導師制下基于項目驅動的本科生創新能力培養

楊勇，袁彩雷，梁艷，俞挺

（1.江西師范大學 物理與通信電子學院，江西 南昌；2.江西科技學院，江西 南昌）

在高等教育改革的推進過程中，創新型本科教育教學體系的構建逐漸成為教育工作者關注的焦點。作為人才培養的主要力量，高等院校必須著力提升本科生創新實踐能力的培養力度。然而，僅僅依靠以課堂講授的教學模式，對本科生創新實踐能力的發展很不利。在此基礎上，本科生導師制的培養模式逐漸被開發。本科生導師制顧名思義是指本科生在校學習期間，導師從學業、生活、思想等多方面、多角度地對其進行幫助與引導，其最終目的是全面提升學生的創新實踐能力及綜合素質。其實，早在14世紀的英國牛津大學，就已經出現了本科生導師制。這種模式的核心和關鍵在于其更加關注學生個體的發展、依賴師生雙方合作以及對待知識的獨特態度[1]。經過多年的摸索和實踐，近年來不少國內外頂尖高校開始轉變人才培養觀念，逐漸意識到本科生導師制結合科研實驗室的模式對本科生創新實踐能力，尤其是科研創新能力的培養非常有效。因而，不少頂尖高校都使用該模式發展了適用于自身學校情況的本科生科研創新實踐能力培養計劃。比如加州理工學院“SURF計劃”、中國科學技術大學的“大學生研究計劃”、清華大學的“SRT計劃”等等。調查發現，通過這些計劃的實施，不僅有利于學生專業課的學習，增加師生之間的交流，而且可以極大地提升學生的科研創新實踐能力[2]。

然而，相對于國內外頂尖高校，地方普通本科院校受經費、生源素質等諸多因素的限制，在科研平臺建設、教師科研能力、科研活動管理、本科生科研定位等方面都存在明顯差距。加上由于缺乏相關的運行和管理機制，地方普通本科院校在基于科研實驗室的本科生科研創新能力培養方面還比較少見。即使有的學校已經建立了本科生導師制，但很多實際工作并未開展起來。而學生對于本科生導師的概念也很模糊，無法真正地參與到導師的科研活動中，很多導師對于本科生進入實驗室的積極性也不高，因此。將該模式應用到地方普通院校，以培養本科生的科研創新精神和實踐能力還需要進一步探索。

本文以江西師范大學物理與通信電子學院兩個典型理工類專業（物理學和光電信息科學與工程）的本科生為例，以江西省微納材料與傳感器件重點實驗室為依托，近年來對本科生導師制下基于科研實驗室項目驅動的本科生科研創新能力培養進行了一些實踐探索。

一 地方普通本科院校物理類和光電類本科生培養現狀

目前，物理類和光電類專業本科生的課堂一般以具體班級為單位，統一安排必修課程。按照培養方案的要求，學生在大學期間課程很多，而且大多數課程偏重理論知識。幾乎所有的原理、過程、結論全靠老師課堂講授出來，學生自行想象，缺乏讓學生動手的機會。這些理論的學習讓學生感覺比較枯燥，很容易被學生遺忘，導致學生的課堂學習效率普遍不高，也容易使學生滋生懶惰心理，會出現很多臨到考場時才開始靠“背”知識點來應付考試的現象[3]。

物理學和光電信息科學與工程作為實踐性的理工類學科，實驗教學實際上是學生創新能力培養的重要方式。對于這兩個專業的本科生來說，除了課堂上專業理論知識學習之外，大多數高校也會安排對應課時的實驗方面的課程作為他們的必修課。這些實驗項目是根據專業課的理論學習內容選擇出來的。然而，這些實驗大都是驗證性實驗，主要是以驗證相關的專業理論為目的。上課時一般也是以小組為單位，老師講述實驗目的、原理和方法，學生根據老師的講解一步一步進行操作，得到結論就算完成實驗，幾乎沒有學生自己思考的機會，因此很難使學生有發現問題和解決問題的機會，這不利于培養學生的創新意識和精神。

另一方面，從地方普通本科院校物理類和光電類專業本科生的就業方向來看，考取研究生繼續深造目前是大多數同學的選擇。實際上，我校近年來物理學和光電信息科學與工程專業本科生中有考研意向的比例都在70%以上，實際報考比例也在60%以上。由于研究生教育的主要目的在于學生創新精神和創新能力的培養。因而，上述傳統的講授型本科人才培養模式非常不適合于塑造當今社會所急需的創新型研究人才。而且，站在學生的角度來看，本科階段科研創新能力培養的缺乏也導致地方普通本科院校本科生在研究生復試時和正式攻讀研究生時與“985”和“211”高校的學生相比競爭力不足。

本科生導師制與科研實驗室制度相結合的模式作為當今國內外頂尖高校越來越推崇的一種人才培養模式，未來可能成為培養本科生科研創新能力的重要方式。然而，由于受經費、生源素質等諸多因素的限制，加上相關的運行和管理機制的缺乏，該模式在地方普通本科院校中的實踐還比較少見。特別是，如何充分調動本科生和導師在培養過程中的主觀能動性、學生如何有效管理方面還有待探究。

二 導師制下基于科研實驗室的本科生培養策略

自2014年起，江西師范大學物理與通信電子學院建立了本科生導師制，每名本科生在入學時都會安排一名專業導師，每名導師一般每屆指導3-4名本科生，這為該模式的實施提供了制度基礎。另一方面，近年來隨著政府和學校投入的增加，物理與通信電子學院的科研條件大大提升，已經建成了省2011協同創新中心1個、省重點實驗室2個、省工程實驗室1個、院士工作站1個、省重點學科1個、省優勢科技創新團隊1個。近五年承擔國家級科研項目40多項，各類科研經費總額達到5000余萬元。其中，筆者所在的江西省微納材料與傳感器件重點實驗室配有濕化學合成設備、PLD脈沖沉積系統、磁控濺射系統、電子束沉積系統、CVD系統、蔡司光學顯微鏡、光譜儀、原子力顯微鏡、微區Raman光譜儀等一系列微/納結構材料合成和表征的先進大型儀器設備。這些豐富的科研平臺是基于實驗室的本科生培養的條件保障。此外，實驗室的老師都是專業老師，絕大多數都在國內外頂尖高校獲得博士學位，并且都有國家級或省級科研項目經費支持。總之，在我院開展本科生導師制下基于科研實驗室的本科生創新能力培養的條件非常成熟。作為物理學和光電信息科學與工程專業的本科生導師，筆者近幾年依托所在的江西省微納材料與傳感器件重點實驗室，開展了本科生科研創新能力培養的探索，在項目驅動機制、實驗室本科生管理模式、培養方式、學生和導師激勵機制等方面積累了一些有益的經驗[4]。

（一） 項目驅動機制

為了調動本科生在實驗過程中的主觀能動性，我們將項目驅動的教學思想貫穿于整個培養過程中。項目驅動教學法主要是建立在建構主義教學理論基礎之上。該教學法以學生為中心，有利于充分發揮學生的主動性、積極性和創新精神，學生始終在探索知識的情境之中。其基本思想是將學生的學習活動穿插到具體的項目中，老師和學生通過共同參與完成具體項目，逐步深入展開教學活動，通過探究和解決實際問題的過程來提升學生的學習興趣，進而樹立信心、培養能力。在本科生進入實驗室初期，導師會指導本科生申報“江西師范大學校級大學生學術課題”。該項目是學校為了全面提升本科生的科研創新能力而設置。獲得該項目的支持后，本科生會覺得科研項目是自己的事，這可以極大地調動其主觀能動性，后續的實驗主要圍繞該項目的研究內容進行。在該項目1-2年的研究基礎上，導師會指導本科生申報國家級大學生創新創業訓練計劃、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等項目，以進一步凝練和完善研究內容，激勵本科生的科研熱情。在培養后期，導師會結合學生近幾年的研究成果，指導學生設計自己的畢業論文，這也可以有效的解決目前地方普通本科院校普遍面臨的本科畢業論文選題困難、空洞的問題，從而可以有效提升本科生畢業論文的質量。總而言之，學生的主觀能動性可以在完成一個個具體的實驗項目中得到充分調動，他們科研的主人翁意識也因此得到充分激發。

（二） 實驗室本科生管理模式

長期以來，科研實驗室主要是面向研究生和博士生開放，相關的管理和培養制度也比較健全。然而，當面向本科生開放時，往往會出現其他不一樣的問題，比如，本科生的學業課程較多，來實驗室的時間不固定，而且學生的安全意識和實驗習慣等也參差不齊等。這些因素都會困擾科研實驗室的管理。考慮上述問題，我們采取本科生實驗室統一管理的模式。

每年春季，首先由實驗室主持開展“大學生科研創新計劃”，組織實驗室導師名下的本科生統一學習進入實驗室之前的培訓課程（包括實驗室安全培訓、實驗操作習慣培訓、公用儀器設備使用培訓）。在培訓結束的時候，我們會采取統一筆試結合實驗室現場考核的方式對學生進行評估。考核合格的同學方可獲得實驗室門禁權限，正式進入實驗室開展實驗。而在本科生進入實驗室后，導師根據自己的項目情況統一安排名下的每個本科生進行選題。在此過程中，學生和導師要服從實驗室的統一管理。比如，所有實驗區域都通過門禁系統和監控系統，由公共實驗員老師和負責導師對名下本科生的實驗操作進行有效監督。假設本科生出現錯誤的實驗操作或者安全隱患問題，將會根據情況給予學生和指導教師相應的懲罰措施。此外，還會根據情況定期對實驗室安全、實驗習慣、儀器設備使用等進行培訓。另外，我們還建立了相應的“實驗室耗材使用和管理制度”“公用儀器設備使用登記制度”等。一般來說，本科生實驗所需的公用耗材、化學試劑等由實驗員老師進行統一的采購管理，專用試劑和耗材由導師管理。而對于大型公用儀器和平臺，采取專人管理和培訓制度，專用儀器設備由導師負責管理培訓。總之，合理健全的管理模式是本科生進入實驗室進行科研訓練的保證。

（三） 培養方式

在學生進入實驗室初期，除了統一的實驗培訓外，導師會盡快幫助學生對自己的專業實驗室進行了解，介紹自己實驗室目前正在開展的研究工作，提供相關的文獻給學生進行閱讀，做好開始實驗前的準備工作。如果學生對某一研究方向沒有興趣，那樣將很難調動其主觀能動性。因此，學生在實驗初期可以根據研究興趣及導師學生雙方意愿在實驗室范圍內調整導師或者退出實驗。

在實驗過程中，導師要指導學生多查閱文獻、鼓勵學生多提出實驗想法，結合自身的研究背景幫助他們設計研究流程，這樣學生就會對科研方式有一個系統的認知。無論以后會不會從事這方面的研究，這些經歷都將會是他們寶貴的經驗。針對具體的實驗，導師要讓學生先了解其研究背景、實驗原理、目的等，讓學生在頭腦中先對實驗過程進行大致的了解，然后再動手實驗，收集實驗數據。實際上，科學實驗很多時候在學生看來是一個不斷重復的過程，但每一次的實驗都會改變一些或多或少的參數，學生只有在大量實驗后才能知道那些變量會產生怎樣的影響，這樣才有利于優化實驗過程，得到可預計的結果，在不斷的實驗摸索當中積累經驗，這方面離不開導師的督促和引導。另外，分析實驗數據對于學生來說也是一項很重要的工作，初次接觸到數據的學生一定是茫然的，導師要做的就是先幫助他們詳細分析實驗數據，講解其原理以及如何得到重要結論，然后以所講的內容為參考，輔助學生自主分析類似的數據[5]。

此外，導師在學院中大都承擔著理論課程的教學工作。在實驗過程中，導師可以有意識地將實驗相關的理論概念聯系起來。通過與學生的交流，鞏固課堂學習的理論知識，培養具體技能，從而學以致用。這樣的教學過程可以讓學生覺得知識不再是理論化的和枯燥的，可以有效激發學生的專業學習興趣，以實現教學對科研的促進，科研對教學的反哺。比如，筆者在教授光電信息科學與工程專業主干課《光電材料》的過程中發現，現有的教學資源缺乏直觀性，單純依靠課堂講授的方式來授課，學生理解起來很困難，學習興趣普遍不高。而通過設計一些光電材料相關的實踐項目微任務，讓學生在項目實施的過程中鞏固課堂學習的知識，能夠很好地將枯燥的書本理論知識直觀地向學生展現，讓他們對理論知識更加深刻理解，促進學生主動學習，同時培養他們探索新領域、拓展知識范圍、思維革新創新的意識。

此外，在實驗過程中，我們還會以專家科學講座、導師論壇、組會研討、學術會議等為平臺，建立教師與學生間的交流機制，拓展學生的學習空間，引領學生的創新思維和意識。

（四） 學生和導師激勵機制

良好有效的激勵機制對于導師制下基于科研實驗室的本科生培養過程也是不可或缺的。

在學生方面，實驗室每年都會拿出固定的經費來資助“本科生實驗室開放課題”，這些課題專供實驗室的本科生申報，其覆蓋面較廣，其設置也體現了項目驅動的思想，主要也是為了激發本科生在科研中的主觀能動性。此外，還會設置“大學生科研創新獎學金”，以獎勵表現優異的本科生。導師通常也會定期給本科生發放一定的勞務費、資助其外出參加學術會議和學生交流。學校和學院層面上，對于進入實驗室獲得研究成果的同學也會在第二課堂學分、各類獎學金申請、保研等方面加分。實際上，通過四年的培養，絕大多數同學會發現進入實驗室不僅會對課堂學習起到促進作用，而且在學校學院各類評獎評優、考研復試時由于經過科研訓練會極大地增加自己的優勢。更重要的是，通過實驗室訓練，大大開拓了學生的專業視野，培養了他們的創新意識。總之，目前學院本科生進入實驗室形成了良性循環，絕大多數同學都對進入實驗室表現出了很高的熱情。

除了學生的激勵之外，建立導師激勵機制也是不可或缺的，導師激勵機制的缺乏往往是阻礙本科生科研訓練實施的一個重要原因。因為導師不僅有學校規定的課堂教學任務，往往還承擔著繁重的科研任務。相應的激勵機如果不到位，很可能會挫傷導師對本科生指導的積極性。基于此，通過設立導師實驗室開放課題等方式可以調動指導教師的積極性。實際上，鑒于當前地方普通本科院校理工科專業研究生招生越來越困難的情況，對于名下研究生很少甚至是沒有研究生的導師來說，本科生承擔了很大部分研究生的實驗工作，這樣也有利于導師承擔的科研項目工作的順利完成，實現雙贏的效果，因此導師對于本科生進入實驗室也是非常積極的。此外，目前學校層面上對于本科生創新創業方面的工作也非常重視。當學生獲得相應獎項后，不僅會對導師有經濟上的獎勵，而且在職稱和人才項目評審等方面都會對導師有相應的鼓勵政策（比如加分），這些都可以有效調動導師對于本科生指導的積極性[6]。

三 導師制下基于科研實驗室的本科生培養效果

自2014年江西師范大學物理與通信電子學院正式實施本科生導師制，2015年正式基于本科生導師制依托江西省微納材料與傳感器件重點實驗室實施“大學生科研創新計劃”以來，實驗室已經累計指導本科生50余人，累計指導本科生主持獲批“校級大學生學術課題”近20項。其中3名學生主持獲得江西師范大學“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽校內選拔賽立項，2名學生主持獲得國家級大學生創新創業訓練計劃項目立項，多名本科生作為參與者發表了SCI論文，申請了國家發明專利，學生的科研創新意識和能力均得到了大幅提升。此外，從實驗室畢業后，絕大多數本科生都考取了國內名校的研究生（包括復旦大學、中國科學技術大學、浙江大學、華中科技大學、四川大學等），有效地推動了學院考研率和本科室培養質量的提升。

四 結語

我們的探索和實踐表明，以優秀的專業教師資源和先進的實驗室平臺為基礎，通過將本科生導師制與重點科研實驗室制度結合，以具體的科研項目驅動，可以實現地方普通本科院校物理學和光電信息科學與工程本科生的科研創新實踐意識的培養，從而提升其科研能力，使其更適合當今社會對人才的要求。總之，導師制下基于科研實驗室項目驅動的本科生科研創新能力的培養在普通本科院校中也是可行的，相關的經驗也可以在其他類似的普通本科院校理工科類專業中間推廣實施。