基于科教融合的工科研究生科研能力培养探索

［摘 要］ 针对工科研究生培养中存在的课程教学和科研实践脱节、教学内容和方法与科研能力存在差距，以及科研实践创新能力不足等问题，以控制科学与工程专业研究生为例，开展基于科教融合的工科研究生科研能力培养。研究生科研能力培养包括课程改革和项目驱动科研实践，其中课程改革包括总结案例分析、融入科研方法和技能课程教学以及课程考核方式；项目驱动科研实践包括科研兴趣和技能培养、研究生和导师科研项目协作以及科研学术交流。

［关键词］ 科教融合；科研能力培养；教育教学改革

［基金项目］ 2022—2023年西安电子科技大学研究生教育教学改革研究项目；2024年度西安电子科技大学研究生教育教学改革研究项目；2022年度西安电子科技大学杭州研究院研究生教学改革研究项目

［作者简介］ 平续斌（1982—），男，陕西西安人，工学博士，西安电子科技大学机电工程学院副教授（通信作者），硕士生导师，主要从事模型预测控制理论与应用、鲁棒最优估计研究；刘 鼎（1981—），男，甘肃嘉峪关人，工学博士，西安电子科技大学机电工程学院副教授，硕士生导师，主要从事Petri网理论及应用、先进制造系统研究；刘永奎（1981—），男，河南新郑人，工学博士，西安电子科技大学机电工程学院副教授，硕士生导师，主要从事智能制造、智能工厂及智能机器人研究。

［中图分类号］ G643.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）38-0097-04 ［收稿日期］ 2023-05-04

当前国内工科研究生培养方案主要包括研究生课程教学和科研实践两阶段，其中课程教学主要为教师讲授专业相关基础课程，科研实践主要通过导师“传帮带”形式开展科研项目实践研究。研究生科研能力培养通常是研究生课程教学与科研实践融合的过程，如何综合考虑课程教学和科研实践两个环节，从而加强科研能力是构建高质量工科研究生培养体系的重要内容［1］。科教融合工科研究生科研能力培养本质是在课程和科研实践过程中，要求综合考虑教师科研经验和技能传授以及研究生科研探索实践环节，从而通过师生互动和协作开展科研工作。因此，在科教融合理念下的工科研究生科研能力培养，不仅需要研究生课堂教学与科学研究紧密结合，还需要导师在研究生科研实践过程中激发学生参与科研的兴趣，提高其独立研究、科学探索、分析解决问题以及创新实践的科研能力。当前，在科教融合理念下提高工科研究生科研能力，已经成为高校共同关注的问题［2］。

一、工科研究生科研能力培养中的主要问题

（一）研究生课程教学和科学研究存在脱节

研究生课程教学与科研实践相辅相成是培育工科研究生的理想模式，然而，研究生课程教学和科研实践脱节现象在高校较为普遍。当前高校教师对科研重视程度远超课程教学，因而科研项目中的科研方法和技能、科研经验和成果很少反哺到课程教学中。主要原因在于科研实力竞争长期处于国内高校发展核心地位，造成高校不重视科研，对课程教学的关注不足。

（二）研究生课程教学内容和方法与科研能力培养存在差距

当前研究生课程教学注重经典理论和方法，由于课程教学内容陈旧且滞后于新的理论和方法，造成学生感觉课程教学和后续科研项目相关性较小。在教学过程中更多要求学生掌握理论，缺乏应用背景，难以培养工科研究生发现、思考和解决科研问题的能力。另外，课程教学方法缺乏教师与学生之间的互动，导致学生感觉课程难学。课程考核方式主要采取期末考试，研究生仅注重内容记忆，不利于对学生科研能力的培养［3］。

（三）研究生科研实践创新能力存在不足

本科和研究生阶段学生培养模式主要强调专业基础教育，因为缺乏科研实践结合往往导致学生分析和解决科研问题的能力得不到培养。在研究生课程教学和科研实践过程中，教师难以科教融合地培养研究生的科研能力，研究生未深入探索课程理论学习和科研实践相互结合的学习方式，导致研究生理论认知和科研实践能力出现断层［4］。此外，研究生在科研实践阶段往往缺乏科研探索的内在动力和兴趣，存在认知科研问题背景不足、无法有效分析问题和提出解决方案，以及科研实践能力欠缺等科研能力不足的问题。

二、科教融合的工科研究生科研能力培养

基于科教融合理念培养工科研究生科研能力有助于研究生教学与科研实践相辅相成，是研究生科研能力培养的重要方式。研究生课程教学直接关系到研究生知识结构构建、科研创新能力培养。在研究生科研实践过程中，需要研究生掌握应用专业基础理论知识与技能，进而具备发现科研问题并通过创造性思维去分析与解决问题的科学素养。教师通过科研领域知识和技能的积累，能够结合研究生教学要求丰富课程教学内容和方式，从而调动研究生参与科研实践的积极性。研究生在课程学习过程中结合教师科研实践，不仅能够掌握新的学科领域方法和技能，还能通过理论结合实践的方式理解课堂知识和培养科研能力，为后续科研项目参与打好基础。在科教融合理念下，笔者结合控制科学与工程专业学科背景和培养方案、近些年所主讲的“模型预测控制理论及应用”研究生课程，以及控制科学与工程专业研究生指导经验，开展工科研究生科研能力培养探索，具体包括研究生课程改革以及项目驱动科研实践（如图1所示）。

（一）基于科教融合的研究生课程改革

依托主讲“模型预测控制理论及应用”研究生课程，以培养研究生创新能力、分析解决问题能力为目标开展课程改革。

1.案例分析式课程教学。根据笔者在模型预测控制领域十多年的科研积累，在“模型预测控制理论及应用”课程中通过课程案例分析结合研讨进行。根据模型预测控制理论和方法在不同年代的发展形势及典型应用案例，分别介绍和讨论动态矩阵模型预测控制、广义模型预测控制，以及基于状态空间的预测控制综合方法的思想原理和实现形式。在课程教案设计中，通过整合笔者在模型预测控制科研中新的研究思想和方法，重点关注课程原理探讨和方法实践应用。通过案例分析和课程教学提高研究生学习的积极性、目的性和系统性，激发学生思考问题的主动性，提高科研创新能力。同时通过不同类型模型预测控制理论和应用典型案例设计和分析，帮助学生了解模型预测控制发展现状和动态，从而丰富研究生在约束系统优化控制方面的知识结构和应用技能。

2.融入科研方法和技能的课程教学。在“模型预测控制理论及应用”课堂中，融入笔者开展科研时常用的基本科研方法和技能，并且将其转换为各种引发学生思考的探究性问题。通过鼓励引导研究生以小组形式进行文献查阅、探讨分析等形式提出问题解决方案。同时结合所承担科研项目和发表的学术论文，将科学研究内容融入课程培养方案，从而在课堂教学中贯穿笔者多年在模型预测控制算法设计方面的经验。在主讲“模型预测控制理论及应用”课程中，模型预测控制研究主要基于约束系统优化控制，其涉及系统模型建立、优化控制设计和求解，以及系统鲁棒稳定性、优化问题可行性和算法实时性等问题。通过结合科研过程中常用的仿真优化工具包，借助仿真算例分析方式将抽象控制算法认知转化为形象化的仿真图，进而通过仿真图从闭环角度上认识控制算法设计和分析过程。

3.优化研究生课程考核评价。根据“模型预测控制理论及应用”课程特点，课程考核模块包括课堂案例讨论分析、结合研究生各自导师给定研究领域的文献综述、典型模型预测控制算法程序仿真验证以及分析报告等。在各个模块中采用资料查阅和讨论、汇报答辩，以及仿真实验分析报告等多种形式，激励学生在学习过程中进行科研思考、问题分析和方案设计。其中在文献综述方面，鼓励学生根据各自未来科研课题方向，结合模型预测控制思想和原理，通过查阅新的科研文献，最终以专题性文献综述形式了解和认知模型预测控制在各自未来研究领域的发展现状和应用前景，从而为学生将来科研开题提供帮助和支撑。

（二）项目驱动研究生科研实践

科研实践是培养研究生分析和解决科研问题的能力、科研素养和创新能力，以及使其今后能够独立开展科学研究的有效途径。项目驱动科研实践能够充分调动研究生参与科研的自主性和积极性，培养研究生利用所学课程理论知识并转化为创新性理论和技术的能力。

1.研究生科研兴趣和技能培养。在科研兴趣培养中，需要让学生在科研项目实践中理解认知研究生科研兴趣对启发学生内在科研动力、科研创新能力以及承担科研任务上的重要性。针对控制科学与工程学科专业研究生，主要通过西安电子科技大学机电工程学院科研中涉及的机械系统、机器人系统以及智能制造系统，帮助研究生认知优化控制系统设计对各类系统开发和应用的重要性和意义。在研究生培养过程中，根据相近的科研方向将学生分成项目研究小组，保持项目小组内定期讨论交流和协作关系。对新进入研究项目小组的一年级研究生，有计划地安排学习内容，包括项目相关背景的文献报告综述、优化控制算法程序复现，学习和理解高年级以及已经毕业研究生所积累的科研资料，从而具备后续从事科研项目的基础和基本科研技能。针对已经确定科研项目的研究生，围绕科研项目关键问题对学生进行控制系统建模、优化控制设计、仿真实验分析、期刊论文撰写等科研技能训练。上述科研技能培养通过递进式高年级研究生“帮带”低年级研究生的方式开展，同时导师根据科研技能培养和不同学生开展有针对性的指导。

2.研究生和导师科研项目协作。围绕科研项目计划，导师须重点把关研究生开题、中期科研进展、毕业论文撰写指导等关键过程环节。其中，在研究生开题阶段，导师根据学生知识背景和特长，确定是否为学生设置以理论研究为主的探索研究类项目课题，或者其他以实际应用为目标的工程类研究项目。在研究生科研实践中，针对科研项目中关键问题由研究生和导师协作探索解决思路和方案。科研论文和毕业论文撰写不仅是科研项目成果总结的重要形式，还是研究生科研能力培养的重要方式，其中科研论文包括会议论文和期刊论文等，并且往往在时间上优先于毕业论文撰写。通过师生协作引导研究生撰写期刊论文有助于及时总结和发表科研项目阶段性成果，为毕业论文撰写提供技能和成果支撑。针对科研论文撰写，需要研究生和导师就论文创新性、结构组织性和语言表达规范性等进行多轮讨论，帮助学生修正和完善科研论文中的不足。研究生毕业论文撰写涉及大量控制系统对象模型、科研数据和图表分析以及控制算法和仿真结果等。对此，在基于科研论文培养研究生科研技能的基础上，需要更多地培养研究生在毕业论文结构组织、各章内容衔接性和关联性、论文整体创新性和贡献度等科研文章写作能力。

3.研究生广泛开展科研学术交流。围绕科研项目，通过研究生汇报各自阶段性科研进展和遇到的具体问题，结合项目小组讨论和导师协商进行。通过项目小组讨论交流不仅能够有效地针对科研项目不同阶段问题制订研究方案，还能够提高研究生参与科研的积极性，培养学生科研学术交流技巧和表达能力。在培养研究生自身科研技能的同时鼓励其积极投稿参加“中国控制会议”“中国控制与决策会议”等国内控制领域的会议等。通过向同行展示研究成果，广泛接触专家，增加学术交流合作机会并拓宽学术视野，培养学术交流技能。通过学术交流掌握同行在专业研究方向中的解决思路和方案，从而为研究生承担科研项目提供借鉴。

结语

基于科教融合的工科研究生科研能力培养，笔者探索总结了工科研究生培养中研究生课程教学改革以及项目驱动科研实践两阶段工作。研究生课程改革重点关注研究生科研能力培养与课程内容和教学方式设计，以及考核方式要求之间的关系，同时注重将科研方法和技能融入研究生教学过程。项目驱动科研实践注重培养研究生认识问题和分析解决问题的能力，基于研究生对课堂理论和方法的认知基础，通过项目实践对科研方法和技能进行及时修正和完善，从而注重科研思想方法和技能实践过程。通过科教融合形式培养工科研究生，不仅有助于完善研究生课程教学和科研实践相结合，还是工科研究生科研能力培养的重要发展模式之一。

参考文献

［1］赵贺.我国工科硕士研究生科研能力培养问题研究［D］.沈阳：东北大学，2011.

［2］余伟健.基于提高研究生科研创新能力的科教融合培养实施途径［J］.大学教育，2021（4）：25-28.

［3］杨关，刘凤华，蔡哲，等.工科研究生科研和创新能力提升方法研究［J］.教育教学论坛，2020（33）：85-87.