基于科教融合的工科研究生科研能力培養(yǎng)探索

［摘 要］ 針對工科研究生培養(yǎng)中存在的課程教學(xué)和科研實踐脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容和方法與科研能力存在差距，以及科研實踐創(chuàng)新能力不足等問題，以控制科學(xué)與工程專業(yè)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(yǎng)。研究生科研能力培養(yǎng)包括課程改革和項目驅(qū)動科研實踐，其中課程改革包括總結(jié)案例分析、融入科研方法和技能課程教學(xué)以及課程考核方式；項目驅(qū)動科研實踐包括科研興趣和技能培養(yǎng)、研究生和導(dǎo)師科研項目協(xié)作以及科研學(xué)術(shù)交流。

［關(guān)鍵詞］ 科教融合；科研能力培養(yǎng)；教育教學(xué)改革

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

［作者簡介］ 平續(xù)斌（1982—），男，陜西西安人，工學(xué)博士，西安電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院副教授（通信作者），碩士生導(dǎo)師，主要從事模型預(yù)測控制理論與應(yīng)用、魯棒最優(yōu)估計研究；劉 鼎（1981—），男，甘肅嘉峪關(guān)人，工學(xué)博士，西安電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事Petri網(wǎng)理論及應(yīng)用、先進制造系統(tǒng)研究；劉永奎（1981—），男，河南新鄭人，工學(xué)博士，西安電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)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(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）38-0097-04 ［收稿日期］ 2023-05-04

當(dāng)前國內(nèi)工科研究生培養(yǎng)方案主要包括研究生課程教學(xué)和科研實踐兩階段，其中課程教學(xué)主要為教師講授專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)課程，科研實踐主要通過導(dǎo)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(yǎng)通常是研究生課程教學(xué)與科研實踐融合的過程，如何綜合考慮課程教學(xué)和科研實踐兩個環(huán)節(jié)，從而加強科研能力是構(gòu)建高質(zhì)量工科研究生培養(yǎng)體系的重要內(nèi)容［1］?？平倘诤瞎た蒲芯可蒲心芰ε囵B(yǎng)本質(zhì)是在課程和科研實踐過程中，要求綜合考慮教師科研經(jīng)驗和技能傳授以及研究生科研探索實踐環(huán)節(jié)，從而通過師生互動和協(xié)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(yǎng)，不僅需要研究生課堂教學(xué)與科學(xué)研究緊密結(jié)合，還需要導(dǎo)師在研究生科研實踐過程中激發(fā)學(xué)生參與科研的興趣，提高其獨立研究、科學(xué)探索、分析解決問題以及創(chuàng)新實踐的科研能力。當(dāng)前，在科教融合理念下提高工科研究生科研能力，已經(jīng)成為高校共同關(guān)注的問題［2］。

一、工科研究生科研能力培養(yǎng)中的主要問題

（一）研究生課程教學(xué)和科學(xué)研究存在脫節(jié)

研究生課程教學(xué)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(xué)和科研實踐脫節(jié)現(xiàn)象在高校較為普遍。當(dāng)前高校教師對科研重視程度遠超課程教學(xué)，因而科研項目中的科研方法和技能、科研經(jīng)驗和成果很少反哺到課程教學(xué)中。主要原因在于科研實力競爭長期處于國內(nèi)高校發(fā)展核心地位，造成高校不重視科研，對課程教學(xué)的關(guān)注不足。

（二）研究生課程教學(xué)內(nèi)容和方法與科研能力培養(yǎng)存在差距

當(dāng)前研究生課程教學(xué)注重經(jīng)典理論和方法，由于課程教學(xué)內(nèi)容陳舊且滯后于新的理論和方法，造成學(xué)生感覺課程教學(xué)和后續(xù)科研項目相關(guān)性較小。在教學(xué)過程中更多要求學(xué)生掌握理論，缺乏應(yīng)用背景，難以培養(yǎng)工科研究生發(fā)現(xiàn)、思考和解決科研問題的能力。另外，課程教學(xué)方法缺乏教師與學(xué)生之間的互動，導(dǎo)致學(xué)生感覺課程難學(xué)。課程考核方式主要采取期末考試，研究生僅注重內(nèi)容記憶，不利于對學(xué)生科研能力的培養(yǎng)［3］。

（三）研究生科研實踐創(chuàng)新能力存在不足

本科和研究生階段學(xué)生培養(yǎng)模式主要強調(diào)專業(yè)基礎(chǔ)教育，因為缺乏科研實踐結(jié)合往往導(dǎo)致學(xué)生分析和解決科研問題的能力得不到培養(yǎng)。在研究生課程教學(xué)和科研實踐過程中，教師難以科教融合地培養(yǎng)研究生的科研能力，研究生未深入探索課程理論學(xué)習(xí)和科研實踐相互結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，導(dǎo)致研究生理論認(rèn)知和科研實踐能力出現(xiàn)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(nèi)在動力和興趣，存在認(rèn)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(yǎng)

基于科教融合理念培養(yǎng)工科研究生科研能力有助于研究生教學(xué)與科研實踐相輔相成，是研究生科研能力培養(yǎng)的重要方式。研究生課程教學(xué)直接關(guān)系到研究生知識結(jié)構(gòu)構(gòu)建、科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在研究生科研實踐過程中，需要研究生掌握應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)理論知識與技能，進而具備發(fā)現(xiàn)科研問題并通過創(chuàng)造性思維去分析與解決問題的科學(xué)素養(yǎng)。教師通過科研領(lǐng)域知識和技能的積累，能夠結(jié)合研究生教學(xué)要求豐富課程教學(xué)內(nèi)容和方式，從而調(diào)動研究生參與科研實踐的積極性。研究生在課程學(xué)習(xí)過程中結(jié)合教師科研實踐，不僅能夠掌握新的學(xué)科領(lǐng)域方法和技能，還能通過理論結(jié)合實踐的方式理解課堂知識和培養(yǎng)科研能力，為后續(xù)科研項目參與打好基礎(chǔ)。在科教融合理念下，筆者結(jié)合控制科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)科背景和培養(yǎng)方案、近些年所主講的“模型預(yù)測控制理論及應(yīng)用”研究生課程，以及控制科學(xué)與工程專業(yè)研究生指導(dǎo)經(jīng)驗，開展工科研究生科研能力培養(yǎng)探索，具體包括研究生課程改革以及項目驅(qū)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(yù)測控制理論及應(yīng)用”研究生課程，以培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力、分析解決問題能力為目標(biāo)開展課程改革。

1.案例分析式課程教學(xué)。根據(jù)筆者在模型預(yù)測控制領(lǐng)域十多年的科研積累，在“模型預(yù)測控制理論及應(yīng)用”課程中通過課程案例分析結(jié)合研討進行。根據(jù)模型預(yù)測控制理論和方法在不同年代的發(fā)展形勢及典型應(yīng)用案例，分別介紹和討論動態(tài)矩陣模型預(yù)測控制、廣義模型預(yù)測控制，以及基于狀態(tài)空間的預(yù)測控制綜合方法的思想原理和實現(xiàn)形式。在課程教案設(shè)計中，通過整合筆者在模型預(yù)測控制科研中新的研究思想和方法，重點關(guān)注課程原理探討和方法實踐應(yīng)用。通過案例分析和課程教學(xué)提高研究生學(xué)習(xí)的積極性、目的性和系統(tǒng)性，激發(fā)學(xué)生思考問題的主動性，提高科研創(chuàng)新能力。同時通過不同類型模型預(yù)測控制理論和應(yīng)用典型案例設(shè)計和分析，幫助學(xué)生了解模型預(yù)測控制發(fā)展現(xiàn)狀和動態(tài)，從而豐富研究生在約束系統(tǒng)優(yōu)化控制方面的知識結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技能。

2.融入科研方法和技能的課程教學(xué)。在“模型預(yù)測控制理論及應(yīng)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(zhuǎn)換為各種引發(fā)學(xué)生思考的探究性問題。通過鼓勵引導(dǎo)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(jié)合所承擔(dān)科研項目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文，將科學(xué)研究內(nèi)容融入課程培養(yǎng)方案，從而在課堂教學(xué)中貫穿筆者多年在模型預(yù)測控制算法設(shè)計方面的經(jīng)驗。在主講“模型預(yù)測控制理論及應(yīng)用”課程中，模型預(yù)測控制研究主要基于約束系統(tǒng)優(yōu)化控制，其涉及系統(tǒng)模型建立、優(yōu)化控制設(shè)計和求解，以及系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性、優(yōu)化問題可行性和算法實時性等問題。通過結(jié)合科研過程中常用的仿真優(yōu)化工具包，借助仿真算例分析方式將抽象控制算法認(rèn)知轉(zhuǎn)化為形象化的仿真圖，進而通過仿真圖從閉環(huán)角度上認(rèn)識控制算法設(shè)計和分析過程。

3.優(yōu)化研究生課程考核評價。根據(jù)“模型預(yù)測控制理論及應(yīng)用”課程特點，課程考核模塊包括課堂案例討論分析、結(jié)合研究生各自導(dǎo)師給定研究領(lǐng)域的文獻綜述、典型模型預(yù)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(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進行科研思考、問題分析和方案設(shè)計。其中在文獻綜述方面，鼓勵學(xué)生根據(jù)各自未來科研課題方向，結(jié)合模型預(yù)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(rèn)知模型預(yù)測控制在各自未來研究領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，從而為學(xué)生將來科研開題提供幫助和支撐。

（二）項目驅(qū)動研究生科研實踐

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

1.研究生科研興趣和技能培養(yǎng)。在科研興趣培養(yǎng)中，需要讓學(xué)生在科研項目實踐中理解認(rèn)知研究生科研興趣對啟發(fā)學(xué)生內(nèi)在科研動力、科研創(chuàng)新能力以及承擔(dān)科研任務(wù)上的重要性。針對控制科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)研究生，主要通過西安電子科技大學(xué)機電工程學(xué)院科研中涉及的機械系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)以及智能制造系統(tǒng)，幫助研究生認(rèn)知優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計對各類系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的重要性和意義。在研究生培養(yǎng)過程中，根據(jù)相近的科研方向?qū)W(xué)生分成項目研究小組，保持項目小組內(nèi)定期討論交流和協(xié)作關(guān)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(xué)習(xí)內(nèi)容，包括項目相關(guān)背景的文獻報告綜述、優(yōu)化控制算法程序復(fù)現(xiàn)，學(xué)習(xí)和理解高年級以及已經(jīng)畢業(yè)研究生所積累的科研資料，從而具備后續(xù)從事科研項目的基礎(chǔ)和基本科研技能。針對已經(jīng)確定科研項目的研究生，圍繞科研項目關(guān)鍵問題對學(xué)生進行控制系統(tǒng)建模、優(yōu)化控制設(shè)計、仿真實驗分析、期刊論文撰寫等科研技能訓(xùn)練。上述科研技能培養(yǎng)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(dǎo)師根據(jù)科研技能培養(yǎng)和不同學(xué)生開展有針對性的指導(dǎo)。

2.研究生和導(dǎo)師科研項目協(xié)作。圍繞科研項目計劃，導(dǎo)師須重點把關(guān)研究生開題、中期科研進展、畢業(yè)論文撰寫指導(dǎo)等關(guān)鍵過程環(huán)節(jié)。其中，在研究生開題階段，導(dǎo)師根據(jù)學(xué)生知識背景和特長，確定是否為學(xué)生設(shè)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(yīng)用為目標(biāo)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(guān)鍵問題由研究生和導(dǎo)師協(xié)作探索解決思路和方案?？蒲姓撐暮彤厴I(yè)論文撰寫不僅是科研項目成果總結(jié)的重要形式，還是研究生科研能力培養(yǎng)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(yōu)先于畢業(yè)論文撰寫。通過師生協(xié)作引導(dǎo)研究生撰寫期刊論文有助于及時總結(jié)和發(fā)表科研項目階段性成果，為畢業(yè)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(dǎo)師就論文創(chuàng)新性、結(jié)構(gòu)組織性和語言表達規(guī)范性等進行多輪討論，幫助學(xué)生修正和完善科研論文中的不足。研究生畢業(yè)論文撰寫涉及大量控制系統(tǒng)對象模型、科研數(shù)據(jù)和圖表分析以及控制算法和仿真結(jié)果等。對此，在基于科研論文培養(yǎng)研究生科研技能的基礎(chǔ)上，需要更多地培養(yǎng)研究生在畢業(yè)論文結(jié)構(gòu)組織、各章內(nèi)容銜接性和關(guān)聯(lián)性、論文整體創(chuàng)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(xué)術(shù)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(jié)合項目小組討論和導(dǎo)師協(xié)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(yǎng)學(xué)生科研學(xué)術(shù)交流技巧和表達能力。在培養(yǎng)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(nèi)控制領(lǐng)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(xué)術(shù)交流合作機會并拓寬學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)學(xué)術(shù)交流技能。通過學(xué)術(shù)交流掌握同行在專業(yè)研究方向中的解決思路和方案，從而為研究生承擔(dān)科研項目提供借鑒。

結(jié)語

基于科教融合的工科研究生科研能力培養(yǎng)，筆者探索總結(jié)了工科研究生培養(yǎng)中研究生課程教學(xué)改革以及項目驅(qū)動科研實踐兩階段工作。研究生課程改革重點關(guān)注研究生科研能力培養(yǎng)與課程內(nèi)容和教學(xué)方式設(shè)計，以及考核方式要求之間的關(guān)系，同時注重將科研方法和技能融入研究生教學(xué)過程。項目驅(qū)動科研實踐注重培養(yǎng)研究生認(rèn)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(rèn)知基礎(chǔ)，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(yǎng)工科研究生，不僅有助于完善研究生課程教學(xué)和科研實踐相結(jié)合，還是工科研究生科研能力培養(yǎng)的重要發(fā)展模式之一。

參考文獻

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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