陸紫生， 王如竹， 柯 霞， 羅偉莉

(上海交通大學(xué) 機械與動力工程學(xué)院, 上海 200240)

0 引 言

高?？蒲袑嶒炇易鳛榕囵B(yǎng)創(chuàng)新人才的基地、實施科技創(chuàng)新的搖籃，是提高教育教學(xué)質(zhì)量、提升科學(xué)研究水平的重要支撐平臺，也是學(xué)院辦學(xué)綜合實力和核心競爭力的具體體現(xiàn)。實驗教學(xué)對加快創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提高教育質(zhì)量具有不可替代的作用[1-4]。國家質(zhì)量工程和中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)也強化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)作為主要任務(wù)之一。同時，我國高校正努力進(jìn)行“雙一流”建設(shè)，其主要任務(wù)是加強人才培養(yǎng)、提高自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)生有重大影響的原始創(chuàng)新研究。這都要求高校要深化改革，尋找更多的培養(yǎng)創(chuàng)新人才的改革突破口。所以，本文首先研究國內(nèi)高?，F(xiàn)有的科研實驗室開放政策，再以博弈論視角，分析影響管理方和科研實驗室方策略選擇的影響因素，研究如何建立合理的長效機制。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外大學(xué)針對本科生的科研活動做了大量的探索。CarolH. Pazandak(1990)所著的“提高巨型大學(xué)的本科生教育”等研究了美國大學(xué)本科生科研活動[5]。例如MIT的本科教育旨在幫助學(xué)生獲得應(yīng)對現(xiàn)代社會挑戰(zhàn)所需要的知識和能力，訓(xùn)練學(xué)生關(guān)注社會價值和社會目標(biāo)。所以，MIT為學(xué)生提供了針對不同年級的本科生研究計劃、校級實習(xí)計劃、系級實習(xí)計劃，使學(xué)生有機會學(xué)習(xí)、探索在各個領(lǐng)域的知識[6]。國內(nèi)學(xué)者對于本科生的科研活動也進(jìn)行了深入摸索。黃秋如在“論經(jīng)濟(jì)類專業(yè)本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)”中提出改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)校應(yīng)積極創(chuàng)造學(xué)生參加科研活動的機會，努力營造科研氛圍，通過科學(xué)研究實踐為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力奠定良好基礎(chǔ)。 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)利用各方資金購買先進(jìn)的儀器設(shè)備，同時建立了時間、內(nèi)容、實驗器材的“三開放”制度，為學(xué)生進(jìn)行科研探索提供服務(wù)。張紅光等通過全面開放實驗室，實行本科生導(dǎo)師制，組建混合型研究團(tuán)隊，組織并鼓勵學(xué)生積極參加科技競賽，建設(shè)合理的保障與激勵機制，引導(dǎo)科研與學(xué)科優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為教學(xué)優(yōu)勢[7]。孫婕等提出選擇品學(xué)兼優(yōu)、學(xué)有余力，有較強的獨立思考和創(chuàng)新意識，對科學(xué)研究、科技活動或社會實踐有濃厚的興趣和堅強的毅力，能在不影響正常學(xué)習(xí)的情況下開展創(chuàng)新實驗的學(xué)生，讓學(xué)生直接參與到老師的課題組中，或者學(xué)生自己選擇感興趣的課題，根據(jù)課題方向有目的選擇與研究方向一致或相近的“導(dǎo)師”，進(jìn)行一對一的指導(dǎo)。李艷霞等[9]提出了“課內(nèi)學(xué)習(xí)— 自主思考— 課外實踐— 體會創(chuàng)新”分步驟、多層次的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方式，通過全方位開放實驗室、提供與課程配套的課外自主實踐活動等方式，研究、探索、構(gòu)建開放性實踐教學(xué)體系，實現(xiàn)教—學(xué)—研互動共贏，切實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。王蒙軍等[10]提出將科研成果應(yīng)用于實驗教學(xué)，讓本科生積極參加科研項目，同時讓科研實驗室以及科研平臺全面開放，建立校內(nèi)實踐創(chuàng)新基地等措施來積極開展本科生科研活動。陳建真等[11]提出實施教學(xué)科研一體化的教學(xué)模式，依托實驗教學(xué)示范中心和科研實驗室，以實驗課程、科研項目、學(xué)科競賽等為載體，實施教學(xué)科研一體化的教學(xué)模式，使教學(xué)內(nèi)容與科研、社會應(yīng)用緊密相連。張紅光等[12]提出實施本科生導(dǎo)師制，開放實驗室，單獨設(shè)課的實驗課，為本科生設(shè)立大學(xué)生科研訓(xùn)練項目。支持學(xué)生自由組合、自主選題申報、聘請專家評審指導(dǎo)、課題研究開發(fā)直至結(jié)題驗收。文獻(xiàn)[13-14]中分別研究了上海交通大學(xué)如何更好地將國家實驗室建設(shè)好，以盡快實現(xiàn)創(chuàng)新型國家的目標(biāo)。另外，上海交通大學(xué)在實踐問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)教學(xué)法方面做了有益的探索。文獻(xiàn)[15-17]中對教學(xué)/科研實驗室以及測試中心實驗室的經(jīng)費設(shè)置與管理、監(jiān)控門禁設(shè)計等方面做了相關(guān)研究[15-17]。

然而，如上所述，國內(nèi)科研實驗室在培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力方面還有諸多需要提高的地方: 例如，相比國外知名大學(xué)，國內(nèi)缺少政府、社會以及高校統(tǒng)一規(guī)劃。例如，美國國家科學(xué)基金、私人基金會項目、高校形成有機整體，對本科生的科研活動進(jìn)行多層次全方位地支持。另外，國內(nèi)高校對科研實驗室缺少激勵機制。科研實驗室的教師指導(dǎo)工作量未得到充分重視，未能在薪資以及職稱評定得到相應(yīng)的體現(xiàn)，這有損科研實驗室教師的積極性。此外，對學(xué)生的實習(xí)效果缺少完善的質(zhì)量評估系統(tǒng)，現(xiàn)階段的評估過分重視科研成果以及獲獎情況，未能真正激發(fā)學(xué)生的好奇心。

2 博弈模型

科研實驗室開發(fā)的博弈模型中有兩個主體，① 是科研實驗室管理方，② 是科研實驗室的實際負(fù)責(zé)方。管理方的策略可以選擇配套相關(guān)的實驗室開放支持政策，也可以選擇不配套相關(guān)政策；類似地，科研實驗室方可以選擇對外開放，也可以選擇不開放。雙方的收益矩陣如表1所示。

表1 雙方的收益矩陣

表中：S1為科研實驗室在不開放時的平均基準(zhǔn)獲益；c為科研實驗室開放時付出的人力、財力以及設(shè)備耗損等；ΔS1為科研實驗室開放后帶來的收入以及影響力收益；a為科研實驗室開放后收到上級管理方的獎勵；S2為管理方在無配套支持政策時的平均基準(zhǔn)收益；ΔS2為科研實驗室開放后給管理方帶來的收入以及影響力收益；R為上級對管理方配套政策的支持；F為上級對管理方無配套支持政策的懲罰；f為管理方對不開放的科研實驗室的處罰；x為科研實驗室開放概率0

根據(jù)收益矩陣的分析，得到做實驗人員、管理人員采取不同策略時的收益函數(shù)為：

U1=y·(S1-c+ΔS1+a)+

(1-y)(S1-c+ΔS1)

(1)

U2=y(S1-f)+(1-y)S1

(2)

V1=x(S2-a+ΔS2+R)+(1-x)(S2+f)

(3)

V2=x(S2+ΔS2-F)+(1-x)(S2-F)

(4)

雙方的動態(tài)復(fù)制方程為：

x(1-x)(ya-c+ΔS1+yf)

(5)

y(1-y)(-xa+xR+f-xf+F)

(6)

雅克比矩陣為

x(1-x)(a+f)

(7)

雅克比矩陣的行列式和跡公式分別為:

detJ=(1-2x)(ya-c+ΔS1+yf)·

(1-2y)(-xa+xR+f-xf+F)-

x(1-x)(a+f)y(1-y)(-a+R-f)

(8)

trJ=(1-2x)(ya-c+ΔS1+yf)+

(1-2y)(ya-c+ΔS1+yf)

(9)

分析雅克比矩陣的行列式和跡，其局部穩(wěn)定性分析如表2所示。復(fù)制動態(tài)方程有4 個平衡點, 分別是(0,0)、(1,0)、(0,1)和(1,1)。

表2 局部穩(wěn)定性分析

動態(tài)趨勢及穩(wěn)定性如圖1所示。由圖可見，在A、B、C、D不同的分區(qū)中，雙方采取不同的策略，但可以改變參數(shù)設(shè)置，從而改變管理方和科研實驗室方的策略收斂值。

(a)

(b)

圖1 動態(tài)趨勢及穩(wěn)定性

3 博弈雙方策略論分析

舉例來說，例如當(dāng)S1=5，c=5，ΔS1=2，a=5，S2=30，ΔS2=10，R=3，f=1，F(xiàn)=1，管理方提供配套的政策的概率分別為0.9和0.1。此時靶點坐標(biāo)為(0.7，0.5)，科研實驗室的策略變化如圖2(a)所示。由圖2(a)可見，當(dāng)管理方的策略不同時，科研實驗室方的策略的收斂值是不同的。即管理方提供配套政策的概率大于靶點的縱坐標(biāo)，科研實驗室方最終會選擇開放?？蒲袑嶒炇曳降某跏家庠冈礁?t=0時)，其收斂于1的時間越短。當(dāng)管理方提供配套政策的概率小于靶點的縱坐標(biāo)，科研實驗室方最終選擇不開放。當(dāng)科研實驗室方開放概率分別為0.9和0.1時，管理方的策略變化如圖2(b)所示。由圖2(b)可見，當(dāng)科研實驗方的策略不同時，管理方的策略的收斂值是不同的。即科研實驗室方的開放概率大于靶點的橫坐標(biāo)時，管理方的策略的收斂值為0，而且初始值越高，其收斂于0的時間越長。當(dāng)科研實驗室方的開放概率小于靶點的橫坐標(biāo)，管理方的策略的收斂值為1。以上結(jié)果顯示，如果開放制度中的支持參數(shù)設(shè)置不科學(xué)，在本位利益的驅(qū)動下, 科研實驗室方與管理方各自采用了混合策略，雙方的策略都處于不確定狀態(tài)。

(a)(b)

圖2 做實驗人員策略變化以及管理人員策略變化圖

4 理想策略條件

雙方的理想策略應(yīng)該是管理方配套支持制度的概率，以及科研實驗室開放的概率都收斂于1。改進(jìn)配套支持制度的參數(shù)設(shè)置，例如減少科研實驗室開放時付出的人力、財力c值，管理方增加對科研實驗室方開放行為的獎勵a值，上級單位增加對管理方配套政策行為的獎勵R值，增加管理方無配套政策的處罰F值，此時靶點向右下方移動，如圖3所示。當(dāng)S1=5，c=1，ΔS1=2，a=7，S2=30，ΔS2=10，R=6，f=1，F(xiàn)=2，管理方配套支持制度的概率分別為0.9和0.1時，科研實驗室方的策略變化如圖3(a)所示。由圖3(a)可見，當(dāng)管理方的策略不同時，科研實驗室方的策略都收斂于1。當(dāng)科研實驗室方開放的概率分別為0.9和0.1時，管理方的策略變化如圖3(b)所示。從圖2(b)可以看出，雖然科研實驗方的策略不同，當(dāng)管理方的策略都收斂于1。以上分析表明，合適的參數(shù)設(shè)置，可以實現(xiàn)理想策略，即管理方配套支持制度，并且科研實驗室進(jìn)行積極開放。

(a)

(b)

圖3 做實驗人員策略變化以及管理人員理想策略

5 國外一流大學(xué)開發(fā)科研實驗室政策

高校科研實驗室對本科生開放，可以利用豐富的、優(yōu)質(zhì)的科研資源，促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)知識轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，促使學(xué)生運用所學(xué)的理論知識分析問題、提出新思想、新理論，涉及新實驗，探索新觀點，獲得新的技術(shù)或發(fā)現(xiàn)。另一方面，科研實驗室的大型儀器設(shè)備的使用狀況并不理想，使用率較低，投資效益較差?？蒲袑嶒炇彝ㄟ^加大開放力度，可以提高設(shè)備的利用率，提升對學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)能力，以及提高對外的宣傳力度。國內(nèi)外著名大學(xué)都積極開放科研實驗室，支持本科生科研活動，如表3所示。從表中可以看出: ① 國外大學(xué)對科研實驗室方的激勵較大。同時，對教師對本科生的科研指導(dǎo)質(zhì)量也一樣重視。有完善的教學(xué)與科研考核評價體系。對本科生的科研指導(dǎo)質(zhì)量與教師的聘用、晉升以及薪資等掛鉤。這有力地保障了科研實驗室老師的積極性。② 國外大學(xué)對學(xué)生的資助力度較大。例如美國國家自然科學(xué)基金委、政府機構(gòu)、私人企業(yè)到各種基金會以及大學(xué)本身，一起提供多種本科生研究機會基金和獎勵，確保本科生可以得到多層次全方位的資助，對感興趣的各種課題進(jìn)行創(chuàng)新性探索。

表3 國內(nèi)外著名大學(xué)開放科研實驗室，支持本科生科研活動計劃

6 結(jié) 語

基于博弈論分析現(xiàn)有高校關(guān)于科研實驗室開放的制度，研究結(jié)果表明: ① 管理方的配套支持制度中參數(shù)的設(shè)置對科研實驗室的開放效果有顯著影響。當(dāng)參數(shù)設(shè)置不合理時，科研實驗室方與管理方各自采用了混合策略，雙方的策略都處于不確定狀態(tài)。② 通過合理的參數(shù)設(shè)置，例如減少科研實驗室開放時付出的人力、財力c值，管理方增加對科研實驗室方開放行為的獎勵a值，上級單位增加對管理方配套政策行為的獎勵R值，增加管理方無配套政策的處罰F值，可以使得管理方和科研實驗室方都采取理想策略，即管理方配套支持制度，同時科研實驗室方積極開放。③ 國內(nèi)相關(guān)組織應(yīng)該積極拓展資金來源，加大對本科生參加科研的支持力度。國內(nèi)高校應(yīng)進(jìn)一步激勵教師進(jìn)行本科生科研指導(dǎo)。完善對教學(xué)的考核評價體系，重視教師對本科生指導(dǎo)的工作質(zhì)量。教師對本科生科研指導(dǎo)工作質(zhì)量應(yīng)該被作為聘用、晉升以及薪資評定的重要依據(jù)。