李軼文

［摘 要］文章從高校大一學生參與科研訓練的重要性出發(fā)，以清華大學電機工程與應用電子技術(shù)系為例，分析了近年來學生參與SRT（大學生研究訓練）計劃的實際情況以及大一學生面臨的諸多挑戰(zhàn)。為了進一步擴大學生的受益面、提高學生的參與度，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)大一學生科研素養(yǎng)和各項研究能力的可行性措施，進而提出優(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；大學生；科研訓練；創(chuàng)新人才

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

SRT（Students Research Training，大學生研究訓練）計劃，是清華大學為適應“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)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、使本科生及早接受研究訓練而從1996年開始實施的一套教育機制[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)學生學術(shù)志趣等諸多優(yōu)勢吸引了學生廣泛參與。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，對于引導學生進入學科前沿、加強學生科研素質(zhì)培養(yǎng)等發(fā)揮了重要作用[2-4]。

關(guān)于大學生科研訓練，很多學者從課程設(shè)置、師資力量、管理制度、項目經(jīng)費、影響因素等方面進行了分析和研究[5-9]，但對參與學生的年級分布、大一學生開展科研訓練的特殊性和應對措施卻鮮有研究。為此，本文以清華大學電機工程與應用電子技術(shù)系（以下簡稱電機系）為例，分析近年來該系學生參加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生收獲，總結(jié)借助SRT計劃為大一學生創(chuàng)造科研創(chuàng)新訓練機會的成功經(jīng)驗，進而提出優(yōu)化SRT項目管理的建議和措施。

一、大一學生參與科研訓練的重要性

（一）響應國家要求

教育部在《關(guān)于深化本科教育教學改革? 全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》中提出，要“支持學生早進課題、早進實驗室、早進團隊，以高水平科學研究提高學生創(chuàng)新和實踐能力”[10]。為了響應國家要求，作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)主陣地的高校應進一步改進大學生培養(yǎng)模式，優(yōu)化各種資源配置，為大一學生創(chuàng)造更多科研訓練的機會，讓他們在日常學習和實踐中逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

（二）順應大學生學習發(fā)展過程

大學生科研訓練這種“引導探索、自主學習” 式的教學符合當代教學論、學生學習心理及系統(tǒng)科學的一般原理[11]。很多學生對在第一課堂中習得的理論知識缺乏感性認識，很難將其與現(xiàn)實社會生產(chǎn)和生活建立聯(lián)系，科研訓練則可以幫助他們將課堂上所學的理論知識與課外實踐加以融會貫通。通過在科研訓練中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，引導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，越早在大學生中開展科研訓練，就越有利于激發(fā)學生學習的主動性和積極性，達到教學和科研相互促進的效果。

（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并不是讓本科生創(chuàng)造出多少原創(chuàng)性成果，而是給學生提供充分的科研訓練機會[12]，讓學生能在指導教師的指導下，主動參與研究項目整個流程，最終達到提高其創(chuàng)新實踐能力的目標。提高大一學生的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、大一學生參與SRT計劃現(xiàn)狀

（一）學生參與SRT計劃的年級分布情況

清華大學SRT計劃對參與項目的學生幾乎不設(shè)門檻——除進入綜合論文訓練階段的四年級本科生以外的學生均可參與，每個學期均可報名。學生只要在結(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，獲得相應的學分（部分院系還準許學生用于替代相應課程的學分等）。在學校一系列行之有效的管理制度和激勵政策的雙重保障下，全校一半以上的學生在讀期間都參與過SRT計劃的項目。以清華大學電機系為例，2018—2021學年（一個本科學制階段）的SRT立項數(shù)和參與學生數(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計劃的學生主要集中在大二和大三年級，大一學生的參與人數(shù)占比只有7%。

（二）大一學生參與SRT項目的質(zhì)量

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

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

三、大一學生參與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)的題目和訓練內(nèi)容，因此很多SRT項目都要求參與的學生具有一定的專業(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生。指導教師在審批時也會優(yōu)先考慮選擇高年級學生。因此，大一學生參與SRT項目的機會并不多。

（二）對團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名學生，其中大一學生可報名（無學生所在年級和先修課程的要求）的項目占55%。在對大一學生的訪談中，有的學生表示如果一個項目中只有1～2名學生，他們很難就特定問題相互學習和交流，擔心最終無法順利完成項目。

（三）對科研訓練缺乏信心

大學生在第一學年所學的課程以基礎(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，使得一些大一學生對于如何開展科學研究感到茫然無措，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生由于缺乏信心而不敢輕易嘗試。

（四）學習壓力較大

在一些工科院系，學生需要在第一學年學習數(shù)學、物理、計算機程序設(shè)計等課程。難度驟然加大的基礎(chǔ)課程學習和考試已讓剛進入大學的學生應接不暇，學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。一些學生表示，他們?yōu)楸苊釹RT項目訓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，助力大一學生科研訓練啟航——以一項SRT項目為例

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

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生打消顧慮，積極主動地參與科研創(chuàng)新訓練，主要是因為做到了以下幾點。

（一）針對大一學生特點選題立項

項目指導教師在立項前對大一學生已學課程、興趣愛好、各種軟件平臺進行充分的調(diào)研，掌握了本校多數(shù)工科院系大一學生的特點：電路原理和計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)（以C語言為基礎(chǔ)）這兩門課程是大一第一學期的必修課程，學生到了大一的第二個學期時，已基本掌握相關(guān)知識，具備開展科研訓練的必要條件；不少學生在中學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，指導教師最終從眾多相關(guān)軟件中選擇了當前流行的Arduino作為大一學生科研訓練的抓手。

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。這一平臺對學生是否掌握單片機的知識沒有嚴格要求，非常適合學生自學后進行各種奇思妙想的創(chuàng)新性設(shè)計。基于同樣的硬件，學生還可以通過Simulink仿真開展系統(tǒng)應用開發(fā)，自動生成應用程序，實現(xiàn)同樣的功能。

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

（二）組建多層次科研團隊

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

這名高年級的科協(xié)學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)助指導教師組織團隊成員召開項目例會、督促和指導項目成員按照項目進度完成各項任務等，在團隊中起到了科研帶頭人的作用。

其他一年級的項目成員負責收集文獻、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。

在這個多層次科研團隊中，大家分工明確，互相協(xié)調(diào)配合，每個人都在這一團體中最大限度地發(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

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

1.項目前期準備工作

經(jīng)過大學一個學期的學習，多數(shù)大一學生已具備一些數(shù)學、電路和計算機語言的基礎(chǔ)知識，但從未基于某一平臺實現(xiàn)機器人控制。因此，指導教師安排團隊成員從了解Arduino和Simulink的基礎(chǔ)用法、設(shè)計思路出發(fā)，查閱大量關(guān)于應用這兩種工具進行智能小車系統(tǒng)設(shè)計的文獻，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進行智能機器人控制的正確認識，并明確該項目最終的目標：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)方法所對應科研路徑的特點。

2.項目的具體實施

團隊成員根據(jù)項目方案進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，對小車的性能指標進行測試。

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

（1）在編程階段，詳細講解關(guān)于硬件編程的基本思想，指導學生掌握用Simulink或者流程圖設(shè)計系統(tǒng)的方法，提醒學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）在學生取得仿真實驗結(jié)果后，指導教師及時組織團隊成員進行分析和總結(jié)，一方面肯定學生已取得的成果，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)和引導學生按需調(diào)整方案，保證項目按計劃順利完成。

（四）多重措施并舉，減輕學生壓力

在整個項目實施過程中，指導教師通過引導學生搜索專業(yè)文獻，提高學生信息檢索技能和自主學習的能力；通過引導學生在實驗室中學習實驗技術(shù)、使用儀器、做實驗，提高學生實驗技能；通過指導學生編制驅(qū)動智能小車程序，使學生不僅可以鞏固已學的計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)知識，還可以自主拓展學習其他編程知識、提高編程能力；通過讓學生使用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；通過讓學生在科研過程中不斷遇到問題、解決問題，螺旋式地提升學生分析問題、處理問題和解決問題的能力；通過團隊成員間的分工協(xié)作，增強學生的溝通能力和團隊合作意識。

項目結(jié)題后，學生紛紛表示通過這一SRT項目訓練，不僅綜合科研能力得到很大提升，還學到了很多學習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習中效率更高、學得更加輕松。有學生以此項目為基礎(chǔ)繼續(xù)參加競賽并獲獎，也有學生因研發(fā)能力表現(xiàn)突出，進入系科協(xié)，帶領(lǐng)更多同學展開新一輪的科研訓練工作。

五、結(jié)語

要想進一步優(yōu)化大一學生科研訓練模式，還需要學校和院系的大力支持，例如引導承擔實驗課程的教師設(shè)立適合大一學生特點的實踐型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；將教師對學生的指導和監(jiān)督考核指標，細化到教師立項、中期、結(jié)題和評優(yōu)等各個環(huán)節(jié)；進一步優(yōu)化課程設(shè)置，適度減輕學生學習壓力，并結(jié)合專業(yè)的熱門或者前沿科學技術(shù)開設(shè)相應的文獻檢索、科研方法論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、實驗素養(yǎng)訓練等有助于基礎(chǔ)科學研究訓練的課程或者相關(guān)培訓，確保將學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)落到實處。

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［責任編輯：周侯辰］