材料類專業(yè)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)路徑探索

趙楠，田松，胡潔，史小慧

(重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400074)

0 引言

習(xí)近平總書記在黨的二十大報(bào)告中明確提出，要“全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才，聚天下英才而用之”[1]。我國(guó)明確提出了建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)，即到2020年進(jìn)入創(chuàng)新型國(guó)家行列，到2035年躋身創(chuàng)新型國(guó)家前列，到新中國(guó)成立100年時(shí)成為世界科技強(qiáng)國(guó)[2]。創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要具備擁有高度創(chuàng)新能力的人才隊(duì)伍，而本科教育作為我國(guó)高等教育的主體和核心，建立一套全面而可行的教育教學(xué)體系以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的本科生勢(shì)在必行[3]。

重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)在2023年6月通過工程教育認(rèn)證，標(biāo)志著工程教育專業(yè)辦學(xué)質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際實(shí)質(zhì)等效。在此背景下，對(duì)于我校材料類專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)也提出了更高的要求。基于此，材料類專業(yè)本科生的培養(yǎng)通過“教學(xué)、科研、實(shí)踐”三位一體模式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研相統(tǒng)一、學(xué)習(xí)與實(shí)踐相貫通，符合當(dāng)前高等教育發(fā)展的新要求。

1 發(fā)揮本科生導(dǎo)師制在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程中的引導(dǎo)作用

1.1 引領(lǐng)本科生進(jìn)入科研世界，培養(yǎng)科研創(chuàng)新意識(shí)

目前在材料類專業(yè)本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中，遇到的最大的問題在于絕大多數(shù)低年級(jí)學(xué)生對(duì)于科研創(chuàng)新沒有清晰的概念，對(duì)其他專業(yè)的學(xué)生也存在同樣的問題。初、高中階段學(xué)生主要以理論學(xué)習(xí)為主，僅有少數(shù)學(xué)生參與科研相關(guān)的比賽或項(xiàng)目，如青少年科技創(chuàng)新大賽、雛鷹計(jì)劃專題研究課題等。這導(dǎo)致本科生剛進(jìn)入大學(xué)時(shí)并未完成由高中生到大學(xué)生身份的轉(zhuǎn)變，不了解什么是科學(xué)研究，也沒有做科學(xué)研究的意識(shí)[4]。因此，材料類專業(yè)本科生導(dǎo)師，尤其是作為低年級(jí)學(xué)生的本科生導(dǎo)師，需要肩負(fù)起引領(lǐng)本科生進(jìn)入科研世界、認(rèn)識(shí)科研，同時(shí)喚醒并培養(yǎng)本科生科研創(chuàng)新意識(shí)的重任[5]。本科生導(dǎo)師不僅要給學(xué)生詳細(xì)介紹材料類專業(yè)學(xué)生在本科階段可以參加的各種科研創(chuàng)新類比賽及項(xiàng)目，也要介紹學(xué)校層面的相關(guān)激勵(lì)政策及獎(jiǎng)勵(lì)制度，鼓勵(lì)本科生積極參加各種科研活動(dòng)。由于本科生導(dǎo)師職責(zé)重大，建議在導(dǎo)師人選上選擇具有較長(zhǎng)工作履歷、對(duì)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的教師。

1.2 帶領(lǐng)本科生接觸專業(yè)教師，了解教師的科研方向

對(duì)大一材料類專業(yè)本科生，主要以公共基礎(chǔ)課程為主，僅有一門16學(xué)時(shí)的材料專業(yè)導(dǎo)論專業(yè)基礎(chǔ)課程，鮮有機(jī)會(huì)接觸專業(yè)教師，對(duì)各位老師的科研方向更是不了解、不熟悉，不利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。建議本科生導(dǎo)師通過以下途徑引領(lǐng)本科生了解專業(yè)教師的課題研究方向：(1)由系教研室統(tǒng)一組織制作專業(yè)教師科研學(xué)術(shù)領(lǐng)域的宣傳材料，然后由學(xué)業(yè)導(dǎo)師為學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)講解；(2)由學(xué)業(yè)導(dǎo)師邀請(qǐng)專業(yè)教師為低年級(jí)本科生開展學(xué)術(shù)報(bào)告或科研講座，構(gòu)建良好的科研氛圍，并以此激發(fā)大學(xué)生的科研興趣；(3)材料科學(xué)與工程學(xué)院經(jīng)過多年的努力，已逐漸形成“雙福行遠(yuǎn)”“材料·青春之約”等主題系列講座，定期邀請(qǐng)新入職教師及國(guó)內(nèi)外學(xué)者、名師為本科生進(jìn)行科研講座，深受全院師生歡迎，這也為學(xué)生與專家學(xué)者面對(duì)面交流提供了寶貴的機(jī)會(huì)。

2 加強(qiáng)材料實(shí)驗(yàn)室在本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的支撐作用

2.1 增加實(shí)驗(yàn)課程的種類，挖掘本科生的興趣點(diǎn)

2018年，教育部發(fā)文實(shí)施“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0，要求“推動(dòng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研基地向本科生開放，為本科生參與科研創(chuàng)造條件，推動(dòng)學(xué)生早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)團(tuán)隊(duì)，將最新科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教育教學(xué)內(nèi)容，以高水平科學(xué)研究支撐高質(zhì)量本科人才培養(yǎng)”[6]。重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心經(jīng)過多年建設(shè)，已具備豐富的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，能夠?yàn)椴牧项悓I(yè)本科生提供更多的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐機(jī)會(huì)。建議對(duì)培養(yǎng)方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，通過增加實(shí)驗(yàn)課程的種類并完善相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，讓本科生充分學(xué)習(xí)材料專業(yè)不同研究方向的科研內(nèi)容。于此，不僅能夠提高材料類專業(yè)本科生對(duì)材料專業(yè)全方位的理解和認(rèn)識(shí)，也能挖掘?qū)W生在不同科研課題中的研究興趣，后續(xù)可申請(qǐng)加入相應(yīng)研究課題的導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)開展學(xué)術(shù)研究。更關(guān)鍵的是，通過實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，能夠篩選具有較高科研創(chuàng)新能力及較強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力的學(xué)生，后續(xù)可進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)。

2.2 拓寬大型儀器設(shè)備的教學(xué)功能，實(shí)現(xiàn)科教融合

材料類專業(yè)本科生對(duì)常規(guī)科研儀器設(shè)備較為熟悉，但對(duì)昂貴的大型精密儀器設(shè)備缺乏深入了解，這是大多數(shù)高校普遍存在的問題，主要原因是這類設(shè)備價(jià)格不菲、數(shù)量較少、設(shè)備精準(zhǔn)度高、需要安排專人進(jìn)行維護(hù)及操作，并且一旦出現(xiàn)問題，需要花費(fèi)極高的人力、物力及時(shí)間成本進(jìn)行維修[7]。自2020年，重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院已成功建立大型精密儀器設(shè)備開放共享平臺(tái)。該平臺(tái)目前主要為校內(nèi)外科研工作者的科研課題服務(wù)，在本科教學(xué)中充分發(fā)揮育人作用還有待加強(qiáng)。建議通過完善管理?xiàng)l例和開放機(jī)制，實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)同時(shí)為教育和科研而服務(wù)：(1)通過平臺(tái)向材料類專業(yè)本科生發(fā)布大型精密儀器設(shè)備的詳細(xì)資料，本科生以此了解設(shè)備的工作原理、常見功能、使用要求和注意事項(xiàng)；(2)由材料實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一制作設(shè)備操作手冊(cè)和詳細(xì)操作視頻，在本科生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前組織學(xué)習(xí)并通過相應(yīng)理論與實(shí)踐考核，避免學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后使用設(shè)備不當(dāng)而造成不必要的損失；(3)將本科生按不同研究方向進(jìn)行分組，并篩選責(zé)任心強(qiáng)和溝通能力強(qiáng)的本科生作為每組設(shè)備監(jiān)管的負(fù)責(zé)人，在實(shí)驗(yàn)室教師的指導(dǎo)下，由負(fù)責(zé)人帶頭學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)研究方向的同類設(shè)備操作和相關(guān)知識(shí)，然后為組內(nèi)其他同學(xué)在操作過程中遇到的問題提供幫助；(4)依托實(shí)驗(yàn)室開放課題項(xiàng)目進(jìn)一步拓展該平臺(tái)的教學(xué)功能，培訓(xùn)材料類專業(yè)本科生相關(guān)設(shè)備的實(shí)際操作技能，在提高實(shí)踐動(dòng)手能力的同時(shí)促進(jìn)專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，通過科教融合途徑不斷提高材料類專業(yè)本科生的科研創(chuàng)新能力。

3 依托學(xué)科競(jìng)賽提高材料類專業(yè)本科生實(shí)踐及創(chuàng)新能力

3.1 對(duì)參賽學(xué)生進(jìn)行正確引導(dǎo)，理性參與學(xué)科競(jìng)賽

專業(yè)性學(xué)科競(jìng)賽是專業(yè)理論課程內(nèi)容的拓展和升華，被譽(yù)為是當(dāng)前培養(yǎng)新工科本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要載體之一[8-9]。通過參加相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽，學(xué)生能夠?qū)⒃谡n堂上所學(xué)或自學(xué)的不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通并進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，同時(shí)不斷提高動(dòng)手實(shí)踐能力、分析問題及解決問題的能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作能力[10-11]。舉辦專業(yè)性學(xué)科競(jìng)賽的目的旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐及科研創(chuàng)新能力，并反哺于課堂專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，但研究發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生在參賽過程中出現(xiàn)事與愿違的現(xiàn)象。首先，由于專業(yè)賽事競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，學(xué)生需花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行備賽。部分學(xué)生本末倒置，犧牲掉專業(yè)課程的學(xué)習(xí)時(shí)間開展賽前訓(xùn)練，導(dǎo)致多門專業(yè)課程成績(jī)出現(xiàn)掛科現(xiàn)象。雖然在比賽中可能獲得理想成績(jī)，但其碎片化的專業(yè)知識(shí)不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的持續(xù)培養(yǎng)。其次，部分學(xué)生對(duì)不同類型的學(xué)科競(jìng)賽都抱有極高的興趣，難以抉擇，導(dǎo)致同一時(shí)期報(bào)名參加多項(xiàng)賽事。然而，由于時(shí)間、精力不足，準(zhǔn)備不充分，導(dǎo)致每項(xiàng)賽事都草草了事、顆粒無(wú)收[12]。這些現(xiàn)象與本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)精神背道而馳。因此，建議學(xué)業(yè)導(dǎo)師積極了解本科生參與學(xué)科競(jìng)賽的相關(guān)情況，并加強(qiáng)與專業(yè)課程授課教師的交流聯(lián)系，及時(shí)掌握參賽學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，對(duì)參賽學(xué)生加以正確引導(dǎo)，讓學(xué)生理性參賽，利用課外時(shí)間積極備賽。

3.2 提升本科生的學(xué)科競(jìng)賽認(rèn)知，訓(xùn)練實(shí)操技能

材料類專業(yè)本科生經(jīng)常參加的專業(yè)性學(xué)科競(jìng)賽包括全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽、全國(guó)混凝土設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等。在全國(guó)賽之前，重慶交通大學(xué)通過舉辦校內(nèi)賽選拔優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)行集中培訓(xùn)以期在全國(guó)賽中獲取優(yōu)異成績(jī)。筆者在2023年5月組織舉辦了重慶交通大學(xué)第四屆“恒宇杯”金相技能大賽暨第十二屆全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽選拔賽，通過全過程參與該賽事發(fā)現(xiàn)存在一些問題。首先，在前期報(bào)名過程中發(fā)現(xiàn)低年級(jí)學(xué)生參與度較低，臨近報(bào)名截止一周前，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)大二與大三學(xué)生的人數(shù)占比分別為62.2%和33.3%，而大一學(xué)生僅占4.5%。筆者利用學(xué)業(yè)指導(dǎo)課堂與大一四班學(xué)生進(jìn)行面對(duì)面交流，詢問了他們不參加該賽事的原因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學(xué)生表明對(duì)該賽事比較感興趣，但由于對(duì)賽事流程不甚了解，同時(shí)沒有經(jīng)過專業(yè)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，認(rèn)為不具備參加比賽的條件。通過答疑解惑，最后該班級(jí)中近80%的同學(xué)報(bào)名參加該賽事。其次，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的決賽成績(jī)普遍不理想。通過與學(xué)生交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生之前沒有金相樣品制備及顯微組織觀察的實(shí)踐經(jīng)歷，故而比賽成績(jī)并不理想。針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題，建議通過以下途徑提高本科生對(duì)學(xué)科競(jìng)賽的認(rèn)知及相關(guān)技能的培訓(xùn)：(1)積極發(fā)揮本科生導(dǎo)師的作用，對(duì)材料類學(xué)科競(jìng)賽進(jìn)行積極宣傳；(2)對(duì)培養(yǎng)方案進(jìn)行調(diào)整，增設(shè)“金相分析實(shí)訓(xùn)”實(shí)踐技能訓(xùn)練課程，或依托實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目，將金相實(shí)驗(yàn)室對(duì)選課學(xué)生進(jìn)行開放，對(duì)本科生進(jìn)行賽前培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生金相樣品制備與顯微組織觀察分析的能力；(3)建立金相分析實(shí)訓(xùn)虛擬仿真平臺(tái)，讓本科生在虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)并熟悉金相技能比賽的全過程，有效提高本科生參與金相訓(xùn)練的覆蓋面，同時(shí)顯著降低金相實(shí)訓(xùn)的成本，還可為新一屆全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽選拔優(yōu)秀人才[13]。

4 基于課題項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)材料類專業(yè)本科生實(shí)踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

4.1 參與課題項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)學(xué)生全方位能力培養(yǎng)

課題項(xiàng)目主要以專業(yè)教師的科研課題為依托，具有覆蓋面廣、自由度高、競(jìng)爭(zhēng)門檻低等特點(diǎn)，相對(duì)于專業(yè)性學(xué)術(shù)競(jìng)賽，具有較低的目標(biāo)性和任務(wù)性。因此，在學(xué)生群體中廣受歡迎，具有較高的參與度。本科生在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，對(duì)課題項(xiàng)目的目的、意義、內(nèi)容、思路、方案等模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，并完整經(jīng)歷項(xiàng)目申請(qǐng)、實(shí)施、結(jié)題答辯等過程[14]。參加課題項(xiàng)目對(duì)于本科生而言具有重要的意義，通過全過程參與課題項(xiàng)目，能夠培養(yǎng)學(xué)生不同的能力：(1)提升本科生對(duì)科研創(chuàng)新的認(rèn)識(shí)，在實(shí)踐過程中鞏固課堂所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)知行合一；(2)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的不足之處，促進(jìn)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，顯著提升課堂學(xué)習(xí)效率及專業(yè)課程成績(jī)；(3)在項(xiàng)目開展過程中不免會(huì)遭遇各種問題，通過虛心向?qū)熁蜓芯可?qǐng)教、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料或反復(fù)探究并不斷調(diào)整優(yōu)化研究方案等途徑加以解決，能夠不斷提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生自主探索的科學(xué)精神；(4)由于大部分課題項(xiàng)目以多人團(tuán)隊(duì)形式開展，學(xué)生之間既存在分工上的區(qū)別，又能與他人及時(shí)進(jìn)行交流與合作，有助于培養(yǎng)學(xué)生的溝通表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。此外，通過參與課題項(xiàng)目可取得一定成果，如發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請(qǐng)專利、在競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)或獲得各類獎(jiǎng)學(xué)金。這些成果都將成為學(xué)生個(gè)人簡(jiǎn)歷中濃墨重彩的一筆，對(duì)未來(lái)就業(yè)或升學(xué)都具有積極意義[15-16]。

4.2 強(qiáng)化評(píng)價(jià)管理機(jī)制，做到有始有終

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(簡(jiǎn)稱“大創(chuàng)項(xiàng)目”)是材料類專業(yè)本科生廣泛參與的課題項(xiàng)目之一。材料科學(xué)與工程學(xué)院在大創(chuàng)項(xiàng)目申請(qǐng)前一年會(huì)在各系征集大創(chuàng)課題名單，然后向全院學(xué)生公示，學(xué)生可選擇自己感興趣的課題申請(qǐng)加入導(dǎo)師的團(tuán)隊(duì)。2022年，重慶交通大學(xué)大創(chuàng)項(xiàng)目開展流程由之前的先申請(qǐng)立項(xiàng)、定級(jí)(校級(jí)、市級(jí)或國(guó)家級(jí))后再開展課題，改革調(diào)整為先立項(xiàng)培訓(xùn)但不定級(jí)，通過中期匯報(bào)根據(jù)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目定級(jí)。但在大創(chuàng)課題開展過程中，仍存在如下問題：部分學(xué)生依賴性較強(qiáng)，主觀能動(dòng)性較差，課題研究投入時(shí)間較少；部分學(xué)生對(duì)課題理解得不夠深入，缺乏探索精神及創(chuàng)新精神；注重立項(xiàng)，忽略過程，缺少中間環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)管理機(jī)制，導(dǎo)致部分項(xiàng)目有始無(wú)終。基于發(fā)現(xiàn)的問題，提出如下建議：(1)對(duì)擬指導(dǎo)本科生申請(qǐng)大創(chuàng)項(xiàng)目的導(dǎo)師提出資格要求，比如能夠?yàn)閷W(xué)生課題項(xiàng)目的開展提供必要的科研經(jīng)費(fèi)，能夠定期對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目研究進(jìn)行指導(dǎo)或確定導(dǎo)師指導(dǎo)的最低次數(shù)。(2)大創(chuàng)項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)一般包含5位學(xué)生，而對(duì)多數(shù)課題研究并不需要太多的人員，因此建議建立淘汰機(jī)制。對(duì)依賴性強(qiáng)、主動(dòng)性差、投入時(shí)間較少的學(xué)生可由導(dǎo)師決定是否剔出大創(chuàng)團(tuán)隊(duì)。(3)強(qiáng)化激勵(lì)機(jī)制可有效改善項(xiàng)目“虎頭蛇尾”的現(xiàn)狀。對(duì)導(dǎo)師，建議提高補(bǔ)助，并在職稱評(píng)審時(shí)獲取更高積分；對(duì)學(xué)生，建議建立專項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)或獎(jiǎng)學(xué)金，或在評(píng)優(yōu)評(píng)先、研究生推免方面明確相應(yīng)的要求[17]。

5 結(jié)語(yǔ)

材料類專業(yè)本科生在現(xiàn)代工業(yè)建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中擔(dān)負(fù)重要職責(zé)。隨著我國(guó)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)水平的不斷提高，急需大量具備較強(qiáng)創(chuàng)新能力的材料類專業(yè)本科生。然而，對(duì)本科生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)卻是部分高校較為薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)建立一套合適的培養(yǎng)模式。本文以重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)為例，在通過工程教育認(rèn)證的背景下，通過“教學(xué)、科研、實(shí)踐”三位一體模式，發(fā)揮本科生導(dǎo)師制、材料實(shí)驗(yàn)室、學(xué)科競(jìng)賽及課題項(xiàng)目對(duì)科研創(chuàng)新人才培養(yǎng)的積極作用，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研相統(tǒng)一，學(xué)習(xí)與實(shí)踐相貫通，不斷提升材料類專業(yè)本科生的科研素質(zhì)及創(chuàng)新實(shí)踐能力。