[教学改革与创新典型案例](4)余瑞金: 依托大学生创新性实验项目，探索创新人才培养新模式

　　 　　

       习近平总书记指出，我国要在科技创新方面走在世界前列，必须在创新实践中发现人才、在创新活动中培育人才。国家大学生创新性实验计划作为高校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分，在培养学生的创新意识、创新思维和创新能力方面具有非常重要的作用。

本小组以“夯实基础、强化实践、鼓励创新、提高能力”为人才培养理念，从2017年开始，逐步探索以大学生创新实验项目为载体，创新人才培养的新模式，建立了“导师—研究生—高年级本科生—低年级本科生”的金字塔式团队结构（图1）。凭借“大一进组接受熏陶、大二上手夯实基础、大三实操科创训练、大四主持创新创业”这一链条式培养体系，全方位培养本科生的创新能力，激发学生的创新意识和创新思维，引导学生“以用促学，学以致用”，使得学生在实验基本操作、文献检索和阅读、成果表达、论文撰写等方面都得到了充分锻炼，显著提高了学生的研究与创新能力。

图1 模式示意图

1. 项目实践过程

坚持以学生为中心的理念，遵循“兴趣驱动、自主实践、重在过程”原则。在选题方面，要求思路新颖、目标明确、类型准确，具有创新性和探索性，必须是学生在导师指导下自主选题、设计的研究项目，并独立完成。指导教师在指导学生选题和确定研究内容时应注意与区域经济社会发展相结合、与“互联网+”大赛等学科竞赛相结合、与教师科研相结合、与生产实践相结合、与学术前沿相结合、与技术开发相结合，遵循量力而行、循序渐进的原则，避免项目过大偏难。

在团队成员选拔方面，结合学院本科生学业导师制，指导老师会与大一的同学充分沟通交流，老师从自己所从事课题中，选择技术路线成熟，相对容易开展的课题，让同学们申报科创。授课老师也会在授课过程中引导启发同学，比如我在给大一同学们上《新生研讨课》、《无机化学实验》时，主动介绍自己的研究方向和内容，吸引同学们参加。目前大四保研到西安交通大学的王健旭，保研本校的郭俊兰，都是当年大一学完无机化学实验课后主动要求参加科创项目的。同时，项目的申请者也应品学兼优、学有余力，有一定的独立思考能力、创新意识和创业精神，对科学研究、科技活动或社会实践有浓厚的兴趣，并具有较强的研究探索精神和组织协调能力，较强的语言表达能力。

在科创负责人的选拔上，我们采用的形式是，将与研究主题相关的文献，提前发给科创成员，让愿意挑战的同学积极准备，然后在组会上采用PPT汇报，最后由实验室的研究生和高年级的本科生投票选出科创项目负责人。项目申请团队成员必须有明确分工，成员的专业、能力结构要合理配置，并充分发挥他们的特长和优势。如2019级舒爽和2020级的刘垣园同学，由于出色的口才，在担任项目的负责人期间，不断闯关，参加学校的论坛比赛、陕西省挑战杯决赛和全国挑战杯决赛（图2）。他们出色的口才为项目的最终获奖，立下了汗马功劳。

图2 2019级舒爽和2020级的刘垣园同学参加比赛

“团队协作，互帮互促”主要依靠“导师—研究生—高年级本科生—低年级本科生”这一金字塔式团队结构得以实施。每名研究生分别指导1名大四本科生，每名大四本科生指导1名大三本科生，以此类推。最低一级的大一学生在课题组内了解所学专业的基本情况，熟悉课题组研究内容和实验基本操作，同时掌握查阅文献的能力，尽快适应大学学习生活，顺利度过“大一迷茫期”。大一以上层次的学生则可以通过指导低年级同学提升自己的实验操作能力，通过查阅文献、解释实验现象和实验结果提高发现问题和解决问题的能力。良好的团队协作氛围和互帮互促，有利于同学们共同成长、共同进步（图3）。2017届硕士毕业生高志文同学，在研究生二年级进入实验室时，恰好也是大二本科生在实验室的阶段。他们共同学习，相互激励，研究生在校期间发表了7篇SCI论文，他协助指导本科生刘士华同学，发表了2篇SCI论文，何剑月发表1篇SCI论文，还获得2019年“挑战杯”陕西省大学生科技竞赛一等奖。最终，刘士华同学由于出色的科研能力，被中山大学化学院免试录取，直接获得直博名额。由于高年级的学长带了好头，实验室形成了一种互帮互助的良好氛围，有问题在组会上及时讨论和解决，文章初稿，也是大家互相审稿，互相修改，并不断完善。

图3 同学们之间互相学习

组会活动是课题组正常运转的必要环节。课题组组会时间固定，每周一次，内容包括导师定期介绍研究领域的最新进展，以及学生介绍自身研究成果和论文阅读心得等。为开阔组员的学术视野，课题组每到考研结束，还安排高年级的讲解备考经验，每当毕业季来临或竞赛活动即将开始时，组会还会成为一个预演平台，导师和同学们观摩毕业或竞赛答辩预演，对预演内容和表现形式等提出意见和建议，从而助其实现最佳展示效果。“组会制度”非常有利于低年级学生早期接受科研氛围熏陶，培养他们的专业兴趣，引导他们扎实学习理论知识以解决实际问题，继而启发他们的创新思维。更重要的是，这一制度可以加强各层次学生和研究者之间的了解与交流，使课题组的人才培养呈现出可持续发展的态势。即使在2020年开春，新冠疫情肆虐的时候，小组同学仍然坚持线上组会学习，一直到返校。由于同学们之间的相互鼓励和督促，刘垣园同学在家坚持撰写Mn4+掺杂的Mg2InSbO6的发光性质的研究论文，并完成初稿，返校后投出，并被美国陶瓷协会杂志接收。

图4 2020年春季学期疫情期间在线组会

学科竞赛是在紧密结合科创活动的基础上，以竞赛的方法，激发学生理论联系实际和独立工作的能力，通过实践活动发现问题、解决问题，增强学生学习和工作自信心的系列活动。学科竞赛对大学生科研能力、创新能力、实践能力、团队精神等综合素质的培养起着积极的作用。在各项学科竞赛之后，小组及时进行总结，将专家所提意见进行整理，并通过观摩学习，更加完善自己的比赛项目。经过几年的历练，同学们的比赛经验也越来越丰富。以2020年的第八届全国大学生农业建筑环境与能源工程比赛为例，由于我们的研究是发光材料，与农业装备有一定的差距，但我们不断打磨项目，封装出植物补光LED灯，获得评委的认可，并被选派参加全国决赛，最终获得一等奖。近年来，同学们积极参加校创新创业论坛、学术海报POSTER、全国大学生生命科学竞赛、创新创业年会及挑战杯等各种学科竞赛获奖18项（图5）。

图5 同学们参与学科竞赛掠影

“因材施教，多元化培养”专注于发现学生的“闪光点”，真正做到“因材施教”，不单以成绩论英雄。对科研工作是否足够热爱、是否具有创新意识，早已成为课题组选拔成员的重要原则。在这一原则的指导下，团队成员各具优势，团队氛围活跃，大家都在自己擅长的领域大显身手，为课题组的发展奉献出了自己的一份力量。以几名本科生为例，他们分别在电脑制图、实验动手能力、PPT制作和计算机编程等领域各具优势，而这些优势在竞赛及科研工作中均得到了最恰当的发挥。比如：制作论文的图文摘要是向国际期刊投稿的重要环节，在课题组老师的指导下，王昱、罗俊萌同学充分调动自身优势，用精美的图文摘要征服了审稿人，为论文顺利接收提供了支持。爱编程的高京将实验室的一些Origin作图，编制成小程序，作图速度大大提高。同时，他也利用自己学会的Python语言开展了“基于人工智能技术探索高效稳定的Ce3+、Eu2+掺杂的荧光粉”的研究课题。通过构建三元、四元化合物基质，以Materials Project公开数据库为基础数据集，利用人工智能技术创建神经网络来预测化合物结构与弹性模量、荧光粉的激发波长与峰宽等性质。该项目为新兴的交叉课题，受到国家级大学生科创项目的资助，可为荧光粉发光基质的高通量筛选提供重要的工具和理论指导。

2.  项目实施效果

该模式从2017年至今，已连续运行了5年，其间受益的学生达20多名。该模式有效地培养了学生的科研能力和创新能力。组内成员不仅在竞赛获奖、论文发表等方面有收获，而且在研究生录取面试过程中的优势也非常明显。近5年，本科生以第一作者发表SCI收录、中科院二区以上论文18篇，在各类学科竞赛中屡获佳绩，并保研到清华大学、中科大、武汉大学，中山大学、西安交大等知名院校。迄今为止，团队指导的本科生获批大学生科创项目9项，其中国家级5项，省部级3项，有7项结题优秀，在挑战杯陕西省大学生课外学术科技作品竞赛中，获得一等奖（2019）和特等奖（2021），在全国挑战杯决赛中，获得一等奖，实现我校“挑战杯”竞赛自然科学组别历史性突破。获得校级优秀毕业论文6人次，校百篇优秀论文4人次，学生获得创新创业优秀标兵，优秀本科毕业生，指导教师获得2018-2021年大学生创新创业优秀指导教师。

3.  总结与展望

虽然该培养模式的探索与实践取得了一定成效，但仍有很多地方需要进一步改进和完善。如对学生的分层管理与兴趣激发是本科生科研过程管理的关键。能否给初入校园的新生设置不限学科领域的科研参与机会，让他们在不同的实验室、研究组轮转，初步感受科研氛围，认识不同学科的差异，了解不同项目的具体研究内容和要求，从而找准自己的兴趣所在。只有激发低年级学生的好奇心和探索愿望，才有可能吸收更多同学参与科研。

实践证明，依托大学生创新实验项目，通过团队协作、组会制度、学科竞赛、因材施教的多元化培养机制，打造优势互补的学术团队，有利于激发学生创新意识、训练创新思维、培育创新精神、提升双创能力、锻炼个人成长，有利于培育创新创业人才。今后，课题组将在扩大应用规模、广泛收集问题、有针对性地开展专题性革新的基础上，继续探索更加值得推广的经验，持续推动该人才培养模式的广泛应用，更多地向老师们学习，相互交流，共同努力，一起为学院一流专业建设和创新人才培养贡献自己的力量。