面向群体创新人才培养模式的探索与实践.doc

面向群体创新人才培养模式的探索与实践江建军1 杜刚1 马新国1 别少伟1 梁培1 杨晓非1 邹雪城1 许晓东21 华中科技大学电子科学与技术系 4300742 华中科技大学教务处 430074*转载自：美中教育评论. 2007；4(6):9-14 【摘要】面对高校扩大招生规模的教学改革需要，通过“大班分群体，群体组团队” 主动学习与实践思想的探索，实现了理论教学和实践教学设计的有效结合。本文详细地阐述了群体创新人才培养的思想，系统介绍了跨环节“面-线-点”贯通式人才培养模式。通过本科生课程设计、专业实习、毕业设计、课外科技活动等集中性实践环节，激发了拔尖型的群体创新人才培养模式的活力。【关键词】教学改革；群体创新；主动学习与实践；创新人才培养 【作者简介】江建军，男，博士，教授，博士生导师。华中科技大学电子科学与技术系副系主任。2004年入选首批“教育部新世纪优秀人才计划”，湖北省杰出青年基金获得者。2005年获得湖北省高等学校教学成果一等奖。2007年获得华中科技大学第二届“教学名师”称号。中国电子学会高级会员，中国稀土学会固体科学与新材料分会委员，中国材料研究学会高级会员，IEEE高级会员，国际氢能协会高级会员，功能材料杂志通讯编委，电子科技大学学报中英版编委。目前研究方向和重点领域包括：电子结构计算与计算纳米学、虚拟仪器技术及分布式测量、LabVIEW在DSP与FPGA系统级应用、RFID射频测试系统、纳米薄膜微波物性自动测量系统、纳米磁学和磁传感器研究。目前承担国家自然科学基金项目2项，国家重大基础项目1项，预研项目2项等。在承担繁重国家科研项目同时，特别重视本科教学研究与改革实践。本文受高等教育专题研究本科研究性教学的比较研究与实践国家级教改重点项目资助和湖北省重点教改项目跨学科分布式教学实验平台及其互动实现模式联合资助。1、引言在高等教育规模扩大和政府投入相对不足的新形势下，参与课程学习的学生变得很多，课堂教学不得不采用“大班教学”，这是减少小组讨论和直接交流指导的一种课堂形式。相对于小班而言，大班教学变得呆板，没有活力，师生有距离感，缺乏直接交流和指导1。大班教学中，很难将学生看成不同的个体，更谈不上关注学生的个性、背景以及学习方式，以使教学有所依凭。新的学术研究表明学生的差异性有可能扩大学生的视野，增强他们的批判性思维，并促进较高层次的治理活动。大班教学中实践问题更加突出，比较一下中国和西方发达国家的大学生，则可以明显在总体上感到我们学生解决实际问题的能力以及群体创新能力不足。产生这个差距的原因是多方面的，但“被动实践”一定是其中的重要原因。被动实践的害处还不仅仅是窒息了学生的创新思维，而且这种实践给学生留下的印象难以深刻，自然也就影响到学生日后处理实际问题的能力。在我们越来越强调培养学生创新能力的今天，被动实践不能不说是中国高等教育存在的严重问题之一，或者说群体创新能力的培养迫切呼唤主动实践2。本文从“大班分群体，群体组团队”主动学习与实践思想出发，针对本科生课程设计、专业实习、毕业设计、课外科技活动等集中性实践环节，进行跨环节“面-线-点”贯通式培养，激发拔尖型的群体创新人才培养模式的活力。尊重学生不同背景学生的差异性，推进“以学习者为中心教学”的先进教学改革理念，营造“创造有意义的学习经历”的良好教育环境，实现以内容为中心向以学习者为中心的教学模式转变实践，融“基础知识、应用、综合、人文维度、学会学习和关心”等教育目标于一体，改善本科生学习方式。通过项目驱动的团队式、互动式和贯通式为核心的主动学习与实践，突破“精英式”和“放羊式”的传统培养模式，既着眼提高全体学生素质，又注重精英拔尖创新人才的群体创新能力培养。将不同背景的学生集合起来承担不同的角色，引入团队合作式、协作式学习和同伴学习，将是试图解决大班教学改革难题的一次有益尝试。2、面向群体创性人才培养模式目前高校扩招形势下，采用大班教学的情况非常普遍。为了激活大班教学，从建设一门计算材料学与材料设计基础专业课程理论与实践教学出发，基于“大班分群体，群体组团队”为群体创新特征的思想，探索出群体合作式、环节贯通式、项目互动式和立体辐射式的群体创新人才培养实践的实现模式，逐步发展壮大了面向群体的合作式学习与实践创新人才培养实践区雏形计算材料科学与测量模拟中心(Center for Computational Materials Science and Measurement Simulation，简称CCMS)。采用研讨式、参与式教学方式的研究型教学法，人才群体创新实验区连续5届在本科生中开展课程项目设计、毕业设计、专业实习、第二课堂、特优生培养有机结合研究，构建了计算材料学与材料设计基础新课程理论教学与实践性教学体系，开拓了跨层次计算材料学与新材料设计的理论教学新视野，学习该课程的学生人数近两千人，实现本科生大范围的面上培养与亮点培养有机结合，即“面线点”创新人才培养的有机结合。连续主办本科生学术交流，特别是2006年组织了第五届电子系“本科生学术论坛”，辐射到集成电路设计和固体电子学设计课程设计，教学改革成果显著，于2007年4月被中国教育报和科技日报报道，受到关注和好评，提高全体学生素质和加大群体创新人才培养的示范作用进一步增强。2.1 群体合作式学习-面向大班教学和团队互动式课程设计结合，实现全体学生大范围扇面型培养教学中的课程设计是一个非常重要的环节，可以培养学生的主动实践能力。采用研讨式、参与式教学方式的研究型教学法，CCMS创新基地已经连续5届在本科生中开展“CCMS课程项目设计研究，构建了计算材料学与材料设计基础新课程理论教学与实践性教学体系，开拓了跨层次计算材料学与新材料设计的理论教学新视野，学习该课程的学生人数达到近两千人，理论教学与实践设计有机结合，实现本科生大范围扇面型培养3,4。为满足日益扩大招生规模的教学改革需要，使教学内容跟踪科技前沿，从所承担的国家重大基础研究项目和国家自然科学基金课题中，分解提出难度适中的子课题，安排本科生进入科研项目，开展“纳米微观介观宏观”跨尺度原子、分子水平材料设计与计算模拟，激发同学们从事高技术新材料研究的兴趣和动力，有效补充研究生队伍。与此同时，由于重大项目和国家自然科学基金等项目支持，大大加快和改善CCMS群体创新基地的建设进程，实现了软件共享、仪器共享和远程操作控制诊断三个层次互动，形成毕业设计的CCMS集成环境，达到教学互动、研学互动、多学科建设互动，形成教学改革、科学研究和基地建设良性互动式发展。按照“大班分群体，群体组团队”的指导思想，将不同背景的学生分成若干小组，如方案小组、编程小组、文献小组、报告小组、演讲小组等。每个小组里面抽出1人组成一个兴趣不同、能力互补的团队。面向整个年级的全体学生，采用大班教学的方式，集中传授专业课程里的基本概念、基本方法、基本思想等课堂知识。大班教学在全部课时里占20%的比例，将是被动的学习和接受的过程。这样的方式，是必需的也是有效率的。根据课程要求和专业特点设置不同的研究项目，进行课程设计。每个团队从零开始的面对项目，查找文献、确定方案、编程实现、模拟仿真、设计优化、研究总结、成果展示，由不同的学生完成。研讨式、参与式、团队式课程项目多个研究环节，逐步使学生们形成独立思考的习惯，对自身的分析能力和综合能力也有更深入的了解；激发学生勇于置疑、大胆猜想和谨慎求证的科学精神；锻炼学生语言表达能力和辩论能力；培养学生的分工合作意识和团队协作精神；发挥学生的创造性, 使其成为知识的共同构建者。通过课程设计环节发掘出来的学生组成新的团队，开始他们的线型培养。在这个面上培养的过程中，强调以学习者为中心的主动实践模式，指导教师提供范围广泛的课题，学生根据自己的兴趣、特长和发展方向进行自由选题，通过自由组合形成研究团队。本科生学术论坛，完全按照标准的学术会议标准，由学生自己组织和管理。合作式学习使得学生互相支持和互相激励。知道自己队友信赖自己，学生努力学习的可能性就会增加。从认知上讲，合作式学习为学生提供了精心思考，把学习内容渐变他们的语言的机会，同时也为他们开始运用规范语言创造了条件。它表明了学习的中心是在学生的头脑中。学习效率高的同伴既能起到一种关于有用的学习方法的示范作用，也能起到教师的作用。有效的同伴学习方法中有不少涉及听讲和概括或者解释的交替进行。合作式学习的组织方式，在动机和学习两方面都对学生有好处。在合作式学习中，学习好的学生的任务是质疑、 解释、表达意见、确认困惑以及揭露错误的想法；与此同时，他也必须听取同伴的意见，回答他们的问题，询问他们的看法，并分享能够解除他们的困惑的知识或者思想。完成这些任务既需要知识技能，也需要人际交往技能，要能以平和、配合的方式提供反馈意见，坚守团队目标，有条不紊完成学习任务，以及提出并承担共同的任务。学生在小群体要比在大群体中易于交谈；有困惑的学生更有可能去询问其他学生以搞清自己的困难或者失败所在，而不愿意在教师面前披露问题。没有困惑的学生则一定会积极调动自己所学的知识为有困惑的学生解惑，相互获益。为展示教学理念和教学改革成果，2007年继续组织了第五届电子科学与技术系“本科生学术论坛”。该论坛以“计算材料学课程设计”、“集成电路课程设计”和“固体电子学基础课程设计”为依托，进行了面向大班合作式学习探索，进行了“团队式研究型教学法及其实践模式”教学实践改革，实现以内容为中心向以学习者为中心的教学模式转变实践探索，努力为本科生创造有意义的学习经历5。2.2 环节贯通式实践第二课堂、专业实习和毕业设计等教学实践环节的项目参与式研究，实现多线型培养坚持和工业界的密切合作，打破高等学校自我封闭的传统格局，加强高等学校与社会的联系，以培养适应社会经济发展所需要的有知识、有能力、有群体创新意识的高素质人才。美国国家仪器公司是国际上领先计算机化仪器和图形化编程软件的供应商。2003年华中科技大学50周年校庆之计，美国国家仪器公司向CCMS群体创新基地捐赠软件和硬件，共建“中美VI 联合实验室”，实现高等院校与科技企业的互动联合。CCMS群体创新基地在20032004学年，率先面向全校本科生开设跨学科虚拟仪器技术及LabVIEW编程选修课程，充分发挥辐射作用，使在校学生最紧密地贴近工业界的最新成果，为职业生涯打下坚实基础。依托 “中美VI 联合实验室”，从课程设计的优秀学生团队中积极吸纳一批兴趣浓厚、实践动手能力强的本科生，参与二课活动、专业实习和毕业设计，实现教学实践环节的多线型培养。课堂内，注重理论知识的教授，启迪创新思维，开发创新潜能，培养创新能力，让学生掌握创新设计方法，培养学生从事科学研究的兴趣和养成良好的科研习惯；课堂外，引入信息项目管理运作模式，教师与学生共同开展一系列研究实践活动, 为学生创新精神和实践能力的培养提供更为广阔的空间。例如，通过组织课堂讨论引发研究论题，指导学生认真查阅、研读各种参考文献，独立钻研和思考解决问题的方法；组织学习兴趣小组，在专职教师的指导下结合所学开展课外活动。CCMS创新实践基地现已成立多媒体、数据库、虚拟仪器和系统集成学习兴趣四个小组，活动内容包括学术性课题研究、学术论文撰写、学术研究能力培养等，使之获取实践经验，增强动手技能；创造创新环境，鼓励学生进行发明创造。对学生创新性的思想和提议给予及时指导，并通过各种软硬件设备将其转化为实际的创新成果，同时使师生关系更加密切，得到了学生们的热烈欢迎和大力支持，也取得了初步的成功和经验。本科毕业设计是本科教学中的一个关键环节，为了提高本科毕业设计的质量，实验区采取了多种措施。主要包括：每位学生一道题目，题目之间不允许重复；毕业设计题目保持每年80以上的更新比例，题目的90以上来源于科研实际项目；毕业设计题目必须经过系学术委员会审核通过才能正式下达给学生；通过自行设计和建立的毕业设计管理信息系统，提高了师生间的互动性、监控管理的方便性和可操作性；抽调骨干教师组成本科毕业设计答辩委员会，通过随机选择的方法，抽查10以上的学生参加公开答辩。经过一系列的举措，保证了本科毕业设计论文质量逐年提高。近三年来，荣获湖北省本科生优秀毕业设计论文一等奖9项，连续三年荣获校本科生优秀毕业设计（论文）工作优秀院系称号。建立了关于本科生的产学研共建激励政策。从制度上规定了学生课外科研和学术活动最低学分要求，保证了学术参加课外科研和学术活动的积极性。允许已经保送和考取研究生的同学在大学第四学年提前选修研究生课程，便于其尽早进入实验室和研究所的科研项目中去。与此同时，由于重大项目和国家自然科学基金等项目支持，大大加快和改善群体创新实验区的建设进程，实现了软件共享、仪器共享和远程操作控制诊断三个层次互动，形成毕业设计的实验区集成环境，形成教学改革、科学研究和基地建设良性互动式发展。将学生进校到毕业的各个环节，包括课外科技活动、专业实验、课程设计、生产实习和毕业设计（论文）等作为一个有机整体，注重本科生的长线培养；以研究所为基础，以课题为载体，不断加强本科生实践创新能力的培养。2.3 项目互动式研修-让特优生和专长生参与实验室的科研项目，实行团队领导式培养，进行亮点培养在注重课程教学与实践教学相结合的同时，探索了以团队指导为核心的精英人才培养新模式，主要措施包括：成立由博士生和硕士生参加的学术交流团队，本科生学术交流融入其中，每周定期进行项目检查和Seminar 活动，发挥研究生的示范作用；组织长期参加CCMS群体创新实践基地活动的特优生团队进行报告，形成辐射效应；利用自主开发的CCMS创新实践基地管理系统，形成科学的科技项目管理体系，促进科研效率。本着因材施教的方针，CCMS群体创新实践基地每年吸纳一批学习特优生和专长生，提前步入导师制培养阶段。针对每个特优生和专长生的特点，指派专人专职负责，并以团队领导的要求进行培养，实现尖子生的亮点培养。通过“亮点式培养，团队式领导”的项目研修，已经培养了大量的优秀学生。如2000级刘文庆同学和陈悦同学为代表的一批本科生，由于本科学习优异，被批准进入CCMS群体创新实践基地实验室，参与“CCMS虚拟仪器及网络虚拟实验室构建”项目研究6。在专职导师的指导下，充分发挥特优生的创造力和实践动手能力，实现了基于局域网的集“虚拟测量”与“真实测量”于一体的多功能教学试验系统，有效解决了高教招生规模扩大形式下教学资源，特别是教学实验资源，紧张的难题。经过群体创新实践基地两年的有针对性的培养，刘文庆同学的毕业论文运动目标识别的虚拟仪器系统研究荣获2004年度华中科技大学优秀毕业设计奖，并经学校推荐申报湖北省优秀学士论文一等奖。同年，刘文庆同学成功地获得了德国卡尔斯鲁尔大学电子系的奖学金，现已赴德留学。2000级熊伟同学因其在二课活动表现突出，获得湖北省2003年大学生优秀科研成果三等奖，并被推荐为复旦大学微电子系研究生，2004年获还前往新加坡国立大学交流学习，2007已在美国留学；2001级王科同学获得湖北省2004年大学生优秀科研成果一等奖，保送中科院读研；2002级黎兵同学获得湖北省2005年大学生优秀科研成果一等奖，已在香港科技大学读研；2004王勇明同学获得美国国家仪器公司举行的全国大学生毕业设计竞赛二等奖；2005年何卿获得湖北省优秀学士论文一等奖；2005王珊同学获得美国国家仪器公司举行的全国大学生毕业设计竞赛一等奖；2006年刘成和刘浩同学分别获得湖北省优秀学士论文一等奖和三等奖；2007年邹时磊同学获得湖北省优秀学士论文奖；2007年詹静申报大学生成果奖一等奖，保送清华大学读研。利用本专业方向的教学资源，将学生吸引到课外学术实践中，实验区与各研究所挂钩，启动了4个开放性实验室。充分利用各研究所、实验室的科研成果和教学资源，鼓励学生参加兴趣小组，利用课余时间进行科技创作、经验交流，不定期组织学术讲座、专业知识宣传和成果展示等活动，把专业实验、生产实习、毕业设计和学生日常的学习有机的结合起来，形成导师带动学生、高年级学生带动低年级学生的团队和梯队培养模式。目前基地吸纳了近80名学生参与到兴趣小组中。2.4 立体辐射式发展面向大班的合作式学习群体创新实验区创新人才辐射效应，进行立体式培养进入21世纪，信息材料、器件和大规模集成电路芯片的研制和制造已成为信息技术发展的心脏和支柱产业，“十一五”期间，国家将电子元器件、大规模集成电路的设计和制造确立为国家发展纲要的首位。国家和省市信息产业的战略规划，为电子科学与技术专业的发展开拓了光明前景，也必将对电子科学与技术的人才需求剧增。在解决当前高等教育专业人才规模大与专业教育质量要提高这一当前矛盾上，“大班分群体，群体组团队”人才培养模式，由于既凸显学生精英又关注和推动群体创新人才的培养，而显得非常有意义。群体创新实验区通过第二课堂、特优生培养、科技群体创新活动、专业实习和毕业设计实践环节，项目驱动的课程设计达到1827人，发表研究论文15篇，完成研究论文25篇，研究报告（包括毕业论文）289篇。指导研究生38人，其中18人已毕业。面向大班合作式群体创新实验区毕业生累计有156人进入重点大学攻读研究生（北京大学、清华大学、复旦大学、中国科技大学等），3人留学美国，2人留学英国，3人留学德国，2人留学新加坡，1人留学韩国，6人获研究生国际交流基金资助。通过加强实践教学，2004至2006的三年中，在国内外重要期刊上，本科生以第一作者身份发表学术论文累计达28篇，而且质量和数量都在大幅度上升，2001级为2篇，2002级为4篇，2003级达到22篇。2007年，据不完全统计，本科生撰写的、被英文期刊录用的论文数已达6篇。通过主动学习与实践，课外科技活动也硕果累累。2004年、2005年连续获得湖北省大学生优秀科研成果一等奖各1项。2005年，有20位同学在省、全国比赛中获奖。在参加的全国性大赛中，第九届“挑战杯”全国一等奖1项，全国电子竞赛省级一等奖3项、省级二等奖7项。在2006年参加的全国性大赛中，获全国电子竞赛一等奖1项，2006年全国大学生英语竞赛A级一等奖1项，全国电子竞赛省级一等奖1项，第二届全国大学生机械创新设计大赛二等奖1项。按照“教学为本、学术主导、应用领先、培养互动、和谐发展”来管理和运行，面向全体学生，强调学生团队合作精神的培养，同时凸显团队中学生精英个人能力的锻炼