構(gòu)建本科生導(dǎo)師制下創(chuàng)新型人才的模塊化培養(yǎng)新模式

張恩來 張晶晶 陳靜 黃鳴

摘 ?要：針對當(dāng)前導(dǎo)師制在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中存在定位不明確、職責(zé)過泛等問題，以模塊化教學(xué)理論為載體，提出科研與教學(xué)相結(jié)合的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)新模式，并論述其架構(gòu)、實施規(guī)則和模塊關(guān)系，以形成模塊化課程體系。以機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式為應(yīng)用案例，結(jié)合導(dǎo)師研究方向構(gòu)建理論與實踐相結(jié)合的模塊化課程框架，并通過“挖掘機冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析與優(yōu)化”課題的順利開展，論證文章提出的新模式在人才培養(yǎng)實踐中的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)師制;本科生;科研;創(chuàng)新型人才;模塊化

中圖分類號：G640 文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）33-0035-04

Abstract： Aiming at the problems of the current tutorial system in the process of cultivating innovation talents， such as unclear positioning and over-responsibility， this paper takes modular teaching theory as the carrier and proposes a new model of innovation talent cultivation combining scientific research and teaching. The paper analyzes and discusses the architecture， implementation rules and module relationships of the model to form a modular curriculum and knowledge system. Taking the mechanical engineering professional cultivation model as a practical case， and combining with the research directions of tutors， a modular curriculum framework is constructed; the smooth development of the project "Stress Analysis and Optimization of Excavator Cooling Fan Structure" demonstrates the feasibility and effectiveness of the proposed model.

Keywords： tutorial system; undergraduate; scientific research; innovation talent; modular cultivation model

隨著科技的發(fā)展，社會對本科人才的要求是不僅要具有深厚的基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能，更應(yīng)具備解決實踐問題的創(chuàng)新能力。近年來，為了提高本科生人才培養(yǎng)質(zhì)量，以適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展對高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的需要，一些國家和高水平大學(xué)已重視本科生的科研創(chuàng)新能力訓(xùn)練和培養(yǎng)。美國本科生科研理事會（CUR）等機構(gòu)簽署了《關(guān)于支持本科生科研、學(xué)術(shù)和創(chuàng)造性活動之原則的聯(lián)合聲明》，并明確提出本科生科研是21世紀(jì)的教學(xué)方法;中國頒布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，提出要充分發(fā)揮教育在創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要作用，鼓勵本科生投入科研工作。如麻省理工學(xué)院創(chuàng)設(shè)了本科生研究機會計劃（UROP），以資助本科生參與教師的研究項目。

由此可見，培養(yǎng)本科生科研創(chuàng)新能力是大學(xué)教育的重要組成部分。大學(xué)本科教育是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵時期。為了完善本科生的科研創(chuàng)新培養(yǎng)機制，多年來國內(nèi)越來越多高校推行本科生導(dǎo)師制，如北京大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院大學(xué)等。從國外導(dǎo)師制產(chǎn)生的歷程來看，牛津模式將本科生導(dǎo)師制主要定位于培養(yǎng)本科生科研能力，而哈佛模式則是更全方位地服務(wù)學(xué)生[1-2]。從出臺的相關(guān)規(guī)章制度看，目前國內(nèi)大多數(shù)高校的本科生導(dǎo)師制的思路主要傾向于哈佛模式，即對學(xué)生學(xué)習(xí)、生活和科研等全方位指導(dǎo)。而張遠(yuǎn)索等學(xué)者[3-4]指出，本科生導(dǎo)師制應(yīng)該定位于本科生科研能力的培養(yǎng)和提高。

一、問題的提出

科研是學(xué)生直接獲取知識的重要途徑，實踐表明，把科研引入大學(xué)教學(xué)過程，能夠較大程度地激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新能力。需要指出的是，在組織學(xué)生參加科研活動時，須結(jié)合學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力和課程學(xué)習(xí)時間。參與科研活動的對象主要是高年級本科生，因為低年級本科生還未具備較為扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和科研技能。因此，當(dāng)前導(dǎo)師制與本科生科研能力的培養(yǎng)緊密相關(guān)，而如何將導(dǎo)師制與本科生科研能力培養(yǎng)進行有效結(jié)合，并根據(jù)不同本科階段配以不同的課程及科研訓(xùn)練，以優(yōu)化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)計劃，是亟待解決的問題。針對這一問題，周玲妹等人[5]介紹了中國礦業(yè)大學(xué)實施以創(chuàng)新教學(xué)（即大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練或科研選題訓(xùn)練）為依托的本科生導(dǎo)師制，并探討其運行機制;戴年紅[6]指出，不同類型的導(dǎo)師分別就專業(yè)實訓(xùn)、專業(yè)拓展、科研訓(xùn)練和學(xué)科競賽等環(huán)節(jié)實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力;米艷等人[7]提出建立科研興趣小組，讓學(xué)生主動參與教師的科研項目及各類創(chuàng)新項目;劉文等人[8]在介紹“雙導(dǎo)師制”（即全程學(xué)業(yè)導(dǎo)師和學(xué)術(shù)科研導(dǎo)師）的實施和作用的基礎(chǔ)上，探討雙導(dǎo)師制的改進創(chuàng)新，即增加實踐導(dǎo)師，實施“三導(dǎo)師制”。Yuan等[9]詳細(xì)介紹了山東建筑大學(xué)興趣小組等雙導(dǎo)師制的科研能力培養(yǎng)模式，并證明該模式具有較好的實踐效果。

不容置疑的是，當(dāng)前實施的導(dǎo)師制會有利于學(xué)生更好地發(fā)展，但由于主客觀原因造成實踐中導(dǎo)師制的作用并沒有得到充分發(fā)揮，其主要原因包括制度定位模糊，導(dǎo)師制的功能過于求全，職責(zé)過泛，學(xué)生參與度不夠，缺乏對導(dǎo)師和學(xué)生的有效考核評價體系等[10]。由此導(dǎo)致本科生導(dǎo)師制容易流于形式，達不到較好的實踐效果。因此，有必要將本科導(dǎo)師制貫穿于高校實踐教學(xué)體系，本文將結(jié)合模塊化教學(xué)理論，提出本科生科研創(chuàng)新能力的模塊化培養(yǎng)模式，并探討其運行機制以優(yōu)化高等學(xué)校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

二、基于模塊化教學(xué)理論的導(dǎo)師制

該方法的導(dǎo)師制實施是以模塊化教學(xué)理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式，旨在讓學(xué)生在掌握專業(yè)知識和技能的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生對科研的濃厚興趣，充分發(fā)揮科研探索的主動性和提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

所謂的模塊化教學(xué)理論是20世紀(jì)70年代初由國際勞工組織提出的以現(xiàn)場教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式。它把教學(xué)過程中理論與實踐進行有效整合，把復(fù)雜的課程體系分為若干個相互關(guān)聯(lián)模塊，通過這些模塊把相互滲透的教學(xué)內(nèi)容形成一個有機的整體。

（一）課程體系模塊化規(guī)劃

本文涉及的模塊化教學(xué)理論是基于狹義的課程模塊化，也就是以導(dǎo)師研究方向為線索，課程主體結(jié)構(gòu)保持不變，不同方向?qū)?yīng)的新內(nèi)容以模塊形式增加，構(gòu)建不同層次的課程模塊。一般本科教育普遍采用四年制，整個課程體系的模塊化規(guī)劃如表1所示。

本培養(yǎng)模式針對專業(yè)總體培養(yǎng)目標(biāo)選擇性對課程模塊進行適當(dāng)調(diào)整，規(guī)劃細(xì)則可如下：

1. 在本科一年級，采用基礎(chǔ)課程模塊，課程內(nèi)容涵蓋思想道德、法律、歷史、體育、心理健康、計算機技術(shù)基礎(chǔ)、大學(xué)英語、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等。培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀，提高本科生綜合素養(yǎng)。該學(xué)年以專業(yè)課導(dǎo)論或講座為載體，激發(fā)學(xué)生對本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生潛移默化中形成創(chuàng)新意識，需要指出的是，針對該年級的本科生導(dǎo)師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生多閱讀專業(yè)領(lǐng)域的經(jīng)典著作，不鼓勵本科生過早參與科研。

2. 二年級是掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識的重要階段，這一階段中學(xué)生開始學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識，導(dǎo)師可以創(chuàng)造機會讓學(xué)生參與科研研究的輔助性工作（如查閱課題的相關(guān)文獻資料、參加學(xué)術(shù)講座等），培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。該階段對應(yīng)專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊，為了有助于學(xué)生在相關(guān)的研究方向與領(lǐng)域間轉(zhuǎn)換，前四個學(xué)期的基礎(chǔ)課程模塊對于不同研究方向是一致的。

3. 經(jīng)過前兩年的基礎(chǔ)知識儲備，本科生可學(xué)習(xí)難度較大的專業(yè)類課程模塊。在掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識并結(jié)合導(dǎo)師研究課題基礎(chǔ)上，本科生可根據(jù)科研興趣選擇合適的研究方向課程模塊。同時可以根據(jù)興趣愛好或不足，選擇個性化課程模塊，主要分為兩部分：公共選修課，以供學(xué)生學(xué)習(xí)其他學(xué)科知識，以更好適應(yīng)社會的需求;專業(yè)方向選修課，以進一步豐富本科生掌握科研創(chuàng)新技能。在這一學(xué)年，導(dǎo)師要引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的研究課題，并就研究內(nèi)容提出具體的分段目標(biāo)，創(chuàng)造機會讓學(xué)生參與科研工作，有效提高學(xué)生的創(chuàng)新思維。這一階段的科研工作主要是文獻的總結(jié)，確定課題目標(biāo)，理清研究過程，明確技術(shù)路線等。

4. 實踐性課程模塊將集中在四年級，旨在培養(yǎng)學(xué)生的實際技能操作能力和理論聯(lián)系實際的分析能力，該模塊可以由基礎(chǔ)實踐、專業(yè)實踐和科研創(chuàng)新三個子模塊組成。在這一學(xué)年里，本科生要運用所學(xué)的專業(yè)知識進入到真實的已確定的課題研究工作中，該研究課題可以作為創(chuàng)新訓(xùn)練項目或畢業(yè)設(shè)計或論文，該階段的研究工作將對本科期間所學(xué)的知識進行綜合檢驗和實際應(yīng)用，有效提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

本文以教學(xué)和科研相融合為途徑，探索具有科研創(chuàng)新能力的本科生模塊化培養(yǎng)新模式。每個模塊的運作和協(xié)作，可以根據(jù)專業(yè)具體的培養(yǎng)目標(biāo)和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求進行合適的選擇和調(diào)整，保證教學(xué)與科研共同發(fā)展，相得益彰，實現(xiàn)模塊子目標(biāo)與本科生人才培養(yǎng)整體目標(biāo)的有效分化和統(tǒng)一。

（二）課程體系模塊化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了滿足創(chuàng)新型本科人才的社會需求，整個模式的培養(yǎng)過程可分為五大模塊，每個大模塊根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則和子目標(biāo)又分為若干子模塊，由此將形成一個層次課程體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，這樣既保證專業(yè)課程要求，又能有效兼顧不同興趣學(xué)生參與科研創(chuàng)新活動的需求。

每個模塊由一門或多門課程組成，由專門教師負(fù)責(zé)建設(shè)，成為一個教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)分與學(xué)時都相對固定的單元。因此，可以采用數(shù)學(xué)矩陣對圖1進行描述，即：

式中，M代表模塊化課程體系;B，S，R，I，P為各大教學(xué)模塊，含義見表1;i，j，k，m，n為各子模塊的課程門數(shù);A代表學(xué)生的科研與創(chuàng)新能力。

大模塊之間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，即模塊B是模塊S的基礎(chǔ)，模塊S又是模塊R的基礎(chǔ)，模塊之間由右到左層層遞進，相互支撐;而子模塊之間需要相互獨立，以避免課程之間內(nèi)容的重復(fù)教學(xué)。由于模塊以培養(yǎng)本科生能力為目標(biāo)，因此不需要過于強調(diào)模塊之間的內(nèi)在數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。

整個模塊化課程體系以導(dǎo)師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，不同的研究方向形成不同的R模塊，學(xué)生根據(jù)導(dǎo)師提供的課題進入相應(yīng)模塊，不同模塊制訂對應(yīng)的科研進展計劃，同一模塊內(nèi)的參與人可以共同承擔(dān)科研項目任務(wù)，定期組織研討會和學(xué)術(shù)論證。

因此，該模式可以把科研工作所需的專業(yè)知識和技能滲透到教學(xué)體系，讓學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下較全面地完成一個項目的研究工作，學(xué)生能夠切身體驗項目從選題、設(shè)計到研究、實施的全過程，從中較為系統(tǒng)地掌握科研方法和技能，從而提高本科生的實際動手能力、分析和解決問題的綜合應(yīng)用能力，并在此過程中培養(yǎng)了本科生的科研思維和創(chuàng)新技能。

三、培養(yǎng)模式的實踐應(yīng)用

該模式已在作者所屬單位的機械工程專業(yè)展開應(yīng)用，該專業(yè)是一門實踐性很強的學(xué)科，因此本科生需要系統(tǒng)地掌握專業(yè)理論知識，更需具有解決實際工程問題的應(yīng)用能力。根據(jù)專業(yè)的建設(shè)目標(biāo)和現(xiàn)有教師的科研課題資源，構(gòu)建了機械工程專業(yè)本科生的模塊化課程體系，以論證該模式的可行性和有效性，激發(fā)本科生的科研興趣和提高創(chuàng)新培養(yǎng)水平。

（一）課程體系架構(gòu)

該專業(yè)的模塊化課程體系內(nèi)容為：B模塊中的專業(yè)基礎(chǔ)模塊B2課程有畫法幾何與工程制圖、電工電子學(xué)/實驗、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計、工程材料及成型技術(shù)、互換性與技術(shù)測量、計算機輔助設(shè)計，總學(xué)分31.5，占整個課程所需學(xué)分的比例為18.3%;S模塊包括5門課程，分別為機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、液壓傳動、可編程控制器、數(shù)控技術(shù)與編程和機器人技術(shù)基礎(chǔ)，總學(xué)分13，占比7.5%;R模塊根據(jù)導(dǎo)師的研究課題分為三個方向的子模塊，即R1機械設(shè)計方向、R2機械制造方向和R3機械電子方向，對應(yīng)研究方向模塊的課程為：機械制造工藝學(xué)、機械系統(tǒng)設(shè)計、機械優(yōu)化設(shè)計和有限元分析;機械制造工藝學(xué)、特種加工、模具設(shè)計與制造和機械制造裝備設(shè)計;單片機原理及應(yīng)用技術(shù)、執(zhí)行元件及控制、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計和工控組態(tài)軟件。每個子模塊4門課，8.5個學(xué)分，占比4.9%;個性化模塊I的課程安排具有較大選擇空間，本科生根據(jù)個人愛好、科研興趣、導(dǎo)師課題需要等合理選擇課程，只需修滿8個學(xué)分即可，占比4.6%;實踐課程模塊P共有45個學(xué)分，占較大比例26%，以強調(diào)理論與實踐是不可分割的關(guān)聯(lián)，通過基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識指導(dǎo)實踐活動，以檢驗知識應(yīng)用的適應(yīng)度。

（二）工程實例應(yīng)用

本文提出的將科研與教學(xué)相融合的本科生創(chuàng)新能力的模塊化培養(yǎng)新模式，需要通過實際工程課題進行實踐教學(xué)應(yīng)用。導(dǎo)師課題“挖掘機冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析與優(yōu)化”融入教學(xué)模式的過程及其研究情況如下：該課題屬于機械設(shè)計方向，涉及課程體系的模塊有B2模塊、S模塊、R1模塊、I模塊和P模塊。其中I模塊中導(dǎo)師指定的課程有現(xiàn)代設(shè)計理論與方法、機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計;P模塊的內(nèi)容有機械原理/機械設(shè)計課程設(shè)計、專業(yè)課程設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計。本次課題的研究工作由兩名本科生承擔(dān)，從大三開始接觸該課題，直到大四下學(xué)期完成課題的研究任務(wù)。該課題可較好地檢驗學(xué)生計算機輔助機械設(shè)計、建模和優(yōu)化的應(yīng)用能力，提升了分析和解決工程問題的科研技能。

四、結(jié)束語

導(dǎo)師制是提升本科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)能力和推動本科教育內(nèi)涵式發(fā)展的重要舉措。然而在實踐過程中，由于缺乏準(zhǔn)確角色定位、承擔(dān)職責(zé)過多等問題導(dǎo)致導(dǎo)師制未能充分發(fā)揮作用。本文探尋導(dǎo)師制與本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效結(jié)合途徑，提出以導(dǎo)師課題研究方向為線索、理論教學(xué)與科研創(chuàng)新實踐相結(jié)合的模塊化培養(yǎng)新模式。以模塊化教學(xué)理論為載體，對本科生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)過程進行模塊化定位和劃分，分析子模塊目標(biāo)、實施規(guī)則和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，論證模塊間的關(guān)聯(lián)性，即五大模塊間逐層遞增，相互支撐，而子模塊之間相對獨立。

該模式已成功應(yīng)用于機械工程專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和導(dǎo)師研究方向，建立了包含3個研究方向子模塊的模塊化課程體系。以“挖掘機冷卻風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析與優(yōu)化”為工程案例，介紹其子模塊的具體內(nèi)容及目標(biāo)。實踐證明，經(jīng)過該模塊化課程體系的培養(yǎng)，本科生已基本具備分析和解決工程問題的科研創(chuàng)新能力。該案例的實踐教學(xué)應(yīng)用可以為其他專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供借鑒意義。

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