開放實驗室對材料科學與工程研究生創新能力培養的支撐作用

陳宇紅 馬金福 郭生偉 耿桂宏

摘? 要：如何通過科研實踐和訓練環節以提高研究生的科研創新能力是研究生教育的一個重點。北方民族大學以開放實驗室為基地開展研究生創新能力的培養，具體做法為：通過依托開放實驗室建立研究生創新開放實驗室，打破單一導師指導制，為研究生提供開放空間，優化實踐培養環境;利用開放實驗室的設備資源優勢，為研究生創新提供條件支撐;通過開放實驗室對外合作交流，為研究生提供了解學科前沿的窗口。這些舉措為解決地方院校因缺乏高水平科研項目而對研究生科學訓練和創新能力培養不足的問題提供了途徑。

關鍵詞：研究生教育;開放實驗室;科研創新能力

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）05-0018-04

Abstract： How to improve postgraduate students' innovation capacity through scientific research practice and training is core point of postgraduate education. The north Minzu University takes the open laboratory as the base to carry out the training of graduate students' innovation ability. The specific methods are as follows： Through establishing the innovation and open laboratories for graduate students relying on the open laboratory， the traditional tutorial system is broken. The open space is provided for graduate students， and the practice training environment is optimized. Make use of the advantage of equipment resources of open laboratory to provide conditions for postgraduate innovation support. Relying on opening laboratory to carry foreign cooperation and exchange program， it provides a window for graduate students to understand the frontier of the discipline. These measures provide a way to solve the problem of insufficient scientific training and innovation capacity cultivation for graduate students due to the lack of high-level scientific research projects.

Keywords： postgraduate education; open laboratory; research and innovation capacity

一、研究生科學訓練和創新能力培養中存在的不足

隨著新一輪的科技革命和產業變革，高等教育和相應的人才培養受到前所未有的巨大挑戰，習近平總書記指出，“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈”。研究生教育是培養高層次人才和釋放人才紅利的主要途徑，是國家人才競爭和科技競爭的重要支柱，是實施創新驅動發展戰略和建設創新型國家的核心要素。按照教育部“研究生創新工程教育”的要求，在研究生階段，研究生的科研創新能力是培養重點。研究生的科研創新能力主要包括：系統性思維能力、創造性思維能力和實踐能力[1]。即運用所學知識，來創造新概念、新思路、新事物、發現問題能力[2]、主動產生具有創見型思維的能力、運用已有知識技能去解決實際問題的能力[3]。在研究生培養教育階段，科研訓練是研究生創新能力和實踐能力培養的主渠道。李孝紅等研究指出，研究生參與導師的項目研究，就是參與科研實踐鍛煉機會，有益于提高學生的科研能力和創新意識[4]。唐昆雄的研究指出，通過加強科研訓練，鼓勵學生通過積極參與導師科研項目，或自主申報各類科研項目，同時參加各類科研創新活動與社會實踐，以培養自身的科研意識和創新能力[5]。

但是近年來，隨著碩士研究生的招生規模不斷擴大，研究生培養過程中也出現了良莠不齊的局面，使得研究生滿意度尤其是碩士研究生的滿意度不高。根據周文輝等對研究生教學滿意度調查，研究生對課程教學、科研訓練方面滿意度相對較低。尤其是科研訓練的滿意度，僅為68%，低于總體滿意度兩個百分點。研究生對參與科研項目的學術含量評價不高，評價為一般及以下的占40.4%。雖然從調查中反映出研究生對學習期間從事科研項目的學術含量的滿意度較低，但是對從科研訓練中提升學習能力，提高自身學術素養方面的作用評價較高。調查結果也從另一個方面說明研究生的科研訓練在提升學生的學習、創新能力中起到決定性的作用[6]。

但是，地方及西部院校由于地域限制和科研實力的薄弱，教師自身承擔的重大科研項目較少，研究生的科研實踐與“985”“211”大學相比，參與科研項目的機會相對較少。曾濤濤等對地方高校工科研究生創新能力現狀調查分析顯示，地方院校的研究生首先存在科研意識不強，其次，發現問題和解決問題的能力不強，并且對本專業學科的認識不足，只是被動地接受知識，自主進行創造性思維的意愿不強[7]。這樣的結果是學生雖然對創新有一定認識，但由于學校創造的條件限制，往往不能把握學科的發展動態，不能將創新欲望轉化成為具體的創新行動[8]。例如曹付義等認為其所在的河南科技大學據保守估計有超過30%的碩士生導師沒有真實的科研項目，研究生也缺少最基本的試驗條件，基本是閉門造車[9]。以北方民族大學材料學院為例，雖然材料學院在北方民族大學中的國家級、省部級項目獲得數占較高比例，在導師遴選階段也要求研究生導師必須有省部級以上的研究項目。但從數據來看，研究生導師有國家級項目的僅占導師數目的30%，也就是說，大部分研究生導師的項目的學術含量與高水平大學相比，有一定的差距。這與調查中反映出來的研究生對項目學術含量評價低的結果是一致的。

材料科學與工程專業作為典型的工科專業，除了要求研究生有本學科堅實的基礎理論和系統知識外，還必須擁有獨立從事科研實踐工作的能力。在研究生的培養上更強調實踐動手能力、科研創新能力和研究開發能力的提升，所以材料科學與工程碩士研究生培養模式中的科研實踐和訓練環節顯得尤為重要。與其他工程學科類似，材料科學與工程學科要求有較高的硬件平臺及相關經費支撐。為研究生教育創造足夠的科研訓練環境是提升地方及西部院校碩士研究生創新能力水平的一個重要問題。但是西部地區院校在近年來擴招的背景下凸顯出設備不足，空間不足，科研經費不足，使研究生的實踐能力培養受到較大的限制[10]。

二、北方民族大學利用開放實驗室對研究生科研訓練和創新思維培養的一些探索

北方民族大學材料科學與工程碩士點2011年獲批，建設時間較短，又地處西部，與其他院校相比在教學師資、培養經費、設備條件上存在差距。這些問題也都在研究生教育中呈現出來。如何利用有限的資源培養研究生的實踐能力進而提升學生的科研能力和創新能力是需要在研究生培養環節重點研究的問題。利用開放實驗室支撐學生科研實踐，拓展科研訓練的渠道，成為一些高校培養研究生創新能力的一種方法[11]。北方民族大學經過幾年的探索，結合自身的實際，在這方面摸索出以下經驗和方法。

（一）利用開放實驗室的空間，打破導師單一指導模式，實現學生科研空間的提升

開放實驗室借鑒其他院校研究生創新基地“觀念開放，時間開放，空間開放，實踐開放”的理念[12]，在依托材料學院現有的“碳基先進陶瓷制備技術國家地方聯合工程研究中心”“工業廢棄物循環利用及先進材料示范型國家國際合作基地”和“省部共建粉體材料與特種陶瓷重點實驗室”的研發平臺，建立“先進陶瓷制備”創新實驗室、“工業固廢綜合利用”創新實驗室、“新能源材料”創新實驗室等研究生開放實驗室。

“觀念開放”：即突破不同的專業方向學生的學科知識局限，將以前的研究生培養只在導師指導下進行的模式放在整個學科上，打破傳統的“師徒傳承”式的培養方式，使學生能夠及時和不同研究方向的教師進行溝通和交流。學生可以接觸到更多的不同類型、不同學科背景的老師，尤其是承擔重大科研項目的高水平的教師，在與他們的交流過程中得到激勵和啟發，學習到不同的學科專業知識和技能，更好地促進學生創新思維的形成。

“時間開放”：即實驗室對學生全時段開放，實驗室聘用有責任心的研究生參與實驗室的管理，使實驗室可以對學生在假期和課余時間開放。學生通過在實驗室內與其他學生的交流，自覺不自覺地形成合作學習，促進了學生自主學習和團隊協作的能力。

“空間開放”：實驗室對研究生全空間開放，使學生了解不同的學科的實驗設備的功能，從中發現新方法。如有學生用普通馬弗爐進行納米材料的合成時總是因存在反應時間過長而導致合成的化合物不純的問題，但在實驗室發現微波燒結爐可以在較短的時間內進行反應，因此提出采用微波合成的方法解決了該問題。通過這樣的發現，激發了學生對科研的興趣，提升了學生的成長空間。

“實踐開放”：由于西部院校和二本院校的學生生源問題，學生大多來自二本院校、三本院校，并且有部分跨專業的學生。以本校材料學科為例，研究生生源70%來自二本院校，25%來自三本院校，而且有近20%是跨學科學生，入學初期均存在一定程度上的在本科學習中實踐環節教學缺失，實踐能力不足等問題。很多研究生在本科期間大型設備實驗是通過教師的演示實驗完成，在研一剛進入實驗室時對實驗設備存在畏懼心理。通過在開放實驗室的實驗教學和實踐，讓學生能夠在較短的時間內突破心里障礙，提高了動手能力，實現了學生在“做中學”。

（二）利用開放實驗室設備資源，提高學生掌握大型設備的機會，優化研究生的培養環境

在研究生培養過程中，由于本學位點建設實踐較短，課程設置大多集中在理論課程上，而導師的科研題目往往比較專業，學生對除專業之外的設備尤其使大型設備接觸較少。鑒于大型設備主要集中于開放實驗室研發平臺，實驗室鼓勵學生積極參與到平臺設備的日常管理工作中，每個開放實驗室設置一定的管理崗位尤其是大型設備的管理崗位提供給碩士研究生，不但解決了家庭困難學生的生活問題，還使研究生在從事本身的科研實驗之余能夠投入到更多的大型設備的日常維護和管理中，鍛煉了學生的動手能力，還使學生對設備產生興趣。如學生在維護大型燒結爐過程中發現原有的燒結模具存在的問題，通過自主設計，聯系生產廠家制作了合乎實驗室要求的系列模具，使用后不但節約了成本，而且使用壽命有所提高。該生也在此過程中發現了創新的樂趣，堅定了從事科研的理念，并通過努力考上了清華大學的博士。

（三）結合研究生創新項目，利用開放實驗室平臺，提高研究生創新項目的水平

卡斯帕爾認為“科學和學術需要年輕一代的自覺參與才能得以發展。從長遠來看，任何領域的學術和科學如果沒有學生盡早地、積極地參與都不可能繁榮”[13]。科研實踐作為研究生培養中關鍵環節，不但能夠培養學生的科學研究素質，學生作為科研的新的生力軍也能夠促進科研工作的開展，進而推動學科建設。因此，無論是從學生的科學思維的建立，創新能力的培養還是從學科建設自身的要求來講，都需要研究生盡早地參與到科研活動中來。為此，北方民族大學專門設置了研究生創新項目，要求研究生在完成課程學習之后就可以根據自身的研究興趣開展科研活動從而提升研究生創新能力。學生獨立完成創新項目的申報-研究-結項的過程基本體現了整個科研項目從發現問題到研究方案設計論證到科學研究實現或解決問題的完整科研創新過程，高質量地完成創新項目能夠很好地培養學生地系統性思維能力和實踐能力。但由于項目經費的限制，每個工科研究生創新項目經費只有八千元。要依靠項目經費完成高水平的研究難度很大。開放實驗室采取研究生創新項目大型設備使用減免設備使用費，設備開放共享等措施，不但提高了大型設備的使用率，也為研究生創新項目高質量完成提供了支撐條件。這樣保證了每一個研究生創新項目都發表了核心以上期刊論文。這些高質量的創新項目，使學生能夠完整地進行一個項目的研究，并在此過程中學會科學研究的方法，了解了科學研究的規范，有效地激勵了研究生對科研工作的熱情，激發了學生科研潛力，培養了研究生的學術創新能力和解決科學問題能力。培養了學生解決大問題的思維能力，為今后在科研和工作中出更多更優秀的成果打下堅實的基礎。

（四）利用開放實驗室的對外合作交流的機會，為研究生了解學科前沿，開拓眼界提供機會

北方民族大學地處西北，學生整體英文水平較差，閱讀外文資料的能力較弱，對學科前沿了解較少，因此在工作中經常體現出想法少，思路不開闊等弱點。而創新必須在了解學科發展前沿的基礎上。學術交流是跟蹤學術前沿，開拓學術視野的最有效的途徑。開放實驗室學術委員會委員大多為國內一流大學或研究單位在行業內的知名專家，依托開放實驗室學術委員會資源，每年舉辦十余次講座，邀請國內科研院所如中科院、清華大學、北京科技大學以及如俄羅斯、德國、美國等國外大學知名學者來開展講學。這些大師的講座擴大了學生的知識面，開闊了學生的視野，萌發和完善創新思想，激發了學生探索新的前沿知識的熱情，提高創新水平。學者們在講學中體現出的人文素質和情懷也深深感染學生，為學生綜合素質的提高提高了積極的作用。近年來依托實驗室平臺，學科還大力承辦的高水平的學術會議，在承辦會議的過程中有意識地讓學生參與組織活動，以此為契機，使學生能夠近距離地接觸國內外知名專家和大師，了解學科最新的科研成果，激發學生的創新意識。

（五）以開放實驗室為平臺，促進學生參與產教融合

由于開放實驗室還承擔對社會服務的工作，因此與企業的聯系非常緊密，承擔了多個企業委托的研發、產品檢測等任務。在這些與企業產教融合的過程中，實驗室有意識吸引研究生的參與，使學生能夠了解當地產業發展的需求以及相關產業的發展現狀，學習到如何將科研成果轉化為實際工程應用，提升分析與解決科研問題的能力。如學生通過參與實驗室與氧化鋁粉體企業合作研發氧化鋁造粒粉體的工作，系統掌握了高技術陶瓷材料制備上的主要設備。在工作后能夠迅速與企業的實際工作接軌，為企業解決了關鍵技術問題，成為研發的骨干力量，兩年內成為企業的研發部門總監。

三、實施后的成效

北方民族大學材料科學與工程學位點建設時間較短，經過這些探索和實踐，在學生的工程實踐能力和創新能力的培養上取得了一定的成績。從2012年開始招生，到2018年共培養碩士畢業生30名，研究生到畢業時發表核心期刊以上論文人均1.6篇，其中有8位同學碩士期間在SCI期刊上發表論文，SCI一區論文3篇。學生積極參與到科研活動中來，申報研究生創新項目的熱情高漲，2013年學校首次設立創新項目時，材料學位點的申報/立項比為1：1，而到2018年項目申報/立項比為2：1。通過在研究生期間的科研能力的培養，學生對從事科研工作產生極大的興趣，多數學生立志通過攻讀更高的學位，進而將科研作為終身職業。畢業生中有10人考取包括清華大學、南京大學、吉林大學、中南大學、廈門大學、北京科技大學、武漢理工大學國內知名大學的博士。學生在碩士期間的科研能力和創新意識也使其在博士階段能很快融入新的研究工作中，盡快產出高水平的成果。學生在南京大學三年就獲得博士學位，畢業后又回到我校任教，回饋母校。研究生畢業后從事材料行業的企業研發人員達到研究生比例的80%，很多已成為企業的技術骨干。1人獲得2019年中國建筑材料聯合會科技進步二等獎。從畢業生對學業反饋來看，學生對在學期間得到的系統、嚴格的科研訓練給與了較高的評價。研究生教育保持了較好的培養質量。

四、結論

工科研究生的科研實踐能力和創新能力的培養是研究生教育中的主要環節，研究生參與科研實踐鍛煉是提升研究生創新能力的主要方式，而在此過程中開放實驗室可以起到與導師指導和參與導師項目研究相輔相成的作用。通過開放實驗室的設備、空間、智力資源優勢，為學生提供更好的科研設備及研究平臺。提升開放實驗室在研究生培養過程中的作用可加大研究生實踐環節的訓練力度，提高研究生對科研的積極性和創造性，促進研究生創新能力的培養。

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