李軼文

［摘 要］文章從高校大一學(xué)生參與科研訓(xùn)練的重要性出發(fā)，以清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系為例，分析了近年來學(xué)生參與SRT（大學(xué)生研究訓(xùn)練）計劃的實際情況以及大一學(xué)生面臨的諸多挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步擴(kuò)大學(xué)生的受益面、提高學(xué)生的參與度，文章以一項SRT項目的成功案例為樣本，總結(jié)了基于SRT計劃培養(yǎng)大一學(xué)生科研素養(yǎng)和各項研究能力的可行性措施，進(jìn)而提出優(yōu)化SRT項目管理的建議和措施，為高校探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式提供參考。

［關(guān)鍵詞］SRT計劃；大學(xué)生；科研訓(xùn)練；創(chuàng)新人才

［中圖分類號］ G644 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）11-0067-04

SRT（Students Research Training，大學(xué)生研究訓(xùn)練）計劃，是清華大學(xué)為適應(yīng)“高素質(zhì)、高層次、多樣化、創(chuàng)造性”人才培養(yǎng)的需要、加強培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、使本科生及早接受研究訓(xùn)練而從1996年開始實施的一套教育機(jī)制[1]。經(jīng)過多年的探索與完善，SRT計劃以其創(chuàng)新性、實踐性、知識拓展性和激發(fā)學(xué)生學(xué)術(shù)志趣等諸多優(yōu)勢吸引了學(xué)生廣泛參與。跟蹤研究表明，SRT計劃已成為高校培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效途徑，對于引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)科前沿、加強學(xué)生科研素質(zhì)培養(yǎng)等發(fā)揮了重要作用[2-4]。

關(guān)于大學(xué)生科研訓(xùn)練，很多學(xué)者從課程設(shè)置、師資力量、管理制度、項目經(jīng)費、影響因素等方面進(jìn)行了分析和研究[5-9]，但對參與學(xué)生的年級分布、大一學(xué)生開展科研訓(xùn)練的特殊性和應(yīng)對措施卻鮮有研究。為此，本文以清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系（以下簡稱電機(jī)系）為例，分析近年來該系學(xué)生參加SRT項目的情況和面臨的挑戰(zhàn)，通過一項SRT項目的具體實施情況以及學(xué)生收獲，總結(jié)借助SRT計劃為大一學(xué)生創(chuàng)造科研創(chuàng)新訓(xùn)練機(jī)會的成功經(jīng)驗，進(jìn)而提出優(yōu)化SRT項目管理的建議和措施。

一、大一學(xué)生參與科研訓(xùn)練的重要性

（一）響應(yīng)國家要求

教育部在《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革? 全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》中提出，要“支持學(xué)生早進(jìn)課題、早進(jìn)實驗室、早進(jìn)團(tuán)隊，以高水平科學(xué)研究提高學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力”[10]。為了響應(yīng)國家要求，作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)主陣地的高校應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)大學(xué)生培養(yǎng)模式，優(yōu)化各種資源配置，為大一學(xué)生創(chuàng)造更多科研訓(xùn)練的機(jī)會，讓他們在日常學(xué)習(xí)和實踐中逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

（二）順應(yīng)大學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展過程

大學(xué)生科研訓(xùn)練這種“引導(dǎo)探索、自主學(xué)習(xí)” 式的教學(xué)符合當(dāng)代教學(xué)論、學(xué)生學(xué)習(xí)心理及系統(tǒng)科學(xué)的一般原理[11]。很多學(xué)生對在第一課堂中習(xí)得的理論知識缺乏感性認(rèn)識，很難將其與現(xiàn)實社會生產(chǎn)和生活建立聯(lián)系，科研訓(xùn)練則可以幫助他們將課堂上所學(xué)的理論知識與課外實踐加以融會貫通。通過在科研訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，引導(dǎo)他們在理解和鞏固課堂知識的基礎(chǔ)上，不斷地探索和掌握更多相關(guān)領(lǐng)域的知識。因此，越早在大學(xué)生中開展科研訓(xùn)練，就越有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，達(dá)到教學(xué)和科研相互促進(jìn)的效果。

（三）符合SRT計劃的核心宗旨

對于培養(yǎng)本科創(chuàng)新人才而言，開展SRT這種低門檻的科研資助計劃的主要目標(biāo)并不是讓本科生創(chuàng)造出多少原創(chuàng)性成果，而是給學(xué)生提供充分的科研訓(xùn)練機(jī)會[12]，讓學(xué)生能在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，主動參與研究項目整個流程，最終達(dá)到提高其創(chuàng)新實踐能力的目標(biāo)。提高大一學(xué)生的SRT計劃參與度，符合SRT計劃大范圍培養(yǎng)創(chuàng)新人才的核心宗旨。

二、大一學(xué)生參與SRT計劃現(xiàn)狀

（一）學(xué)生參與SRT計劃的年級分布情況

清華大學(xué)SRT計劃對參與項目的學(xué)生幾乎不設(shè)門檻——除進(jìn)入綜合論文訓(xùn)練階段的四年級本科生以外的學(xué)生均可參與，每個學(xué)期均可報名。學(xué)生只要在結(jié)題時提交完整的結(jié)題報告、調(diào)查報告、研究論文、設(shè)計圖紙等成果，就可以在項目結(jié)題后，獲得相應(yīng)的學(xué)分（部分院系還準(zhǔn)許學(xué)生用于替代相應(yīng)課程的學(xué)分等）。在學(xué)校一系列行之有效的管理制度和激勵政策的雙重保障下，全校一半以上的學(xué)生在讀期間都參與過SRT計劃的項目。以清華大學(xué)電機(jī)系為例，2018—2021學(xué)年（一個本科學(xué)制階段）的SRT立項數(shù)和參與學(xué)生數(shù)基本呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的態(tài)勢，如表1所示。

然而，從表1不難看出，參與SRT計劃的學(xué)生主要集中在大二和大三年級，大一學(xué)生的參與人數(shù)占比只有7%。

（二）大一學(xué)生參與SRT項目的質(zhì)量

為了摸清學(xué)生參與SRT項目的質(zhì)量是否與所在年級相關(guān)，筆者對電機(jī)系參與以上SRT項目的學(xué)生成績進(jìn)行了統(tǒng)計。結(jié)果顯示，大一學(xué)生獲得的項目成績總體好于大二和大三年級的學(xué)生，如表2所示。

由此說明，大一學(xué)生即使受限于專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，也完全有能力參與SRT計劃的科研訓(xùn)練，并取得很好的訓(xùn)練效果。因此，有必要探究大一學(xué)生參與SRT計劃所面臨的挑戰(zhàn)和相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而讓更多的大一學(xué)生參與其中。

三、大一學(xué)生參與SRT計劃面臨的挑戰(zhàn)

（一） SRT項目選題專業(yè)性較強

教師在SRT項目立項時多會選擇與自己科研項目相關(guān)的題目和訓(xùn)練內(nèi)容，因此很多SRT項目都要求參與的學(xué)生具有一定的專業(yè)知識或?qū)W過一些實驗課程。在表1的SRT項目中，53%的項目要求“接納對象”先修某些課程或者直接注明招收大二及以上年級的學(xué)生。指導(dǎo)教師在審批時也會優(yōu)先考慮選擇高年級學(xué)生。因此，大一學(xué)生參與SRT項目的機(jī)會并不多。

（二）對團(tuán)隊成員少的項目有畏難情緒

在表1的SRT項目中，49%的教師在項目立項申請表中注明只接納1～2名學(xué)生，其中大一學(xué)生可報名（無學(xué)生所在年級和先修課程的要求）的項目占55%。在對大一學(xué)生的訪談中，有的學(xué)生表示如果一個項目中只有1～2名學(xué)生，他們很難就特定問題相互學(xué)習(xí)和交流，擔(dān)心最終無法順利完成項目。

（三）對科研訓(xùn)練缺乏信心

大學(xué)生在第一學(xué)年所學(xué)的課程以基礎(chǔ)課程為主，接觸的專業(yè)課和實驗課較少。專業(yè)知識儲備和實踐經(jīng)驗的不足，使得一些大一學(xué)生對于如何開展科學(xué)研究感到茫然無措，因此雖然也有部分SRT項目對“接納對象”不設(shè)限，但是仍有一些大一學(xué)生由于缺乏信心而不敢輕易嘗試。

（四）學(xué)習(xí)壓力較大

在一些工科院系，學(xué)生需要在第一學(xué)年學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)程序設(shè)計等課程。難度驟然加大的基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)和考試已讓剛進(jìn)入大學(xué)的學(xué)生應(yīng)接不暇，學(xué)生還要在大一階段結(jié)束前面臨大類分流、轉(zhuǎn)專業(yè)等眾多壓力。一些學(xué)生表示，他們?yōu)楸苊釹RT項目訓(xùn)練占用太多課余時間、影響第一課堂的成績而不愿參加課外的科研實踐。

四、破解困局，助力大一學(xué)生科研訓(xùn)練啟航——以一項SRT項目為例

一項題為“基于Simulink及Arduino開發(fā)平臺的智能機(jī)器人控制”的SRT項目，立項時原計劃招收5名大一學(xué)生，由于學(xué)生報名踴躍，最終指導(dǎo)教師接收了8名來自3個不同院系的大一學(xué)生。經(jīng)過一年的項目期，不僅項目達(dá)到既定目標(biāo)順利結(jié)題，參加的學(xué)生也都得到了很好的科研訓(xùn)練。

筆者通過對這一項目各環(huán)節(jié)的總結(jié)和分析發(fā)現(xiàn)，該項目之所以成功地讓大一學(xué)生打消顧慮，積極主動地參與科研創(chuàng)新訓(xùn)練，主要是因為做到了以下幾點。

（一）針對大一學(xué)生特點選題立項

項目指導(dǎo)教師在立項前對大一學(xué)生已學(xué)課程、興趣愛好、各種軟件平臺進(jìn)行充分的調(diào)研，掌握了本校多數(shù)工科院系大一學(xué)生的特點：電路原理和計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)（以C語言為基礎(chǔ)）這兩門課程是大一第一學(xué)期的必修課程，學(xué)生到了大一的第二個學(xué)期時，已基本掌握相關(guān)知識，具備開展科研訓(xùn)練的必要條件；不少學(xué)生在中學(xué)階段已初步接觸智能小車基礎(chǔ)編程，且對此興趣濃厚。因此，指導(dǎo)教師最終從眾多相關(guān)軟件中選擇了當(dāng)前流行的Arduino作為大一學(xué)生科研訓(xùn)練的抓手。

Arduino是一款具有簡單軟件和硬件的開源平臺，由Arduino IDE （提供代碼編譯的集成開發(fā)環(huán)境）和Arduino UNO R3（基于8位單片機(jī)ATMEGA32的低成本開發(fā)板，可與各種傳感器以及發(fā)光器件、電機(jī)器件等相連，搭建交互式智能控制設(shè)備）兩部分組成。這一平臺對學(xué)生是否掌握單片機(jī)的知識沒有嚴(yán)格要求，非常適合學(xué)生自學(xué)后進(jìn)行各種奇思妙想的創(chuàng)新性設(shè)計?；谕瑯拥挠布瑢W(xué)生還可以通過Simulink仿真開展系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)，自動生成應(yīng)用程序，實現(xiàn)同樣的功能。

為鼓勵和吸引大一學(xué)生，指導(dǎo)教師在發(fā)布立項信息時，特意在“接納對象”一欄注明“歡迎大一學(xué)生報名”，以增強大一學(xué)生參與項目的信心。

（二）組建多層次科研團(tuán)隊

鑒于報名該項目的學(xué)生全部為大一學(xué)生，都沒有接受過系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，指導(dǎo)教師邀請了電機(jī)系科協(xié)一名高年級的學(xué)生作為現(xiàn)場指導(dǎo)參與項目，組建了一支跨學(xué)科多層次科研團(tuán)隊，以便于項目的開展和推進(jìn)。

這名高年級的科協(xié)學(xué)生具有相對完備的理論知識體系和較強的科研實踐能力，基于對該項目的濃厚興趣，希望通過該項目對科研活動的各個環(huán)節(jié)有更深入和實際的了解，提高自己的溝通能力和領(lǐng)導(dǎo)力，一直積極主動地參與項目實施的各個環(huán)節(jié)。他向其他項目成員分享自己的科研知識和經(jīng)驗，幫助大家少走彎路；協(xié)助指導(dǎo)教師組織團(tuán)隊成員召開項目例會、督促和指導(dǎo)項目成員按照項目進(jìn)度完成各項任務(wù)等，在團(tuán)隊中起到了科研帶頭人的作用。

其他一年級的項目成員負(fù)責(zé)收集文獻(xiàn)、資料，采買軟件和相關(guān)的設(shè)備，交流科研設(shè)計方案，一起進(jìn)行功能調(diào)試，最終完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等多個環(huán)節(jié)的任務(wù)。

在這個多層次科研團(tuán)隊中，大家分工明確，互相協(xié)調(diào)配合，每個人都在這一團(tuán)體中最大限度地發(fā)揮個人的作用，不斷推動項目順利開展。

（三）專業(yè)教師全程指導(dǎo)

由于學(xué)生受專業(yè)知識和科研能力所限，很難獨立完成科研訓(xùn)練，因此需要指導(dǎo)教師在各個環(huán)節(jié)全程指導(dǎo)，以確保項目順利完成。

1.項目前期準(zhǔn)備工作

經(jīng)過大學(xué)一個學(xué)期的學(xué)習(xí)，多數(shù)大一學(xué)生已具備一些數(shù)學(xué)、電路和計算機(jī)語言的基礎(chǔ)知識，但從未基于某一平臺實現(xiàn)機(jī)器人控制。因此，指導(dǎo)教師安排團(tuán)隊成員從了解Arduino和Simulink的基礎(chǔ)用法、設(shè)計思路出發(fā)，查閱大量關(guān)于應(yīng)用這兩種工具進(jìn)行智能小車系統(tǒng)設(shè)計的文獻(xiàn)，并以線上/線下講解、討論和匯總的方式，使大家逐步獲得使用Arduino及Simulink進(jìn)行智能機(jī)器人控制的正確認(rèn)識，并明確該項目最終的目標(biāo)：每位項目成員設(shè)計制作一款智能小車，比較不同的開發(fā)方法所對應(yīng)科研路徑的特點。

2.項目的具體實施

團(tuán)隊成員根據(jù)項目方案進(jìn)行小車制作和程序設(shè)計，最終實現(xiàn)智能小車的尋跡、超聲波避障及無線遙控等功能，并利用實驗室中的各種儀器設(shè)備，對小車的性能指標(biāo)進(jìn)行測試。

在每一實施階段，指導(dǎo)教師都會根據(jù)項目的進(jìn)度和團(tuán)隊成員在科研過程中出現(xiàn)的問題及時予以指導(dǎo)：

（1）在編程階段，詳細(xì)講解關(guān)于硬件編程的基本思想，指導(dǎo)學(xué)生掌握用Simulink或者流程圖設(shè)計系統(tǒng)的方法，提醒學(xué)生注意串口之間的相互關(guān)系、沖突以及硬件的運行出現(xiàn)的延時情況等。

（2）在硬件調(diào)試階段，向?qū)W生介紹硬件調(diào)試的科學(xué)方法，例如硬件調(diào)試沒有像軟件調(diào)試那樣的debug運行過程，需要編寫print函數(shù)或者觀察硬件結(jié)果來分析代碼邏輯，如果代碼邏輯無誤但運行結(jié)果仍然不正確，則很有可能是硬件本身的問題，不必花大量的時間盲目試錯。

（3）在小車系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和仿真階段，向?qū)W生講解各類傳感器、示波器等元器件的原理和使用方法，并讓大家在實際動手操作中體會傳感器對于自動控制的作用，以及編寫程序時邏輯一致的重要性。

（4）在學(xué)生取得仿真實驗結(jié)果后，指導(dǎo)教師及時組織團(tuán)隊成員進(jìn)行分析和總結(jié)，一方面肯定學(xué)生已取得的成果，使其在獲得科研成就感的基礎(chǔ)上保持高昂的探究興趣，另一方面啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生按需調(diào)整方案，保證項目按計劃順利完成。

（四）多重措施并舉，減輕學(xué)生壓力

在整個項目實施過程中，指導(dǎo)教師通過引導(dǎo)學(xué)生搜索專業(yè)文獻(xiàn)，提高學(xué)生信息檢索技能和自主學(xué)習(xí)的能力；通過引導(dǎo)學(xué)生在實驗室中學(xué)習(xí)實驗技術(shù)、使用儀器、做實驗，提高學(xué)生實驗技能；通過指導(dǎo)學(xué)生編制驅(qū)動智能小車程序，使學(xué)生不僅可以鞏固已學(xué)的計算機(jī)程序設(shè)計基礎(chǔ)知識，還可以自主拓展學(xué)習(xí)其他編程知識、提高編程能力；通過讓學(xué)生使用Simulink與C語言，使他們感受兩種方法控制系統(tǒng)的差異與相似之處，拓展思維；通過讓學(xué)生在科研過程中不斷遇到問題、解決問題，螺旋式地提升學(xué)生分析問題、處理問題和解決問題的能力；通過團(tuán)隊成員間的分工協(xié)作，增強學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊合作意識。

項目結(jié)題后，學(xué)生紛紛表示通過這一SRT項目訓(xùn)練，不僅綜合科研能力得到很大提升，還學(xué)到了很多學(xué)習(xí)方法和技巧以及一些常用軟件工具的使用方法，這些都使他們在之后的第一課堂學(xué)習(xí)中效率更高、學(xué)得更加輕松。有學(xué)生以此項目為基礎(chǔ)繼續(xù)參加競賽并獲獎，也有學(xué)生因研發(fā)能力表現(xiàn)突出，進(jìn)入系科協(xié)，帶領(lǐng)更多同學(xué)展開新一輪的科研訓(xùn)練工作。

五、結(jié)語

要想進(jìn)一步優(yōu)化大一學(xué)生科研訓(xùn)練模式，還需要學(xué)校和院系的大力支持，例如引導(dǎo)承擔(dān)實驗課程的教師設(shè)立適合大一學(xué)生特點的實踐型SRT專項；提倡教師在設(shè)計SRT項目時，盡量考慮組建多層次的科研梯隊；將教師對學(xué)生的指導(dǎo)和監(jiān)督考核指標(biāo)，細(xì)化到教師立項、中期、結(jié)題和評優(yōu)等各個環(huán)節(jié)；進(jìn)一步優(yōu)化課程設(shè)置，適度減輕學(xué)生學(xué)習(xí)壓力，并結(jié)合專業(yè)的熱門或者前沿科學(xué)技術(shù)開設(shè)相應(yīng)的文獻(xiàn)檢索、科研方法論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、實驗素養(yǎng)訓(xùn)練等有助于基礎(chǔ)科學(xué)研究訓(xùn)練的課程或者相關(guān)培訓(xùn)，確保將學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實處。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：周侯辰］