普通院校优秀本科生科研创新能力培养模式的探索与总结

王少伟 隋旭鹏 夏雄 胡坤

摘 要：优秀本科生科研创新能力培养越来越受到社会各界的重视。本文结合导师和学生的自身经验和实施效果，论述了本科生科研创新能力培养中面临的困难，并从科研创新型优秀本科生选拔、科研创新选题标准和指导方法三个方面，探讨了普通院校优秀本科生科研创新能力的培养模式，提出了“因材施教、成果导向、注重灵活性和时效性”的指导原则。

关键词：优秀本科生；科研创新能力；选题标准；指导方法

中图分类号：G642.4文献标识码：A

2018年9月，教育部相关文件指出“强化科教协同育人，以高水平科学研究支撑高质量本科人才培养”。2023年7月，国家自然科学基金委员会的相关文件提到“国家自然科学基金将试点资助优秀本科生”。整体而言，当前高校本科生科研创新训练环境良好，经费投入充足，本科生导师制已是常态［1］。然而，如何具体实施来提升本科生的科研创新能力，仍是导师较为困惑的难题，尤其是对于不具有研究生推荐免试资格的普通院校而言，在整体科研环境明显弱于“双一流”建设高校情况下，其优秀本科生对于科研创新经历和成果的需求又往往明显高于学校定位，因而实施难度更为巨大。笔者结合师生自身经验，对优秀本科生科研创新能力培养模式进行了总结。

1 本科生科研创新能力培养所面临的困难

1.1 本科生自身能力方面

本科生接触专业文献和学科前沿等资料相对较少，尤其是低年级学生，本领域中大部分基本概念尚混淆不清，基础知识单薄，学习重点往往又放在课内学习中，与专业导师的接触大多仅为上课与听讲，对导师科研课题了解较少，对本专业的发展前沿以及创新成果基本不涉猎，更多的是被动接受教师输入的知识，碰到棘手问题第一反应往往是询问教师或百度，想要不经自己思考就直接获得准确答案，而不是通过查阅专业文献去解决，从而缺少独立思考问题和解决问题的能力，也就不具备科研创新的基础［2］。

此外，科研创新需要本科生具有较为系统的知识体系，且能做到灵活运用，但多数本科生最欠缺的就是多学科知识体系的融合，比如笔者指導本科生科研创新的研究方向——混凝土结构健康监测，除土木工程专业知识外，尚需学生具备较强的数学基础和计算机编程能力，以此完成面向工程应用的复杂数学模型的建立。对于优秀本科生而言，如果仅从课程成绩看，所需基础知识大多是具备的，然而科研创新不同于考试做题，没有对应的例题，也没有固定的解题步骤，需要综合多学科所学知识，自己去找到解决问题的办法，也就是自己写例题、自己来解答，具有一定的首创性。

1.2 本科生自身意识方面

进入本科学习后，部分学生未能及时转变思想，认为仅需将自己置于培养方案所要求的课程体系框架内，尽可能获得高学分并适当参加学科竞赛与课外活动，从而在综合测评中取得一个较高位次即可，并未意识到科研创新能力对自己将来深造和工作的重要性，而当发现科研创新能力的重要性时，往往已经步入本科的中后段，与考研等产生了时间冲突，或从头开始为时已晚，从而放弃了对自己科研创新能力的追求。此外，低年级本科生与专业课教师接触较少，且部分学生对导师心存畏惧，不善于与导师交流，加之其他原因，使得学业导师制流于形式，即便有了进行科研创新活动的想法，也往往难以付诸行动；另外，部分学生加入导师课题组后，仍然是闭门造车，不主动与导师交流自己的科研创新活动，导致科研创新课题进度不断拖沓，直到最终放弃。

对于优秀本科生而言，学有余力，仅以“成果”为导向时，大多也知道学术论文和专利有利于提升自身简历的含金量，但也会觉得学术论文和专利离自己太遥远，认为那是研究生阶段应该干的事。这些学生可能有科研创新的念头和创新点，但由于从未接触过，不知道从何下手，怎么去一步步实施，在“望而却步”的犹豫中或者“知难而退”的现实中，导致科研创新最终擦肩而过。此外，部分学生的科研创新思想完全被以“成果导向”的观点所束缚，其参与科研创新的初衷并不是为了培养自己的创新能力，而是期望快速获得论文和专利等成果，目的仅是为了获得一份漂亮的简历，这种想法带来的多是负面作用，研究中稍有困难或者周期稍长时，就丧失耐心或者敷衍了事［3］。

2 优秀本科生科研创新能力的培养模式

2.1 科研创新型优秀本科生选拔方式

针对本科生的科研创新培养，建议分层次进行，遵从“因材施教”的原则［4］。成绩固然重要，但不能光看成绩，科研创新型优秀本科生的选拔需要全面考核，并优先选拔未来继续跟导师做毕业论文的学生［5］。

（1）基础性知识选拔。成绩中等偏上的低年级学生是主要考察对象，然后再结合导师自身的研究方向和学生的兴趣特长，进行双向选择，此阶段同一个导师可选择多位本科生进入适应性选拔流程，后期分层次进行培养。

（2）适应性选拔。在进行科研创新能力培养的初始，可以先从一些较为简单的工作进行，比如研究生试验中的协助工作，完成试验中较为简单的部分。此阶段不应耗时过长，在此过程中重点评价学生的动手能力、分析解决问题能力和不畏艰难的意志力，三者均优秀者，才能是具有科研潜力的优秀本科生，实行独立培养制。

2.2 优秀本科生科研创新活动选题标准

对于低年级本科生而言，即便是拔尖学生，也很难结合导师的研究方向，在本学科领域内独立提出科研课题，因此导师可以结合自己的科研需求，设置一些容易上手的小课题给本科生，明确研究目标，然后拆分成阶段性的细小研究内容，辅导后由本科生相对独立地完成，然后再逐步过渡至学生自主提出科研课题。

考虑到本科生的科研创新能力，选题的难度要适中，尤其是初次接触研究课题时，否则以本科生的知识储备以及仅利用课余时间进行科研创新工作很难做出预期的效果。选题应当符合以下几个原则。

（1）与本科生已学知识密切相关，能够充分发挥本科生所学知识的实用性，并能够在科研创新活动中反哺课内知识；

（2）本科生应当对选题具有充足的兴趣，若本科生对选题的兴趣不足，很容易被未来遇到的困难所打倒；

（3）选题应为导师课题中的一部分，且初始阶段的选题应当着重放在导师已做出部分成果的课题上，从而有较好的经验和资料可以让本科生学习模仿；

（4）课题工作量适中，主要研究过程尽量安排在寒暑假进行，不易穿插在学期中，以免给学生造成疲惫感，同时也保证了研究的连贯性，且力争每个时间段内能完成一篇学术论文或发明专利，以“成果导向”原则来提升学生继续科研的积极性；

（5）对优秀本科生设置的课题应当是相对独立的，课题顺利完成后，学生可以获得署名第一或导师第一且学生第二的学术论文或专利，此举可最大程度地调动学生的积极性。

2.3 优秀本科生科研创新能力指导方法

坚持“因材施教、成果导向、注重灵活性和时效性”的指导原则。普通院校中的优秀本科生，不宜采用给研究生当助手的方式进行培养，其原因就在于研究生生源问题，这些优秀本科生的基础往往是明显优于本校研究生的，且仅参与研究生课题的话，无法满足优秀本科生对科研成果的实际需求，但文献检索、专业软件使用、数据处理与绘图等辅助性指导工作可以由研究生协助完成。

优秀本科生科研创新能力的培养，应当逐步进行，由浅入深、由零散到整体、由协助到独立。通过适应性选拔之后，可首先由高年级研究生与本科生合作完成一项试验，此阶段研究生处于主导地位，本科生起辅助作用，目的是学习试验操作和科研创新思路。当本科生具有一定操作能力后，可为其设置独立的研究课题，由导师直接进行一对一指导。导师可以将整个研究内容按照逻辑顺序拆分成子模块，每次完成一个子模块的指导，其重点是研究目标的明确、研究思路的梳理和研究结果合理性的把关。围绕初期拟定的大主题，导师可在当前研究主题中逐步引导学生提炼出下一个研究主题，并由学生撰写研究大纲，导师的作用则逐步过渡至研究方案和结果的合理性把关上。

科研创新能力培养的同时，学术论文书写能力也应当逐步提升。在初始阶段，应当给本科生养成良好的书写习惯，注意字体、字号、段落格式、公式、错别字和专业术语等方面的书写规范性［6］；在内容上，可以让本科生负责写试验的现象分析，即所谓的“看图写话”，写初稿时，不要过于限制篇幅和口语化问题，应更注重思路的连贯性，学生按照发现的规律逐条描述即可，然后再由导师指导如何按照逻辑性进行缩减和规范化书写，以及如何通过对比和类比等途径来佐证自己的研究结果和创新之处。当本科生对于试验现象分析的书写足够精炼和准确后，便可以逐步培养本科生独立写论文的能力，首先，是全文的逻辑性，也就是章节目录，这一块较为固定，可以指导学生总结同类论文的逻辑模式，在动手写论文之前先细化出论文的大框架，后边则是分块填内容；其次，是结果分析部分的逻辑性，需要学生特别注意内容先后顺序的合理性，以及如何把试验结果最合理地呈现出来，这就需要培养学生的作图能力和试验结果分析能力。论文插图标准化和分析深度按照循序渐进的原则，重点是给学生讲清楚分析的依据，初始阶段每次讲解主要针对一类问题或者围绕一个提升目标，让学生明白其中的道理和原则是最为重要的，不要贪大求全，注意本科生的基础和时效问题。

对本科生的指导需要更加有耐心，增加时间和精力投入度。在指导的具体实施方式上，由于本科生课程较多，因此学生和导师的交流应不拘泥于固定形式，注重时效性，灵活使用QQ、微信和腾讯会议等，不建议采用例会制度。口头指导本科生撰写完论文初稿后，导师可挑重点段落使用修订模式给修改出样本，让学生去看修改痕迹，对比差异性并与导师交流，明白其中的原因，以此来提高本科生的书写能力。

3 某优秀本科生科研创新能力培养的具体实施及结果

S同学是笔者近年指导的土木工程专业优秀本科生，参加科研创新时段为大二上学期至大四毕业，围绕“面向海量监测数据的高拱坝温度变形效应机器学习模型研究”这一大主题，在本科阶段以第一作者或导师第一且学生第二作者共计发表学术论文4篇、投稿在审论文1篇、申请发明专利3项，包含中科院三区SCI论文1篇、CSCD论文1篇和核心期刊论文3篇，荣获江苏省省级优秀学生干部和省级优秀毕业生，并成功考研至东南大学土木工程学硕。

根据学业导师制，该生及同组学生首先参与的是研二学生的课题，发现该生具备较好的数学和计算机编程能力后，在大二学期中段为期设置了第一个独立研究课题“不同机器学习模型对混凝土坝位移预测性能的影响”，其合理性在于：（1）选题具有前沿性，机器学习建模是当前各领域的研究热点，在土木工程智能建造领域也是如此；（2）课题难度一般，此课题需使用多种机器学习模型，相当于是做一个大练习，能够使学生在面向实际工程应用的过程中，更好地理解各机器学习模型的本质和优劣，从而为后续科研创新工作打好基础，经过导师引导后，学生可相对独立地拟定出研究框架和思路；（3）机器学习模型所用数学理论和所需编程能力，学生在大一阶段已经开始学习，学生在指导后能看懂相应的专业文献和资料，因此课题的实施有利于课内所学知识的及时巩固和延伸；（4）课题研究成果可以发表学术论文，通过多模型建模结果的对比，可以总结出定量的结论，进而为其他研究者在模型选择时提供参考。该课题在大二寒假完成，并发表核心期刊论文1篇。

上述课题完成后，该生发现机器学习模型的过拟合问题较为严重，与导师商量后，自行提炼出了第二个研究课题“贝叶斯正则化对混凝土坝位移机器学习模型性能的提升”，并于大二暑假完成了课题研究。此时该生已经具备较好的力学知识和土木工程专业理论，相比于课题一中侧重于数学角度的分析，该生在课题二中进一步提升了结构角度的分析，挖掘了数学模型对混凝土结构变形性态的因果解释能力。

课题一和课题二主要是为了培养该生的科研创新基础，就是数学建模动手能力、思维能力和论文书写能力，课题难度一般，尽管也得出了一些有益的结论，但并未从根本上实现“解决复杂土木工程问题”这一科研创新能力培养目标。对此，在设置课题三时，导师与该生讨论了目前本领域尚需要解决的一个工程问题：“坝体温度测点数以百计甚至上千，而在建立拱坝位移监控模型时，如何合理選用这些测点，在目前还没有定量的标准”。该课题直接面向工程应用，且国内外研究者均未提出有效的解决办法，实施难度较大，该生在大三上学期利用课余时间查阅了大量文献，最终发现可以将已掌握的机器学习模型理论和高等数学中的求偏导理论相结合，进而利用机器学习模型对输入因子的灵敏度分析来实现温度测点的优选。确定上述解决思路耗时整整一个学期，其间该生提出了多个初步解决办法均被导师否决掉，整个过程可谓困难重重。大三寒假，该生全面开展了工程算例研究，构建了系统性的筛选流程和定量准则，课题研究成果最终发表中科院3区SCI论文一篇，并申请发明专利1项。此后，在毕业设计阶段，该生又独立完成了另外两个课题的研究，并将所有课题研究成果整理后作为本科毕业论文。

结语

为提高本科生的科研创新能力，在学生层面，要端正自身思想，充分理解科研创新能力对自身的重要性，不能仅追求课本知识；在进行科研创新活动中，要充分选择自己感兴趣的方向，遇到困难时，要有不畏艰难的精神。在导师层面，要坚持“因材施教、成果导向、注重灵活性和时效性”的指导原则，并控制选题的难度和工作量。

参考文献：

［1］沈晓敏.本科生导师制的实施与探索［J］.科教文汇，2018（36）：3637.

［2］陈瑶，樊耀，任旭琦.医学本科生科研素养提升的需求及方法研究［J］.高教学刊，2023（18）：7275.

［3］蔡印，郑岩，伦汪洋，等.本科生科研训练新模式的探索和思考［J］.高教论坛，2023（11）：2931.

［4］胡文斌.基于项目导师制的本科生创新能力培养模式探索［J］.浙江理工大学学报（社会科学版），2015，34（3）：259262.

［5］廖沁园，袁桂峰.导师制下引导本科生参与科研对学生创新能力培养的思考［J］.教育现代化，2018（13）：3739.

［6］刘文震.新文科背景下金融工程专业本科生科研能力训练体系构建研究［J］.吉林省教育学院学报，2023，39（3）：2126.

基金项目：江苏高校“青蓝工程”资助项目；江苏省高校哲学社会科学研究一般项目（2022SJYB1316）；常州大学优秀毕业设计（论文）培育项目

作者简介：王少伟（1988— ），男，汉族，陕西安康人，博士，副教授，主要从事混凝土结构健康监控及老化病害研究。