培养创新能力的科教融合研究生教材建设思路

摘  要：在文献分析的基础上，针对现有研究生教材对促进创新能力的培养不足，且量化验证研究较少的问题。该文梳理基于创新能力培养的研究生教材特征、以“综合全面布局”为特征的建设方法、以“产业需求”为导向的教材思路及以“服务于工程”为目标的教材内容的建设模式。然后结合科研工程案例，通过融入发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的科研思路，阐述在此过程中如何结合实际科研案例来设计研究生教材内容。最后，提炼出培养创新能力的科教融合教材建设策略和建议，以期推动新工科背景下的创新型人才培养。

关键词：创新能力;科教融合;研究生教材;产业需求;服务于工程

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）29-0047-05

Abstract： On the basis of literature analysis， aiming at the problems that the current postgraduate textbooks are insufficient in promoting innovation ability and there are few researches on quantitative verification.  This paper summarizes the characteristics of postgraduate textbooks based on the cultivation of innovative ability， the construction methods characterized by "comprehensive and comprehensive layout"， the teaching ideas oriented by "industrial demand"， and the construction mode of the teaching contents aiming at "serving the project".  Then， combining with the case of scientific research engineering， this paper expounds how to design the content of postgraduate textbooks in combination with the actual scientific research cases by integrating the scientific research ideas of discovering， proposing， analyzing and solving problems.  Finally， the paper distills the strategies and suggestions for the construction of science and education integrated teaching materials to cultivate innovative ability， in order to promote the cultivation of innovative talents under the background of "new engineering".

Keywords： innovation ability; integration of science and education; teaching materials for graduate students; industrial demand; in service of engineering

2021年4月19日，习近平总书记在清华大学考察时强调：“把发展科技第一生产力、培养人才第一资源、增强创新第一动力更好结合起来”。为此就要用好学科交叉融合的“催化剂”，加强产学研深度融合，推进新工科“四新”建设，加快培养紧缺人才。因此，培养科技创新的工程人才是当前我国研究生培养的主要目标。

研究生教材是研究生培养质量的重要保障，是教学内容和教学方法的载体，也是研究生培养单位教学水平、科研水准的重要体现[1-3]。王宏元[4]提出研究生教材建设要为人才培养目标服务，适应学科发展和现代化建设的需要，同时应反映培养单位的学科优势和特色。当前，我国研究生培养模式已经由学术型为主转换到学术型、应用型并重[5]。工程专业学位研究生的培养目标是向国有大中型企业输送应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才，培养过程侧重于工程应用，注重理论与实践的紧密结合。因此，研究生教材的编写要符合新工科人才培养目标，应强调应用性、学术性，有利于培养研究生解决复杂工程问题的能力，有利于培养创新型、应用型复合人才。

目前，促进创新能力培养的研究生教材研究文献很少[4-12]，且聚焦于从理性思考、理论演绎和教材案例等角度进行论述，而量化验证研究较少。为此，本文基于现有研究生教材的问题，开展培养创新能力的科教融合研究生教材建设思路研究，提出构建的具体路径和对策。

一、问题提出

（一）缺乏将科研成果融入教材的建设实践，重理论轻实践

传统教材很少将研究成果引入研究生教材中，例题大多是简单的数学模型，缺乏针对性和具体的应用场景，学生很难将基本原理与工程实践问题有机地结合起来，无法形成整体工程思维和系统概念。由于科研促进教学[13-14]，科研与实际工程联系最紧密，因此将科研成果及科研培养思路和模式引入到教材中，不仅能够很好地实现工程人才的培养目标，做到理论联系实际[11-12]，而且也能突出教材在创新人才培养上的价值和作用。

（二）内容枯燥、陈旧，应用性、创新性不足

要想培养创新人才，教材内容就要紧密联系现代工业发展趋势，反映专业领域最新的科研进展状况，展示最新的科技手段、创新思想和创新理念。研究生教材不应沿用本科教材模式，本科生教材注重基础性、理论性和全面性;研究生教材注重内容的深入性、专业性、新颖性、启发性和实用性，更显著地突出特定学科或领域的国内外最新研究成果、研究热点、新技术和新方法等前沿技术和内容。现有研究生教材内容重复性较大，现代工程领域的最新发展趋势体现得不够，与工程实际联系得不够紧密，难以满足创新型研究生人才培养需要[15]。

（三）“以教为主”的模式为主体模式

研究生与本科生在教学方式上也有很大的不同。本科生主要以教为主，研究生主要以学为主;本科生主要以老师讲授为主，研究生主要以老师引导为主。因此，研究生教材对研究生的训练模式应与本科生教材有显著的差异，缺乏以科研项目等其他手段来综合培养研究生的应用性、创新性能力。

二、新工科人才培养理念及研究生教材创新特征

（一）新工科人才培养理念

新工科是指针对新兴产业，以工业互联网、大数据和人工智能为核心的工科专业，或将云计算、大数据、区块链、虚拟现实、人工智能和机器人等应用于传统工科专业的升级改造。其内涵是以立德树人为引领，通过继承与创新、交叉与融合及协调与共享等方式，面向未来培养国际化、多元化和创新型卓越工程技术人才[16]。2012年《关于全面提高高等教育质量的若干意见》（高教30条）第五条指出，创新人才培养模式应该着重提升实践动手能力，探索一些创新的教育教学方法，应大力推进与科研院所、行业企业联合培养人才模式推进创新教育教学方法;第十二条还指出，推进协同创新，坚持需求导向、全面开放、深度融合、创新引领的原则，以创新能力提升为突破口，通过政策和项目引导，大力推进协同创新[17]。

新工科强调学科的实用性、交叉性与综合性及产业需求对人才培养的引导。在此背景下，我们对研究教材进行改革。

（二）研究生教材创新特征

1. 具有研究的性质

将科研项目有机地融入到教材中，以解决实际工程问题为出发点，探索发现新问题、新领域，并寻求解决问题的新方法、新思路。因研究生培养目标是培养创新型、综合型工程人才，着重强调科学观点、科学态度与科学方法，更具有创新性和启发性质。

2. 反映专业领域最新的科研进展

研究生教材应更深入、更专业地探索某一学科、某一领域的知识，应突出专业学科或领域的国内外最新研究成果、研究热点、新技术和新方法等前沿内容。

3. 理论性与应用性的结合

研究生教材应培养学生在掌握基础理论知识的基础上，重点培养研究生具备科研意识、创新意识，掌握正确、全面的科研方法，来解决实际工程问题，在此过程中，培养学生的自主学习能力、独立解决问题能力和创新精神，将理论知识与实际应用有机地结合起来。

三、模式构建：培养创新能力的科教融合教材建设模式

（一）以“综合全面布局”为特征的建设方法

针对传统教材，从部分、个体研究问题，忽略了整体、全局性的问题，本研究提出了基于创新能力培养的系统、完整的研究体系和方法。包括理论研究、仿真研究和试验研究，通过将多种研究手段作为辅助，并且多种手段相辅相成、彼此联系，来全面阐述教材内容。

（二）以“产业需求”为导向的教材思路

针对传统教材针对性较弱，主要是针对普遍对象开展的研究，缺乏具体的工程背景的问题，本研究提出新设计思路，具体包括如下几点。

（1）以满足企业需求、解决工程问题和提升企业效率为目标。

（2）体现整个科学研究的完整过程，包括发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程。

（3）不是独立的部分，而是科研过程中的各个环节、各部分内容间的紧密联系，相互呼应、相互影响的群体关系，以至共同实现优化设计的目标。

（4）成果应用于实践，实现成果转化，服务于企业和工程，也符合新工科创新型、复合型人才培养的目标。

（三）以“服务于工程”为目标的教材内容

如图1所示，新型优化设计内容较完整、全面，从科研服务于工程的角度全面阐述其设计过程，具体内容包括如下几点。

1. 发现问题——机械优化设计的前提

该过程包括了解工程背景、掌握国内外前沿领域发展现状、提出研究的目的和意义。找到实际工程的问题，针对问题找到有效解决措施，才能从根本上满足企业的需求。

2. 提出问题——机械优化设计的源泉

该过程包括提出创新结构、提出解决方法和掌握产品的基本原理。

3. 分析问题——机械优化设计的保障

该过程包括产品性能的仿真分析、产品结构优化设计和产品试验研究。

4. 解决问题——机械优化设计的目标

该过程包括产品设计加工、产品应用推广和产品效果评价。

四、内容设计：培养创新能力的科教融合教材内容

下面就以笔者承担的国家自然科学基金项目《高速牙轮钻头螺旋组合密封机理研究》与校企联合项目为例，阐述如何将科研实践融入《机械优化设计与案例分析》研究生教材中，来提高研究生的创新实践能力。

（一）发现问题

1. 了解工程背景

介绍牙轮钻头的原理、应用、特点和工况条件;提出牙轮钻头在深部地层使用中存在的问题——钻头钻速慢、寿命短，影响钻井作业;提出影响牙轮钻头寿命的关键因素——轴承密封失效;找到机械优化设计的目标——提高钻头密封性能。

2. 掌握前沿现状

总结国内外已有的密封研究现状;提出现有密封存在的问题——被动密封、磨损严重;提出解决的措施——创新结构;确定机械优化设计的研究对象——新型密封结构。