“科研育人”新工程教育：认识、思考与实践

黄廷祝 黄艳 杨建宇

摘 要：深入推进“科研育人”是世界高等教育的基本共识。面向未来高度复杂、高度集成的工程技术发展趋势，如何将富有探索与创新精神的科学研究优势切实转化为人才培养优势是当前新工程教育必须解决的重要问题。作为新工科建设“成电方案”的重要内容之一，学校基于对“科研育人”本质的再认识与再思考，实施唤起好奇、激发潜能、创新创造的高水平科研团队“科研育人”新工程教育计划，突破传统科研育人在“第二课堂”开展科研训练的模式，以高水平科研团队为主体，将高水平科研项目重塑为本科核心课程，落实到本科培养方案，并创新逐级挑战的项目式教学模式，形成高水平“科研育人”成体系落地“第一课堂”的新模式和新机制。

关键词：科研育人;新工程教育;成电方案

一、“科研育人”的再认识与再思考

19世纪初，洪堡在柏林大学提出了“教学与科研相统一”的原则，并指出“唯有通过对学术的研究、与科学的交道、对整体世界的反思，才能培养出最为优秀的人才”[1]。20世纪，奥尔特加·加塞特《大学的使命》、德里克·博克《走出象牙塔——现代大学的社会责任》、弗莱克斯纳《现代大学论——美英德大学研究》、克拉克·科尔《大学的功用》、卡尔·雅斯贝尔斯《什么是教育》等，都对科研和教学的关系做出阐释。如哈佛大学前校长德里克·博克指出，大学要通过人才培养和科学研究这一唯其所能的方式服务社会[2]。“教学与科研相统一”逐步成为现代大学的基本共识。

在此共识下，高等学校尤其是研究型大学在推进科研教学协同育人方面采取了不少好的做法。例如，麻省理工学院的“本科生研

究机会项目”（UROP，Undergraduate Research Opportunities Program）被认为是促进本科生科研训练最为成功的计划之一。哈佛大学、杜克大学的Seminar也在国际上被广泛学习和借鉴。我国从2012年开始，“科教結合协同育人”进入重要的战略机遇期，频繁出现在国务院、教育部、科技部的文件要求中。“双一流”建设方案、“思想政治工作质量提升工程实施纲要”“高教40条”“高教22条”“基础学科拔尖学生培养计划2.0”“强基计划”等都对“科研育人”做出了明确要求。把最新科研成果转化为教学内容、科研基地向本科生开放、支持学生早进课题早进实验室早进团队、开设科学研究相关专题讲座、与各类研究院所共建“实验班”“联合培养基地”等是我国“科研育人”最典型的举措。这些举措主要聚焦“第二课堂”或者说主要聚焦在课堂外，在国家的制度设计、资源配置、政策供给等系列支持下，增强了本科人才培养能力。

2018年QS Higher Education System Strength Rankings指出，我国高等教育位列全球第八，亚洲第一。2020年《全国普通高校本科教育教学质量报告（2018年度）》指出，我国高校本科人才培养教学模式创新性不足，2016—2018年高校学业挑战度总体上仍处于中等偏下水平[3]。学业挑战度涉及高阶学习、反思性和整合性学习、学习策略及数量推理等多个方面，是实现高素质、高层次、多样化、创造性人才培养目标的关键着力点[4]，对学生学习和学业成就具有重要意义。学业挑战性不足的主要原因在于具有挑战度、综合性、前沿性、应用性和趣味性的挑战性问题/任务（项目）设计和开展不充分。教学要以研究成果为内容，只有自己从事研究的人才有东西教别人，否则只能传授僵硬的东西[5]。

如何将富有探索与创新精神的科学研究优势切实转化为人才培养优势？如何在教学主阵地“第一课堂”寻找“科研育人”突破口？如何实现“科研育人”进课程、进课堂？这些显得尤为重要和迫切。而这其中的关键是要厘清“科研育人”的本质，对其进行再认识与再思考。

洪堡认为，科学是某种还没有被完全发现、完全找到的东西。它取决于对真理和知识永无止境的探求过程，取决于研究、创造性以及自我行动原则上的不断反思[1]。克拉克·克尔指出，校园是“通过科研和反思获得知识并且使知识可以给予所有对它有兴趣的人的杰出场所，探求真理和学问是大学的核心价值”[6]。周光礼等认为高等教育是建立在高深学问的基础上，自由探究和创造是大学的本质特征，培养学生探究真理的态度和提倡科学的精神是大学教育的主要目标。科学研究与教学协同创新培养人才是中国高等教育必须面对和解决的一个重要的理论问题和实践问题[7]。

本文认为，“科研育人”的本质具有三层内涵。首先，“科研育人”的出发点是基于学生的“求知本性”，唤起学生的好奇心，激发求知热情。好奇是对探索新事物、挑战和不确定事件的识别、追求的强烈渴望，是人类进行探索性和创造性活动时需要具备的重要心理特征[8]，是科学研究的内在动力和创新的主要源泉。其次，“科研育人”的实施路径是要通过恰当、有效的方式，让学生在课堂内外以学习知识为载体，充分体验学习过程，在过程中学习研究、主动探究、大胆创造，并与他人充分互动，持续激发学习、探索、创新的兴趣、热情和潜能。最后，“科研育人”的归宿是促进师生共同研究与创新创造，让研究成为学生的习惯，让发明发现成为学生的习惯，成为学生的一种能力、一种精神。

二、高水平“科研育人”新工程教育探索与实践

创新是引领发展的第一动力。面向新基建、新产业、新科技和新经济发展对工程科技人才培养提出新的要求，教育部2017年全面启动实施新工科建设行动计划，以新工科建设引领高等教育创新变革，探索建立新工科教育的新理念、新标准、新模式、新方法、新技术与新文化，重构新工程教育体系。四年多来，新工科建设已成为中国高等教育改革中最具活力的部分，引领并带动了新医科、新农科、新文科的改革。

工程教育的目的是培养学生解决实际复杂工程问题的能力以及设计和创造未来世界的创新创造能力[9]。科学研究尤其是结合重大、重点科技计划任务的科学研究是探索未知、致力于解决当前或未来复杂问题的系统性、挑战性、创造性工作。因此，在新工程教育建设与改革中，将“科研育人”成体系地进课程、进课堂、进实践，贯穿本科人才培养全过程，是培养创新引领性新工科人才，打造“赋能、赋新、赋值”全新工程教育场景的有效路径之一，具有独特的优势和重要的意义。

基于此，电子科技大学以“唤起好奇、激发潜能”为核心理念的新工科建设“成电方案”（“New E3”）将高水平“科研育人”新工程教育计划作为重要建设内容之一，统筹规划，分步实施，以科研育人驱动新工程教育高质量发展。

1.全校：厚植孕育问题的土壤，激发群体的探究热情

学校将育人之根深植科研沃土，着眼于激发学生学术志趣、提升学业挑战度、培养知识综合与集成创新能力，以“研究性地教+研究性地学+挑战性地学+创新性地做”为基本原则，大力开展挑战性、研究型、项目式课程体系建设与教学改革，掀起并持续推进课堂革命与学习革命，打造了从“新生研讨课”开始的多类型挑战性研究型课程体系和从“新生项目课”开始的贯通四年逐级挑战的项目式新工科课程体系。

学校以有优秀科研经历与学术造诣的老师为挑战性、研究型、项目式课程教学主体，通过他们对课程内容的深刻理解和悉心讲授，把科学研究思想、研究精神、研究过程时刻融入课堂，把深奥的课程内容深入浅出，从新生第一节课的课堂开始就带领学生，与学生一道进行探究式教与学，让学生学习、感受和体验知识发现与创造的过程。

例如大一新生核心基础课程“线性代数与空间解析几何”，以高等学校教学名师奖获奖者领衔的高水平团队为主体，通过全程科学研究、科学探索式的研究型教学模式，将科学研究的思想方法融入课堂教学全过程，将成熟的知识视为学术研究中未被发现的理论方法，把数学基础课的课堂变成“师生共同探索、共同研究的社区”，让学生时刻置身于“提出问题”和“探究问题”之中。从新生第一节课开始就驱动学生主动思考研讨，带领学生一步步进行知识的发现与创造，引导学生去体会和感知科学研究的思维与训练过程。

可以说，科学研究本身就是一种非常有力的教学形式，把科学研究“返璞归真”到课堂才能更好地让学生在课堂学习中感受、体验知识背后的科学思想与研究过程，才能更好地让学生在课堂学习中领略、理解和把握课程的知识体系及其来龙去脉，才能更好地让学生随时发现问题、提出问题并尝试发现知识、创造知识、解决问题，才能真正唤起学生好奇心与研究精神，催化学习与创造内驱力，让“研究”慢慢成为学生的自觉意识、自觉习惯，进而内化为学生的能力与精神。

但是，仅仅依靠很少量的教师个体，还不能实现“科研育人”在“第一课堂”成体系地设计与培养。对此，学校在全校挑战性、研究型、项目式课程教学改革的基础上，实施了“高水平科研团队‘科研育人新工程教育计划”，把“科研育人”成体系地贯穿本科人才培养全过程。

2.成体系设计：高水平科研团队“科研育

人”新工程教育计划

实施“高水平科研团队‘科研育人新工程教育计划”是新工科建设“成电方案”的重要内容之一，通过树理念、严把关、抓关键、强保障等举措，突破传统科研育人在“第二课堂”开展科研训练的模式，以高水平科研团队为主体，把“科研育人”成体系地深入落实到“第一课堂”。

（1）树立理念，明确育人目标。新工科建设“成电方案”通过“一流本科教育建设工作会”“一流本科教育大家谈”“本科教学改革创新论坛”等近百场系列研讨活动，提出并牢固树立“价值塑造、启迪思想、唤起好奇、激发潜能、探究知识、个性发展”六位一体人才培养新理念，并基于“科研育人”的本质特征，以求知本性、唤起好奇、激发潜能、创新创造为关键要素，以“科研育人”新工程教育计划为载体与平台，面向重大需求，聚焦科学前沿，明确提出了培养工程科学的发现者、工程技术的发明者、工程系统的设计者与创造者、商业价值的创造者和实现者，培育未来技术突破和价值创造的国家战略力量。

（2）严格把关，坚持高水平引领。按照高水平引领、成熟一个、启动一个的基本原则，2018年以来学校已启动实施的6个“‘科研育人新工程教育计划”（见表1）均以国家级科研平台（团队）为主体，由国家科技奖获得者、IEEE Fellow等高水平教师亲自组织、设计并教学。在未来的1～2年内，学校将实现该计划在全校所有工科学院全面推进、全面落实和高质量实施。

（3）寻找突破，落地“第一课堂”。“科研育人”新工程教育计划成体系落地“第一课堂”，需要把握和突破3个关键环节。

首先，设计开发课程，融入本科培养方案。课程是第一课堂的核心要素。学校以高水平科研团队和平台为主体，将“面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康”、靶向真实科技创新与社会需求的高水平科研项目，设计开发为基于项目的课程（群），重构本科课程体系与培养方案，实现“科研项目”转化为“核心课程”（“核心课程群”），“科研项目”与“核心课程”联动，与本科人才培养方案融合。

例如，“卓越成长计划”设计开发了“信号与系统”“随机信号分析”“通信原理”“数字信号处理”等7门“卓越核心课程”，以及“全天候微波感知系统”“智能麦克风阵列信号处理系统”“智能人机声音交互系统”“无人集群系统”等5门“卓越通关项目课程”，累计42.5学分，占学院本科人才培养方案总学分的26.7%，成体系贯通本科人才培养全过程。学生若中途退出计划，则已修读的“卓越成长计划”课程可替换为原培养方案相应课程或学分，按原培养方案继续修读，不影响学生的毕业与学位（见表2）。重构新的培养方案且做好与原培养方案的充分衔接是“科研育人”新工程教育落地生根与“成体系”落实的前提和关键。

其次，强化逐级挑战，基于项目创新创造。紧扣“科研育人”的本质特征，紧扣求知本性、唤起好奇、激发潜能、创新创造的关键要素，把握两个方面。一是科研项目的选取要以高水平科研实践为核心，要有内容的可展示度和一定的趣味性，能喚起学生的好奇心，并引发其深入思考。这是学生经历“真实世界”工程经验和科研训练的首要任务;二是设计开发为项目式课程时，要合理利用“最近发展区”理论，要有挑战性，逐级进阶，逐步深入，能点燃学生内驱力，也能鼓励学生自由探索未知领域。

比如，“卓越成长计划”设计开发的“卓越通关项目课程”，每门课程都分“初、中、高、创”四个阶段实施，每个后续阶段都依赖前一阶段成果，各阶段综合应用相应阶段课程知识点。在逐级挑战的训练基础上，鼓励学生自拟创新项目、自拟大挑战项目，支持学生“异想天开”地发现需求、创造需求、创新设计，最终经历完整的科研训练并完成兼具深度和展示度的项目成果（见图1）。

再如，“栋梁计划”从传感芯片国家重点研发计划等项目成果中抽取基础科学和典型技术问题，建设了“随身健康保姆”“未来急诊室助手”“位置感应小精灵”等“实战演练型”挑战性项目课程。这些课程以传感芯片的研發与应用为载体，从贴近学生生活的汽车电子、智能控制、室内环境检测、生理指标监测等应用出发，由外及里、从易到难，唤起学生好奇心，逐级递进融入学院本科人才培养方案，形成基于传感芯片研发及应用示范的“软件—电路—芯片—系统演示”全链条科研育人架构（见图2），实现本科课堂教学与高水平科研实践的融合互动，达到“知其然，知其所以然;知其用，知其如何用”的育人目的。

“栋梁计划”的每个挑战性项目课程分“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、大挑战”四个阶段实施，每个阶段的难度和知识融合的要求都较上一阶段逐渐提高。四个阶段相对独立成体系，同时又具有紧密的内在联系。学生在四个阶段挑战全部完成后，将完成一个完整的传感器芯片科研训练项目。四大挑战性项目课程的具体内容有所差异，但任务和目标基本一致，并行实施，学生可根据兴趣任选其中一个项目加入（见图3）。

最后，改变教学模式，推进主动探究实践。“科研育人”新工程教育计划的实施必须要改变现有的教学模式，让学生从大一开始，就经历发现问题、提出问题、定义问题、概念设计、性能预测、构建/制作原型、测试的反复迭代与逐级进阶，并在此过程中启发并实训多维度、多元化的技术创新思维、发散性思维与创新热情，得到完整的科研训练。

例如，“卓越成长计划”在现行本科培养方案中，优选重要的支撑学科课程（“信号与系统”“随机信号分析”“通信原理”“数字信号处理”等），设立“卓越核心课程”，改变原来的课堂教学模式，与“卓越通关项目课程”密切结合，利用项目引导兴趣，基于项目开展教学，唤起学生好奇心与研究精神，帮助学生理解和把握课程的知识体系脉络及应用，催化主动学习与创造的内驱力。

（4）管理配套，确保育人实效。学校大力支持、学院全力保障、教师全情投入、学生热情参与是“科研育人”新工程教育计划见实效、出成效的基石。学校、企业携手，投入专项经费，学校调配实验室、教室等育人场地，制定教师评价激励、学生选拔退出、学分认定、攻读研究生、奖学金、学生荣誉激励等管理政策，充分保障计划的实施。例如，“栋梁计划”建立科学的考核评价机制和具有吸引力的激励措施，激发并保持学生内驱力。学生不仅有高水平的科研条件和学术交流支持，在完成课程学习与挑战任务后，还可按考核成绩获得相应等级荣誉证书，完成全部挑战任务的优秀学生还可获得荣誉毕业证书、荣誉学位证书以及世界一流研究机构的推荐机会。

三、结语

面向未来高度复杂、高度集成的工程技术发展趋势，新工科教育要打破科研与教学划界而治的局面，推进成体系的科教融合，将科学研究思想、思维、研究过程全面融入课堂，促进学生养成善于发现问题、提出问题、定义问题、渴望和尝试解决问题的习惯与能力。

电子科技大学“科研育人”新工程教育计划基于学生的求知本性，搭建唤起好奇、激发潜能、创新创造的培养平台，实施“全流程再造”的改革创新，推动高水平科研团队深度参与本科人才培养，推进高水平科研项目重塑为本科核心课程，落实到本科培养方案，形成高水平“科研育人”成体系落地“第一课堂”的新模式、新机制，打造了全新工程教育场景。

参考文献：

[1]李工真.大学现代化之路[M].北京：商务印书馆，2013.

[2]博克.走出象牙塔——现代大学的社会责任[M].杭州：浙江教育出版社，2001.

[3]教育部发布《全国普通高校本科教育教学质量报告（2018年度）》[EB/OL]. （2020-06-28）[2021-06-29]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202006/t20200628_468661.html.

[4]林健.面向未来的新工科建设——新理念 新模式 新突破[M].北京：高等教育出版社，2021.

[5]雅斯贝尔斯.什么是教育[M].邹进，译.北京：生活·读书·新知三联书店，1991.

[6]克尔.高等教育不能回避历史：21 世纪的问题[M].王承绪，译.杭州：浙江教育出版社，2001.

[7]周光礼，马海泉.科教融合：高等教育理念的变革与创新[J].中国高教研究，2012（8）：15-23.

[8]陈晓曦，陈凤玲，李斌，等.好奇影响灵感产生的现象与机制：认知与情绪双加工路径[J].心理科学进展，2019（1）：1-10.

[9] 林健.新工科专业课程体系改革和课程建设[J].高等工程教育研究，2020（1）：1-13.

[基金项目：教育部新工科研究与实践项目（1）构建跨校联动大规模适用新模式，协同推进新工科教育再出发（E-DXKJC20200509）;（2）在全校所有工科专业落实建成“始于新生、贯通四年、逐级挑战、基于项目的新工科课程体系”（E-ZYJG20200236）]

[责任编辑：余大品]