材料类专业本科生创新能力培养路径探索

赵楠，田松，胡洁，史小慧

(重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆 400074)

0 引言

习近平总书记在党的二十大报告中明确提出，要“全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之”[1]。我国明确提出了建设创新型国家的战略目标，即到2020年进入创新型国家行列，到2035年跻身创新型国家前列，到新中国成立100年时成为世界科技强国[2]。创新型国家建设需要具备拥有高度创新能力的人才队伍，而本科教育作为我国高等教育的主体和核心，建立一套全面而可行的教育教学体系以培养具有创新能力的本科生势在必行[3]。

重庆交通大学材料科学与工程专业在2023年6月通过工程教育认证，标志着工程教育专业办学质量实现了与国际实质等效。在此背景下，对于我校材料类专业本科生的创新能力培养也提出了更高的要求。基于此，材料类专业本科生的培养通过“教学、科研、实践”三位一体模式，实现教学与科研相统一、学习与实践相贯通，符合当前高等教育发展的新要求。

1 发挥本科生导师制在创新型人才培养过程中的引导作用

1.1 引领本科生进入科研世界，培养科研创新意识

目前在材料类专业本科生科研创新能力培养过程中，遇到的最大的问题在于绝大多数低年级学生对于科研创新没有清晰的概念，对其他专业的学生也存在同样的问题。初、高中阶段学生主要以理论学习为主，仅有少数学生参与科研相关的比赛或项目，如青少年科技创新大赛、雏鹰计划专题研究课题等。这导致本科生刚进入大学时并未完成由高中生到大学生身份的转变，不了解什么是科学研究，也没有做科学研究的意识[4]。因此，材料类专业本科生导师，尤其是作为低年级学生的本科生导师，需要肩负起引领本科生进入科研世界、认识科研，同时唤醒并培养本科生科研创新意识的重任[5]。本科生导师不仅要给学生详细介绍材料类专业学生在本科阶段可以参加的各种科研创新类比赛及项目，也要介绍学校层面的相关激励政策及奖励制度，鼓励本科生积极参加各种科研活动。由于本科生导师职责重大，建议在导师人选上选择具有较长工作履历、对本科生创新能力培养具有丰富经验的教师。

1.2 带领本科生接触专业教师，了解教师的科研方向

对大一材料类专业本科生，主要以公共基础课程为主，仅有一门16学时的材料专业导论专业基础课程，鲜有机会接触专业教师，对各位老师的科研方向更是不了解、不熟悉，不利于学生实践能力和创新能力的培养。建议本科生导师通过以下途径引领本科生了解专业教师的课题研究方向：(1)由系教研室统一组织制作专业教师科研学术领域的宣传材料，然后由学业导师为学生进行详细讲解；(2)由学业导师邀请专业教师为低年级本科生开展学术报告或科研讲座，构建良好的科研氛围，并以此激发大学生的科研兴趣；(3)材料科学与工程学院经过多年的努力，已逐渐形成“双福行远”“材料·青春之约”等主题系列讲座，定期邀请新入职教师及国内外学者、名师为本科生进行科研讲座，深受全院师生欢迎，这也为学生与专家学者面对面交流提供了宝贵的机会。

2 加强材料实验室在本科生创新能力培养过程中的支撑作用

2.1 增加实验课程的种类，挖掘本科生的兴趣点

2018年，教育部发文实施“六卓越一拔尖”计划2.0，要求“推动国家级、省部级科研基地向本科生开放，为本科生参与科研创造条件，推动学生早进课题、早进实验室、早进团队，将最新科研成果及时转化为教育教学内容，以高水平科学研究支撑高质量本科人才培养”[6]。重庆交通大学材料科学与工程学院材料实验教学示范中心经过多年建设，已具备丰富的本科实验教学资源，能够为材料类专业本科生提供更多的实验、实践机会。建议对培养方案进行进一步优化调整，通过增加实验课程的种类并完善相关的教学内容，让本科生充分学习材料专业不同研究方向的科研内容。于此，不仅能够提高材料类专业本科生对材料专业全方位的理解和认识，也能挖掘学生在不同科研课题中的研究兴趣，后续可申请加入相应研究课题的导师团队开展学术研究。更关键的是，通过实验课程学习，能够筛选具有较高科研创新能力及较强动手实践能力的学生，后续可进行重点培养。

2.2 拓宽大型仪器设备的教学功能，实现科教融合

材料类专业本科生对常规科研仪器设备较为熟悉，但对昂贵的大型精密仪器设备缺乏深入了解，这是大多数高校普遍存在的问题，主要原因是这类设备价格不菲、数量较少、设备精准度高、需要安排专人进行维护及操作，并且一旦出现问题，需要花费极高的人力、物力及时间成本进行维修[7]。自2020年，重庆交通大学材料科学与工程学院已成功建立大型精密仪器设备开放共享平台。该平台目前主要为校内外科研工作者的科研课题服务，在本科教学中充分发挥育人作用还有待加强。建议通过完善管理条例和开放机制，实现该平台同时为教育和科研而服务：(1)通过平台向材料类专业本科生发布大型精密仪器设备的详细资料，本科生以此了解设备的工作原理、常见功能、使用要求和注意事项；(2)由材料实验室统一制作设备操作手册和详细操作视频，在本科生进入实验室前组织学习并通过相应理论与实践考核，避免学生进入实验室后使用设备不当而造成不必要的损失；(3)将本科生按不同研究方向进行分组，并筛选责任心强和沟通能力强的本科生作为每组设备监管的负责人，在实验室教师的指导下，由负责人带头学习对应研究方向的同类设备操作和相关知识，然后为组内其他同学在操作过程中遇到的问题提供帮助；(4)依托实验室开放课题项目进一步拓展该平台的教学功能，培训材料类专业本科生相关设备的实际操作技能，在提高实践动手能力的同时促进专业理论知识学习，通过科教融合途径不断提高材料类专业本科生的科研创新能力。

3 依托学科竞赛提高材料类专业本科生实践及创新能力

3.1 对参赛学生进行正确引导，理性参与学科竞赛

专业性学科竞赛是专业理论课程内容的拓展和升华，被誉为是当前培养新工科本科生实践创新能力的重要载体之一[8-9]。通过参加相关的学科竞赛，学生能够将在课堂上所学或自学的不同学科知识进行融会贯通并进行应用，实现理论与实践相结合，同时不断提高动手实践能力、分析问题及解决问题的能力以及团结协作能力[10-11]。举办专业性学科竞赛的目的旨在培养学生的实践及科研创新能力，并反哺于课堂专业理论知识的学习，但研究发现部分学生在参赛过程中出现事与愿违的现象。首先，由于专业赛事竞争较为激烈，学生需花费较长时间进行备赛。部分学生本末倒置，牺牲掉专业课程的学习时间开展赛前训练，导致多门专业课程成绩出现挂科现象。虽然在比赛中可能获得理想成绩，但其碎片化的专业知识不利于学生创新能力的持续培养。其次，部分学生对不同类型的学科竞赛都抱有极高的兴趣，难以抉择，导致同一时期报名参加多项赛事。然而，由于时间、精力不足，准备不充分，导致每项赛事都草草了事、颗粒无收[12]。这些现象与本科生创新能力培养精神背道而驰。因此，建议学业导师积极了解本科生参与学科竞赛的相关情况，并加强与专业课程授课教师的交流联系，及时掌握参赛学生的学习状况，对参赛学生加以正确引导，让学生理性参赛，利用课外时间积极备赛。

3.2 提升本科生的学科竞赛认知，训练实操技能

材料类专业本科生经常参加的专业性学科竞赛包括全国大学生金相技能大赛、全国混凝土设计大赛、全国大学生化学实验创新设计大赛等。在全国赛之前，重庆交通大学通过举办校内赛选拔优秀学生进行集中培训以期在全国赛中获取优异成绩。笔者在2023年5月组织举办了重庆交通大学第四届“恒宇杯”金相技能大赛暨第十二届全国大学生金相技能大赛选拔赛，通过全过程参与该赛事发现存在一些问题。首先，在前期报名过程中发现低年级学生参与度较低，临近报名截止一周前，统计发现大二与大三学生的人数占比分别为62.2%和33.3%，而大一学生仅占4.5%。笔者利用学业指导课堂与大一四班学生进行面对面交流，询问了他们不参加该赛事的原因。结果发现，绝大多数学生表明对该赛事比较感兴趣，但由于对赛事流程不甚了解，同时没有经过专业课程知识的学习，认为不具备参加比赛的条件。通过答疑解惑，最后该班级中近80%的同学报名参加该赛事。其次，发现学生的决赛成绩普遍不理想。通过与学生交流，发现学生之前没有金相样品制备及显微组织观察的实践经历，故而比赛成绩并不理想。针对发现的问题，建议通过以下途径提高本科生对学科竞赛的认知及相关技能的培训：(1)积极发挥本科生导师的作用，对材料类学科竞赛进行积极宣传；(2)对培养方案进行调整，增设“金相分析实训”实践技能训练课程，或依托实验室开放项目，将金相实验室对选课学生进行开放，对本科生进行赛前培训，培养学生金相样品制备与显微组织观察分析的能力；(3)建立金相分析实训虚拟仿真平台，让本科生在虚拟环境中学习并熟悉金相技能比赛的全过程，有效提高本科生参与金相训练的覆盖面，同时显著降低金相实训的成本，还可为新一届全国大学生金相技能大赛选拔优秀人才[13]。

4 基于课题项目实现材料类专业本科生实践及创新能力的培养

4.1 参与课题项目，实现学生全方位能力培养

课题项目主要以专业教师的科研课题为依托，具有覆盖面广、自由度高、竞争门槛低等特点，相对于专业性学术竞赛，具有较低的目标性和任务性。因此，在学生群体中广受欢迎，具有较高的参与度。本科生在指导教师的带领下，对课题项目的目的、意义、内容、思路、方案等模块进行学习和研究，并完整经历项目申请、实施、结题答辩等过程[14]。参加课题项目对于本科生而言具有重要的意义，通过全过程参与课题项目，能够培养学生不同的能力：(1)提升本科生对科研创新的认识，在实践过程中巩固课堂所学专业理论知识，实现知行合一；(2)能够及时发现自己的不足之处，促进学生对专业知识的主动学习，显著提升课堂学习效率及专业课程成绩；(3)在项目开展过程中不免会遭遇各种问题，通过虚心向导师或研究生请教、查阅相关文献资料或反复探究并不断调整优化研究方案等途径加以解决，能够不断提高学生发现问题、解决问题的能力，并培养学生自主探索的科学精神；(4)由于大部分课题项目以多人团队形式开展，学生之间既存在分工上的区别，又能与他人及时进行交流与合作，有助于培养学生的沟通表达能力和团队协作意识。此外，通过参与课题项目可取得一定成果，如发表学术论文、申请专利、在竞赛中获奖或获得各类奖学金。这些成果都将成为学生个人简历中浓墨重彩的一笔，对未来就业或升学都具有积极意义[15-16]。

4.2 强化评价管理机制，做到有始有终

大学生创新创业训练计划项目(简称“大创项目”)是材料类专业本科生广泛参与的课题项目之一。材料科学与工程学院在大创项目申请前一年会在各系征集大创课题名单，然后向全院学生公示，学生可选择自己感兴趣的课题申请加入导师的团队。2022年，重庆交通大学大创项目开展流程由之前的先申请立项、定级(校级、市级或国家级)后再开展课题，改革调整为先立项培训但不定级，通过中期汇报根据研究内容进行项目定级。但在大创课题开展过程中，仍存在如下问题：部分学生依赖性较强，主观能动性较差，课题研究投入时间较少；部分学生对课题理解得不够深入，缺乏探索精神及创新精神；注重立项，忽略过程，缺少中间环节的评价管理机制，导致部分项目有始无终。基于发现的问题，提出如下建议：(1)对拟指导本科生申请大创项目的导师提出资格要求，比如能够为学生课题项目的开展提供必要的科研经费，能够定期对学生的项目研究进行指导或确定导师指导的最低次数。(2)大创项目立项时一般包含5位学生，而对多数课题研究并不需要太多的人员，因此建议建立淘汰机制。对依赖性强、主动性差、投入时间较少的学生可由导师决定是否剔出大创团队。(3)强化激励机制可有效改善项目“虎头蛇尾”的现状。对导师，建议提高补助，并在职称评审时获取更高积分；对学生，建议建立专项奖项或奖学金，或在评优评先、研究生推免方面明确相应的要求[17]。

5 结语

材料类专业本科生在现代工业建设和国民经济发展中担负重要职责。随着我国创新型国家建设水平的不断提高，急需大量具备较强创新能力的材料类专业本科生。然而，对本科生创新实践能力培养却是部分高校较为薄弱的一个环节，需要根据专业特点建立一套合适的培养模式。本文以重庆交通大学材料科学与工程专业为例，在通过工程教育认证的背景下，通过“教学、科研、实践”三位一体模式，发挥本科生导师制、材料实验室、学科竞赛及课题项目对科研创新人才培养的积极作用，实现教学与科研相统一，学习与实践相贯通，不断提升材料类专业本科生的科研素质及创新实践能力。