構建本科生導師制下創新型人才的模塊化培養新模式

張恩來 張晶晶 陳靜 黃鳴

摘 ?要：針對當前導師制在創新型人才培養中存在定位不明確、職責過泛等問題，以模塊化教學理論為載體，提出科研與教學相結合的創新型人才培養新模式，并論述其架構、實施規則和模塊關系，以形成模塊化課程體系。以機械工程專業人才培養模式為應用案例，結合導師研究方向構建理論與實踐相結合的模塊化課程框架，并通過“挖掘機冷卻風扇結構的應力分析與優化”課題的順利開展，論證文章提出的新模式在人才培養實踐中的可行性和有效性。

關鍵詞：導師制;本科生;科研;創新型人才;模塊化

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）33-0035-04

Abstract： Aiming at the problems of the current tutorial system in the process of cultivating innovation talents， such as unclear positioning and over-responsibility， this paper takes modular teaching theory as the carrier and proposes a new model of innovation talent cultivation combining scientific research and teaching. The paper analyzes and discusses the architecture， implementation rules and module relationships of the model to form a modular curriculum and knowledge system. Taking the mechanical engineering professional cultivation model as a practical case， and combining with the research directions of tutors， a modular curriculum framework is constructed; the smooth development of the project "Stress Analysis and Optimization of Excavator Cooling Fan Structure" demonstrates the feasibility and effectiveness of the proposed model.

Keywords： tutorial system; undergraduate; scientific research; innovation talent; modular cultivation model

隨著科技的發展，社會對本科人才的要求是不僅要具有深厚的基礎知識和專業技能，更應具備解決實踐問題的創新能力。近年來，為了提高本科生人才培養質量，以適應經濟發展對高素質創新型人才的需要，一些國家和高水平大學已重視本科生的科研創新能力訓練和培養。美國本科生科研理事會（CUR）等機構簽署了《關于支持本科生科研、學術和創造性活動之原則的聯合聲明》，并明確提出本科生科研是21世紀的教學方法;中國頒布的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》，提出要充分發揮教育在創新人才培養的重要作用，鼓勵本科生投入科研工作。如麻省理工學院創設了本科生研究機會計劃（UROP），以資助本科生參與教師的研究項目。

由此可見，培養本科生科研創新能力是大學教育的重要組成部分。大學本科教育是創新型人才培養的關鍵時期。為了完善本科生的科研創新培養機制，多年來國內越來越多高校推行本科生導師制，如北京大學、浙江大學、中國科學院大學等。從國外導師制產生的歷程來看，牛津模式將本科生導師制主要定位于培養本科生科研能力，而哈佛模式則是更全方位地服務學生[1-2]。從出臺的相關規章制度看，目前國內大多數高校的本科生導師制的思路主要傾向于哈佛模式，即對學生學習、生活和科研等全方位指導。而張遠索等學者[3-4]指出，本科生導師制應該定位于本科生科研能力的培養和提高。

一、問題的提出

科研是學生直接獲取知識的重要途徑，實踐表明，把科研引入大學教學過程，能夠較大程度地激發學生的主觀能動性和創新能力。需要指出的是，在組織學生參加科研活動時，須結合學生的自我學習能力和課程學習時間。參與科研活動的對象主要是高年級本科生，因為低年級本科生還未具備較為扎實的專業基礎和科研技能。因此，當前導師制與本科生科研能力的培養緊密相關，而如何將導師制與本科生科研能力培養進行有效結合，并根據不同本科階段配以不同的課程及科研訓練，以優化創新型人才培養計劃，是亟待解決的問題。針對這一問題，周玲妹等人[5]介紹了中國礦業大學實施以創新教學（即大學生創新訓練或科研選題訓練）為依托的本科生導師制，并探討其運行機制;戴年紅[6]指出，不同類型的導師分別就專業實訓、專業拓展、科研訓練和學科競賽等環節實現培養學生的創新能力;米艷等人[7]提出建立科研興趣小組，讓學生主動參與教師的科研項目及各類創新項目;劉文等人[8]在介紹“雙導師制”（即全程學業導師和學術科研導師）的實施和作用的基礎上，探討雙導師制的改進創新，即增加實踐導師，實施“三導師制”。Yuan等[9]詳細介紹了山東建筑大學興趣小組等雙導師制的科研能力培養模式，并證明該模式具有較好的實踐效果。

不容置疑的是，當前實施的導師制會有利于學生更好地發展，但由于主客觀原因造成實踐中導師制的作用并沒有得到充分發揮，其主要原因包括制度定位模糊，導師制的功能過于求全，職責過泛，學生參與度不夠，缺乏對導師和學生的有效考核評價體系等[10]。由此導致本科生導師制容易流于形式，達不到較好的實踐效果。因此，有必要將本科導師制貫穿于高校實踐教學體系，本文將結合模塊化教學理論，提出本科生科研創新能力的模塊化培養模式，并探討其運行機制以優化高等學校創新型人才培養模式。

二、基于模塊化教學理論的導師制

該方法的導師制實施是以模塊化教學理論為基礎，構建本科生科研創新能力培養的新模式，旨在讓學生在掌握專業知識和技能的基礎上，產生對科研的濃厚興趣，充分發揮科研探索的主動性和提高學生的科研創新能力。

所謂的模塊化教學理論是20世紀70年代初由國際勞工組織提出的以現場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式。它把教學過程中理論與實踐進行有效整合，把復雜的課程體系分為若干個相互關聯模塊，通過這些模塊把相互滲透的教學內容形成一個有機的整體。

（一）課程體系模塊化規劃

本文涉及的模塊化教學理論是基于狹義的課程模塊化，也就是以導師研究方向為線索，課程主體結構保持不變，不同方向對應的新內容以模塊形式增加，構建不同層次的課程模塊。一般本科教育普遍采用四年制，整個課程體系的模塊化規劃如表1所示。

本培養模式針對專業總體培養目標選擇性對課程模塊進行適當調整，規劃細則可如下：

1. 在本科一年級，采用基礎課程模塊，課程內容涵蓋思想道德、法律、歷史、體育、心理健康、計算機技術基礎、大學英語、高等數學、大學物理等。培養學生正確的價值觀，提高本科生綜合素養。該學年以專業課導論或講座為載體，激發學生對本專業的學習興趣，讓學生潛移默化中形成創新意識，需要指出的是，針對該年級的本科生導師應引導學生多閱讀專業領域的經典著作，不鼓勵本科生過早參與科研。

2. 二年級是掌握專業基礎知識的重要階段，這一階段中學生開始學習專業理論知識，導師可以創造機會讓學生參與科研研究的輔助性工作（如查閱課題的相關文獻資料、參加學術講座等），培養學生的創新精神。該階段對應專業基礎課程模塊，為了有助于學生在相關的研究方向與領域間轉換，前四個學期的基礎課程模塊對于不同研究方向是一致的。

3. 經過前兩年的基礎知識儲備，本科生可學習難度較大的專業類課程模塊。在掌握專業基礎知識并結合導師研究課題基礎上，本科生可根據科研興趣選擇合適的研究方向課程模塊。同時可以根據興趣愛好或不足，選擇個性化課程模塊，主要分為兩部分：公共選修課，以供學生學習其他學科知識，以更好適應社會的需求;專業方向選修課，以進一步豐富本科生掌握科研創新技能。在這一學年，導師要引導學生選擇合適的研究課題，并就研究內容提出具體的分段目標，創造機會讓學生參與科研工作，有效提高學生的創新思維。這一階段的科研工作主要是文獻的總結，確定課題目標，理清研究過程，明確技術路線等。

4. 實踐性課程模塊將集中在四年級，旨在培養學生的實際技能操作能力和理論聯系實際的分析能力，該模塊可以由基礎實踐、專業實踐和科研創新三個子模塊組成。在這一學年里，本科生要運用所學的專業知識進入到真實的已確定的課題研究工作中，該研究課題可以作為創新訓練項目或畢業設計或論文，該階段的研究工作將對本科期間所學的知識進行綜合檢驗和實際應用，有效提高學生的創新能力。

本文以教學和科研相融合為途徑，探索具有科研創新能力的本科生模塊化培養新模式。每個模塊的運作和協作，可以根據專業具體的培養目標和創新型人才培養的需求進行合適的選擇和調整，保證教學與科研共同發展，相得益彰，實現模塊子目標與本科生人才培養整體目標的有效分化和統一。

（二）課程體系模塊化拓撲結構

為了滿足創新型本科人才的社會需求，整個模式的培養過程可分為五大模塊，每個大模塊根據相應的規則和子目標又分為若干子模塊，由此將形成一個層次課程體系結構，如圖1所示，這樣既保證專業課程要求，又能有效兼顧不同興趣學生參與科研創新活動的需求。

每個模塊由一門或多門課程組成，由專門教師負責建設，成為一個教學內容、教學目標、學分與學時都相對固定的單元。因此，可以采用數學矩陣對圖1進行描述，即：

式中，M代表模塊化課程體系;B，S，R，I，P為各大教學模塊，含義見表1;i，j，k，m，n為各子模塊的課程門數;A代表學生的科研與創新能力。

大模塊之間相互關聯，相互影響，即模塊B是模塊S的基礎，模塊S又是模塊R的基礎，模塊之間由右到左層層遞進，相互支撐;而子模塊之間需要相互獨立，以避免課程之間內容的重復教學。由于模塊以培養本科生能力為目標，因此不需要過于強調模塊之間的內在數學邏輯關系。

整個模塊化課程體系以導師為主導，以學生為主體，不同的研究方向形成不同的R模塊，學生根據導師提供的課題進入相應模塊，不同模塊制訂對應的科研進展計劃，同一模塊內的參與人可以共同承擔科研項目任務，定期組織研討會和學術論證。

因此，該模式可以把科研工作所需的專業知識和技能滲透到教學體系，讓學生在導師的指導下較全面地完成一個項目的研究工作，學生能夠切身體驗項目從選題、設計到研究、實施的全過程，從中較為系統地掌握科研方法和技能，從而提高本科生的實際動手能力、分析和解決問題的綜合應用能力，并在此過程中培養了本科生的科研思維和創新技能。

三、培養模式的實踐應用

該模式已在作者所屬單位的機械工程專業展開應用，該專業是一門實踐性很強的學科，因此本科生需要系統地掌握專業理論知識，更需具有解決實際工程問題的應用能力。根據專業的建設目標和現有教師的科研課題資源，構建了機械工程專業本科生的模塊化課程體系，以論證該模式的可行性和有效性，激發本科生的科研興趣和提高創新培養水平。

（一）課程體系架構

該專業的模塊化課程體系內容為：B模塊中的專業基礎模塊B2課程有畫法幾何與工程制圖、電工電子學/實驗、理論力學、材料力學、機械原理、機械設計、工程材料及成型技術、互換性與技術測量、計算機輔助設計，總學分31.5，占整個課程所需學分的比例為18.3%;S模塊包括5門課程，分別為機械制造技術基礎、液壓傳動、可編程控制器、數控技術與編程和機器人技術基礎，總學分13，占比7.5%;R模塊根據導師的研究課題分為三個方向的子模塊，即R1機械設計方向、R2機械制造方向和R3機械電子方向，對應研究方向模塊的課程為：機械制造工藝學、機械系統設計、機械優化設計和有限元分析;機械制造工藝學、特種加工、模具設計與制造和機械制造裝備設計;單片機原理及應用技術、執行元件及控制、機電一體化系統設計和工控組態軟件。每個子模塊4門課，8.5個學分，占比4.9%;個性化模塊I的課程安排具有較大選擇空間，本科生根據個人愛好、科研興趣、導師課題需要等合理選擇課程，只需修滿8個學分即可，占比4.6%;實踐課程模塊P共有45個學分，占較大比例26%，以強調理論與實踐是不可分割的關聯，通過基礎理論和專業知識指導實踐活動，以檢驗知識應用的適應度。

（二）工程實例應用

本文提出的將科研與教學相融合的本科生創新能力的模塊化培養新模式，需要通過實際工程課題進行實踐教學應用。導師課題“挖掘機冷卻風扇結構的應力分析與優化”融入教學模式的過程及其研究情況如下：該課題屬于機械設計方向，涉及課程體系的模塊有B2模塊、S模塊、R1模塊、I模塊和P模塊。其中I模塊中導師指定的課程有現代設計理論與方法、機械系統創新設計;P模塊的內容有機械原理/機械設計課程設計、專業課程設計、畢業實習和畢業設計。本次課題的研究工作由兩名本科生承擔，從大三開始接觸該課題，直到大四下學期完成課題的研究任務。該課題可較好地檢驗學生計算機輔助機械設計、建模和優化的應用能力，提升了分析和解決工程問題的科研技能。

四、結束語

導師制是提升本科創新型人才培養能力和推動本科教育內涵式發展的重要舉措。然而在實踐過程中，由于缺乏準確角色定位、承擔職責過多等問題導致導師制未能充分發揮作用。本文探尋導師制與本科生科研創新能力培養的有效結合途徑，提出以導師課題研究方向為線索、理論教學與科研創新實踐相結合的模塊化培養新模式。以模塊化教學理論為載體，對本科生創新型人才培養過程進行模塊化定位和劃分，分析子模塊目標、實施規則和拓撲結構，論證模塊間的關聯性，即五大模塊間逐層遞增，相互支撐，而子模塊之間相對獨立。

該模式已成功應用于機械工程專業創新型人才的培養，根據專業的培養目標和導師研究方向，建立了包含3個研究方向子模塊的模塊化課程體系。以“挖掘機冷卻風扇結構的應力分析與優化”為工程案例，介紹其子模塊的具體內容及目標。實踐證明，經過該模塊化課程體系的培養，本科生已基本具備分析和解決工程問題的科研創新能力。該案例的實踐教學應用可以為其他專業創新型人才培養提供借鑒意義。

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