面向新工科的三維一體式研究生科教融合培養(yǎng)探索與實(shí)踐

胡慶雷　崔勇　鄭建英　李陽(yáng)　韓亮　張茜

摘? 要 新工科的發(fā)展對(duì)一流創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出更高的要求。結(jié)合學(xué)校對(duì)具有德才兼?zhèn)浜蛧?guó)際視野特點(diǎn)的“兩領(lǐng)”人才培養(yǎng)需求，立足于“產(chǎn)學(xué)”“學(xué)研”和“研產(chǎn)”的三位一體科教融合協(xié)同培養(yǎng)模式的實(shí)踐，通過(guò)構(gòu)建新型科教體系、豐富課堂教學(xué)內(nèi)容、建立虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、提升研究生協(xié)同創(chuàng)新環(huán)境等措施，對(duì)該培養(yǎng)模式進(jìn)行持續(xù)探索。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，該培養(yǎng)模式在研究生培養(yǎng)方面取得較好的效果。

關(guān)鍵詞 新工科;科教融合;研究生培養(yǎng);實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G643? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）16-0105-03

Exploration and Practice of Three-Dimensional Integrated Post-graduate Science and Education Convergence Training for Emerging Engineering//HU Qinglei， CUI Yong， ZHENG Jianying， LI Yang， HAN Liang， ZHANG Xi

Abstract The development of new engineering subjects puts forwardhigher requirements for the cultivation of first-class innovative talents.?This practice combines our universitys demand for the cultivation of?two leading talents with both ethics and competence and an interna-tional perspective. It is based on the practice of the three-dimensio-nal integrated training model of “industry”， “study” and “research”. Through the construction of a new science and education system， enriching classroom teaching content， establishing an practical tea-ching platform that combines virtual and real， and improving the collaborative innovation environment for graduate students， the trai-ning model was continuously explored. After years of practice， this training model has achieved good results in postgraduate training.

Key words emerging engineering; science and education conver-gence; graduate education; practical teaching platform

1 前言

2018年8月，教育部、財(cái)政部、國(guó)家發(fā)展改革委頒布《關(guān)于高等學(xué)校加快“雙一流”建設(shè)的指導(dǎo)意見》，明確提出要改革研究生培養(yǎng)方式，加快建立科教融合、產(chǎn)學(xué)結(jié)合的研究生培養(yǎng)機(jī)制。2019年，教育部連續(xù)發(fā)文，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)前沿性與時(shí)代性，及時(shí)將學(xué)術(shù)研究、科技發(fā)展前沿成果引入課程”，以及“推動(dòng)高校及時(shí)把最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣”。

當(dāng)前，國(guó)家對(duì)高等教育的內(nèi)涵式發(fā)展提出深入要求，推動(dòng)科研反哺研究生教學(xué)，強(qiáng)化科研育人已成為普遍共識(shí)[1-3]。

科教融合是世界一流大學(xué)辦學(xué)的核心理念，是高校全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的必然選擇[4-8]。然而，在構(gòu)建一體化育人體系、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量等方面仍存在許多問(wèn)題，比如學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)的熱情，教學(xué)和科研的矛盾突出，學(xué)生實(shí)踐能力不足等。如何培養(yǎng)德才兼?zhèn)浜途哂袊?guó)際視野的“兩領(lǐng)”人才是北京航空航天大學(xué)研究生培養(yǎng)的核心問(wèn)題，產(chǎn)學(xué)研融合的三位一體研究生培養(yǎng)模式將給這個(gè)問(wèn)題的解決帶來(lái)新的思路。

2 國(guó)外典型實(shí)踐案例

以加州大學(xué)伯克利分校的中心制人才培養(yǎng)模式為典型案例，深入剖析國(guó)外著名高校在研究生科教融合培養(yǎng)方式中的探索與實(shí)踐。加州大學(xué)伯克利分校的EE專業(yè)以跟工業(yè)界的深入合作而聞名，同時(shí)非常重視多學(xué)科交叉融合，打破傳統(tǒng)院系布局，建成多個(gè)研究中心，依托這些研究中心完成對(duì)研究生的科教融合、多學(xué)科融合培養(yǎng)。

在微納傳感領(lǐng)域，BSAC已發(fā)展成為全世界受人矚目的頂尖科研團(tuán)隊(duì)。BSAC打破按照院系劃分科研領(lǐng)域的傳統(tǒng)，中心Co-director由計(jì)算機(jī)系、電子系、機(jī)械工程系、生物系、化學(xué)系等多名領(lǐng)域內(nèi)知名教授組成。同時(shí)，依托美國(guó)能源部勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的強(qiáng)有力支撐，BSAC擁有全美大學(xué)中最先進(jìn)的納米材料加工實(shí)驗(yàn)室Marvell Nanofabrication Laboratory。該中心面向全校開放，所有進(jìn)行納米材料研究的科研人員和學(xué)生均可在通過(guò)培訓(xùn)后進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)室是機(jī)械學(xué)院、電子學(xué)院以及計(jì)算機(jī)學(xué)院等多個(gè)學(xué)院納米加工、檢測(cè)類課程的定點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，選修相關(guān)課程的本科生或研究生的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)均在該實(shí)驗(yàn)室開設(shè)。該實(shí)驗(yàn)室的設(shè)立打破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室只依托于某個(gè)課題組或者學(xué)院的慣例，為各個(gè)學(xué)科的交叉融合提供了良好的支撐。正是由于該中心的支撐，BSAC中心在傳感器領(lǐng)域開展了多種前沿交叉研究，如生物醫(yī)學(xué)和微流體檢測(cè)、氣體檢測(cè)和低維材料、能源儲(chǔ)能俘獲和電化學(xué)以及機(jī)器人和微納制造等，培養(yǎng)了大量的復(fù)合型高層次人才。

通過(guò)中心制的科教融合式研究生培養(yǎng)，BSAC每年在Nature和Science期刊上發(fā)表論文十余篇，培養(yǎng)的研究生遍布全球，很多人已在包括MIT、Caltech、Standford、UCLA等多所世界知名大學(xué)擔(dān)任終身教職，培養(yǎng)的杰出人才包括MEMS之父Dr.Muller等。

3 基于三位一體的一流創(chuàng)新型航空航天人才培養(yǎng)模式實(shí)踐

北京航空航天大學(xué)持續(xù)瞄準(zhǔn)航空、航天、信息等領(lǐng)域的國(guó)家戰(zhàn)略需求和國(guó)際學(xué)術(shù)前沿，形成了具有鮮明特色的“四大”科研模式。在這種典型的科研模式下，學(xué)校持續(xù)優(yōu)化創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，努力實(shí)現(xiàn)科研創(chuàng)新與人才培養(yǎng)的雙輪驅(qū)動(dòng)，將研究生的培養(yǎng)與國(guó)家重大科技戰(zhàn)略需求緊密結(jié)合。本文所探索與實(shí)踐的科研與教學(xué)相融合、高校與企業(yè)院所深入合作的產(chǎn)學(xué)研三位一體的科教融合培養(yǎng)模式正是學(xué)校培養(yǎng)服務(wù)于國(guó)家社會(huì)需求、引領(lǐng)時(shí)代變革發(fā)展的一流創(chuàng)新型航空航天人才的核心途徑。

因此，為了滿足學(xué)校對(duì)一流創(chuàng)新型航空航天人才培養(yǎng)的迫切需求、新工科發(fā)展對(duì)高素質(zhì)人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)需求，特別是航空航天領(lǐng)域自動(dòng)化方向人才培養(yǎng)的迫切需求，本實(shí)踐立足于科教融合的新型研究生培養(yǎng)模式，構(gòu)建了虛實(shí)結(jié)合的理論和實(shí)踐教學(xué)體系，并付諸教學(xué)過(guò)程和研究生科研培養(yǎng)中。實(shí)踐的核心目標(biāo)為：面向自動(dòng)化領(lǐng)域培養(yǎng)高素質(zhì)人才，滿足現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)高端人才培養(yǎng)的實(shí)際需求，推進(jìn)科教融合模式下的研究生課堂教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容研究、教學(xué)條件提升和科研活動(dòng)培養(yǎng)的深化。

構(gòu)建三位一體的科教融合培養(yǎng)體系? 積極踐行研究生的“產(chǎn)學(xué)”“學(xué)研”與“研產(chǎn)”三位一體的科教融合協(xié)同培養(yǎng)模式：

1）引入與時(shí)俱進(jìn)的業(yè)界知識(shí)，更新理論課程教學(xué)內(nèi)容;

2）爭(zhēng)取國(guó)內(nèi)外著名企業(yè)支持，完善先進(jìn)的硬件及軟件系統(tǒng)平臺(tái)，更新實(shí)踐教學(xué)裝置和教學(xué)內(nèi)容;

3）鼓勵(lì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員圍繞國(guó)家重大戰(zhàn)略需求參加高水平科研活動(dòng)，將優(yōu)秀科研成果反哺研究生科學(xué)研究。

通過(guò)“產(chǎn)學(xué)”“學(xué)研”與“研產(chǎn)”環(huán)節(jié)的有機(jī)協(xié)同，共同支撐研究生培養(yǎng)的科教融合，努力實(shí)現(xiàn)企業(yè)、學(xué)校、學(xué)生三方共贏，不斷推動(dòng)研究生教學(xué)體系的健康發(fā)展。

豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，打造產(chǎn)學(xué)結(jié)合教學(xué)模式? 立德樹人融入課程體系的每一個(gè)環(huán)節(jié)，踐行立德樹人根本任務(wù)，將航空航天、自動(dòng)化等領(lǐng)域的研究成果和工程經(jīng)驗(yàn)引入課堂，將專業(yè)發(fā)展趨勢(shì)、新理念、新進(jìn)展同國(guó)家、行業(yè)需求聯(lián)系起來(lái)，將經(jīng)典與前沿結(jié)合、寬度和深度結(jié)合、理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合、課內(nèi)與課外結(jié)合，采用探究型課程教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和思考探索，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層次理解，落實(shí)“空天信”融合理念，構(gòu)建面向產(chǎn)業(yè)發(fā)展前沿的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合教學(xué)模式，為培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神和國(guó)際視野的高層次創(chuàng)新人才提供重要支撐。

建立虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)? 在構(gòu)建科教融合協(xié)同創(chuàng)新模式為基礎(chǔ)的實(shí)踐教學(xué)體系過(guò)程中，遵循“增加感性認(rèn)識(shí)、鍛煉實(shí)踐能力、培養(yǎng)工程素質(zhì)、激發(fā)創(chuàng)新思維”的教學(xué)理念，遵循“強(qiáng)化基礎(chǔ)、突出實(shí)踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新”的培養(yǎng)方針、國(guó)際高等院校工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)以及面向未來(lái)培養(yǎng)工程實(shí)踐型人才的客觀要求，堅(jiān)持“建設(shè)培養(yǎng)體系、促進(jìn)科教轉(zhuǎn)換、強(qiáng)化校企聯(lián)合、共享課程資源”的指導(dǎo)思想，努力打造面向自動(dòng)控制領(lǐng)域的現(xiàn)代實(shí)踐教學(xué)體系，提升教學(xué)資源的信息化與網(wǎng)絡(luò)化水平。實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)依托國(guó)家機(jī)械與控制工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、自動(dòng)化與電氣教學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中心以及中法工程師學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等。在這些先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)中，研究生通過(guò)實(shí)地鍛煉，可以完成動(dòng)手能力與工程能力的培養(yǎng)。特別地，擬引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)方式，學(xué)生可以快捷地掌握工程系統(tǒng)原理與相關(guān)測(cè)試方法，為動(dòng)手調(diào)試實(shí)際工程系統(tǒng)的基本單元打下良好的準(zhǔn)備工作。

提升研究生協(xié)同創(chuàng)新科研活動(dòng)環(huán)境? 依托“先進(jìn)無(wú)人飛行器”北京市高精尖學(xué)科中心、北航—上海航天器控制技術(shù)研究所聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室以及海外引智基地，與航天院所深度合作，將研究生培養(yǎng)全過(guò)程與國(guó)際化“大學(xué)—教授—學(xué)院”和“大學(xué)—航天工程技術(shù)研究所—企業(yè)”產(chǎn)學(xué)研合作機(jī)制深度融合，圍繞創(chuàng)新人才選拔、教學(xué)、科研等研究生培養(yǎng)核心要素，通過(guò)加強(qiáng)個(gè)性化教育、加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流、加強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)、加強(qiáng)院所合作等措施，提升研究生協(xié)同創(chuàng)新科研活動(dòng)環(huán)境，提高研究生的獨(dú)立科研能力和研產(chǎn)能力，促進(jìn)研究生健康全面發(fā)展，積極構(gòu)建和實(shí)踐“在科技創(chuàng)新中培養(yǎng)人才，在人才培養(yǎng)中科技創(chuàng)新”的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新模式和新機(jī)制，指導(dǎo)研究生樹立堅(jiān)定的理想信念和正確的科研思想，培養(yǎng)“理論與實(shí)踐、基礎(chǔ)與交叉、科學(xué)與工程”融合、具有國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)力的德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀人才。

4 實(shí)踐效果

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐（2015—2020），本文所探索的“產(chǎn)學(xué)”“學(xué)研”和“研產(chǎn)”三位一體科教融合協(xié)同培養(yǎng)模式取得了良好的效果，目前已培養(yǎng)的研究生有多人獲得省部級(jí)優(yōu)秀碩士論文以及學(xué)校的優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文。此外，秉承北京航空航天大學(xué)“空天報(bào)國(guó)”的理想信念，多位已畢業(yè)的研究生已經(jīng)投入到我國(guó)的航空航天科研事業(yè)中，并已有數(shù)名學(xué)生在我國(guó)重要的航天型號(hào)中擔(dān)任型號(hào)副總師等。同時(shí)，所實(shí)踐的培養(yǎng)模式還獲得了包括中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和北京航空航天大學(xué)教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等多項(xiàng)教學(xué)類獎(jiǎng)勵(lì)。

參考文獻(xiàn)

[1]王晶，賈國(guó)柱，黃海軍，等.研究生“生產(chǎn)與運(yùn)作管理”研究型課程設(shè)計(jì)與實(shí)施[J].學(xué)位與研究生教育，2012（6）：35-39.

[2]鐘秉林.推進(jìn)大學(xué)科教融合努力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012（5）：4-6，10.

[3]鐘秉林.國(guó)際視野中的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].中國(guó)高等教育，2007（Z1）：37-40.

[4]鄒曉東，韓旭，姚威.科教融合：高校辦學(xué)新常態(tài)[J].高等工程教育研究，2016（1）：43-50.

[5]林彥紅.科教融合理念的創(chuàng)新與實(shí)踐：以中國(guó)科學(xué)院大學(xué)為例[J].研究生教育研究，2015（4）：27-32.

[6]成洪波.論科教融合與應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2017（4）：141-145.

[7]李忠云，鄧秀新.科教融合協(xié)同育人提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].中國(guó)高校科技，2012（9）：6-8.

[8]吳愛(ài)華，侯永峰，楊秋波，等.加快發(fā)展和建設(shè)新工科 主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

*項(xiàng)目來(lái)源：北京市教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目“能力達(dá)成導(dǎo)向的協(xié)同創(chuàng)新智能開放實(shí)驗(yàn)實(shí)踐人才培養(yǎng)體系探索”;北京航空航天大學(xué)研究生教育與發(fā)展研究專項(xiàng)基金“新工科背景下前沿交叉融合的檢測(cè)類實(shí)驗(yàn)課程群改革與實(shí)踐”。

作者：胡慶雷，北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院，教授，博士，主要從事航天器動(dòng)力學(xué)與控制、導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制、變結(jié)構(gòu)控制、故障診斷與容錯(cuò)控制等研究;崔勇，機(jī)械與控制工程國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心;鄭建英、李陽(yáng)、張茜，北京航空航天大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與電氣工程學(xué)院;韓亮，北京航空航天大學(xué)中法工程師學(xué)院（100191）。