高校重点实验室创新人才培养模式探索与实践

吕 磊， 罗海峰， 谢 伟， 王修善

（湖南农业大学机电工程学院，长沙410128）

0 引 言

全球正处于知识经济时代，国家的生存与经济、科技的竞争能力密切相关，而竞争中的关键是人才［1］。人才培养是高等教育核心内容，人才培养的质量，特别是高阶层人才培养，对综合国力竞争和国际地位的体现尤为重要［2］。高校重点实验室是通过政府和高校联合投资创建的国家、部（省）级重点实验室，是国家与地方科技发展的关键载体，其主要工作是科学研究、人才培养及服务社会［3］。高校利用资源优化配置构建的重点实验室，拥有专业性强的师资团队、良好的实验条件及完整的测量方式，在人才培养中具备得天独厚的优势，逐步变成人才培养的中心［4］。在培育科技人才同时，成为地区综合科技能力的窗口，为区域经济结构调整和社会进步作出巨大贡献。

在世界多极化、文化多元化的环境基础下，高校要贴合国际社会与经济发展趋向，以国际先进水平为标准，构建一批将基础研究与重点技术创新为引导的高水准实验室［5］。在创新人才培育过程中，始终坚持德育优先和以人为本思想，大力培养具有创新精神与实践能力，具备高度使命感的各种应用型、创新型及复合型人才［6］。因此怎样充分运用重点实验室资源，探寻行之有效的创新人才培养模式，提高培养质量，是现阶段摆在人们面前亟待解决的课题。

本文通过分析传统人才培养方式不足，研究重点实验室对创新人才培养的必要性，运用系统动力学下的创新人才培养模式模型，准确刻画出创新人才需求变化趋向，并拟定对应的人才培养计划，最后使用仿真实验证明方法可靠性。

1 传统人才培养模式分析

高校人才培养包括学生培养与建立师资队伍两大内容，学生培养是高校运转的基础与中心，涵盖本专科生培养与硕博士研究生培养。师资队伍建设是高阶层人才引进和对师资队伍教学科研能力、综合素质的提升，最终目标就是提升学生教育质量，为社会经济发展和学生的平稳就业打下坚实基础。

1.1 传统学生培养模式

针对学生培养模式，每个学科都根据培养目标规划了详细的培养准则，涵盖学生入学后必须完成的课程、实习、实践、毕业答辩等各种培养步骤。此类培养步骤都根据对应准则给予学分，并划分成理论与实践两种类型［7］，学生要在有效时间按照学科要求实现培养目标，获得对应学分，才能毕业并取得学位。这是我国高校使用的培养方式，实质上也是一种学年制与学分制相互融合的模式。

综合近几年我国高校招生的真实状况与人才培育需要，此模式应当从过去单一的学术精英类转换成学术型、实用型等多元化的人才培养方式，才能更加激发学生学习主动性和独立性，最大化开发学生潜在机能。但目前对学生因缺乏真实科研教学项目和参加课题研讨机会，对学习到的知识与技能没有直观感受，对知识怎样运用也一知半解。绝大多数学生认为只要循规蹈矩学习，达到培养规划最低水准，得到所需学分就足矣，在学习中会生成很大的盲从性，毕业后踏入社会也缺乏动手能力与创新性，对自身未来的发展极其不利。

1.2 传统教学科研人才培养模式

教学科研人才培养，尤其是高阶层领军人才教育，绝大部分高校与科研院所都没有对应稳定且有用的方式，除了引入自身综合能力很强的人才来提升人才队伍整体质量外，较为常用的方法是对教师或者研究人员在出版专著、申请知识产权等方面给予奖励［9］，提高科研人员研究热情。但这仅为一种表面鼓励，不能对教学科研人员实施更进一步的指引与培育。

教师及科研人员进入校园后，每个人的研究工作较为独立，如果不进行融合与引导，极易产生对个人研究方向定位不清晰、研究过程懒散等问题，导致重点实验室科研工作开展产生不良影响。当前有部分高校的对应管理部门展开了一系列改革科研团队的新措施，明确团队研究目标，按期进行考核，这对提高实验室研究的良好氛围起到关键作用。

2 重点实验室对创新人才培养的必要性

创新人才的特征即为创造性，也就是拥有独创的能力，这样的能力不是天生的，要在后期教育内慢慢形成。但我国传统教育与应试教育让学生的思维逐步固化，被传统思维束缚，不具备“问题意识”及研究的勇气，学生缺乏一定的创造精神［10］。在高等教育期间，培养并提高学生的创造性变得极其关键。

重点实验室是高校科学研究的核心载体，其具有与时俱进的研究目标、新型的研究手段和先进的研究结果。所以科研活动相比于其他研究更具前瞻性、创新型与挑战性，学生参与其中，有助于培养其思维缜密性和创造性。与此同时，重点实验室也是高校的学术交流中心，利用开放、流动、合作、竞争的运转方式，推动学术、人才的互动和知识的更迭，得到更丰富的新想法。所以重点实验室培育的人才均具备思想灵活，敢于探索的创新精神。高校重点实验室是优秀实验基地的表率，具备优良的设备仪器及科研环境，吸引越来越多的人才，展开学科前沿性探究，负责重要科研项目。这样不光能得到先进的科研结果，还能为高校培育很多极富创造意义的学术领头人和知识储备良好的青年学术骨干，让重点实验室变成高水准的人才培养基地。

3 高校重点实验室创新人才培养模式探索与实践

3.1 创新人才培养模式模型构建

为更好地展现重点实验室创新人才需求变化趋向，制定行之有效的人才培养计划，设计一种基于系统动力学的创新人才培养模式模型。实验室创新人才培养模型关键是按照系统动力学理论，把高校招生、高校社会资源、专业培训及就业等活动与策略规范融合为人才培养模式网络，并构建开放式数据回馈的系统模型。

模型将学生流、资金流、设施流、知识流、物资流及数据流当作基础流，经过更改培养策略规范形成的网络架构，探寻导致创新人才知识架构与技能架构变化的根本缘由，明确创新人才培养与就业需求二者之间结构性差别。模型设计基础架构如图1所示。

图1 模型基础架构

在培养模式探究过程中，存在以下问题：因为创新人才多数源自高校培养，但社会上还有其他途径培养的实验室人才，导致模型在权衡社会需求与高校培养数量时会产生差值，影响了人才培养模式结果可靠性［11］。所以在研究中引入培养数量调节流程，也就是招生累积数量按照社会培养量的评估进行调整。以某农业大学机电工程学院重点实验室创新人才培养中的招生人数为依据，采用上述模型进行变量调节，比较结果如图2所示。

图2 创新人才培养变量调节结果比较

可利用的模型初始信息有限，创新人才的培养个数无法满足现阶段社会发展需求。模型训练样本个数的局限性与高校毕业生就业渠道多样化会让模型积量迅速上升，大幅降低模型灵敏度，在下列模型构建过程中会一一解决上述难题。

系统动力学下的重点实验室创新人才培养模式是把高校的专业招生、人才培养及就业等当作子系统组建的人才培养系统模型，并把高校创新人才培养活动策略与教育内部机制融合的系统方式。模型把高校劳动力市场、教育密切关联行为及策略规范虚拟成网络，利用更改系统输入信息流了解高校招生、创新人才培养和学生就业繁杂的内在联系，明确现阶段高校重点实验室教学特征与弱点，指导高校重点实验室管理深入改革，融合社会发展培养优秀的科研人员。

模型的重要之处在于创建恰当模型体系［12］，综合6个基础流，模型结构示意图如图3所示。

图3 高校重点实验室创新人才培养模型结构

构建模型的最终目标是把高校实验室创新人才培养策略和活动决策过程使用计算机得到仿真结果，获取坐标图像与二维图标［13］。依照模型运转流程，设计模型的基础DYNAMO方程，模型水平方程表达式为［14］：

式中：L为水平变量；R为速度变量；DK、JK均是辅助变量。

模型速度方程解析式为：

式中：水平变量L与速度变量R代表积量变量；K、A是辅助变量。

模型辅助变量解析式是：

系统动力学下的仿真模型操作过程如下：

（1）进行程序，输入初始数据（某农业大学机电工程学院重点实验室创新人才培养中的招生人数）；

（2）根据初始参数设定值输出未来2年学生毕业人数；

（3）调节入学系数与高等学校社会资源系数，推测未来2年参与重点实验室的毕业生人数改变情况；

（4）调节该高校知识储备总量系数与专业技能训练系数，推测未来2年学生毕业人数改变情况；

（5）明确未来2年学生该高校毕业数量目标值，调节每个积量系数，查看结果变化；

（6）反复循环第（3）步与第（5）步，直到模型得到最优值，并规划恰当的高校重点实验室创新人才培养实践计划。

3.2 创新人才培养模式实践探究

通过以上模型的构建与求解，制定如下高校重点实验室创新人才培养模式实践方法。

3.2.1 有效发挥高校重点实验室优势

将我国建设成创新型国家，就要为完成科技强国的目标不懈努力。想要变成世界范围内的科技强国，并转化为世界重点科学核心与创新基地，要具备世界最优秀的科研机构、研究类院校和创新型企业，得到一大批重要的原创科技成果。从上述内容可以看到，增强高校重点实验室的稳定建设，对科技创新及人才培育具有极大现实意义。

创建高水平重点实验室，为创新人才建构一个有效发挥自身优势的平台，提供先进仪器设施，让实验室转变成高校创新人才培育及构建科研队伍的根据地。高校重点实验室要推出一系列极富针对性的高水准科学研究，同时获得更多优质的研究项目，得力于一些具备影响力的学术领头人和良好的科学研究队伍。因此高校在重点实验室的建设和管理过程中，要切实考虑创新类人才的自身价值，让其展现最好的创新意识与综合素质。

3.2.2 利用多种模式，建立创新型人才团队

高校要主动展开多类型的科技合作与交流，重点实验室经过规划保障机制，鼓舞创新人才踊跃参与国际学术会议，在近距离和高水准专家进行互动，及时有效地明确国际上最前沿的科学研究思想与方式，刺激潜在灵感，推动实质性合作。

高校可利用内部交流会教学模式，将得到科技合作项目的经验传授给其他学生，增强创新人才科研水平，让每个学生都能实现共同发展。高校重点实验室也可利用创建开放项目与基金，引导越来越多的人才加入重点实验室日常科研工作［15］。大力宣传科研最终成果，有效发掘全新的合作项目，让创新型人才真正学有所成。

3.2.3 创新管理团队工作

科技竞争力的核心力量是人才竞争力，要提升团队工作建设，培育优质的中青年创新型人才。重点实验室可为人才供应深造费用，支持科研骨干人员企业挂职、出国深造，从根本上提升业务水平。

影响团队凝聚力的根本元素是队伍运转的规范性和队伍对人才的吸引力。在团队日常管理中，按照以人为本原则，制定科学有效的管理制度和对应的奖励评估制度，提升团队人员的积极性与创造性。

利用学校科技处颁发任命工程中心主任及副主任，开设学术委员会，邀请相关专职人员进行管理。采取扁平化管理方法，让团队人员都参加工程中心的日常管理与决策制定，提升人员对相同科研目标的共识，帮助高校重点实验室各类制度的实施。

高校重点实验室通常承担国家级重要项目，在培养创新型人才时，创建师生在重要项目中的协作管理制度，提升人才自身能力。重点实验室融合以往承担重要研究项目的经验，构建并改进学生参加科研任务的挑选、评估、鼓励和退出等制度，师生在重要项目中的共同合作，在实践中培养学生的创造能力，将学生打造成高素质人才，同时得到满意的研究结果。

3.2.4 签订综合培养协定书

有关专业的研究生及本科生在教师引导下，综合本身专业和爱好特征，挑选研究方向和科研队伍，同时向实验室递交纳入培养。实验室对递交请求的学生实施全方面考察［16］，在尊重学生意向的前提下，明确各个学生研究方向。由学生、教师、实验室及队伍负责人一同签订联合培养协定书，教师把学生交给实验室科研队伍进行培养。

3.2.5 完善的资源分配与培训

学生在实验室进行学习时，科研队伍立即对学生进行培养。每个团队按照每个学生知识水准及实践水平优劣，融合每个团队担任的科研任务，根据不同阶段对学生进行学习任务指导，依照现实状况逐步加深难度。每个团队都为学生指定一个指导老师，有针对性地分析并改善学生的不足，逐渐提升其创新能力与学术水准。

每周由团队负责人举行一次例行会议，学生须把自身学习与工作状况进行汇报，指出不懂之处，让团队所有人员对该问题实施研讨，并确立相应处理举措。此外，实验室要随机展开交流会议，帮助学生拓展创新思维。

3.2.6 支持创新人才全面发展

在合适的时机下，高校要对已经获得一定学术荣誉的创新型人才给予一定权力，全方面帮助其进一步发展。让此类学生在高校重点实验室内承担学术领头人的职务，有效发挥其学术及引导动力，将其当作高校科学研究管理的主力军，为高等教育的传统模式向创新模式的跃进发挥关键作用。

现阶段，许多高校为了创建高水准、创新型的人才团队，引进很多高阶层创新人才。怎样让这些人才快速投身于高校科研活动中是迫切需要解决的问题。相关领导要充分信任其能力，并明确其生活需求，对他们进行有关法律法规及政策的培训，充分尊重其科研成果价值。

4 仿真实验

为验证本文重点实验室创新人才培养模式可靠性，以创新能力和科研知识储备为基础，选择湖南农业大学机电工程学院2013～2019年学生的就业数据，使用VENSIM软件完成仿真实验。

若学生科研知识储备是0，则模型的创新能力、知识基础发展走向较为平稳，和常规取值状况下创新能力和知识基础发展走向没有明显差别。创新能力演变对外部共享知识源多元化水准的改变较为敏感，提升外部知识源多元化水准，能有效增强创新能力提升率。

如图4、图5所示，在外部知识源接近0时，创新能力提升速度明显减缓，但依旧维持对知识历时性积累的指数递增关联。相较于创新能力，外部共享知识源多样化对知识历时积累的影响显著特征低于对创新能力的影响，精准地展现学生知识积累和创新能力间的内在动态关联。

图4 外部知识源和正常值下的知识积累对比

图5 外部知识源和正常值下的创新能力演变对比

5 结 语

为了更好地加强高校重点实验室创新人才培养力度，完善人才培养方法，在分析传统人才培养缺陷前提下，文章设计了一种基于系统动力学的创新人才培养模式模型。以学生流、资金流和设施流为基础流，建立创新人才培养模式方案，充分发挥重点实验室优势，以建立高水平师资队伍和系统培养计划确保创新人才的全面发展，在重点实验室推进创新人才培养方面起到积极作用。

从图6中可知，学生创新能力的演变表现出典型的指数增长特性。创新能力会伴随知识积累水准的提升而增多，且拥有临界规模效应。创新能力与知识积累水准增长率相比，提升的速率更快，也就是知识历时积累对创新能力的反应呈现出递增的边际贡献。在重点实验室的学习及知识基础、创新能力持续增强前提下，学生利用知识内、外部共享模式挖掘知识，得到更多新知识，凸显出本文方法对创新人才培养起到的实质作用。大体而言，本文培养模式理论能够很好地模拟培育机制运转模式，并迅速获得较为精准的培养成果，具有极强的现实意义。

图6 人才创新能力演变趋向示意图