导师制下基于项目驱动的本科生创新能力培养

杨勇，袁彩雷，梁艳，俞挺

（1.江西师范大学 物理与通信电子学院，江西 南昌；2.江西科技学院，江西 南昌）

在高等教育改革的推进过程中，创新型本科教育教学体系的构建逐渐成为教育工作者关注的焦点。作为人才培养的主要力量，高等院校必须着力提升本科生创新实践能力的培养力度。然而，仅仅依靠以课堂讲授的教学模式，对本科生创新实践能力的发展很不利。在此基础上，本科生导师制的培养模式逐渐被开发。本科生导师制顾名思义是指本科生在校学习期间，导师从学业、生活、思想等多方面、多角度地对其进行帮助与引导，其最终目的是全面提升学生的创新实践能力及综合素质。其实，早在14世纪的英国牛津大学，就已经出现了本科生导师制。这种模式的核心和关键在于其更加关注学生个体的发展、依赖师生双方合作以及对待知识的独特态度[1]。经过多年的摸索和实践，近年来不少国内外顶尖高校开始转变人才培养观念，逐渐意识到本科生导师制结合科研实验室的模式对本科生创新实践能力，尤其是科研创新能力的培养非常有效。因而，不少顶尖高校都使用该模式发展了适用于自身学校情况的本科生科研创新实践能力培养计划。比如加州理工学院“SURF计划”、中国科学技术大学的“大学生研究计划”、清华大学的“SRT计划”等等。调查发现，通过这些计划的实施，不仅有利于学生专业课的学习，增加师生之间的交流，而且可以极大地提升学生的科研创新实践能力[2]。

然而，相对于国内外顶尖高校，地方普通本科院校受经费、生源素质等诸多因素的限制，在科研平台建设、教师科研能力、科研活动管理、本科生科研定位等方面都存在明显差距。加上由于缺乏相关的运行和管理机制，地方普通本科院校在基于科研实验室的本科生科研创新能力培养方面还比较少见。即使有的学校已经建立了本科生导师制，但很多实际工作并未开展起来。而学生对于本科生导师的概念也很模糊，无法真正地参与到导师的科研活动中，很多导师对于本科生进入实验室的积极性也不高，因此。将该模式应用到地方普通院校，以培养本科生的科研创新精神和实践能力还需要进一步探索。

本文以江西师范大学物理与通信电子学院两个典型理工类专业（物理学和光电信息科学与工程）的本科生为例，以江西省微纳材料与传感器件重点实验室为依托，近年来对本科生导师制下基于科研实验室项目驱动的本科生科研创新能力培养进行了一些实践探索。

一 地方普通本科院校物理类和光电类本科生培养现状

目前，物理类和光电类专业本科生的课堂一般以具体班级为单位，统一安排必修课程。按照培养方案的要求，学生在大学期间课程很多，而且大多数课程偏重理论知识。几乎所有的原理、过程、结论全靠老师课堂讲授出来，学生自行想象，缺乏让学生动手的机会。这些理论的学习让学生感觉比较枯燥，很容易被学生遗忘，导致学生的课堂学习效率普遍不高，也容易使学生滋生懒惰心理，会出现很多临到考场时才开始靠“背”知识点来应付考试的现象[3]。

物理学和光电信息科学与工程作为实践性的理工类学科，实验教学实际上是学生创新能力培养的重要方式。对于这两个专业的本科生来说，除了课堂上专业理论知识学习之外，大多数高校也会安排对应课时的实验方面的课程作为他们的必修课。这些实验项目是根据专业课的理论学习内容选择出来的。然而，这些实验大都是验证性实验，主要是以验证相关的专业理论为目的。上课时一般也是以小组为单位，老师讲述实验目的、原理和方法，学生根据老师的讲解一步一步进行操作，得到结论就算完成实验，几乎没有学生自己思考的机会，因此很难使学生有发现问题和解决问题的机会，这不利于培养学生的创新意识和精神。

另一方面，从地方普通本科院校物理类和光电类专业本科生的就业方向来看，考取研究生继续深造目前是大多数同学的选择。实际上，我校近年来物理学和光电信息科学与工程专业本科生中有考研意向的比例都在70%以上，实际报考比例也在60%以上。由于研究生教育的主要目的在于学生创新精神和创新能力的培养。因而，上述传统的讲授型本科人才培养模式非常不适合于塑造当今社会所急需的创新型研究人才。而且，站在学生的角度来看，本科阶段科研创新能力培养的缺乏也导致地方普通本科院校本科生在研究生复试时和正式攻读研究生时与“985”和“211”高校的学生相比竞争力不足。

本科生导师制与科研实验室制度相结合的模式作为当今国内外顶尖高校越来越推崇的一种人才培养模式，未来可能成为培养本科生科研创新能力的重要方式。然而，由于受经费、生源素质等诸多因素的限制，加上相关的运行和管理机制的缺乏，该模式在地方普通本科院校中的实践还比较少见。特别是，如何充分调动本科生和导师在培养过程中的主观能动性、学生如何有效管理方面还有待探究。

二 导师制下基于科研实验室的本科生培养策略

自2014年起，江西师范大学物理与通信电子学院建立了本科生导师制，每名本科生在入学时都会安排一名专业导师，每名导师一般每届指导3-4名本科生，这为该模式的实施提供了制度基础。另一方面，近年来随着政府和学校投入的增加，物理与通信电子学院的科研条件大大提升，已经建成了省2011协同创新中心1个、省重点实验室2个、省工程实验室1个、院士工作站1个、省重点学科1个、省优势科技创新团队1个。近五年承担国家级科研项目40多项，各类科研经费总额达到5000余万元。其中，笔者所在的江西省微纳材料与传感器件重点实验室配有湿化学合成设备、PLD脉冲沉积系统、磁控溅射系统、电子束沉积系统、CVD系统、蔡司光学显微镜、光谱仪、原子力显微镜、微区Raman光谱仪等一系列微/纳结构材料合成和表征的先进大型仪器设备。这些丰富的科研平台是基于实验室的本科生培养的条件保障。此外，实验室的老师都是专业老师，绝大多数都在国内外顶尖高校获得博士学位，并且都有国家级或省级科研项目经费支持。总之，在我院开展本科生导师制下基于科研实验室的本科生创新能力培养的条件非常成熟。作为物理学和光电信息科学与工程专业的本科生导师，笔者近几年依托所在的江西省微纳材料与传感器件重点实验室，开展了本科生科研创新能力培养的探索，在项目驱动机制、实验室本科生管理模式、培养方式、学生和导师激励机制等方面积累了一些有益的经验[4]。

（一） 项目驱动机制

为了调动本科生在实验过程中的主观能动性，我们将项目驱动的教学思想贯穿于整个培养过程中。项目驱动教学法主要是建立在建构主义教学理论基础之上。该教学法以学生为中心，有利于充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，学生始终在探索知识的情境之中。其基本思想是将学生的学习活动穿插到具体的项目中，老师和学生通过共同参与完成具体项目，逐步深入展开教学活动，通过探究和解决实际问题的过程来提升学生的学习兴趣，进而树立信心、培养能力。在本科生进入实验室初期，导师会指导本科生申报“江西师范大学校级大学生学术课题”。该项目是学校为了全面提升本科生的科研创新能力而设置。获得该项目的支持后，本科生会觉得科研项目是自己的事，这可以极大地调动其主观能动性，后续的实验主要围绕该项目的研究内容进行。在该项目1-2年的研究基础上，导师会指导本科生申报国家级大学生创新创业训练计划、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等项目，以进一步凝练和完善研究内容，激励本科生的科研热情。在培养后期，导师会结合学生近几年的研究成果，指导学生设计自己的毕业论文，这也可以有效的解决目前地方普通本科院校普遍面临的本科毕业论文选题困难、空洞的问题，从而可以有效提升本科生毕业论文的质量。总而言之，学生的主观能动性可以在完成一个个具体的实验项目中得到充分调动，他们科研的主人翁意识也因此得到充分激发。

（二） 实验室本科生管理模式

长期以来，科研实验室主要是面向研究生和博士生开放，相关的管理和培养制度也比较健全。然而，当面向本科生开放时，往往会出现其他不一样的问题，比如，本科生的学业课程较多，来实验室的时间不固定，而且学生的安全意识和实验习惯等也参差不齐等。这些因素都会困扰科研实验室的管理。考虑上述问题，我们采取本科生实验室统一管理的模式。

每年春季，首先由实验室主持开展“大学生科研创新计划”，组织实验室导师名下的本科生统一学习进入实验室之前的培训课程（包括实验室安全培训、实验操作习惯培训、公用仪器设备使用培训）。在培训结束的时候，我们会采取统一笔试结合实验室现场考核的方式对学生进行评估。考核合格的同学方可获得实验室门禁权限，正式进入实验室开展实验。而在本科生进入实验室后，导师根据自己的项目情况统一安排名下的每个本科生进行选题。在此过程中，学生和导师要服从实验室的统一管理。比如，所有实验区域都通过门禁系统和监控系统，由公共实验员老师和负责导师对名下本科生的实验操作进行有效监督。假设本科生出现错误的实验操作或者安全隐患问题，将会根据情况给予学生和指导教师相应的惩罚措施。此外，还会根据情况定期对实验室安全、实验习惯、仪器设备使用等进行培训。另外，我们还建立了相应的“实验室耗材使用和管理制度”“公用仪器设备使用登记制度”等。一般来说，本科生实验所需的公用耗材、化学试剂等由实验员老师进行统一的采购管理，专用试剂和耗材由导师管理。而对于大型公用仪器和平台，采取专人管理和培训制度，专用仪器设备由导师负责管理培训。总之，合理健全的管理模式是本科生进入实验室进行科研训练的保证。

（三） 培养方式

在学生进入实验室初期，除了统一的实验培训外，导师会尽快帮助学生对自己的专业实验室进行了解，介绍自己实验室目前正在开展的研究工作，提供相关的文献给学生进行阅读，做好开始实验前的准备工作。如果学生对某一研究方向没有兴趣，那样将很难调动其主观能动性。因此，学生在实验初期可以根据研究兴趣及导师学生双方意愿在实验室范围内调整导师或者退出实验。

在实验过程中，导师要指导学生多查阅文献、鼓励学生多提出实验想法，结合自身的研究背景帮助他们设计研究流程，这样学生就会对科研方式有一个系统的认知。无论以后会不会从事这方面的研究，这些经历都将会是他们宝贵的经验。针对具体的实验，导师要让学生先了解其研究背景、实验原理、目的等，让学生在头脑中先对实验过程进行大致的了解，然后再动手实验，收集实验数据。实际上，科学实验很多时候在学生看来是一个不断重复的过程，但每一次的实验都会改变一些或多或少的参数，学生只有在大量实验后才能知道那些变量会产生怎样的影响，这样才有利于优化实验过程，得到可预计的结果，在不断的实验摸索当中积累经验，这方面离不开导师的督促和引导。另外，分析实验数据对于学生来说也是一项很重要的工作，初次接触到数据的学生一定是茫然的，导师要做的就是先帮助他们详细分析实验数据，讲解其原理以及如何得到重要结论，然后以所讲的内容为参考，辅助学生自主分析类似的数据[5]。

此外，导师在学院中大都承担着理论课程的教学工作。在实验过程中，导师可以有意识地将实验相关的理论概念联系起来。通过与学生的交流，巩固课堂学习的理论知识，培养具体技能，从而学以致用。这样的教学过程可以让学生觉得知识不再是理论化的和枯燥的，可以有效激发学生的专业学习兴趣，以实现教学对科研的促进，科研对教学的反哺。比如，笔者在教授光电信息科学与工程专业主干课《光电材料》的过程中发现，现有的教学资源缺乏直观性，单纯依靠课堂讲授的方式来授课，学生理解起来很困难，学习兴趣普遍不高。而通过设计一些光电材料相关的实践项目微任务，让学生在项目实施的过程中巩固课堂学习的知识，能够很好地将枯燥的书本理论知识直观地向学生展现，让他们对理论知识更加深刻理解，促进学生主动学习，同时培养他们探索新领域、拓展知识范围、思维革新创新的意识。

此外，在实验过程中，我们还会以专家科学讲座、导师论坛、组会研讨、学术会议等为平台，建立教师与学生间的交流机制，拓展学生的学习空间，引领学生的创新思维和意识。

（四） 学生和导师激励机制

良好有效的激励机制对于导师制下基于科研实验室的本科生培养过程也是不可或缺的。

在学生方面，实验室每年都会拿出固定的经费来资助“本科生实验室开放课题”，这些课题专供实验室的本科生申报，其覆盖面较广，其设置也体现了项目驱动的思想，主要也是为了激发本科生在科研中的主观能动性。此外，还会设置“大学生科研创新奖学金”，以奖励表现优异的本科生。导师通常也会定期给本科生发放一定的劳务费、资助其外出参加学术会议和学生交流。学校和学院层面上，对于进入实验室获得研究成果的同学也会在第二课堂学分、各类奖学金申请、保研等方面加分。实际上，通过四年的培养，绝大多数同学会发现进入实验室不仅会对课堂学习起到促进作用，而且在学校学院各类评奖评优、考研复试时由于经过科研训练会极大地增加自己的优势。更重要的是，通过实验室训练，大大开拓了学生的专业视野，培养了他们的创新意识。总之，目前学院本科生进入实验室形成了良性循环，绝大多数同学都对进入实验室表现出了很高的热情。

除了学生的激励之外，建立导师激励机制也是不可或缺的，导师激励机制的缺乏往往是阻碍本科生科研训练实施的一个重要原因。因为导师不仅有学校规定的课堂教学任务，往往还承担着繁重的科研任务。相应的激励机如果不到位，很可能会挫伤导师对本科生指导的积极性。基于此，通过设立导师实验室开放课题等方式可以调动指导教师的积极性。实际上，鉴于当前地方普通本科院校理工科专业研究生招生越来越困难的情况，对于名下研究生很少甚至是没有研究生的导师来说，本科生承担了很大部分研究生的实验工作，这样也有利于导师承担的科研项目工作的顺利完成，实现双赢的效果，因此导师对于本科生进入实验室也是非常积极的。此外，目前学校层面上对于本科生创新创业方面的工作也非常重视。当学生获得相应奖项后，不仅会对导师有经济上的奖励，而且在职称和人才项目评审等方面都会对导师有相应的鼓励政策（比如加分），这些都可以有效调动导师对于本科生指导的积极性[6]。

三 导师制下基于科研实验室的本科生培养效果

自2014年江西师范大学物理与通信电子学院正式实施本科生导师制，2015年正式基于本科生导师制依托江西省微纳材料与传感器件重点实验室实施“大学生科研创新计划”以来，实验室已经累计指导本科生50余人，累计指导本科生主持获批“校级大学生学术课题”近20项。其中3名学生主持获得江西师范大学“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校内选拔赛立项，2名学生主持获得国家级大学生创新创业训练计划项目立项，多名本科生作为参与者发表了SCI论文，申请了国家发明专利，学生的科研创新意识和能力均得到了大幅提升。此外，从实验室毕业后，绝大多数本科生都考取了国内名校的研究生（包括复旦大学、中国科学技术大学、浙江大学、华中科技大学、四川大学等），有效地推动了学院考研率和本科室培养质量的提升。

四 结语

我们的探索和实践表明，以优秀的专业教师资源和先进的实验室平台为基础，通过将本科生导师制与重点科研实验室制度结合，以具体的科研项目驱动，可以实现地方普通本科院校物理学和光电信息科学与工程本科生的科研创新实践意识的培养，从而提升其科研能力，使其更适合当今社会对人才的要求。总之，导师制下基于科研实验室项目驱动的本科生科研创新能力的培养在普通本科院校中也是可行的，相关的经验也可以在其他类似的普通本科院校理工科类专业中间推广实施。