基于多目标的土木工程专业科研创新人才培养模式探索

张猛+张哲+赵桂峰+李天

[摘 要]以郑州大学土木工程及相近工科专业的本科生为例，调查大学生科研创新能力的现状，分析原因，可以针对其存在的问题提出基于学生发展需求的多目标科研创新人才培养模式。对上述人才培养模式的小范围实践表明：实行多目标的教学管理培养模式在提升本科生科研创新能力水平的同时也实现了学生的个性化发展；围绕科研创新能力培养而构建的课程教学和考核体系为本科生科研思维的训练和科研意识的提高创造了较大的培养空间；导师制和有本科生参与的科研梯队人才培养模式有效引导了本科生的发散性思维和创意思想，是导师、研究生和本科生协同发展、合作共赢的科研创新人才培养模式。

[关键词]多目标；土木工程；本科生；科研创新能力；人才培养

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）07-0001-04

一、引言

高校土木工程专业本科生是我国土建领域专业技术人才的重要后备力量。据统计，目前全国共有362所高校开设了土木工程本科专业，在校学生人数约60万人[1]，其中教学型院校297所，研究型院校（主要指985和211院校）65所。[2]近年来，国家基础建设规模日益扩大，大型工程项目逐渐增多，各类新的工程技术问题也不断涌现，这给广大土建领域专业技术人员提供了充分发挥自身潜力的舞台，同时也对高校土木工程专业本科生的教学和人才培养模式提出了新的要求。

当前，社会高速发展，科技日新月异，工程问题复杂多变，在新的环境条件下，一个合格的土木工程师应具备以下能力：能正确判断和解决土木工程中的各种实际问题；具备较强的交流沟通能力、合作精神及一定的领导能力；能胜任跨学科、跨专业的合作；具有终身学习和保持科学创新思维的能力与习惯；能适应社会发展的需求，胜任复杂多变的职业岗位。[3]

然而，目前国内教育体系对于工程类本科生基础理论知识的培养较为重视，对于其科研创新能力和实际动手能力的培养则相对不足，导致很多初出茅庐的本科毕业生科研素养不高，甚至很多工作多年的工程师的科研创新水平也较低，在面对复杂的工程问题时往往束手无策。据统计，我国高校工科专业在读本科生和研究生的比例约为10∶1，但我国高校科研创新的主体力量却集中在占人数比例相对较低的研究生和高校教师中。[4]这样巨大的反差说明当前我国高校工科专业本科生总体上科研创新能力相对较差，但同时也说明，我国高校的科研创新存在着巨大的潜力。因此，高校如能采取有效的教育培养模式，积极调动本科生的科研创新意识，充分挖掘本科生的科研创新能力，将能为我国科研事业的发展和工程技术的进步注入强大的推动力。

基于上述背景，本文以省部共建211高校郑州大学为例，通过对土木工程及相近专业的本科生进行调查，了解其科研创新能力现状，分析其存在的问题和原因，并试图探索一套有效的教育培养模式，以提高土木工程以及相近工科专业本科生的科研创新能力，为我国土木工程以及相关工程领域的科学研究和技术创新注入新的力量。

二、土木工程及相近工科专业本科生科研创新能力现状调查与分析

（一）现状调查

以郑州大学土木工程及相近工科专业的四年级本科生为对象展开随机调查。之所以选择这一群体，主要考虑到大四本科生已经历过近三年半的专业知识学习和短期的专业实践实习，他们对个人能力、个人的培养需求、所学专业的发展方向和社会需求以及所学专业的教育培养模式等方面已经有了较为系统和深入的认识，针对这一群体的调查更能反映问题，也更有利于提高调查结果的可靠性。

此次随机调查一共发放调查问卷300份，回收262份，回收率87%。调查采用半结构式问卷调查和深度访谈相结合的方式。主要内容包括：工科专业本科生个人的教育培养定位、个人的志趣方向、个人科研创新能力的自我评估、对现行教育培养模式的认同感以及对培养模式改革方向的建议等。

调查结果显示：有65.5%的被调查者赞同大学期间除了学习专业知识外，还应重点培养其科研创新能力；有84.9%的被调查者对在大学期间参与各类科研创新活动非常感兴趣，但只有20.7%的被调查者对于本专业方向的科研创新活动非常感兴趣；有73.6%和21.8%的被调查者自我评估科研创新能力水平为一般和不强。调查还发现，90%以上的被调查者强烈不认同目前的教育培养模式和考核机制，认为必须结合时代的需求进行变革；近80%的被调查者希望通过读研来进一步提高自己的科研创新能力。

通过对调查结果的简单总结可知，目前土木工程及相近工科专业本科生参与科研创新活动的积极性较高，但该群体总体的科研创新能力还待提高。该群体对科研创新的积极性很大程度上是基于个人的兴趣爱好，但他们专业方向跨度大，随意性强。因此，对于本科生群体的科研创新意识必须加强引导和管理，使本科生发散性思维较强的优势得以充分发挥，同时也要保证本科生参与的科研创新活动具有较强的专业针对性和实际可操作性。

（二）原因分析

造成本科生科研创新能力水平较低的原因主要有：

1.缺乏有效的引导

很多本科生的科研创新活动是根据个人爱好在“地下”状态自发进行的，随意性较强，往往只重视科研创新过程本身带来的刺激性、探险性和趣味性。[5]由于缺乏有经验的教师和科研团队的指导，本科生对于类似的科研创新活动的研究现状了解不足，对于创新活动的社会实际需求了解亦不充分，因而其科研创新活动大多停留在验证性的水平上，科技含量低，成果缺乏应用价值。

2.缺乏管理制度保障

目前，很多高校已经开始重视对本科生科研创新能力的培养，但相应的管理措施和规章制度尚未有效跟进，使得本科生的科研创新活动长期处于无序进行的混乱状态。[5]由于得不到制度的保障，很多本科生科研创新活动的成功率较低，且少有的成果一出来就束之高阁，很少能转化应用，这也造成了资源浪费和成果的流失。

3.缺乏资金和物质条件支持

资金支持对于科研创新活动的推动作用十分显著，各类科研基金项目资助的创新成果占主导地位便是明证。由于本科生基数大，高校对多数本科生的科研创新活动资金支持力度不大，能提供的硬件条件亦有限，导致本科生的科研创新活动难以为继，很多富有创意的项目因得不到资金支持无法顺利开展或半途而废。

三、土木工程专业本科生科研创新能力培养模式探索

（一）采用多培养目标的教学管理模式

上述调查表明，有近80%的本科生希望通过读研来提升自己的科研创新能力。因此，有必要根据国家发展战略和学生的需求，结合高校自身的特点，适时调整土木工程专业本科生的教学和培养方式，探索更有效的科研创新人才培养机制。

以郑州大学土木工程学院为例，土木工程专业年均培养本科生240名，其中有100多名学生毕业当年考取研究生（含推荐免试生36名），约占总数的40%（推免生占总数的15%）。当年未考取研究生的学生近一半仍有继续考研的打算。

可以看出，在研究型高校，土木工程专业本科生毕业后继续读研的比例较高。因此，可以考虑采用多培养目标的教学管理模式：对于有志于读研的学生，实行本硕一体化的培养方案，统筹安排课程学习、科研训练、考核管理和毕业答辩等环节，重在培养其科研创新思维和理论创新能力；对于本科毕业后直接参加工作的学生，则以产、学、研相结合的方式，构建校企合作的培养方案，重在培养其实践操作技巧和技术创新能力。

本硕一体化的培养模式，是本科生教育与研究生教育的一种有机结合，也是现行推荐免试硕士研究生制度的有益补充与延伸。这种培养模式对于研究型高校来说尤其适用，不但可以缓解招生数量与培养质量之间的矛盾，而且有助于吸收本校优秀本科生进入研究生阶段学习，进而优化本科教育与研究生教育协调发展，实现了以人为本。在当前我国经济发展处于新常态、高校毕业生就业压力增大的形势下，本硕一体化培养模式对于促进优秀本科生努力学习、提高其科研创新能力和社会竞争力都具有积极的影响。

校企合作的培养模式，即高校与企业充分挖掘并发挥各自潜在的优势所形成的一种联合培养模式。由于高校和企业各自的职能定位、文化背景、社会资源及规模等方面存在较大差异，所以该模式具有扬长避短、优势互补、学研一体的特点。这种培养模式尤其适合实践性更强的土木工程专业的本科生培养，能使本科生在学习期间既能进入工程的前沿，遇到更加实际、具体的问题，又能在解决实际问题的过程中开拓知识视野、提高科研素养、积累工作经验，同时也有助于学生在毕业后快速转变角色，适应岗位工作，进而获得企业的青睐。

目前，郑州大学土木工程学院本科生教育实行3～6年的弹性学分制度，允许学生在修满毕业要求的学分的前提下，根据自身的情况调整学习进度，这就增加了人才培养的灵活性，使本科生能充分发挥其主观能动性，既可以选择本硕一体化培养模式，也可以选择校企合作培养模式，从而实现了个性化发展。弹性学分制度的优越性可见一斑。

（二）形成以科研创新能力培养为目标的课程教学和考核体系

目前，我国多数高校土木工程专业本科生的课程设置主要由基础课和专业课两大模块组成。以郑州大学土木工程专业为例，基础课主要包括思想政治、高等数学、大学英语、大学物理、普通化学、电工学、计算机与程序设计等公共基础课，以及土木工程概论、画法几何与工程制图、荷载与结构设计方法、房屋建筑学、土木工程材料、工程测量、理论力学、材料力学等专业基础课；专业课主要包括结构力学、弹性力学、流体力学、土力学、基础工程、工程地质、混凝土结构原理与设计、砌体结构、钢结构原理与设计、工程经济学、土木工程施工与组织管理、建设项目管理、工程概预算、工程结构抗震设计、土木工程CAD、高层建筑结构等。基础课主要在大一、大二开设，专业课在大三、大四开设。

考虑到基础课涵盖的学科领域相对宽泛，学生的学习目标亦较为分散，该阶段的本科生科研创新训练可考虑以多角度启发学生的科研创新思维为主。在师资力量的分配上，建议由中老年教师多承担低年级本科生专业基础课的教学工作。这是因为中老年教师具有长期从事本专业教学和科研工作的经验积累，已经养成了严谨的工作作风和科研态度，同时他们对学科和专业有更深层次的理解和感悟，更容易讲解透彻，也更有助于本科生夯实科研基础，同时还能从思想上对本科生起到潜移默化的作用，有助于本科生端正学习态度，培养科研创新思维。

由于高年级本科生的专业课和选修课涉及的学科领域相对集中，而且学生有了基础课知识的储备，对专业课知识的学习会有一定的主动思考意识，因此可考虑在日常教学中加强科研信息的传达，增加专业课教学内容中的学术含量，留出足够的教与学互动讨论的空间，进而达到多层次培养学生科研创新能力的目的。在师资力量的分配上，建议由中青年教师多承担高年级本科生的专业课和选修课的教学工作。这是因为中青年教师虽然教学经验不足，但思维活跃，能接触到土木工程学科最前沿的研究课题，他们往往能站在学科的制高点上看待和讲解问题，这将有助于开拓本科生的科研视野，培养其科研创新意识。

在课堂教学模式方面，建议教师要加强引导和示范作用。在课堂上应多提出与当前生产和工程相关的一些实际问题，并与所讲授的专业课程知识相结合，鼓励学生们参与交流探讨，从多角度分析问题，从而增强学生们的主动求知意识和专业学习兴趣。在课堂时间使用上，还应把学生思考问题的时间考虑进去，使其达到一定的比例。根据笔者的教学经验，这个比例在30%左右是比较合适的，这样既能满足课堂教学容量的要求，又能激发学生的学习兴趣，促进其科研思考能力的提高。

在课程考核方面，建议采取“5+3+2”的综合考核模式，即专业理论知识占总成绩的50%，专业实践能力占总成绩的30%，剩下的20%考查学生综合运用知识和科研创新的能力。除此之外，还可以采用多目标、多标准的考核方式，即只要学生在任意一方面表现突出，而其他方面表现平平，也应视为考核合格。这样灵活的考核方式为土木工程专业本科生留出了较大的科研创新能力培养空间。

（三）实行本科生导师制

在科研界，导师是学生科研创新活动的助跑者和引路人。长期以来，我国高校导师制主要是针对研究生而设立的，大部分高校土木工程专业本科生实行的则是辅导员管理制，这与多数高校师资力量相对紧张有关。[6]随着本科生规模的扩大，辅导员管理制在管理水平和管理效率上均已呈现明显下滑的趋势。

为加强对本科生的引导和管理，提高本科生的科研创新能力，实行本科生导师制是一种有效的管理模式。为了解土木工程专业本科生对导师制的看法，笔者也做了随机调查，在所有的受访者中，有74.7%的学生期望在大学期间得到导师的指导，有83.9%的学生对于导师的期望在于导师能直接指导其进行科研创新工作，而不是导师的名气（期望导师名气的仅占5.7%）。这说明本科生对于导师的期望趋于实际，而不是虚无。

可见，对于土木工程专业的本科生来说，实行导师制既是有必要的，也是有可能的，但是仅依靠在校的专业教师，师资力量明显紧张，同时实践资源相对匮乏。因此，为了解决导师不足的问题，结合土木工程专业的特点，高校可以考虑向科研院所和企业伸出橄榄枝，大力招揽在设计、施工、监理、检测等工作在科研和土木工程一线的人员作为导师，从而增加导师的基数，以合约的形式联合培养学生。

（四）构建依托科研项目的有本科生参与的科研梯队

本科生自发的科研创新活动的一个显著弱点是，随意性大且成功率低。因此，以已有的科研项目为依托，吸收本科生参加课题工作，将其纳入科研组织和团队中，形成学术带头人—教授—副教授、讲师—研究生—本科生一体化的学术梯队，是实现研究生、本科生协同培养，提高其科研创新能力的一个捷径。

本科生综合素质和科研能力的提高不仅要依靠教材知识的积累，还要靠科研项目训练和试验经验。试验是土木工程专业科研活动的一个重要手段，很多科研课题和工程项目及其涉及的专业理论都需要通过试验来解决和验证。与研究生相比，本科生理论功底和实践能力都相对薄弱。因此，在科研梯队中，本科生可以从最基本的试验环节入手，以科研助手的形式协助研究生进行具体的试验研究和其他工作。

本科生通过上述方式参与导师团队已有科研项目的研究，可以尽早接受专业教师的指导，熟悉专业知识，获得第一手的科研实践经验，同时还可以在与导师和其他研究人员交流的过程中，获取从事科研工作的一些基本理念、思路和方法，掌握科研的基本程序，避免自发进行科研活动时的随意性和盲目性。另一方面，本科生的参与也可以解决团队部分教师，特别是新入职的博士教师指导研究生人数不足的问题。

构建依托科研项目的有本科生参与的科研梯队创新人才培养模式，解决了本科生科研创新缺乏资金和物质条件支持的问题，同时也使本科生的发散性思维和创意思想得到合理引导和使用。在科研梯队中，本科生不需申请经费就可以接触到前沿的研究课题，在具体研究过程中还可以与多层次的研究人员进行互动交流，使自己的思想火花得以绽放。有本科生参与的科研创新梯队人才培养模式为本科生提供了科研创新训练的平台和实施空间，同时也为新入职的博士教师提供了智力资源。这种培养模式也是导师、研究生、本科生协同发展、合作共赢的科研创新人才培养模式。

四、本科生科研创新能力培养模式的实践

自2011年9月至今，经过4年多的探索与实践，笔者所在的教学与科研团队就土木工程专业本科生科研创新能力培养方法进行了小范围的实践和尝试。笔者所在的团队共有校内指导教师4位，全部具有博士学位，其中1位为教授兼学术带头人，3位具有副教授职称；校外指导教师3位，分别在设计院、房地产公司和建筑科学研究院任职，全部具有高级工程师职称；在读博士研究生2名，在读硕士研究生12名。

实践过程如下：

（一）甄别需求、组建团队

在学院党总支、教学办、团委和辅导员的帮助下，从大一和大二本科生中精心选拔6名有志于毕业后继续读研深造的学生和4名倾向于毕业后直接参加工作的学生，根据他们对自身发展目标的不同定位，分别制订不同的科研创新能力培养模式。之所以选择低年级本科生进行尝试，主要考虑到他们可塑性强，受传统教学管理模式影响较小，便于根据其个人发展需求来调整知识获取方式。

在选定的学生和导师之间进行匹配，遵循自愿组合的原则。导师向学生介绍自己的在研课题或工程项目，并提出自己对学生的具体要求；学生可以向导师介绍自己的兴趣特长以及未来的科研或工作设想，供导师选择和参考。通过这种双向选择的方式，分别组建有本科生参与的科研项目研究团队或工程技术研究团队。

（二）因材施教、分工指导

研究团队组建之后，各责任导师负责对团队学生进行全方位的教导，包括专业理论知识辅导、文献资料搜集与查阅、工程结构软件使用、结构试验技术培训、结构施工工艺及检测技术培训等从事科学研究或工程技术创新工作所需要的基础知识。

为了确保参加科研创新能力训练的学生保持正常的本科学习进度，全面协调发展，各团队的指导教师和研究生们还对团队的本科生进行了有针对性的课程辅导。

经过大一、大二阶段有针对性的培养，笔者团队的本科生在进入大三、大四之后，基本上掌握了科研活动的基本流程，在团队科研项目研究和工程问题解决过程中，如项目前期调研、文献检索与查新、申请书撰写（研究内容与技术路线、试验方案等）、成果总结与发表，以及工程问题的现场技术指导等方面都有本科生的参与和贡献。在2013-2015年度大学生创新创业训练计划项目申报中，笔者团队的本科生申报的项目全部获批立项，其中2项为国家级项目。此外，团队培养的6名有志于读研的学生，全部获得读研资格，其中2名被保送到同济大学；4名毕业后拟直接参加工作的学生深受实习单位好评，其中2名已和实习单位签订了工作协议。

五、结语

高校土木工程专业本科生是我国土建领域专业技术人才的重要后备力量。在当前社会不断高速发展，科技日新月异，土建工程问题复杂多变的情况下，我们培养的土木工程专业本科生不仅要拥有多学科的知识储备，还要具备较强的科研创新能力。

本文以郑州大学土木工程及相近工科专业的本科生为例，通过调查了解了本科生的科研创新能力现状，分析了其原因，并有针对性地提出了解决途径：采用多培养目标的教学管理模式、形成以科研创新能力培养为目标的课程教学体系、实行本科生导师制、构建依托科研项目的有本科生参与的科研梯队。

对上述培养模式的小范围实践表明：多目标的教学管理模式在提升本科生科研创新能力的同时也实现了学生的个性化发展；以科研创新能力培养为目标的课程教学和考核体系为本科生科研思维的训练和科研意识的提高创造了较大的培养空间；导师制和有本科生参与的科研创新梯队人才培养模式使本科生的发散性思维和创意思想得到了合理引导和使用，是导师、研究生、本科生协同发展、合作共赢的科研创新人才培养模式。

本文为研究型高校土木工程以及相近工科专业本科生的科研能力培养和创新人才体系的建立提供了参考。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 祝明桥，谢献忠，皇晓东等.深化土木工程本科专业教学改革加强创新型人才培养[J].当代教育理论与实践，2015（10）：56-59.

[2] 汪峰，张国栋，杨俊，刘鸿琳.基于社会需求的土木工程专业复合型创新人才培养模式研究[J].当代教育理论与实践，2013（4）：63-66.

[3] 赵桂峰，张猛，李瑶亮，陈淮.浅谈新时期高校土木工程专业本科生的培养模式[J].高等建筑教育，2013（3）：11-14.

[4] 赵彤洲，蔡敦波，鲁统伟.工科类本科生科研能力培养探索及实践[J].河南科技，2012（13）：42-43.

[5] 吴建林，薛强，高玮.本科生科研创新能力培养模式的探索与实践[A] // 高等学校土木工程专业建设的研究与实践——第十届全国高校土木工程学院（系）院长（主任）工作研讨会论文集[C].2010：83-87.

[6] 郑双进，熊黎，黄志强，周丹.工科院校本科生导师制探索与实践[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2011（1）：169-170，173.

[责任编辑：刘凤华]