“新工科”理念下以科创活动为载体提升材料科学与工程研究生科学素养与创新能力的研究

吴海涛，张潇予，杜佳伦，张玉平，公丕军，刘林涛

（烟台大学，山东 烟台 264005）

为了应对新一轮的科技革命，支撑国家高新技术持续高质量发展，“新工科”这一概念应运而生。“新工科”概念的提出目的在于提升我国工科专业的质量，促进工科专业建设与时代所需融合，进一步加快高校创新体制机制建设，做好新时代的人才培养工作，抢占未来科技高峰。2017年2月教育部发布《关于开展“新工科”研究与实践的通知》，之后国内高校如河南大学，华南理工大学，天津大学等高校校积极响应，相继开展“新工科”建设工作，共同研究如何在新时代背景下应对工科教育的改革与挑战，协同探索高质量工科教育新模式、为工科教育发展积累中国经验[1]。

在“新工科”这一理念下，创新能力与实践能力的培养是高层次人才培养的重中之重。在我国，高等院校是创新型人才的培养基地，且国内多数高端人才同样就职于高等院校，可以说高等院校是支撑我国科技发展的源动力，而高校科研人员以硕士研究生居多，因此培养硕士研究生的创新与实践能力，提升其科研素养对国家的发展至关重要[2]。教育部在2020年发布的《关于加快新时代研究生教育改革发展的意见》中指出，我国要加快构建高水平研究生教育体制机制，提升高校研究生培养质量，鼓励研究生服务社会所需，不断提升我国研究生教育国际影响力，最终建成具有中国特色的研究生培养模式，形成以教育促强国，以强国支撑教育的良好局面。在这一理念下如何建立起一套高效率、高水平的研究生培养模式是研究生教学改革的重中之重[3]。众所周知，科创竞赛是我国高校研究生以及本科生将理论知识转化为生产力的一种重要方式，同时我国对大学生科技创新竞赛十分重视，其中包括“挑战杯”系列大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛以及省级大学生科技创新大赛等众多竞赛项目。对于高校材料学科而言，科技竞赛能够为硕士研究生提供锻炼机会，提高硕士研究生的创新能力与科学素养，提升其理论与实践相结合的能力，增强其解决实际问题的能力。

本项目深入分析影响材料科学与工程专业硕士研究生科学素养与创新能力培养的关键因素，以丰富的科创活动为载体有目的性地提升硕士研究生的创新能力与科研素养，同时构建出培养高水平研究生的有效途径，为提升我国材料科学与工程专业硕士研究生的整体创新水平与科研素养提供可行性方案。

1 材料科学与工程方向硕士研究生培养现状

材料科学与工程专业由于其本身的学科交叉性，学生需要掌握更多的理论知识来解决科研过程中所遇到的问题，这对学生的学习能力，学习效率与学习时间提出了更高的要求，但实际上高校的研究生教学模式多为初入学的第一年以学习专业课程为主，这要求学生在学习专业课程的同时需要对研究方向进行大量的文献收集与研读，这样在时间上就会存在较大冲突，因此在多种因素的共同作用下就会造成以下问题的产生。

1.1 知识僵化，灵活运用知识的能力有限

材料学科属于交叉学科，因此在学习过程中需要掌握更多的基础性理论知识，这就会占据学生大量的时间进行记忆，这就造成了学生只追求“记住”而不注重理解，进而导致了学生仅仅是“记住”了相关知识但并未掌握其深刻内涵，结果是学生很容易将“记住”的知识遗忘。同时理论知识理解深度的不足也会导致在运用相关理论时找不到切入点，造成学生理论知识运用的能力欠缺，并且研究生的学习更加具有独立性，例如在专业课《现代材料测试方法》的学习中，教师在讲解知识要点之后就需要学生自行练习与掌握，但存在的问题是：（1）学生不及时练习导致知识掌握不牢固；（2）原理掌握不够牢固致使学生在分析数据时不够深入，不能有效进行拓展；这便是造成学生运用知识灵活度不高的主要原因。

1.2 唯书本论，解决实际问题的能力欠缺

书本知识是创新的基础，是科研的灵感来源，但是过分依赖书本会导致思维僵化，造成创新意识与能力的缺失，进而影响学生运用知识解决实际问题的能力。2021年10月21日，习近平总书记在黄河三角洲农业高新技术产业示范区考察调研，在谈到发展抗盐碱作物时，他勉励农技人员：“论文写在大地上，你们这件事做得很好”。将论文写在大地上就是将科研成果产业化作为科研工作的最终目的，这充分说明了以科研的手段解决实际问题的必要性。实际上，现阶段研究生教育主要为校内导师指导，少有企业的参与，这就造成了学生实践能力与见识的不足，从而导致了研究生解决实际问题能力的欠缺。

1.3 交流缺乏，团队组织配合的能力不足

在研究生培养过程中，课题组团队成员少或是研究方向不同会造成学生之间的交流缺乏，这会导致学生在团队组织配合与学术讨论方面存在不足。同时由于专业侧重点的不同，使得材料学科的硕士研究生在文案写作、演示文件与视频文件的制作等操作上存在较大不足。此外，由于学生平时缺乏与其他专业学生交流配合的机会，这也会加重学生之间交流配合能力的缺乏。

2 以科创活动为载体提升材料科学与工程方向硕士研究生科学素养与创新能力的改革实践

在有限的时间与资源条件下，通过参与科研活动的方式提升硕士研究生的科学素养与创新能力是一种行之有效的途径。在研究生教学改革项目的实施过程中，本课题组以大学生科技创新活动为主要载体，以硕士研究生跨校，跨专业组队参加各类科创竞赛为主要手段，提升材料科学与工程方向硕士研究生敢于拼搏，勇于创新以及团结互助的科学素养。

2.1 以科创活动（挑战杯）为载体，提升学生灵活运用理论知识的能力

“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛与“挑战杯”全国大学生创业计划竞赛是中国大学生科技创新竞赛的两大赛事，被誉为中国大学生科技创新创业的“奥林匹克”盛会，是中国大学生最为关注，最为热衷的国家级科技竞赛，同时也是全国高校最为认可，最为重视的科技竞赛，代表着高校学生的科研水平，同时也反映出产业化的发展方向，对于参赛硕士研究生的能力有一定的要求。在参与“挑战杯”系列竞赛的过程中，团队成员需要准备研究报告，制作路演材料与视频材料等，这就要求团队中的每位研究生运用各自的理论知识与专业技能合作完成相关材料，这一过程能够充分锻炼研究生将理论知识加以灵活运用的能力，提升硕士研究生发现问题、分析问题、解决问题与归纳总结的科学素养，同时鼓励学生将理论知识再发掘、再创新，增强学生的理论创新能力，使学生养成敏捷的思维习惯，进一步提高硕士研究生的综合素养。本课题组硕士研究生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛如表1。

表1 大学生课外学术科技作品竞赛

通过上述项目材料的撰写与制作，学生可将理论知识灵活运用到申报书中，在不断地修改与实践中提升硕士研究生的知识灵活运用能力。本课题组研究生通过长期的实践锻炼在思维活跃度与知识运用灵活程度上均有大幅提升。近五年内课题组硕士研究生累计发表高水平 SCI收录论文100余篇，充分说明了以科创为载体提升硕士研究生创新能力与科学素养是一种行之有效的途径。

2.2 以科创活动（“互联网+”大学生创新创业大赛）为载体，锻炼学生解决实际问题的能力

科研成果产业化是工程类学科研究的最终目的，然而企业生产与研发过程中会存在各种难题，这就需要具有突出创新意识与能力的人才解决实际生产过程中的问题，但采用怎样的教育模式能够有效培养出创新能力强，实践能力突出的高素质科研人才是高校，企业乃至整个社会所共同面临的问题[4]。这里以“互联网+”大学生创新创业大赛为例，其落脚点为“以赛促教，探索人才培养新途径”“以赛促学，培养创新创业生力军”以及“以赛促创，搭建产教融合新平台”，其核心在于解决创新人才的培养与生产问题。这类项目能够有效地搭建学校与企业生产之间的桥梁，鼓励高校硕士研究生为企业实际生产问题制定有效解决方案，进一步提升学生的实践与创新能力。特别是产业命题赛道，以2022年产业命题赛道部分项目为例（如表2）。

表2 产业命题赛道部分项目

总体来说，产业命题赛道的相关项目充分结合了科技前沿与亟待解决的应用问题，这一类别为参赛硕士研究生提供了解决企业实际问题的机会。本课题组硕士研究生与国际经济与贸易专业、会计专业、物理学专业等不同方向的硕士研究生组成团队以项目“华信微陶—新一代通讯（5G）陶瓷领军者”参加了“互联网+”大赛，团队成员深入调研市场规模、广泛对比产品性能、讨论企业的实际需求，通过相互配合，相互学习，设计、撰写出了相关的参赛材料。本项目组硕士研究生通过广泛地参与科研竞赛这一途径，在科研能力、创新能力、团队协调能力以及实践能力等方面取得了极大地提升，同时也取得优异的竞赛成绩，在五年内累计获得国家级奖项6项，省级奖项10余项，2人获得国家公费留学资格前往国外名校继续深造。

2.3 以科创活动（科技创新大赛）为载体，培养学生协同合作，交流探讨的能力

良好的交流与合作能力是科研人员所应该具备的素养。通过合作交流能够拓宽硕士研究生的眼界，强化研究生的信息搜集与交流意识，使研究生养成敏锐的信息触觉和感知能力，从而形成敏捷的创新思维方式，而“山东省大学生科技创新大赛”以及高校内“绿色杯科技创新大赛”等学科竞赛的举办便是硕士研究生学术交流与合作的有效平台[5]。在竞赛中，团队成员经讨论选题、制定计划、撰写材料、组织答辩等步骤的磨合，团队会逐渐形成良好的协作精神，而良好的团队精神能够促使团队整体向好发展。同时，在团队精神的影响下，队内成员会在团队精神的指引下相互关心，相互帮助，营造出一种更加融洽的团队氛围，在这种氛围的影响下团队内成员会产生强烈的主人翁意识，会积极为团队争取荣誉，自觉约束自己的行为，始终将团队的荣辱与自身荣辱相联系，从而使团队精神成为竞赛团队勇往直前，迎难而上的动力。此外，浓郁的竞赛团队氛围有利于激发成员的积极性与主动性，由此而形成的集体意识、共同的价值观、高涨的士气，敢于拼搏、共同奋进的精神能够有效地推动科技竞赛的高效运行，同时也使研究生自身得到更全面的发展。值得一提的是，良好的团队氛围也会使团队成员在组队参与竞赛时拥有强烈的归属感，强烈地感觉到自己是竞赛团队不可或缺的一员，这种意识能够促使参赛研究生全心全意地投入团队工作中去，提升学生自身的团队协作能力与科研素养。项目组成员通过山东省第六届、第七届与第八届大学生科技创新大赛以及山东省研究生优秀成果申报的洗礼，组内科研氛围融洽，各研究生的创新精神、创新意识、创新能力均得到显著提高，科研素养、科研水平及自身道德品质均优于同级硕士研究生，并取得了5项省级奖项，1项校级奖项的优异成绩，具体信息如表3（P21）。

表3 参加省级科创竞赛情况

3 教学改革实践总结

科技在进步，时代在发展，材料科学方向一直都是推动社会发展的前沿，同时也是关乎国计民生的重点领域，然而高水平材料科学硕士研究生的培养不是一朝一夕，因此建立高素质材料科学方向硕士研究生有效培养策略是解决材料科学方向高素质人才缺乏的关键所在。实践研究表明，通过引导硕士研究生参与各类科创活动这一途径，以科创活动为载体培养材料方向硕士研究生是一种行之有效的培养模式。多年的实践效果表明，以科创活动为载体的硕士研究生培养模式能够极大地提升研究生的创新能力、实践能力与科研素养，参与改革硕士研究生在校期间平均发表高水平科研论文7篇以上，多次荣获国家级、省级荣誉，继续深造学生广受好评。