“科研育人”新工程教育：認識、思考與實踐

黃廷祝 黃艷 楊建宇

摘 要：深入推進“科研育人”是世界高等教育的基本共識。面向未來高度復雜、高度集成的工程技術(shù)發(fā)展趨勢，如何將富有探索與創(chuàng)新精神的科學研究優(yōu)勢切實轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)優(yōu)勢是當前新工程教育必須解決的重要問題。作為新工科建設(shè)“成電方案”的重要內(nèi)容之一，學?；趯Α翱蒲杏恕北举|(zhì)的再認識與再思考，實施喚起好奇、激發(fā)潛能、創(chuàng)新創(chuàng)造的高水平科研團隊“科研育人”新工程教育計劃，突破傳統(tǒng)科研育人在“第二課堂”開展科研訓練的模式，以高水平科研團隊為主體，將高水平科研項目重塑為本科核心課程，落實到本科培養(yǎng)方案，并創(chuàng)新逐級挑戰(zhàn)的項目式教學模式，形成高水平“科研育人”成體系落地“第一課堂”的新模式和新機制。

關(guān)鍵詞：科研育人;新工程教育;成電方案

一、“科研育人”的再認識與再思考

19世紀初，洪堡在柏林大學提出了“教學與科研相統(tǒng)一”的原則，并指出“唯有通過對學術(shù)的研究、與科學的交道、對整體世界的反思，才能培養(yǎng)出最為優(yōu)秀的人才”[1]。20世紀，奧爾特加·加塞特《大學的使命》、德里克·博克《走出象牙塔——現(xiàn)代大學的社會責任》、弗萊克斯納《現(xiàn)代大學論——美英德大學研究》、克拉克·科爾《大學的功用》、卡爾·雅斯貝爾斯《什么是教育》等，都對科研和教學的關(guān)系做出闡釋。如哈佛大學前校長德里克·博克指出，大學要通過人才培養(yǎng)和科學研究這一唯其所能的方式服務(wù)社會[2]?！敖虒W與科研相統(tǒng)一”逐步成為現(xiàn)代大學的基本共識。

在此共識下，高等學校尤其是研究型大學在推進科研教學協(xié)同育人方面采取了不少好的做法。例如，麻省理工學院的“本科生研

究機會項目”（UROP，Undergraduate Research Opportunities Program）被認為是促進本科生科研訓練最為成功的計劃之一。哈佛大學、杜克大學的Seminar也在國際上被廣泛學習和借鑒。我國從2012年開始，“科教結(jié)合協(xié)同育人”進入重要的戰(zhàn)略機遇期，頻繁出現(xiàn)在國務(wù)院、教育部、科技部的文件要求中。“雙一流”建設(shè)方案、“思想政治工作質(zhì)量提升工程實施綱要”“高教40條”“高教22條”“基礎(chǔ)學科拔尖學生培養(yǎng)計劃2.0”“強基計劃”等都對“科研育人”做出了明確要求。把最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容、科研基地向本科生開放、支持學生早進課題早進實驗室早進團隊、開設(shè)科學研究相關(guān)專題講座、與各類研究院所共建“實驗班”“聯(lián)合培養(yǎng)基地”等是我國“科研育人”最典型的舉措。這些舉措主要聚焦“第二課堂”或者說主要聚焦在課堂外，在國家的制度設(shè)計、資源配置、政策供給等系列支持下，增強了本科人才培養(yǎng)能力。

2018年QS Higher Education System Strength Rankings指出，我國高等教育位列全球第八，亞洲第一。2020年《全國普通高校本科教育教學質(zhì)量報告（2018年度）》指出，我國高校本科人才培養(yǎng)教學模式創(chuàng)新性不足，2016—2018年高校學業(yè)挑戰(zhàn)度總體上仍處于中等偏下水平[3]。學業(yè)挑戰(zhàn)度涉及高階學習、反思性和整合性學習、學習策略及數(shù)量推理等多個方面，是實現(xiàn)高素質(zhì)、高層次、多樣化、創(chuàng)造性人才培養(yǎng)目標的關(guān)鍵著力點[4]，對學生學習和學業(yè)成就具有重要意義。學業(yè)挑戰(zhàn)性不足的主要原因在于具有挑戰(zhàn)度、綜合性、前沿性、應(yīng)用性和趣味性的挑戰(zhàn)性問題/任務(wù)（項目）設(shè)計和開展不充分。教學要以研究成果為內(nèi)容，只有自己從事研究的人才有東西教別人，否則只能傳授僵硬的東西[5]。

如何將富有探索與創(chuàng)新精神的科學研究優(yōu)勢切實轉(zhuǎn)化為人才培養(yǎng)優(yōu)勢？如何在教學主陣地“第一課堂”尋找“科研育人”突破口？如何實現(xiàn)“科研育人”進課程、進課堂？這些顯得尤為重要和迫切。而這其中的關(guān)鍵是要厘清“科研育人”的本質(zhì)，對其進行再認識與再思考。

洪堡認為，科學是某種還沒有被完全發(fā)現(xiàn)、完全找到的東西。它取決于對真理和知識永無止境的探求過程，取決于研究、創(chuàng)造性以及自我行動原則上的不斷反思[1]?？死恕た藸栔赋?，校園是“通過科研和反思獲得知識并且使知識可以給予所有對它有興趣的人的杰出場所，探求真理和學問是大學的核心價值”[6]。周光禮等認為高等教育是建立在高深學問的基礎(chǔ)上，自由探究和創(chuàng)造是大學的本質(zhì)特征，培養(yǎng)學生探究真理的態(tài)度和提倡科學的精神是大學教育的主要目標?？茖W研究與教學協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)人才是中國高等教育必須面對和解決的一個重要的理論問題和實踐問題[7]。

本文認為，“科研育人”的本質(zhì)具有三層內(nèi)涵。首先，“科研育人”的出發(fā)點是基于學生的“求知本性”，喚起學生的好奇心，激發(fā)求知熱情。好奇是對探索新事物、挑戰(zhàn)和不確定事件的識別、追求的強烈渴望，是人類進行探索性和創(chuàng)造性活動時需要具備的重要心理特征[8]，是科學研究的內(nèi)在動力和創(chuàng)新的主要源泉。其次，“科研育人”的實施路徑是要通過恰當、有效的方式，讓學生在課堂內(nèi)外以學習知識為載體，充分體驗學習過程，在過程中學習研究、主動探究、大膽創(chuàng)造，并與他人充分互動，持續(xù)激發(fā)學習、探索、創(chuàng)新的興趣、熱情和潛能。最后，“科研育人”的歸宿是促進師生共同研究與創(chuàng)新創(chuàng)造，讓研究成為學生的習慣，讓發(fā)明發(fā)現(xiàn)成為學生的習慣，成為學生的一種能力、一種精神。

二、高水平“科研育人”新工程教育探索與實踐

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。面向新基建、新產(chǎn)業(yè)、新科技和新經(jīng)濟發(fā)展對工程科技人才培養(yǎng)提出新的要求，教育部2017年全面啟動實施新工科建設(shè)行動計劃，以新工科建設(shè)引領(lǐng)高等教育創(chuàng)新變革，探索建立新工科教育的新理念、新標準、新模式、新方法、新技術(shù)與新文化，重構(gòu)新工程教育體系。四年多來，新工科建設(shè)已成為中國高等教育改革中最具活力的部分，引領(lǐng)并帶動了新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科的改革。

工程教育的目的是培養(yǎng)學生解決實際復雜工程問題的能力以及設(shè)計和創(chuàng)造未來世界的創(chuàng)新創(chuàng)造能力[9]?？茖W研究尤其是結(jié)合重大、重點科技計劃任務(wù)的科學研究是探索未知、致力于解決當前或未來復雜問題的系統(tǒng)性、挑戰(zhàn)性、創(chuàng)造性工作。因此，在新工程教育建設(shè)與改革中，將“科研育人”成體系地進課程、進課堂、進實踐，貫穿本科人才培養(yǎng)全過程，是培養(yǎng)創(chuàng)新引領(lǐng)性新工科人才，打造“賦能、賦新、賦值”全新工程教育場景的有效路徑之一，具有獨特的優(yōu)勢和重要的意義。

基于此，電子科技大學以“喚起好奇、激發(fā)潛能”為核心理念的新工科建設(shè)“成電方案”（“New E3”）將高水平“科研育人”新工程教育計劃作為重要建設(shè)內(nèi)容之一，統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施，以科研育人驅(qū)動新工程教育高質(zhì)量發(fā)展。

1.全校：厚植孕育問題的土壤，激發(fā)群體的探究熱情

學校將育人之根深植科研沃土，著眼于激發(fā)學生學術(shù)志趣、提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、培養(yǎng)知識綜合與集成創(chuàng)新能力，以“研究性地教+研究性地學+挑戰(zhàn)性地學+創(chuàng)新性地做”為基本原則，大力開展挑戰(zhàn)性、研究型、項目式課程體系建設(shè)與教學改革，掀起并持續(xù)推進課堂革命與學習革命，打造了從“新生研討課”開始的多類型挑戰(zhàn)性研究型課程體系和從“新生項目課”開始的貫通四年逐級挑戰(zhàn)的項目式新工科課程體系。

學校以有優(yōu)秀科研經(jīng)歷與學術(shù)造詣的老師為挑戰(zhàn)性、研究型、項目式課程教學主體，通過他們對課程內(nèi)容的深刻理解和悉心講授，把科學研究思想、研究精神、研究過程時刻融入課堂，把深奧的課程內(nèi)容深入淺出，從新生第一節(jié)課的課堂開始就帶領(lǐng)學生，與學生一道進行探究式教與學，讓學生學習、感受和體驗知識發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造的過程。

例如大一新生核心基礎(chǔ)課程“線性代數(shù)與空間解析幾何”，以高等學校教學名師獎獲獎?wù)哳I(lǐng)銜的高水平團隊為主體，通過全程科學研究、科學探索式的研究型教學模式，將科學研究的思想方法融入課堂教學全過程，將成熟的知識視為學術(shù)研究中未被發(fā)現(xiàn)的理論方法，把數(shù)學基礎(chǔ)課的課堂變成“師生共同探索、共同研究的社區(qū)”，讓學生時刻置身于“提出問題”和“探究問題”之中。從新生第一節(jié)課開始就驅(qū)動學生主動思考研討，帶領(lǐng)學生一步步進行知識的發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造，引導學生去體會和感知科學研究的思維與訓練過程。

可以說，科學研究本身就是一種非常有力的教學形式，把科學研究“返璞歸真”到課堂才能更好地讓學生在課堂學習中感受、體驗知識背后的科學思想與研究過程，才能更好地讓學生在課堂學習中領(lǐng)略、理解和把握課程的知識體系及其來龍去脈，才能更好地讓學生隨時發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并嘗試發(fā)現(xiàn)知識、創(chuàng)造知識、解決問題，才能真正喚起學生好奇心與研究精神，催化學習與創(chuàng)造內(nèi)驅(qū)力，讓“研究”慢慢成為學生的自覺意識、自覺習慣，進而內(nèi)化為學生的能力與精神。

但是，僅僅依靠很少量的教師個體，還不能實現(xiàn)“科研育人”在“第一課堂”成體系地設(shè)計與培養(yǎng)。對此，學校在全校挑戰(zhàn)性、研究型、項目式課程教學改革的基礎(chǔ)上，實施了“高水平科研團隊‘科研育人新工程教育計劃”，把“科研育人”成體系地貫穿本科人才培養(yǎng)全過程。

2.成體系設(shè)計：高水平科研團隊“科研育

人”新工程教育計劃

實施“高水平科研團隊‘科研育人新工程教育計劃”是新工科建設(shè)“成電方案”的重要內(nèi)容之一，通過樹理念、嚴把關(guān)、抓關(guān)鍵、強保障等舉措，突破傳統(tǒng)科研育人在“第二課堂”開展科研訓練的模式，以高水平科研團隊為主體，把“科研育人”成體系地深入落實到“第一課堂”。

（1）樹立理念，明確育人目標。新工科建設(shè)“成電方案”通過“一流本科教育建設(shè)工作會”“一流本科教育大家談”“本科教學改革創(chuàng)新論壇”等近百場系列研討活動，提出并牢固樹立“價值塑造、啟迪思想、喚起好奇、激發(fā)潛能、探究知識、個性發(fā)展”六位一體人才培養(yǎng)新理念，并基于“科研育人”的本質(zhì)特征，以求知本性、喚起好奇、激發(fā)潛能、創(chuàng)新創(chuàng)造為關(guān)鍵要素，以“科研育人”新工程教育計劃為載體與平臺，面向重大需求，聚焦科學前沿，明確提出了培養(yǎng)工程科學的發(fā)現(xiàn)者、工程技術(shù)的發(fā)明者、工程系統(tǒng)的設(shè)計者與創(chuàng)造者、商業(yè)價值的創(chuàng)造者和實現(xiàn)者，培育未來技術(shù)突破和價值創(chuàng)造的國家戰(zhàn)略力量。

（2）嚴格把關(guān)，堅持高水平引領(lǐng)。按照高水平引領(lǐng)、成熟一個、啟動一個的基本原則，2018年以來學校已啟動實施的6個“‘科研育人新工程教育計劃”（見表1）均以國家級科研平臺（團隊）為主體，由國家科技獎獲得者、IEEE Fellow等高水平教師親自組織、設(shè)計并教學。在未來的1～2年內(nèi)，學校將實現(xiàn)該計劃在全校所有工科學院全面推進、全面落實和高質(zhì)量實施。

（3）尋找突破，落地“第一課堂”?！翱蒲杏恕毙鹿こ探逃媱澇审w系落地“第一課堂”，需要把握和突破3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

首先，設(shè)計開發(fā)課程，融入本科培養(yǎng)方案。課程是第一課堂的核心要素。學校以高水平科研團隊和平臺為主體，將“面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康”、靶向真實科技創(chuàng)新與社會需求的高水平科研項目，設(shè)計開發(fā)為基于項目的課程（群），重構(gòu)本科課程體系與培養(yǎng)方案，實現(xiàn)“科研項目”轉(zhuǎn)化為“核心課程”（“核心課程群”），“科研項目”與“核心課程”聯(lián)動，與本科人才培養(yǎng)方案融合。

例如，“卓越成長計劃”設(shè)計開發(fā)了“信號與系統(tǒng)”“隨機信號分析”“通信原理”“數(shù)字信號處理”等7門“卓越核心課程”，以及“全天候微波感知系統(tǒng)”“智能麥克風陣列信號處理系統(tǒng)”“智能人機聲音交互系統(tǒng)”“無人集群系統(tǒng)”等5門“卓越通關(guān)項目課程”，累計42.5學分，占學院本科人才培養(yǎng)方案總學分的26.7%，成體系貫通本科人才培養(yǎng)全過程。學生若中途退出計劃，則已修讀的“卓越成長計劃”課程可替換為原培養(yǎng)方案相應(yīng)課程或?qū)W分，按原培養(yǎng)方案繼續(xù)修讀，不影響學生的畢業(yè)與學位（見表2）。重構(gòu)新的培養(yǎng)方案且做好與原培養(yǎng)方案的充分銜接是“科研育人”新工程教育落地生根與“成體系”落實的前提和關(guān)鍵。

其次，強化逐級挑戰(zhàn)，基于項目創(chuàng)新創(chuàng)造。緊扣“科研育人”的本質(zhì)特征，緊扣求知本性、喚起好奇、激發(fā)潛能、創(chuàng)新創(chuàng)造的關(guān)鍵要素，把握兩個方面。一是科研項目的選取要以高水平科研實踐為核心，要有內(nèi)容的可展示度和一定的趣味性，能喚起學生的好奇心，并引發(fā)其深入思考。這是學生經(jīng)歷“真實世界”工程經(jīng)驗和科研訓練的首要任務(wù);二是設(shè)計開發(fā)為項目式課程時，要合理利用“最近發(fā)展區(qū)”理論，要有挑戰(zhàn)性，逐級進階，逐步深入，能點燃學生內(nèi)驅(qū)力，也能鼓勵學生自由探索未知領(lǐng)域。

比如，“卓越成長計劃”設(shè)計開發(fā)的“卓越通關(guān)項目課程”，每門課程都分“初、中、高、創(chuàng)”四個階段實施，每個后續(xù)階段都依賴前一階段成果，各階段綜合應(yīng)用相應(yīng)階段課程知識點。在逐級挑戰(zhàn)的訓練基礎(chǔ)上，鼓勵學生自擬創(chuàng)新項目、自擬大挑戰(zhàn)項目，支持學生“異想天開”地發(fā)現(xiàn)需求、創(chuàng)造需求、創(chuàng)新設(shè)計，最終經(jīng)歷完整的科研訓練并完成兼具深度和展示度的項目成果（見圖1）。

再如，“棟梁計劃”從傳感芯片國家重點研發(fā)計劃等項目成果中抽取基礎(chǔ)科學和典型技術(shù)問題，建設(shè)了“隨身健康保姆”“未來急診室助手”“位置感應(yīng)小精靈”等“實戰(zhàn)演練型”挑戰(zhàn)性項目課程。這些課程以傳感芯片的研發(fā)與應(yīng)用為載體，從貼近學生生活的汽車電子、智能控制、室內(nèi)環(huán)境檢測、生理指標監(jiān)測等應(yīng)用出發(fā)，由外及里、從易到難，喚起學生好奇心，逐級遞進融入學院本科人才培養(yǎng)方案，形成基于傳感芯片研發(fā)及應(yīng)用示范的“軟件—電路—芯片—系統(tǒng)演示”全鏈條科研育人架構(gòu)（見圖2），實現(xiàn)本科課堂教學與高水平科研實踐的融合互動，達到“知其然，知其所以然;知其用，知其如何用”的育人目的。

“棟梁計劃”的每個挑戰(zhàn)性項目課程分“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、大挑戰(zhàn)”四個階段實施，每個階段的難度和知識融合的要求都較上一階段逐漸提高。四個階段相對獨立成體系，同時又具有緊密的內(nèi)在聯(lián)系。學生在四個階段挑戰(zhàn)全部完成后，將完成一個完整的傳感器芯片科研訓練項目。四大挑戰(zhàn)性項目課程的具體內(nèi)容有所差異，但任務(wù)和目標基本一致，并行實施，學生可根據(jù)興趣任選其中一個項目加入（見圖3）。

最后，改變教學模式，推進主動探究實踐?！翱蒲杏恕毙鹿こ探逃媱澋膶嵤┍仨氁淖儸F(xiàn)有的教學模式，讓學生從大一開始，就經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、定義問題、概念設(shè)計、性能預測、構(gòu)建/制作原型、測試的反復迭代與逐級進階，并在此過程中啟發(fā)并實訓多維度、多元化的技術(shù)創(chuàng)新思維、發(fā)散性思維與創(chuàng)新熱情，得到完整的科研訓練。

例如，“卓越成長計劃”在現(xiàn)行本科培養(yǎng)方案中，優(yōu)選重要的支撐學科課程（“信號與系統(tǒng)”“隨機信號分析”“通信原理”“數(shù)字信號處理”等），設(shè)立“卓越核心課程”，改變原來的課堂教學模式，與“卓越通關(guān)項目課程”密切結(jié)合，利用項目引導興趣，基于項目開展教學，喚起學生好奇心與研究精神，幫助學生理解和把握課程的知識體系脈絡(luò)及應(yīng)用，催化主動學習與創(chuàng)造的內(nèi)驅(qū)力。

（4）管理配套，確保育人實效。學校大力支持、學院全力保障、教師全情投入、學生熱情參與是“科研育人”新工程教育計劃見實效、出成效的基石。學校、企業(yè)攜手，投入專項經(jīng)費，學校調(diào)配實驗室、教室等育人場地，制定教師評價激勵、學生選拔退出、學分認定、攻讀研究生、獎學金、學生榮譽激勵等管理政策，充分保障計劃的實施。例如，“棟梁計劃”建立科學的考核評價機制和具有吸引力的激勵措施，激發(fā)并保持學生內(nèi)驅(qū)力。學生不僅有高水平的科研條件和學術(shù)交流支持，在完成課程學習與挑戰(zhàn)任務(wù)后，還可按考核成績獲得相應(yīng)等級榮譽證書，完成全部挑戰(zhàn)任務(wù)的優(yōu)秀學生還可獲得榮譽畢業(yè)證書、榮譽學位證書以及世界一流研究機構(gòu)的推薦機會。

三、結(jié)語

面向未來高度復雜、高度集成的工程技術(shù)發(fā)展趨勢，新工科教育要打破科研與教學劃界而治的局面，推進成體系的科教融合，將科學研究思想、思維、研究過程全面融入課堂，促進學生養(yǎng)成善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、定義問題、渴望和嘗試解決問題的習慣與能力。

電子科技大學“科研育人”新工程教育計劃基于學生的求知本性，搭建喚起好奇、激發(fā)潛能、創(chuàng)新創(chuàng)造的培養(yǎng)平臺，實施“全流程再造”的改革創(chuàng)新，推動高水平科研團隊深度參與本科人才培養(yǎng)，推進高水平科研項目重塑為本科核心課程，落實到本科培養(yǎng)方案，形成高水平“科研育人”成體系落地“第一課堂”的新模式、新機制，打造了全新工程教育場景。

參考文獻：

[1]李工真.大學現(xiàn)代化之路[M].北京：商務(wù)印書館，2013.

[2]博克.走出象牙塔——現(xiàn)代大學的社會責任[M].杭州：浙江教育出版社，2001.

[3]教育部發(fā)布《全國普通高校本科教育教學質(zhì)量報告（2018年度）》[EB/OL]. （2020-06-28）[2021-06-29]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202006/t20200628_468661.html.

[4]林健.面向未來的新工科建設(shè)——新理念 新模式 新突破[M].北京：高等教育出版社，2021.

[5]雅斯貝爾斯.什么是教育[M].鄒進，譯.北京：生活·讀書·新知三聯(lián)書店，1991.

[6]克爾.高等教育不能回避歷史：21 世紀的問題[M].王承緒，譯.杭州：浙江教育出版社，2001.

[7]周光禮，馬海泉.科教融合：高等教育理念的變革與創(chuàng)新[J].中國高教研究，2012（8）：15-23.

[8]陳曉曦，陳鳳玲，李斌，等.好奇影響靈感產(chǎn)生的現(xiàn)象與機制：認知與情緒雙加工路徑[J].心理科學進展，2019（1）：1-10.

[9] 林健.新工科專業(yè)課程體系改革和課程建設(shè)[J].高等工程教育研究，2020（1）：1-13.

[基金項目：教育部新工科研究與實踐項目（1）構(gòu)建跨校聯(lián)動大規(guī)模適用新模式，協(xié)同推進新工科教育再出發(fā)（E-DXKJC20200509）;（2）在全校所有工科專業(yè)落實建成“始于新生、貫通四年、逐級挑戰(zhàn)、基于項目的新工科課程體系”（E-ZYJG20200236）]

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