基于科教融合的工科研究生科研能力培養探索

［摘 要］ 針對工科研究生培養中存在的課程教學和科研實踐脫節、教學內容和方法與科研能力存在差距，以及科研實踐創新能力不足等問題，以控制科學與工程專業研究生為例，開展基于科教融合的工科研究生科研能力培養。研究生科研能力培養包括課程改革和項目驅動科研實踐，其中課程改革包括總結案例分析、融入科研方法和技能課程教學以及課程考核方式；項目驅動科研實踐包括科研興趣和技能培養、研究生和導師科研項目協作以及科研學術交流。

［關鍵詞］ 科教融合；科研能力培養；教育教學改革

［基金項目］ 2022—2023年西安電子科技大學研究生教育教學改革研究項目；2024年度西安電子科技大學研究生教育教學改革研究項目；2022年度西安電子科技大學杭州研究院研究生教學改革研究項目

［作者簡介］ 平續斌（1982—），男，陜西西安人，工學博士，西安電子科技大學機電工程學院副教授（通信作者），碩士生導師，主要從事模型預測控制理論與應用、魯棒最優估計研究；劉 鼎（1981—），男，甘肅嘉峪關人，工學博士，西安電子科技大學機電工程學院副教授，碩士生導師，主要從事Petri網理論及應用、先進制造系統研究；劉永奎（1981—），男，河南新鄭人，工學博士，西安電子科技大學機電工程學院副教授，碩士生導師，主要從事智能制造、智能工廠及智能機器人研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0097-04 ［收稿日期］ 2023-05-04

當前國內工科研究生培養方案主要包括研究生課程教學和科研實踐兩階段，其中課程教學主要為教師講授專業相關基礎課程，科研實踐主要通過導師“傳幫帶”形式開展科研項目實踐研究。研究生科研能力培養通常是研究生課程教學與科研實踐融合的過程，如何綜合考慮課程教學和科研實踐兩個環節，從而加強科研能力是構建高質量工科研究生培養體系的重要內容［1］。科教融合工科研究生科研能力培養本質是在課程和科研實踐過程中，要求綜合考慮教師科研經驗和技能傳授以及研究生科研探索實踐環節，從而通過師生互動和協作開展科研工作。因此，在科教融合理念下的工科研究生科研能力培養，不僅需要研究生課堂教學與科學研究緊密結合，還需要導師在研究生科研實踐過程中激發學生參與科研的興趣，提高其獨立研究、科學探索、分析解決問題以及創新實踐的科研能力。當前，在科教融合理念下提高工科研究生科研能力，已經成為高校共同關注的問題［2］。

一、工科研究生科研能力培養中的主要問題

（一）研究生課程教學和科學研究存在脫節

研究生課程教學與科研實踐相輔相成是培育工科研究生的理想模式，然而，研究生課程教學和科研實踐脫節現象在高校較為普遍。當前高校教師對科研重視程度遠超課程教學，因而科研項目中的科研方法和技能、科研經驗和成果很少反哺到課程教學中。主要原因在于科研實力競爭長期處于國內高校發展核心地位，造成高校不重視科研，對課程教學的關注不足。

（二）研究生課程教學內容和方法與科研能力培養存在差距

當前研究生課程教學注重經典理論和方法，由于課程教學內容陳舊且滯后于新的理論和方法，造成學生感覺課程教學和后續科研項目相關性較小。在教學過程中更多要求學生掌握理論，缺乏應用背景，難以培養工科研究生發現、思考和解決科研問題的能力。另外，課程教學方法缺乏教師與學生之間的互動，導致學生感覺課程難學。課程考核方式主要采取期末考試，研究生僅注重內容記憶，不利于對學生科研能力的培養［3］。

（三）研究生科研實踐創新能力存在不足

本科和研究生階段學生培養模式主要強調專業基礎教育，因為缺乏科研實踐結合往往導致學生分析和解決科研問題的能力得不到培養。在研究生課程教學和科研實踐過程中，教師難以科教融合地培養研究生的科研能力，研究生未深入探索課程理論學習和科研實踐相互結合的學習方式，導致研究生理論認知和科研實踐能力出現斷層［4］。此外，研究生在科研實踐階段往往缺乏科研探索的內在動力和興趣，存在認知科研問題背景不足、無法有效分析問題和提出解決方案，以及科研實踐能力欠缺等科研能力不足的問題。

二、科教融合的工科研究生科研能力培養

基于科教融合理念培養工科研究生科研能力有助于研究生教學與科研實踐相輔相成，是研究生科研能力培養的重要方式。研究生課程教學直接關系到研究生知識結構構建、科研創新能力培養。在研究生科研實踐過程中，需要研究生掌握應用專業基礎理論知識與技能，進而具備發現科研問題并通過創造性思維去分析與解決問題的科學素養。教師通過科研領域知識和技能的積累，能夠結合研究生教學要求豐富課程教學內容和方式，從而調動研究生參與科研實踐的積極性。研究生在課程學習過程中結合教師科研實踐，不僅能夠掌握新的學科領域方法和技能，還能通過理論結合實踐的方式理解課堂知識和培養科研能力，為后續科研項目參與打好基礎。在科教融合理念下，筆者結合控制科學與工程專業學科背景和培養方案、近些年所主講的“模型預測控制理論及應用”研究生課程，以及控制科學與工程專業研究生指導經驗，開展工科研究生科研能力培養探索，具體包括研究生課程改革以及項目驅動科研實踐（如圖1所示）。

（一）基于科教融合的研究生課程改革

依托主講“模型預測控制理論及應用”研究生課程，以培養研究生創新能力、分析解決問題能力為目標開展課程改革。

1.案例分析式課程教學。根據筆者在模型預測控制領域十多年的科研積累，在“模型預測控制理論及應用”課程中通過課程案例分析結合研討進行。根據模型預測控制理論和方法在不同年代的發展形勢及典型應用案例，分別介紹和討論動態矩陣模型預測控制、廣義模型預測控制，以及基于狀態空間的預測控制綜合方法的思想原理和實現形式。在課程教案設計中，通過整合筆者在模型預測控制科研中新的研究思想和方法，重點關注課程原理探討和方法實踐應用。通過案例分析和課程教學提高研究生學習的積極性、目的性和系統性，激發學生思考問題的主動性，提高科研創新能力。同時通過不同類型模型預測控制理論和應用典型案例設計和分析，幫助學生了解模型預測控制發展現狀和動態，從而豐富研究生在約束系統優化控制方面的知識結構和應用技能。

2.融入科研方法和技能的課程教學。在“模型預測控制理論及應用”課堂中，融入筆者開展科研時常用的基本科研方法和技能，并且將其轉換為各種引發學生思考的探究性問題。通過鼓勵引導研究生以小組形式進行文獻查閱、探討分析等形式提出問題解決方案。同時結合所承擔科研項目和發表的學術論文，將科學研究內容融入課程培養方案，從而在課堂教學中貫穿筆者多年在模型預測控制算法設計方面的經驗。在主講“模型預測控制理論及應用”課程中，模型預測控制研究主要基于約束系統優化控制，其涉及系統模型建立、優化控制設計和求解，以及系統魯棒穩定性、優化問題可行性和算法實時性等問題。通過結合科研過程中常用的仿真優化工具包，借助仿真算例分析方式將抽象控制算法認知轉化為形象化的仿真圖，進而通過仿真圖從閉環角度上認識控制算法設計和分析過程。

3.優化研究生課程考核評價。根據“模型預測控制理論及應用”課程特點，課程考核模塊包括課堂案例討論分析、結合研究生各自導師給定研究領域的文獻綜述、典型模型預測控制算法程序仿真驗證以及分析報告等。在各個模塊中采用資料查閱和討論、匯報答辯，以及仿真實驗分析報告等多種形式，激勵學生在學習過程中進行科研思考、問題分析和方案設計。其中在文獻綜述方面，鼓勵學生根據各自未來科研課題方向，結合模型預測控制思想和原理，通過查閱新的科研文獻，最終以專題性文獻綜述形式了解和認知模型預測控制在各自未來研究領域的發展現狀和應用前景，從而為學生將來科研開題提供幫助和支撐。

（二）項目驅動研究生科研實踐

科研實踐是培養研究生分析和解決科研問題的能力、科研素養和創新能力，以及使其今后能夠獨立開展科學研究的有效途徑。項目驅動科研實踐能夠充分調動研究生參與科研的自主性和積極性，培養研究生利用所學課程理論知識并轉化為創新性理論和技術的能力。

1.研究生科研興趣和技能培養。在科研興趣培養中，需要讓學生在科研項目實踐中理解認知研究生科研興趣對啟發學生內在科研動力、科研創新能力以及承擔科研任務上的重要性。針對控制科學與工程學科專業研究生，主要通過西安電子科技大學機電工程學院科研中涉及的機械系統、機器人系統以及智能制造系統，幫助研究生認知優化控制系統設計對各類系統開發和應用的重要性和意義。在研究生培養過程中，根據相近的科研方向將學生分成項目研究小組，保持項目小組內定期討論交流和協作關系。對新進入研究項目小組的一年級研究生，有計劃地安排學習內容，包括項目相關背景的文獻報告綜述、優化控制算法程序復現，學習和理解高年級以及已經畢業研究生所積累的科研資料，從而具備后續從事科研項目的基礎和基本科研技能。針對已經確定科研項目的研究生，圍繞科研項目關鍵問題對學生進行控制系統建模、優化控制設計、仿真實驗分析、期刊論文撰寫等科研技能訓練。上述科研技能培養通過遞進式高年級研究生“幫帶”低年級研究生的方式開展，同時導師根據科研技能培養和不同學生開展有針對性的指導。

2.研究生和導師科研項目協作。圍繞科研項目計劃，導師須重點把關研究生開題、中期科研進展、畢業論文撰寫指導等關鍵過程環節。其中，在研究生開題階段，導師根據學生知識背景和特長，確定是否為學生設置以理論研究為主的探索研究類項目課題，或者其他以實際應用為目標的工程類研究項目。在研究生科研實踐中，針對科研項目中關鍵問題由研究生和導師協作探索解決思路和方案。科研論文和畢業論文撰寫不僅是科研項目成果總結的重要形式，還是研究生科研能力培養的重要方式，其中科研論文包括會議論文和期刊論文等，并且往往在時間上優先于畢業論文撰寫。通過師生協作引導研究生撰寫期刊論文有助于及時總結和發表科研項目階段性成果，為畢業論文撰寫提供技能和成果支撐。針對科研論文撰寫，需要研究生和導師就論文創新性、結構組織性和語言表達規范性等進行多輪討論，幫助學生修正和完善科研論文中的不足。研究生畢業論文撰寫涉及大量控制系統對象模型、科研數據和圖表分析以及控制算法和仿真結果等。對此，在基于科研論文培養研究生科研技能的基礎上，需要更多地培養研究生在畢業論文結構組織、各章內容銜接性和關聯性、論文整體創新性和貢獻度等科研文章寫作能力。

3.研究生廣泛開展科研學術交流。圍繞科研項目，通過研究生匯報各自階段性科研進展和遇到的具體問題，結合項目小組討論和導師協商進行。通過項目小組討論交流不僅能夠有效地針對科研項目不同階段問題制訂研究方案，還能夠提高研究生參與科研的積極性，培養學生科研學術交流技巧和表達能力。在培養研究生自身科研技能的同時鼓勵其積極投稿參加“中國控制會議”“中國控制與決策會議”等國內控制領域的會議等。通過向同行展示研究成果，廣泛接觸專家，增加學術交流合作機會并拓寬學術視野，培養學術交流技能。通過學術交流掌握同行在專業研究方向中的解決思路和方案，從而為研究生承擔科研項目提供借鑒。

結語

基于科教融合的工科研究生科研能力培養，筆者探索總結了工科研究生培養中研究生課程教學改革以及項目驅動科研實踐兩階段工作。研究生課程改革重點關注研究生科研能力培養與課程內容和教學方式設計，以及考核方式要求之間的關系，同時注重將科研方法和技能融入研究生教學過程。項目驅動科研實踐注重培養研究生認識問題和分析解決問題的能力，基于研究生對課堂理論和方法的認知基礎，通過項目實踐對科研方法和技能進行及時修正和完善，從而注重科研思想方法和技能實踐過程。通過科教融合形式培養工科研究生，不僅有助于完善研究生課程教學和科研實踐相結合，還是工科研究生科研能力培養的重要發展模式之一。

參考文獻

［1］趙賀.我國工科碩士研究生科研能力培養問題研究［D］.沈陽：東北大學，2011.

［2］余偉健.基于提高研究生科研創新能力的科教融合培養實施途徑［J］.大學教育，2021（4）：25-28.

［3］楊關，劉鳳華，蔡哲，等.工科研究生科研和創新能力提升方法研究［J］.教育教學論壇，2020（33）：85-87.

［4］蘇俊宏，徐均琪，吳慎將，等.科研賦能教學模式下研究生創新能力培養的探索與實踐［J］.學位與研究生教育，2021（2）：36-39.

Exploration on Cultivation of Scientific Research Ability for Engineering Graduate Students via Integration of Science and Education： Taking Control Science and Engineering as an Example

PING Xu-bin， LIU Ding， LIU Yong-kui

（School of Mechano-Electronic Engineering， Xidian University， Xi’an， Shaanxi 710071， China）

Abstract： In view of the disconnection between course teaching and scientific research practice， the gap between teaching content and methods and scientific research ability， and the lack of innovative ability in scientific research practice in the training of engineering graduate students， taking control science and engineering graduate students as an example， the cultivation of scientific research ability for engineering graduate students based on the integration of science and education is carried out. The cultivation of graduate students’ scientific research ability includes curriculum reform and project-driven scientific research practice， in which the curriculum reform summarizes case analysis， integration of scientific research methods and skills course teaching， and course assessment methods; project-driven scientific research practice includes scientific research interest and skill training， graduate students and tutor scientific research projects collaboration and scientific research， and academic exchanges.

Key words： Integration of science and education; cultivation of scientific research ability; education and teaching reform