面向新工科的研究生創新能力培養體系構建

劉 寶，陳鴻龍

（中國石油大學（華東）控制科學與工程學院，山東青島 266580）

0 引言

新工科專業主要包括互聯網＋、大數據、智能制造、云計算、人工智能、機器人等建設新專業以及升級了的傳統工科專業。在該背景下，新型、新興和新生產業和新經濟需要培養實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的新時代創新人才。因此，提高作為高端科技創新人才搖籃的研究生綜合創新能力和素質尤其重要［1-10］。

一些歐美發達國家的研究生教育經驗，可以為我國研究生的綜合創新能力培養提供借鑒。美國高等教育是國家宏觀指導下以市場調節為主的開放運行體制，并高度重視科研培養。緊密結合國家經濟和社會發展需要，制定研究生培養計劃和多樣性人才考核標準，且實行導師與學科團隊老師相結合的復合導師制度，便于實行多學科交叉培養［3］。日本是亞洲地區的教育強國之一，高校注重與企業的科研合作，構建了教、研、踐一體化培養體系［3］，高校與企業聯合培養具有實踐工程應用能力的創新人才。英國研究生培養注重研究生自我開展科學研究能力培養，高校與工業界構建一體化培養體系，重視研究生解決實際問題能力培養［12-15］。國外研究生創新人才培養機制容易激發研究生創新潛質，容易形成人才—成果—發展的良性循環［3］。這些國內外相關經驗值得在研究生培養過程中借鑒和學習，以提高研究生的綜合創新能力。

國內許多高校探索開展了大量研究生創新教育工作并取得了可觀成就。如清華大學緊密結合工程前沿，發揮校企、課題組復合導師制指導作用，強化培養實踐能力和職業素質［4］。浙江大學基于CDIO的工程設計創新教育等［5］。中山大學重視學生基礎知識和素養教育，強調理論與實踐結合、教學與科研結合等培養理念［6］。南京工業大學以培養研究生創新能力為目標，與企業全面合作并聯合組建開放式創新中心［7］；北京航空航天大學強化創新人才培養，實施服務國家戰略和注重全面素質發展的研究生創新人才培養模式［10］。雖然這些高校取得了一定成績，但是我國總體研究生創新人才培養狀況仍然很難滿足新工科背景下國家和社會建設發展的需要。

1 新工科背景下提高研究生創新能力培養的重要性

十九大報告提出要不斷增強我國經濟創新競爭力，大力培養研究創新人才，加快建設創新型社會［4］。但是目前我國研究生的總體科技創新水平不能完全滿足新工科背景下的人才培養需求，表現為學科前沿和交叉學科知識的掌握和應用能力偏弱；在實際的人工智能、大數據等新興或新型或新生行業或技術應用中，缺乏對新問題的綜合解決能力；在解決新問題過程中缺乏綜合利用多學科交叉或融合的技術創新能力等。這些問題已經對我國創新社會人才培育戰略實施產生影響［12-15］。

研究生的綜合創新能力培養是國家經濟、科技和社會發展與進步的核心保障。研究生教育是國家培養創新型人才、提高國家創新能力的重要環節。研究生創新能力培養對于新工科背景下的時代發展需求更具有重要意義。

在激烈的國際競爭中，提高研究生創新能力是提升國家自主創新能力的根本要求和基本保障。新工科注重面向未來新技術和新產業的發展，著力推動學科交叉融合，促進學科前沿、交叉與綜合性發展。在新工科背景下提升研究生的創新能力具有很強的時代意義。當前，機械制造、自動化、信息、計算機等學科廣泛交叉，迫切需要促進研究生的創新能力培養與提升。

2 構建一體化研究生綜合創新能力培養體系

根據新工科背景下創新人才培養需求，針對我校控制科學與工程專業研究生培養過程中存在的課程體系缺乏前沿性和交叉性、課程教學過程中創新訓練不足、研究生創新意識薄弱、導師創新指導能力不足、科技創新平臺不完善和創新培養機制不健全等問題，以提高研究生的綜合創新能力為中心，以創新課程教學為基礎，從培養研究生創新意識、建設高水平導師隊伍、優化培養機制和完善創新平臺等方面探索提升研究生創新能力的路徑，構建了“基礎托升-機首引領-兩翼齊飛-尾翼導向”一體化研究生綜合創新能力培養體系，探索了一條提升研究生綜合創新能力的培養新途徑。

一體化研究生綜合創新能力培養體系的主要內容包括：①以創新學科課程教學為基礎依托，重構“融合前沿啟發創新”學科課程教學基礎；②以強化研究生創新意識教育為機首引領，構建“立體教育內驅創新”創新意識教育體系；③以提高導師創新指導為左翼飛升，建設“復合交叉指導創新”高水平導師隊伍；④ 以構建創新平臺為右翼飛升，建成“學術突破實踐創新”科技創新培養平臺；⑤以改革創新培養機制為尾翼導向，建立“全程管理協同創新”科研創新培養機制。整體構建“基礎托升-機首引領-兩翼齊飛-尾翼導向”一體化研究生綜合創新能力培養體系，如圖1所示。

圖1 一體化研究生綜合創新能力培養體系

（1）以創新學科課程教學為基礎依托，重構“融合前沿啟發創新”學科課程教學基礎。針對控制學科課程體系在學科前沿性、學科交叉性等存在不足等問題，優化重構研究生課程體系和教學內容。緊跟人工智能、互聯網＋、大數據等學術熱點，開設智能制造、機器人、物聯網等跨學科或鄰近學科課程，優建知識體系，工程創新特色的課程體系。同時，將課程教學內容與新工科人工智能技術等緊密結合，使課程教學遵循學術性和前沿性原則，完備課程體系。

針對課程教學過程中創新啟發和訓練不足問題，探索研究啟發創新式教學模式。教學過程中開展研究性教學和學習的“雙研”創新教學模式：倡導學生自主性學習模式，開展啟發式、探索性授課方式，以培養學生的批判性思維和激發創新意識；加大對學生的調研、實踐、設計、討論、研究等任務要求和學習；通過加大課程考核難度或要求，提高研究生的自主學習、自主分析和解決問題的能力［15］；改革課程考核方式，減少理論閉卷考試，增加綜合大作業考核方式，形成過程評價與結果評價相結合的科學考核方式。

（2）以強化研究生創新意識為機首引領，構建“立體教育內驅創新”創新意識教育體系。針對研究生新工科內在創新意識薄弱問題，建設立體化指導教育主體網絡。研究生自身的創新意識是提升其創新能力的內在驅動因素。為培養研究生的創新意識，確定教師、專家、輔導員、領導、管理等多渠道立體化教育主體，從授課、講座、會議、交流和引導等形式，建立正確的學習動機、自我管理和創新意識教育網絡。

針對研究生內在創新驅動不足問題，在學習和培養過程中引導研究生樹立為國家興旺、民族復興和社會發展的博大情懷創新理念。通過各級各層次教育和培養，引導研究生樹立科學的、為國家和社會發展貢獻力量的指導思想。在大情懷教育的影響和導引下，使研究生樹立不僅要扎實學習理論基礎，更要培養新工科背景下的新問題解決能力，注重發展研究生個性和創造性，培養高素質、高層次創新人才。

（3）以提高導師創新指導為左翼飛升，建設“復合交叉指導創新”高水平導師隊伍。針對導師自我學術創新能力存在不足問題，建立導師自我學術創新指導能力提升措施。為了保證研究生隊伍的科研持續創新能力培養，構建導師內在自我學術創新能力提升措施，包括研討教育、學術學習和學術深造鍛煉。面對新工科背景下的最新學科知識，研究生導師樹立“終身超前學習”的意識，跟蹤智能信息學科前沿技術發展動態，把最新理論知識與實際工程問題相結合并及時傳授前沿知識點。在科學研究上，導師主動結合人工智能、大數據、互聯網＋等方向申請科研課題，以科研課題導引前沿知識體系更新，注重向學生傳授學科最新理論知識，特別是關注新工科背景下學科內容擴充與發展。

針對導師考核和管理不健全問題，構建外在良性考核激勵和管理制度。①嚴格執行導師聘任標準，以保證研究生導師質量水平。對導師的學術能力、研究成果和道德修養制定明確規定。②制定科學的導師考核機制，考核標準包括其職稱晉升、課題申報、論文發表、專利申請、教學創新等。在激勵機制方面，建立國內外學術交流平臺，支持導師開展創新項目研究，大力表彰做出突出貢獻和創新的導師。實行動態的導師管理機制，落實獨立導師資格和招生資格審查制度。

針對導師指導力量薄弱問題，建立研究生復合交叉培養方式。為了迅速與新工科背景下的新型、新興、新生行業技術需求進行培養銜接，采用企業導師聘用機制。聘請企業自動化或信息方面的高級技術人員作為企業指導老師，交流他們的實踐工作經驗，幫助學生解決研究課題問題，提升學生分析與解決問題的綜合能力。在學生指導培養方式上，利用團隊合作等形式安排剛入職的青年博士教師或其他學科教師，作為副導師或外專業副導師，形成主導師＋副導師復合交叉導師隊伍。通過這些舉措形成“導師—副導師／高工—研究生”的復合學科交叉培養模式，提高學生多學科科技創新思維與實踐能力。

（4）以構建創新平臺為右翼飛升，建成“學術突破實踐創新”科技創新培養平臺。針對研究生學術創新驅動和鍛煉不足問題，建立多層次、多學科學術創新培養平臺。為了促進研究生學術創新能力發展，構建從實驗室、學院和校外的多層次、多學科交叉的學術性創新培養平臺，充分利用學院和學校的各類創新基金資助項目和研究生國際會議或交流訪問資助項目，聯合校外企業或公司成立多種技術創新資助體系，構建學生學術創新經費保障體系、鍛煉體系和考核體系。

針對研究生實踐創新能力薄弱問題，構建工程實踐創新平臺。為了促進研究生實踐創新能力發展，鼓勵學生參加全國智能制造挑戰賽、山東省機器人比賽、恩智浦智能車比賽等學科比賽，建立以學帶創、以練促創、以賽推創和以研提創的工程實踐創新鍛煉培養模式，形成“學練賽研”一體的研究生3年遞進式工程實踐鍛煉培養體系［15-16］（見圖2）。①研一綜合實踐學習。逐漸加入與研究課題相關科研項目的研究隊伍，協助指導本科生畢業設計，參加學科創新技能競賽，在導師或高年級師兄指導下逐步開展相關基礎鍛煉實驗，并爭取合作完成科研論文1～2篇。② 研二工程實踐鍛煉。導師讓研究生承擔與論文開題方向直接相關的科研課題子項目，強化同年級同學的協同工作，并努力協助指導研一師弟開展科研實驗或鍛煉，或指導參加學科創新技能競賽。③研三綜合實踐提高。承擔與論文開題直接相關的科研課題子項目，指導實驗室師弟開展相關科研課題項目，鍛煉研究生的科研創新和團隊協作能力。

圖2 研究生“學練賽研”一體的3年遞進式的工程創新培養體系

（5）以改革創新培養機制為尾翼導向，建立“全程管理協同創新”科研創新培養機制。針對研究生學習創新氛圍較弱問題，建設研究生實驗室科技創新文化。在研究生實驗室建立創新培養文化，崇尚創新，鼓勵創新，營造創新氛圍。導師明確要求和鼓勵學生創新，教育學生要勇于質疑別人的技術或思想，敢于創新思維，努力與生物信息學、智能制造物聯網等學科交叉思維；定期與學生討論課題，引導學生創新思維與發揮想象能力；定期開展實驗室課題討論或研討，引導學生積極提出自己的疑問或見解等。

針對研究生全程培養管理和考核機制存在寬松現象，建立“嚴進-嚴管-嚴出”的全過程嚴格培養管理和激勵機制。在研究生錄取過程中堅持公平公正，注重選拔方式的多樣性，重視對學生的綜合素質和創新能力的合理評價；在培養過程中，開題環節和中期檢查環節嚴格執行管理規定，對于不符合質量要求的研究生不予通過或延期處理；在畢業答辯環節，根據研究生平時考核成績和論文初審結果實行論文答辯準入篩選，對創新成果提出明確要求，嚴格執行末尾淘汰制，保證畢業研究生具有較強的科研創新能力。在研究生培養過程中建立從實驗室、學院、企業多級獎勵機制，多層次鼓勵研究生發表創新研究成果，以保證研究生的創新積極性。

針對研究生育人環境與企業、政府關聯較弱問題，構建多方位協同育人環境。建立研究生教育與社會企業、管理部門聯合培養人才體系，構建“學校－企業－政府”的協同育人環境，創造研究生學術交流機會，鼓勵學生參加國內外學術會議，邀請知名專家到校內學術報告，鼓勵學生參加企業實踐鍛煉，形成校內外大數據、智能制造或智能科學等學科融合交叉的創新人才培養新機制。與企業建立研究生創新實踐培養基地，給學生創造更多接觸或解決實際問題的機會，提高他們的綜合工程創新實踐能力。

通過構建創新課程教學基礎，建立研究生創新意識教育體系，建設高水平導師培養隊伍，建立立體化科研創新培養機制，建立研究生科技創新培養平臺，整體構建了“基礎托升-機首引領-兩翼齊飛-尾翼導向”一體化研究生綜合創新能力培養體系。

3 綜合創新能力培養效果

自2017年“基礎托升-機首引領-兩翼齊飛-尾翼導向”的研究生一體化創新能力培養體系在我校控制學科等學位點落實之后，很大程度推動了相關學位點的研究生培養質量提升、青年導師成長和學科發展。以控制學科研究生培養和發展情況為例，在研究生培養方面，每年近450名研究生受益，大大鍛煉和提升他們的研究創新能力和解決問題的綜合能力。2019年我校控制學科研究生的一次性就業率為99.2%，近3年就業率均大于98%，名列學校前茅。2019年申報發明專利21項，相比2017、2018年分別增加250%和162.5%；2019年發表EI或SCI論文51篇，相比2017、2018 年分別增加75.9%和64.5%；2017～2019獲批省優秀碩士論文2篇，相比2013～2016年增加了一倍；2019年控制學科研究生點共有25名研究生參加了2019年“西門子杯”中國智能制造挑戰賽，并獲得分賽特等獎6項、一等獎12項、二等獎7項，并在全國總決賽中獲得了全國二等獎及以上3項。研究生獲獎總數，相比2017、2018年分別增加25%和13.6%。各項成效的對比情況如圖3所示。在學科發展方面，優化修訂了研究生的課程體系或培養方案，強化勝利油田等研究生實踐實習基地建設，改善研究生的實踐教學條件與設施。

圖3 控制學科研究生近3年各項成效的對比圖

4 結語

針對新工科背景下社會對研究生創新型人才的需求特點，重構了“融合前沿啟發創新”的研究生課程教學基礎，構建了“立體教育內驅創新”的研究生創新意識教育體系，建設了“復合交叉指導創新”高水平導師隊伍，建成了“學術突破實踐創新”科技創新培養平臺，建立了“全程管理協同創新”科研創新培養機制，形成一體化研究生綜合創新能力培養體系，促進研究生培養質量提升。

（1）在研究生培養方面，鍛煉和提升研究生的工程實踐創新能力，提高了他們綜合解決問題能力。

（2）在碩士生導師鍛煉方面，能夠綜合鍛煉和提高青年碩士生導師的教學能力，促進青年碩士生導師鍛煉成長。

（3）在學科發展方面，加快了校內外實習基地建設，改善了研究生實踐教育條件，提高了研究生綜合能力的培養質量。