基础学科拔尖人才培养模式探索与实践

伍春香，王丽娜，杜瑞颖，吴黎兵，刘树波，王 骞

（武汉大学 计算机学院，湖北 武汉 430072）

0 引 言

十年树木，百年树人。人才培养模式改革是高等学校内涵建设的核心[1]。针对钱学森先生“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”这一世纪之问，中国在2009年正式启动了“基础学科拔尖学生培养试验计划”（以下简称“拔尖计划”）。

自“拔尖计划”实施以来，参与的各高校进行了大量人才培养实践。2010年，武汉大学弘毅学堂正式成立计算机班（以下简称“弘毅班”），在计算机学科教育上开始探索优秀人才的培养方法。目的是探索出有利于提升拔尖班学生综合科研素质的培养模式，并将其应用于普通班的培养实践，切实提高大学的培养质量，真正达到高等学校“教书育人”的目的。近7年的拔尖人才培养实践，有收获，也有不足，更有一些新思考。

1 国内外拔尖人才培养实践比较

1.1 教育发达国家的拔尖人才培养

美国很早就开始了系统的优秀人才培养研究。美国的“天才教育”在基础教育范围内全面实施，特别注重个性化和创新能力培养，虽然有全国性的统一教学大纲，但每个学区可以根据统一大纲设定自己的大纲[2]。没有统一教材，学生初中阶段就开始选课，教师注重指导学生根据“自己的时间”（能力和程度）选择适合自己的课程。

美国的基础教育中，教学过程特别注重学术素质和能力培养，包括提出问题与定义问题的能力、构建和使用模型的能力、计划和实施调查的能力、分析和解释数据的能力、数学和计算思维能力、给出解释和设计解决方案的能力、依据证据进行辩论的能力、获取、评估、交流信息的能力。学生具备了这些能力，也就具备了解决问题的基本素质，可以适应未来任何类型的工作，如果从事的正好是自己感兴趣的行业，产生创新性成果也就水到渠成了。

美国大学阶段则更注重研究能力的培养。从1969年开始，各个高校分别建立起了“本科科研计划” 。 扎实的基础教育、高等院校各具特色的本科生科研支持政策与管理模式，使美国拥有全球首屈一指的科技创新成果，也为美国培养出了众多的诺贝尔奖获得者。

改革开放以来，中国也开始了一系列拔尖人才培养实践，如少年班、基地班等。1996年起，各高校也开始了本科生科研训练的研究与实践。这些人才培养方式取得了可喜的成绩。但截至目前，中国大陆除屠呦呦外，尚无其他人在国家科学技术水平的象征——诺贝尔奖科学奖项上有所斩获。

1.2 中外优秀人才培养方法比较

对比欧美与中国的人才培养体系与培养方法，导致中国与欧美尤其是美国人才培养出现差距的原因有多方面。

首先，与美国的“天才教育”融入普通教育的思路不同，中国的天才教育受惠面太小。在如此小范围的受惠者中，按所谓的“天才”认定标准和选拔方式，实际上也难以保证都是真正的优秀学生进入培养体系中。

其次，这些天才班都是在青少年成长到一定年龄开始，已经错过了思维启迪的最佳时期，“创新”意识的培养难度加大。

最后，培养模式单一。大多数少年班的学生仍然是被要求学同样的课程，一方面是师资不足或没有经验，不能根据学生的个性特点而因材施教；另一方面是因为有的高校开设少年班的目的，实际是为了在高考之前“掐尖”，并未形成比普通班更有利的人才培养模式。

基础教育存在的缺陷，高等教育没能予以弥补，加上高等教育自身的问题，一定程度上影响了大学毕业生的整体质量。

2 基础学科拔尖人才培养方法探索

人才培养是一个系统工程，涉及学龄前、小学、中学、大学各个教育阶段，也涉及家庭、社会、学校各个方面。我们以弘毅班“实验田”为例，从大学教育的角度对拔尖人才培养进行阐述。

2.1 以科研素质培养落实培养目标

弘毅班是为培养未来的学术大师做准备，对学生的科研素质和能力培养尤其重要。

在信息化社会，学生可以很方便地通过网络获取各种学习资源和各类知识。知识会不断更新，计算机学科的知识和技术的更新尤其快。如果将知识内容或者课程设置作为培养模式研究的主要内容，必然需要随着时间和知识的更新而经常性地调整和改变培养模式，不利于培养模式的持续实施和经验推广；而良好的素质和能力，可以使人在未来的工作中，知道通过何种方式和途径去学习新知识，解决新问题。

正如伯克利计算机科学专业介绍中说的，我们的目标是为学生未来可能的研究生涯和在企业界的长期技术领导职位做准备，所以我们要透过今天的技术，教会学生最主要的观念、学习的技能，这些可以让他们在未来新技术产生时，教会自己新的技术。

鉴于上述考虑，我们确定将科研基本素质的培养作为弘毅班的培养重点。

2.2 以基本能力提升具化科研素质培养

科研素质涉及科研意识、方法等诸多方面，是一个抽象概念，正因如此，人们通常又会用另一些提法来补充表达，比如发现问题的能力、严谨的逻辑思维能力、论证实践能力等。这些提法其实都是科研素质或其某一方面的另一种表述。之所以出现这样的不同表达，就是因为这些概念都是抽象的，不能简单通过文字表述出来。

科研素质虽然是抽象的，无法直接表述与衡量，但其内涵可以通过一定形式体现出来。国外著名大学招收硕士、博士研究生时，都会列出一些要素供推荐人评价学生的潜力，大型科研机构和企业招聘新员工时，人力资源部门也会列出若干评价项作为选择的依据，这些评价项或指标在多年的招生、招聘实践中被证明是行之有效的。这些都说明，抽象的“潜力”“素质”等，都可通过一组可评价的指标或能力要素来具体表达。

分析完成科研项目的基本过程，有助于明确体现科研素质的具体能力要素。科研项目的一般过程如图1所示，具体到不同类型的项目时略有差异。

图1 科研项目的一般过程

分析图1所示各阶段的具体工作内容，可以得到表1所示对研究者的具体能力要求。

表1是开放的，可以进一步扩充和细化。比如口头表达，可以是口头的问题讨论，也可以是借助PPT的报告。通过表1的分析可以看出，完成科研项目各个阶段的工作需要不同的“基本能力”要素。这些“基本能力”对学生将来的职业生涯或者后续阶段的学习都是非常有益的，而且，这些“基本能力”不会因为学科知识的更新或者时间而发生变化，有利于将培养模式从拔尖班推广到普通班，并且可以从计算机学科推广到其他学科。

表1 科研项目各阶段的基本能力要素

更为重要的是，相对于抽象的“科研素质”，这些具体的“基本能力”是可以通过完成特定的实际任务来得到锻炼和提高的。我们将弘毅班学生科研素质的培养具化为对这些“基本能力”的锻炼与提升。

2.3 构建立体化培养体系全面提升学生综合素质

如上所述，科研素质实际是可以通过一系列的基本能力要素具体反映出来，这些能力要素可以通过不同培养手段予以加强和提高。我们从“拔尖计划”的宗旨出发，结合研究型大学人才培养的特点出发，充分利用武汉大学计算机学院现有资源，构建具有武汉大学计算机学院特色的拔尖人才培养环境，全面提升弘毅班学生的科研素质。

2.3.1 探究式的课程教学培养基本学术能力

大学阶段的主要培养手段是课程教学，有效的知识构建是在教师指导下的探究式学习。在弘毅班的课程教学中，要求授课教师采用探究式的教学方法，重视基础知识的学习和基本学术能力的培养，通过具体化的课程教学环节提升学生的基本学术能力。

在课程教学中，要求课程设置研究性问题、自主学习等内容。学生通过课后文献阅读、小组研究以及课堂讨论等环节完成某个主题的研究，然后撰写研究报告或研究性小论文，并在课堂上作报告，师生对报告结果予以讨论。

教学过程中，教师要针对每个环节提前发布明确、细致的制度和规范，并将其作为成绩评定标准，引导学生按照相应的规范去完成每个环节的任务，从而使基本能力的培养得到落实。例如，课堂报告环节，对课堂报告的实施细节（任务布置、准备过程、报告过程等）予以明确定义；规定报告过程中每个人都必须参与讨论；严格监督这些环节的落实，就可保证学生的口头表达能力通过若干次课堂报告、讨论而得到锻炼和培养。

无论学生在小组讨论中口头阐述自己的想法，还是制作在课堂上报告的PPT，实际上都是一次问题思考和内容组织的完整过程，必须经历文献研读、问题分析、思路表达，其间一定还会同时伴随计划安排、时间管理等锻炼；而以小组形式完成任务，则让学生了解团队实践中可能存在的问题，学会如何将自己的想法清晰地告诉队友，如何提出自己想法的同时又不伤害其他队友的面子，认识到误会往往都是沟通的匮乏，尝试寻找解决沟通不畅的方法，等等。

这样的经历，锻炼和培养了文献检索与阅读、问题分析、学习成果的口头与书面传递、比较与评价、团队合作等基本能力。

2.3.2 一对一的导师制提升科学研究能力

系统的科研能力培养是未来科研的基础。为此，学院制定了在弘毅班采用专业导师“一对一”指导机制。

在第二学年结束前，由学院科研能力强的教师与弘毅班学生采用双向选择的方式确定“一对一”专业学习指导关系，一直到学生毕业。

专业导师在了解学生学习基本情况和专业兴趣的基础上，指导学生制定在校三四年级的选课计划；通过主持的国家纵向科研项目，指导学生实践专业方向选择、研究计划制订、文献获取和研读、国际研究前沿跟踪、研究方案设计、研究数据分析、论文撰写、研究成果报告、专利申请、软件著作权申请、系统开发等各科学研究环节，以培养学生掌握专业科学研究的基本方法，培养学生系统化科学研究的基本素质和科研素质。

专业导师的教学指导和科研指引，可以全面提高学生的科研素质和专业创新能力。

2.3.3 层次化的科研环境提供多样化的科研体验

学生的研究性学习应当与实际的科学研究结合起来,为此，学院要求弘毅班的学生按照学习的进度参与各层次的项目研究。具体为：一年级参加一个创新项目研究，二年级申报一个国家级创新实验项目，三年级参加至少一项科研学术竞赛，四年级去国内外知名企业或高校实习。

同时，以科研竞赛和国家级平台引领拔尖人才科研素质培养。学生参加ACM竞赛、信息安全大赛、全国超级计算机大赛、腾迅公司微信公众平台创新大赛等全国性赛事已蔚然成风，在竞赛中锻炼和提升问题求解的能力和团队合作精神。学院的软件工程国家重点实验室、国家多媒体软件工程技术研究中心、空天信息安全与可信计算教育部重点实验室3个国家级、部级研究基地也全部向弘毅班的学生开放，不同层次、类型的科研项目，让学生得到足够充分的科研实践经验和能力培养。

从学生自主科研、导师科研团队到国家级基地科研项目的多层次的科研实践环境，学科竞赛、纵向科研、横向工程化项目，使学生在科研兴趣发现与发展、科学研究方法掌握、工程化动手能力提升等多角度得到全面锻炼。

无论是课程教学活动，还是科研项目实践，学生通过完成各种“作业”与“任务”来应用所学知识和锻炼各种能力，获得某方面的知识、技术和经验，这些经历，就是未来解决同样问题的“前车之鉴”。某个环节的特点，决定了所获得知识、技术和经验的类型，这种类型知识和经验的积累，就是某个方面能力的养成过程。日积月累下来，就可逐步增加自己应对各种问题的技能和经验，达到各种能力的锻炼和提升，全面提高自己的科研素质，为未来的科研和职业生涯奠定基础。

3 结 语

我们在“拔尖计划”的指导下，将培养学生的科研素质作为拔尖计划人才培养的核心，用基本学术能力的锻炼和提升来具体化科研素质的培养，经过近7年的实践，目前已取得一些成果。仅2017年前3个月，就有2名弘毅班学生撰写的论文被CCF推荐的A类会议录取；该班学生的专业能力普遍高于学院普通班，在学科竞赛、业余科研、学术交流上表现活跃。这些成就，极大地提高了学生的成就感、专业认知度和科研热情。

我们提出的“以科研素质培养为主要培养内容”的培养模式，不会因为知识的更新或技术的发展而变化，有利于培养模式的持续研究和在普通班的全面推广。

科研素质的养成不是一朝一夕之功。目前的成果也不能证明弘毅班的培养达到了“拔尖计划”的目标，真正的成果检验，还需要时日。

下一步，我们将研究如何规范教学和科研的各个环节，以进一步明确其对科研素质的具体培养内容。科研素质的培养需要整个教学、科研体系全体人员的共同努力，只有在管理制度上通过一定的奖惩措施激励具体实施人员的积极性，鼓励教师更多地投入本科教学工作中，才能最终实现全体学生科研“基本能力”的加强和整体“科研素质”的提高。

致 谢

感谢教育部“基础学科拔尖学生培养试验计划”2016课题“计算机学科拔尖人才科研素质培养探索与实践”、武汉大学《武大课程2010》教学研究项目“基于创新能力培养的软件课程教学模式探索”、 武汉大学教学改革建设项目“计算机专业本科教学基层组织建设的研究与探索”等项目对本研究的资助。