科學和工程問題驅動的應用研究型人才培養模式探索

［摘 要］ 以新質生產力為代表的創新型社會發展需求對高校人才培養提出了更高的要求。作為以應用研究型人才培養為目標的本科專業，如何破除落后人才培養模式的禁錮，激發創新型人才培養各要素的活力是目前亟須解決的關鍵問題。研究從“科學問題驅動”和“工程問題驅動”兩方面探索應用研究型人才培養的思路和模式，并分析其內在聯系及影響因素。研究結果將對工科專業建設和人才培養提供一定的理論支撐和應用示范。

［關鍵詞］ 應用研究型人才培養；科學問題驅動；工程問題驅動；新質生產力；應用研究型專業

［基金項目］ 2022年度河北省高等教育教學改革與實踐項目“面向科學問題與工程問題驅動的機械類專業創新型人才培養改革與實踐”（2022GJJG225）；2023年度中國機械工程學會教改項目“機械類專業教師工程實踐能力提升與職業發展問題研究”；2023年度河北省教育廳高等教育教學改革研究項目“智媒時代下機電類課程‘雙線’思政教學研究與實踐”（2023GJJG234）

［作者簡介］ 劉永強（1983—），男，河南扶溝人，工學博士，石家莊鐵道大學機械工程學院教授，副院長，主要從事旋轉機械故障診斷研究；曹京亞（1990—），女，河北石家莊人，工學博士，石家莊鐵道大學機械工程學院講師，主要從事機電一體化研究；郁 洋（1989—），男，山東泰安人，工學博士，石家莊鐵道大學機械工程學院講師，主要從事多機器人協同控制研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）52-0170-04 ［收稿日期］ 2024-05-20

引言

隨著我國經濟社會的快速發展，2023年我國經濟進入新舊動能轉換的“深水區”，從高速增長階段進入高質量發展階段［1］，以科技創新推動產業發展已成為共識。科技創新的前提是創新型人才的培養，因此如何培養出適應我國現階段社會發展需要的高素質創新型人才是高校面臨的主要問題。

以人才培養定位為基礎，我國高等教育總體上可分為研究型、應用型和職業技能型三大類型，即研究型高校、應用型高校、職業技能型高校。各地依據此分類，結合本地區發展實際，陸續推出適合本地區的高校分類體系。例如，上海市按照人才培養主體功能和承擔科學研究類型等差異性，將高校劃分為“學術研究、應用研究、應用技術和應用技能”［2］四種類型。馬宏偉［3］從理論內涵、功能定位與路徑探索三方面全面闡述了應用研究型大學，并對該類型大學的創新型人才培養提出了建議。

研究型高校主要以培養學術研究的創新型人才為主，開展理論研究與創新，學位授予層次覆蓋學士、碩士和博士，且研究生培養占較大比重。應用型高校以培養適應生產、建設、管理、服務一線需要的、德智體美全面發展的高級應用型人才為培養目標［4］。應用研究型高校則重點培養面向實際工程問題的學術研究型人才。因此，應用研究型人才培養需要從問題的來源、問題的提煉和問題的解決三個方面進行探索，才能將學術研究與應用研究進行有機結合。

目前針對研究型和應用型高校人才培養模式的研究已有很多，內容包括導師制、項目制、產教融合、學科競賽等［5-7］。這些人才培養方法只是在形式上有所不同，內在邏輯是相同的，即以問題為導向來驅動學生開展自主學習，配合必要的平臺建設、教師隊伍建設和教學方法改革等，最終實現綜合素質人才的培養。因此，筆者以問題驅動為導向，從問題的來源、問題的提煉和問題的解決三個方面進行分析，并與外部資源引入、教師隊伍建設、以學生為中心的教學實踐相結合，探索應用研究型人才培養全過程的內在機制及關鍵影響因素。

一、問題的來源與教學資源建設

（一）將科學問題轉化為教學資源

將科學問題轉化為教學資源的主要途徑包括以下四條。

利用科教融合平臺，從國家和省部級的縱向科研項目成果中提煉科學問題。例如，從大型機械裝備健康安全檢測相關的研究成果中提煉智能傳感器、數據分析方法、故障識別方法等問題，作為“測試技術”“機車車輛檢測技術與運維”等課程的教學資源。

從課程知識點出發，主動追蹤科學前沿問題，并將其建設為教學資源。在專業課教學過程中，通過研究課程教學中潛在的理論和技術體系，追蹤該理論和技術的研究進展和關注的熱點問題，并將該科學問題引入課程教學中作為課程材料組織學生開展討論。例如，結合仿人類機器人的發展現狀，引導學生對觸覺感知技術進行探索，開展觸覺傳感器原理和技術方面的研究。

探索科學問題與課程內容之間的關聯性和映射關系，建立問題導向的教學模式。將課程核心知識點與科學問題進行關聯，邀請領域內知名教授來校講學，從而增強學生對課程知識的理解力。

引導學生開展創新性設計，以學科競賽為抓手，培養一批具有創新精神的學生。在課程學習的基礎上，以關鍵科學問題為驅動，發現和培養一批優秀學生。例如，在“測試技術”課程的講授過程中，引導學生成立了獨居老人健康狀態監測科研興趣小組，根據實際情況開發了軟硬件系統，參加了國家級學科競賽并獲獎，小組骨干均繼續攻讀碩士研究生。

（二）將工程技術問題轉化為教學資源

將工程技術問題轉化為教學資源的主要途徑包括以下四條。

利用產教融合平臺，從企業或行業委托的橫向科研項目成果中提煉技術問題。例如，交通噪聲的監控與抑制、凍雨對列車的影響、風力發電設備、列車安全檢測等。教師承擔的企業橫向課題以解決工程問題和技術問題為主，原創性、理論性難題較少，比較適合本科教學。在此過程中，教師可以稍加甄別和提煉，避免過多重復性、陳舊性問題。

從國家重大需求和重大裝備研發過程中提煉問題。例如，在國家青藏鐵路、川藏鐵路、跨海大橋、高速動車組、盾構機等建造、研發和運維過程中發現的具體技術問題，在提煉過程中要注重現實的技術價值，可以選擇那些可以填補國內外技術空白的問題，以此激發學生的學習興趣，增加學生的重視程度。

邀請企業工程師來校授課，通過介紹工作中遇到的工程實際問題，讓學生更加清楚地了解所學知識的作用。例如，邀請地鐵公司的工程師介紹車輛和軌道的損傷檢測，邀請中國中車的工程師介紹動車組的制造過程，邀請中國鐵建的工程師介紹盾構機工作原理。

開辟第二課堂，帶領學生參觀工廠生產一線，將課本中的抽象知識與實際中的現象相結合，加深學生對知識的理解。該途徑需要開展實踐前的鋪墊，包括注重理論知識的前期講授，從而讓學生在現場真實感受理論指導實踐的作用，感受知識的價值。

二、問題的提煉與教師隊伍建設

解決了問題的來源，如何將這些問題與課堂教學相結合、實現有機融入是需要考慮的重點。問題提煉的主體是教師，對教師隊伍進行創新性培養是培養創新型人才的關鍵。提煉問題與加強教師隊伍建設的主要途徑包括以下兩條。

（一）基于知識圖譜和問題圖譜的課程信息化建設與應用

利用信息化手段，建立課程知識圖譜、問題圖譜，是將科學問題與工程問題融入課程的重要手段。課程知識圖譜創新了知識表示、知識管理和知識組織的方式，與現實生活中人們對知識的管理與認知方式接近［8］。在課程知識圖譜的基礎上，將科學問題與工程問題具象化為課程中的知識型問題，設置問題圖譜，實現學生自主學習過程中的問題導向，可以極大地提高學習效果。經過課程學習和問題解決，根據學生的學習時間、學習效果、測驗結果，系統地勾勒出學生對該課程掌握程度的圖譜。

（二）以信息化建設為抓手的師資隊伍建設

為實現課程的信息化建設和問題驅動的教學模式改革，需要對教師進行信息化教學能力培訓。按照課程組的形式，組織教師系統學習課程知識圖譜的架構方法和混合式教學的理念認知，分工明確地建設好該課程。考慮到不同年齡層次的教師對信息化工具的熟練程度和學習進度不同，有必要進行合理分工。比如，利用老教師豐富的教學經驗和對課程內容的深入理解，安排他們對課程核心知識點及其相互之間的聯系進行分析，架構出文本性質的知識樹。利用青年教師對信息化工具的學習熱情，安排他們開展基于軟件工具的課程信息化建設。

三、問題的解決與以學生為中心的教學實踐

在解決了問題的來源和提煉后，如何開展以學生為中心的教學過程成為最后要解決的重要問題。傳統的教師講、學生聽的講授模式已經過時，如今，學生對信息化手段的掌握已非常熟練，手機、電腦、網絡等信息化工具也成了必備。因此，開展以信息化教學為依托、以學生為中心的教學模式改革勢在必行。在問題解決過程中開展以學生為中心的教學實踐的具體途徑包括以下三條。

（一）教師教學理念的重新塑造

思想決定行動。要開展以學生為中心的教育實踐，必須先改變教師的教學理念。鼓勵任課教師更加突出和尊重學生的主體地位，圍繞學生質疑能力、興趣和個性的培養展開教學，采用協作式、個別化、小組討論等教學形式，推動學生的可持續發展［9］。

（二）教師教學方式的重新打造

更加重視學生自主學習能力的激發，打通自主學習和課堂學習雙模式教學路徑。鼓勵學生開展線上和線下混合式學習，借助線上教學資源庫，對學生的自主學習成績進行認定，并以課堂測驗、提問等形式加強過程性考核，確保學習效果的有效性。將課程知識圖譜和問題圖譜按照難度等級設置為基礎能力培養和卓越能力培養兩個層次，并適時引導學生對某一科學問題或工程問題開展更加深入的研究，并通過加入科研興趣小組、參加課題研究等形式提升創新能力。

（三）將培養目標、畢業要求和課程目標相統一

將理論問題解決、工程技術問題解決與學生綜合素質培養相結合，實現學生有教無類、個性化發展、定制化培養的目標。將創新創業教育引入教學資源建設，引導學生開展以學術型和應用型為主導的學科競賽。其中，學術型學科競賽包括數學建模、物理競賽、知識競賽等，應用型學科競賽包括機械創新設計大賽、機器人對抗賽、創業大賽等。

四、教學實踐及效果

通過開展問題的來源、問題的提煉和問題的解決三個方面的工作，最大限度地實現以學生為中心的教學模式，并通過線上線下混合式教學、參加科研興趣小組、參加學科競賽等形式，實現學生個性化發展，實現以解決科學問題和工程問題為驅動的創新型人才培養。

上述人才培養模式已在石家莊鐵道大學機械設計制造及其自動化專業的“測試技術”課程中得到應用，與課程相關的企業資源包括中車石家莊車輛有限公司、中車唐山機車車輛有限公司、中車太原機車車輛有限公司等，均已建設校外實踐基地，并聘請多名企業專家擔任校外指導教師。與課程相關的科研院所包括北京交通大學、西南交通大學、鐵科院、北京市城市科學技術研究院等，聘請多名專家學者擔任校外指導教師，定期開展講學活動。除此之外，該專業積極探索認識實習、金工實習、生產實習的校外資源，以及多方共建的課程思政教育基地等，也取得了明顯成效。

通過應用實踐和不斷完善，該培養模式實行約3個學期，共邀請7名學者和11名工程師來校講課，針對任課教師開展信息化教學培訓3次，新增教學實踐基地5個，新增校外指導教師17人，開展課程思政專題學習5次。在這種教學模式下，學生展現出了強大的創造力，已發表學術論文1篇，授權發明專利7項、實用新型專利5項。超過80%的學生參加了大學生創新創業項目和相關的學科競賽，在國家級競賽中獲獎10余人次，省部級競賽中獲獎30余人次。部分表現優異的學生獲得了推免資格，免試攻讀中國科學技術大學、重慶大學、中南大學、北京交通大學等高校的碩士學位。

結論

本研究從應用研究型高校創新型人才培養模式出發，探索專業課程教學改革路徑，嘗試將科學問題和工程問題引入教學內容，借助知識圖譜等信息化教學手段，通過研究問題的來源、問題的提煉和問題的解決，提出加強對教學資源建設、教師隊伍建設和以學生為中心的教學方式改革，且石家莊鐵道大學已初步取得明顯成效。筆者所提研究方法和人才培養模式可以為應用研究型高校人才培養、教師隊伍建設和教學方法改革提供借鑒。

參考文獻

［1］人民網.新質生產力是“雙輪驅動”下的生產力變革［EB/OL］.（2024-03-07）［2024-04-17］.http：//finance.people.com.cn/n1/2024/0307/c1004-40190752.html.

［2］上海市教育委員會，上海市發展和改革委員會，上海市人力資源和社會保障局，等.關于印發《上海高等教育布局結構與發展規劃（2015—2030年）》的通知：滬教委發〔2015〕186號［A/OL］.（2015-12-28）［2024-04-17］.https：//edu.sh.gov.cn/xxgk2_zhzw_ghjh_01/20201015/v2-0015-gw_3022015004.html.

［3］馬宏偉.應用研究型大學：理論內涵、功能定位與路徑探索［J］.高等工程教育研究，2024（1）：10-15.

［4］劉獻君.應用型人才培養的觀念與路徑［J］.中國高教研究，2018（10）：6-10.

［5］歐陽方平，孫克輝，孟建橋.本科生導師制助推拔尖創新人才培養的探索與實踐：以中南大學物理學院為例［J］.教育教學論壇，2024（1）：1-4.

［6］龍樟，溫飛娟，唐東林，等.融合項目制創新團隊構建的新工科創新人才培養模式探索與實踐［J］.教育教學論壇，2024（2）：121-124.

［7］趙濱.科教融合視域下科研團隊研究生培養模式探索：以哈爾濱工程大學振動噪聲控制科研團隊為例［J］.教育教學論壇，2023（38）：35-38.

［8］魏晗，陳剛，郭志剛.課程體系知識圖譜的構建與應用實踐［J］.教育教學論壇，2023（20）：10-13.

［9］王沁，鄭海濤，唐家銀.以學生為中心的“隨機過程”教學改革探索［J］.教育教學論壇，2023（46）：69-72.

Exploration of the Cultivation Mode for Applied Research-Oriented Talents Driven by Both Scientific and Engineering Questions

LIU Yong-qiang， CAO Jing-ya， YU Yang， DENG Fei-yue

（School of Mechanical Engineering， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang，

Hebei 050043， China）

Abstract： The development needs of an innovative society represented by new quality productive forces have put forward higher requirements for talent cultivation in universities. As an undergraduate major with the goal of cultivating applied research-oriented talents， how to break free from the constraints of outdated talent cultivation modes and stimulate the vitality of various elements of innovative talent cultivation is a key issue that urgently needs to be solved. This research explores the ideas and models for applied research-oriented talents from both “science-driven and engineering-driven perspectives”， and analyzes the internal connections and influencing factors. The research results will provide theoretical support and application demonstration for the construction of engineering majors and talent cultivation.

Key words： cultivation of applied research-oriented talents; driven by scientific questions; driven by engineering questions; new quality productive forces; applied research-oriented majors