即管理方配套支持制度，同時科研實驗室方積極開放。③ 國內相關組織應該積極拓展資金來源，加大對本科生參加科研的支持力度。國內高校應進一步激勵教師進行本科生科研指導。完善對教學的考核評價體系，重視教師對本科生指導的工作質量。教師對本科生科研指導工作質量應該被作為聘用、晉升以及薪資評定的重要依據。