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大学生中的“科创英才”是如何“炼成”的?

2024/1/30 14:19:11  阅读:40 发布者:

以下文章来源于复旦大学高等教育研究所 ,作者申 超,姚

本期导读

随着国际竞争的日趋激烈,我国越来越重视拔尖创新人才的超前开发与培养。以《基础学科拔尖学生培养试验计划》和《基础学科拔尖学生培养2.0计划》的颁布为契机,我国各高水平研究型大学日益重视对本科生开展科创训练,并鼓励其攀登学术高峰。在这一背景下,一批本科生中的佼佼者脱颖而出,取得了令人刮目相看的科创成果,成为了不可多得的“科创英才”。

他们是怎么做到的呢?当一批通过中国的高考选拔上来的、原始学业表现大致处于同一梯度的优秀本科生,面对同样的大学环境或可资利用的学习情境,为什么只有一少部分人实现了向科创英才的转变?

本研究采访了22位科创英才,通过访谈法收集资料,探讨在我国大学现有的培养条件或情境下,这部分本科生到底是如何通过自主的学习行动与选择,逐渐成长为科创英才的?又是什么原因促成了他们的转变?

本科生中的“科创英才”是如何“炼成”的?

——情境学习理论的视角

■ 本文作者:申超(天津大学教育学院),姚超(浙江理工大学国际教育学院)

■ 内容来源:《复旦教育论坛》2023年第5

一、问题的提出

随着国际竞争的日趋激烈,我国越来越重视拔尖创新人才的超前开发与培养。以《基础学科拔尖学生培养试验计划》和《基础学科拔尖学生培养2.0计划》的颁布为契机,我国各高水平研究型大学日益重视对本科生开展科创训练,并鼓励其攀登学术高峰。在这一背景下,一批本科生中的佼佼者脱颖而出,取得了令人刮目相看的科创成果,这在一定程度上为我们超前培养拔尖创新人才提供了实践证明。本研究将关注点聚焦于我国工科本科生中的佼佼者,将那些在工程相关领域发表有一定数量和级别的学术论文、获有授权专利或科创竞赛奖项的本科生群体暂简称为“科创英才”,拟对其成才的过程(即大学的相关培养过程)进行探究。前人的研究通常很少聚焦到工科领域的这一特殊本科生群体,大多会将包括工科在内的其他各学科领域的这类本科生笼统地称为“本科拔尖创新人才”。在这方面,前人的相关研究主要围绕大学如何为培养本科拔尖创新人才创造适宜的制度环境而展开,特别是在大学该如何促进本科生科研方面,提出了不少有价值的建议,并对影响本科创新人才培养的有关因素进行了实证调查。这些研究为探索我国本科拔尖创新人才的成长之道提供了不少有益的理论启发,但是,由于这些研究大多强调高校应如何为本科生创建有关适宜其创新的制度环境,却在一定程度上忽略了在我国大学已经日臻完善的相关利好制度或环境中,那些“科创英才”们作为行动者,是如何通过与有关制度与环境的相互作用,实现从普通学生向精英学生的身份转变的。加之,已有茨格勒的经典研究认为,个体能否成长为拔尖人才是一个复杂的主体行动选择过程。因此,本研究拟探讨在我国大学现有的培养条件或情境下,这部分本科生到底是如何通过自主的学习行动与选择,逐渐成长为科创英才的?是什么原因促成了他们向科创英才的转变?

二、理论视角:情境学习理论

目前来看,本科生中的“科创英才”还是本科生中的少数群体,他们所经受的学习历程必然与大多数学生群体不同。结合大学科创活动的实际情况,我们认为,在解析这部分本科生的学习过程时,被公认为有着人类学取向的情境学习理论具有独特的理论价值。情境学习理论认为学习是情境性活动,是整体的、不可分的社会实践,学习者就是社会实践的参与者,学习就是学习者在实践共同体中合法的边缘性参与。其中,合法是指新手获得了进入实践共同体的“资格”,有了这样的“资格”才会被共同体其他成员所接纳,并“参与”实践活动。边缘性意味着多元化、多样性,或多或少地参与其中,边缘性参与和充分参与相对。实践共同体是一个活动系统,其中参与者可以共享他们对该活动系统的理解,学习的过程也就可以看作是具有共享的文化历史背景和真实任务的学习者(即共同体成员),在实践共同体中沿着旁观者、参与者到成熟实践的示范者的轨迹前进的过程,即从合法的边缘性参与者逐步到共同体中的核心成员,从新手到专家的过程。工科生在科创方面的学习行为常需要在大学所创设的有关科创共同体的实践活动(而非常规的课堂学习)中具体展开,因此,从情境学习的理论视角来分析其学习和成长的过程具有理论适切性。在其启发下,我们可以把本科生科创英才的成长过程看作是作为学习者的他们在有关科创活动共同体中合法的边缘性参与的过程。因此,对其成才过程及原因的解读,也就可以从其是如何进入科创共同体,如何通过与共同体成员的互动,逐步成长为科创英才的角度而展开。受情境学习理论视角的启发,在解析本科生科创英才的成长即学习过程时,笔者着重关注了其在进入科创共同体后,是如何从边缘性地到相对充分地参与有关科创活动的具体过程,并将其划分为了若干阶段,主要通过叙述的方式呈现之。在此基础上,笔者还对这类本科生成才背后的原因进行了分析,并从多角度对这一过程进行反思,提出相关培养建议。

三、研究设计

(一)研究对象的选取

根据当前我国大学工科领域本科生所取得的科技成就表现及其奖励类型,本研究将科创英才的身份标签进一步操作化为:以第一或第二作者身份在SCI等中外文核心期刊发表1篇以上学术论文、获得1项以上授权专利或所在团队取得省部级以上科创竞赛奖项的工科生。

本研究在我国一所以工科见长的研究型大学(兼具211”“985”“双一流”等多种身份标识)进行,该校工科类专业数量多、覆盖面广,在第四轮教育部学科评估中,有14个学科进入A类,专业特色突出,师资力量雄厚。笔者先从该校设置的“学生科学奖”的历年获奖名单中筛选符合标准的本科生,然后以滚雪球抽样的策略,逐渐扩大研究对象的范围,并进行访谈调研。研究以理论饱和度为准则确定样本数量,共访谈36人,其中22人为本研究定义下的“科创英才”,14人为对其有重要影响的教师和同学,得到50余万字的访谈转录稿。22位“科创英才”几乎在开展科创活动前均有读研的意向,而他们在本科毕业后,也都无一例外地获得了继续读研的机会,其中,有11位同学在国内保送读研,有8位同学赴国(境)外读研,还有3位同学在国内考研成功。本研究以S代表学生,T代表教师,学生按专业类别进行顺序编号,此编号唯一,教师与学生编号一一对应,若同一教师指导多位学生,则教师编号为T(学生编号1/(学生编号2/…,若采访同一学生的不同指导教师,则用T(学生编号)-1T(学生编号)-2加以区分。例如:T17/22表示同时指导过S17S22的教师,T11-1表示指导S11的其中一个教师。

(二)研究方法及其可能的局限

本研究采用质性研究的范式,主要通过访谈法搜集资料,以“你是如何一步一步取得如今的科创成果的”为主问题,引导访谈对象讲述自己科创经历中的关键性事件和人物,同时辅以必要的追问。资料的分析主要采用归纳的方式进行。在研究对象的选取上,我们几乎覆盖了工程领域常见的机械、化工、建工、材料、环境、电气、计算机等各个专业大类。同时,为了保证资料的准确性,我们也访谈了对其科研活动有重要影响的老师或同学,以实现多个主体、多方信息源的相互印证,最大限度提升研究的有效性。尽管本研究聚焦于工程学科领域的科创英才,但是笔者认为对于以实验为主要研究方法的自然科学领域本科拔尖创新人才,本研究的成果也有一定的可推广性。但是,当其在其他学科领域、不同层次和类型的学校及跨国情境中进行推广时则需谨慎考量。

四、研究结果

通过对研究资料进行反复阅读、编码和归纳,我们发现工科领域的本科生科创英才在成长过程中存在着较为明显的群体分化现象。一类学生以学术论文为主要成就,另一类学生则以科创竞赛奖和授权专利为主要成就。后者常兼有竞赛和专利成就可能是因为,工程学科领域本科生的科创竞赛获奖常常需依托竞赛过程中的技术创新,而专利类成果大多也通过技术转化而实现(尽管其也可依托实验成果进行理论转化),这与以技术创新为主的科创竞赛具有契合性。因此,我们发现,有科创竞赛奖的本科生常常会将其竞赛成果转化为授权专利。为此,下文拟将本研究中的本科生科创英才分为“实验-论文”型和“竞赛-专利”型两类,分别描绘和阐释其各具特色的学习与成长过程。与此同时,需要特别指出的是,在研究过程中,我们也发现有跨越上述两种类型的科创英才存在,如“论文-竞赛” 型或“论文-专利”型,但这只是研究对象中的个例,故本研究暂不对此进行专门讨论。

(一)“实验-论文”型科创英才的成长过程

1. 被安排的“打下手”阶段

“实验-论文”型科创英才在成长之初,常通过个人主动联系或学校有关制度或活动设计(如本科生进实验室、大学生创新训练等)的途径,加入某实验室与课题组之中,但其参与的程度较浅,常是在师兄师姐的安排下,参观实验室、观察实验流程或开展最基础的实验操作,扮演着“科研小助手”的角色。

“我进实验室大概有一学期,就做一些比较简单的熟悉实验操作这种基础的步骤。”(S21)“进去了之后,也没有真正地做一些深入的课题,就参观闲逛,看着师兄师姐在那忙,然后我闲着的时候帮他们刷烧杯、打扫卫生什么的。”(S8)“学姐带着我们报了一个大创(项目),当时我们相当于一个‘打下手’的,就是熟悉实验操作,然后测这个、测那个。”(S11

这是由于工科领域的课题组常常人数众多,从导师到博士生、硕士生再到本科生,层级分明,因而老师通常不会与刚进入课题组或实验室的本科生直接沟通,而是安排硕士生或博士生指导他们,进行“传帮带”式的培养。而这段过程中,与学长学姐的交流及从他们那里获得的指导反馈,对于初窥科研门径的“实验-论文”型科创英才来说,至关重要。

“刚开始的时候学姐会手把手教你怎么做实验,现在想想这样的学姐根本就很少了!她会拿出自己的一段时间,然后跟你一起学习。”(S15)“师兄也很上心,人也特别好。我大一时只会C++,但是老师他们用的是python,然后师兄就会告诉我从什么网站、用什么方法可以比较快地学会。”(S22

反之,如果交流不畅,则会对他们的科研热情造成极大的挫伤。“那些学长,他们都在忙自己的事,然后也没提供什么帮助,老师几乎找不到,当时觉得我待在实验室里面,感觉挺浪费时间的,不如自己学习或者自己跑别的地方玩。”(S17)因此,在这段以“打下手”为主的基础性科研工作中,“实验-论文”型科创英才必须克服其中常有的枯燥、无趣甚至沟通挫败,才可能继续前进。要让他们在科研起步期更有收获感,就不能简单把他们“放”在实验室,而要让他们在利于其进行持续的科创投入与探索的课题组研究氛围中,慢慢地“熏”和“悟”。

就这样,“科研小助手”们在打下手的过程中不断熟悉实验操作的流程,平衡学习、生活、社团等方面与科研的关系。甚至,有少数科创英才在此阶段,仅靠给老师或研究生做实验、打下手,就有了学术论文的产出。

2. 教师主导下的课题实现阶段

随着经验的积累,“实验-论文”型科创英才在实验室与课题组中的工作内容与联络地位也发生了变化:从实验操作向实验背后的理论研讨迈进,从给学长打下手过渡到直接与老师进行课题沟通。这一阶段,老师开始直接给他们布置课题,安排文献阅读任务,为他们的研究把控方向、设置进度,甚至资助他们参加学术会议、开展对外交流。老师俨然成为这一阶段的主导,并且在其学术论文的发表上起到了至关重要的推动作用。

“(老师)他会提很多建议,我们自己也会提建议,会讨论,但是他肯定会讨论更多,而且我们也更会倾向于他的意见,因为毕竟他是老师。整体来说,从头到尾他会参与很多事情。”(S9)“这个时候老师会更多地参与,因为老师有更多的经验,他知道论文怎么写是能够发表的,所以老师这个时候就会更多地来帮我们,给我们建议,甚至自己着手帮我们改动。”(S22

与此同时,有趣的是,“实验-论文”型科创英才还往往会由于科研的需要,反过来更深入地钻研本专业领域内的艰深知识,甚至补充学习专业以外的新知识。

“后来我有一些对专业课程不懂的问题,我会跟组里的师兄师姐们请教。”(S11)“因为需要,还学了很多网课,自学了很多软件或者是我们计算机专业就像深度学习的一些课程。”(S16

在这一阶段,他们通过扎根实验室,跟进老师的课题,不断扩大研究参与的广度和深度,其发表论文的数量甚至占到了该研究对象群体本科期间发文总量的约62%。当然,这主要是在教师主导下实现的“壮举”。在此过程中,他们既要面对可能反复出现的实验失败,又不得不在常规的课程学习和科研实践间艰难地平衡时间。可以说,每个科创英才都有一段 “困苦的岁月”需要经历,而只有克服困难并坚持下来,才能褪去“科研小白”的身份标签,向着真正的科创英才转变。需要指出的是,本研究中大部分“实验-论文”型科创英才的成长都停留在了此阶段。而能否走出这一阶段,尚取决于他们是否开始进行独立的科研思考,并尝试将其研究想法付诸实践。

3. 教师助力下的自主探索阶段

“实验-论文”型科创英才从过往参与的科研经历或者文献阅读中,形成并提出了自己的研究设想,即标志着其进入到自主探索阶段。此时,老师“退居二线”,从主导变为助力;学生从忠实的“课题实现者” 晋升为一定程度上的“自主探索者”,他们主动发起探讨,寻求老师的帮助,并作为主要推进者推动课题的开展。

“这时候老师已想好一个课题了,但是这时候特别巧,我自己也想了一个东西,就这东西不是老师给我想的,是我自己想,还是上课想的……老师会觉得这个东西(我自己想的课题)是一个比较大的项目,他会觉得这个题目可以写出篇好文章,可能比他自己那个项目更有价值一点。”(S10)“有一次与俄亥俄州军方的一个科研人员讨论,他说他们也在做这个电路缩小面积的工作,我说这个确实不错,是一个比较火的方向,又没人发文章。后来我就跟老师讨论了一下(这个想法),然后老师非常高兴,说这个太好了,让我做点创新的实验,看看可不可行,后来可行性实验通过了之后,就开始写这篇文章了。”(S19

“过了一段时间以后,他就给我拿了一个他写的东西。当然因为他毕竟是本科生,没有接受过这种严格的科研类培训,完全是他一种自己的想法。当然我也跟我们其他的老师去探讨一下,也感觉还不错。然后我就帮他把那种白话文改写成科研论文的形式,但是更多的想法是他的。”(T13-2

教师在这一阶段常常鼓励和采纳学生自主提出的新的研究设想,并为其添置实验设备以助其将想法付诸实践,甚至使学生代其作审稿人,为学术期刊提供审稿意见。

“他(S11)跟张老师沟通(课题)的时候,张老师说给他买台工作站,一台工作站大概八万六,说孩子这么喜欢,然后就让孩子在这做这个东西(课题)。” (T11-1)“本来是说让我来审稿,但是原来写文章的时候他负责计算的一部分,你让我提意见,我还真不一定像他提的到点上。”(T11-2

这一阶段,本研究中科创英才们发表的论文数量约占其本科期间发表论文总量的20%。虽然在数量上不如其前一阶段,但他们对于科研成果的贡献更大且更为直接,因此在作者署名的顺序上,通常更为靠前。当然,他们遇到的困难也更大,更加需要克服困难的决心和毅力。他们的科研能力在这一时期得到了极大的锻炼,同时,他们的四年本科生生涯和作为研究学徒的生涯也基本接近了尾声。

(二)“竞赛-专利”型科创英才的成长过程

1. 依附竞赛团队的被选拔阶段

“实验-论文”型科创英才主要在课题组中成长的轨迹不同,“竞赛-专利”型科创英才主要是在竞赛团队中实现个人成长和成果积累的。他们通过本科阶段的科创经验分享会、科技类社团举办的各种活动等,积累人脉资源,了解竞赛组队信息并参加团队选拔。在经过选拔考核之后,参与到竞赛项目中。此时,他们由于缺乏竞赛经验,常处于团队的边缘地位,被安排负责相对基础的工作,如文献查找、信息统计、物料购买等。

“(这个比赛)往届有人参加,然后他就形成了一个组织,上届学长学姐会选拔下届的学生,然后当时也有面试……大二上学期的寒假就会先给你布置些任务,比如说查文献。”(S7)“队伍成员包括五个大二,两个大一,我作为大一的就比较有空,会有一些他们没时间做、那种比较基础的活(给我),比如统计开会时间,或者去五金城买一些我们的材料。”(S6

这一阶段,作为边缘成员的他们,对团队的贡献并不大,且由于参与程度相对较浅,他们鲜有竞赛成果转化为专利,只是开始了解专利申请的流程和竞赛整个过程。另外,团队氛围和团队建设对于他们的影响不容小觑。团队成员越少,团队交流沟通越规律和频繁,他们的参与感和收获感通常也就越高;反之则可能对其持续、深入地参与科创活动产生负效应,甚而选择退出。

这里需要指出的是,并不是所有此类科创英才都经历了这一阶段,一部分在大学前就有科创启蒙经历的同学甚至可以跨越这一阶段,直接成为竞赛团队的主力。而这与个人的家庭背景和成长经历有密不可分的关系。此外,大学前参加的科技类社团、创新俱乐部以及科学夏令营等活动也对他们产生了重要的科创启蒙作用,使他们一入大学便成为科创竞赛的主力。

“我爸是电气工程师,我是从小就跟着他一起玩电长大的。”(S18)“家里人也比较支持,小时候就给我买各种各样玩具,如乐高积木,然后会咨询老师,参加一些航模俱乐部。”(S2

2. 主导竞赛团队的探索创新阶段

随着竞赛经验的积累与资历的提升,“竞赛-专利”型科创英才逐渐从原来的团队边缘成员上升成为核心成员,甚至脱离原来的团队,自己成为主要负责人,开始组建新团队、选拔新成员。此时,他们作为团队中的关键人物,既要营造好的团队氛围,还要与指导老师沟通关于场地报备和经费报销的相关事项。

这段时间对于团队来说是一段快速重组期,对于个人来说,也是一段举足轻重的学习探索期。他们既要选择既有“前景”又能“落地”的项目,又要注意把握比赛的评审标准,不断总结失败的经验和教训。

“大一所有的比赛都差不多结束了,自己的奖都很不理想。我跟我们队里的一个成员半夜坐在……(此处为校内地名,省略)唠嗑,就说这样子搞下去不行,做那么多什么成果都没有。然后我们两个人就唠了一晚,就计划一个项目。”(S18)“(这次成绩)不是很好,但看过一遍人家一等奖的 PPT 长什么样,然后我就明白了我们要怎么做。”(S1)“比赛这个东西说实话你的产品是一方面,第二个是你在比赛中展示的东西。”(S3)“首先你得新颖,必须得在研究前沿;然后再来就是它不光新,它还得可实现;最后就是展示的过程也很重要。你得让评委听得懂,听得高兴。”(S1

与此同时,由于竞赛往往涉及跨学科的知识和技能,在团队成员有限时,科创英才们为了实现技术难点的突破,需要自学大量专业外的知识与技能。“(这些)全是自学,跟我们专业基本上不相干,基本上靠自己。”(S18)“(本专业知识)肯定不够,它要学生自己去学,如与控制等等相关的,机械的、电子的可能都要学。做东西用到什么学什么。”(T1)因而“竞赛-专利” 型科创英才,似乎并没有出现“实验-论文”型科创英才曾出现的科研活动反向促进本专业学习的情况,反倒是认为本专业课程和考试的重压,挤占了他们对科创竞赛时间和精力的投入。

随着团队的快速重组,竞赛项目创新点的不断探索,“竞赛-专利”型科创英才在这一阶段迅速成长。同时,他们在老师督促下,也开始尝试将竞赛成果申请为专利。

3. 引领竞赛团队走向熟练创新阶段

当团队构成趋于稳定,竞赛项目也渐渐开始获得了奖项。“竞赛-专利”型科创英才作为团队引领者,往往开始专注于某一领域的项目,通过竞赛信息的全面搜集和团队娴熟的分工配合,不断进行创新打磨,使得科技创新逐渐成为他们熟练掌握的技能,并开始在各大竞赛中斩获殊荣。

“我们就沿着智能安检仪的方向,第一步是增加能分类

的类别,我们一开始就不是只做安检图像,后来就扩展做水果图像。后来拿一等奖的那个是做工业图像,就是根据木头的木纹和颜色,去识别它的种类的一个人工智能……从我眼光看来,它就是一个项目,因为它底层的技术都是一样的。我做完这个底层我就换换,它上面的框架就到处都能改了。” (S18)“大家见面不需要说太多的话,甚至有的时候不需要和过去一样非得要集中在一起做,现在很多情况就是大家的默契已经形成了。”(S7

竞赛中收获的熟练创新能力,为其申请专利打下了坚实基础,加之对专利申请流程的熟悉把握,科创英才们获得的授权专利及竞赛奖励的总量在这一时期达到了顶峰。

“你熟悉整个流程之后,专利这个东西就可以批量化生产。有的同学为了做这个专利保护,刷了 30多个 专 利 ,但 这 30 多 专 利 核 心 的 内 容 其 实 就 是 1个。”(S3

蜂拥而至的科创成就似一把双刃剑,在给予了他们自信的同时,也刺激了他们简单地复制成功与追逐名利的野心:

“那时候基本上算是我科研产出比较高的时期。当时我是跟我师姐混,我师姐当时在我大一的时候拿了节能减排一等奖,然后她想让我接着她的思路继续做下去,为了能够拿一等奖。……真的,专利这个东西很简单的!现在来看我做的专利,我感觉每个专利可能都有用,但是感觉不是很有用。就这种,反正不管了先混,反正你写那么多专利,不说别的,评奖评优也好看一点。”(S3

在奖励的诱惑下,他们不仅复制着别人的经验,也熟练地重复着自己的经验:

“可能训练之后其实也没什么,开始重复地利用这些经验,反复积累经验,就是大创项目接着做,我从组员变成了组长,比赛接着参加,慢慢地在市级、国家级比赛拿奖,然后也没有其他别的途径了……可能接下来就开始重复参加这些。……比赛有高低之分,如果你在最高等级的比赛拿了个金奖,你再去参加别的比赛完全可以,因为查的也不是特别严,或者你改个名字。”(S1

(三)科创英才何以成才:兴趣牵引下的导生、生生互利共情

关于科创英才何以成才的问题,实际上循着教育学关于“人何以成才”的经典问题的解释思路,我们大体也可以从人本身以及他所成长的环境两个方面来考量,而且有限的相关研究似乎也始终无法跳脱出这一经典的解释框架。在这里,我们并不打算简单地跟随秉持宏观社会决定论的教育社会学家的脚步,从这一特殊群体的家庭经济社会背景中来追溯其成长的奥秘。尽管我们也认为,这些因素从本研究对象所处的时空环境来看,可能仍具有一定的解释力,这点至少可以从那些“成长阶段跨越者”身上窥知一二。我们更关注的是,当一批通过中国的高考选拔上来的、原始学业表现大致处于同一梯度的优秀本科生,面对同样的大学环境或可资利用的学习情境,为什么只有一少部分人实现了向科创英才的转变?我们认为,学生自身的科创兴趣是其得以成才的最重要内部因素。在兴趣的牵引下,学生甘愿为科创活动投入大量的时间和精力。而在那些外行看来可能非常枯燥且反复的科创过程中,如果缺少了这种内生的持续性动力,恐怕很难挨到拨云见日的一天。这一点师生双方均多次提及:

“我觉得主要还是在兴趣,之前确实有一些比较功利的想法,但是能坚持下来发现最重要的还是兴趣。”(S17)“我觉得还是要找兴趣,之前那个大创不排斥,但是也没有特别喜欢,现在我帮导师做的一些事,我自己就觉得很有意思。”(S14

“对于本科生来说更多是他们自己的兴趣,如果他们主动要求,我肯定会多给他们发(文献资料),如果他们不要求,我一般不会骚扰他们。确实,因为本科生做科研,最重要的是自己的主动性。”(T9/10)“她对于做科研的兴趣和冲动和一般人是不一样的。有些人是希望靠这个去升学,或者有些人希望靠这些事情来实现一些目的,我感觉她都不是,她就是兴趣……所以她可以为之熬夜加班去学。”(T17/22

除兴趣这一重要的个人内在因素以外,在本研究对象所在的学校里,科创英才的成才常常受惠于本科生进实验室、科创经验分享会、科技类社团活动、大学生创新训练项目及本科生导师制等制度环境的影响。那些善于利用这些制度环境的本科生们,凭此获得了与他们的指导老师及由指导老师构建的包括学生同辈群体在内的科创共同体密切互动的宝贵机会,而贯穿互动始终的导师与学生、学生与学生的“互利”与“共情”则是促成科创英才成长成才的一对主要张力。

这里的“互利”主要是指导师或高年级学长在指导本科生开展科创训练的同时,也满足了导师与学生或学生与学生双方的某些现实利益需求。本科生科创英才们在掌握科创技能的同时,可以凭借科创成果评奖评优,甚至实现出国深造和国内保研的升学目标,导师则既为自己培养了研究生后备力量,又进一步锻炼了其科创团队中的高年级学生,同时还丰富了自己的学术成果,而高年级学生也因本科生的参与而节省了一部分基础科研工作的时间,并借此丰富和扩展了自己的科创成果。这里的“共情”主要是指导生或生生双方在基于科创活动的互动过程中,能够感知甚至体验到对方的情感状态。如导师能感觉到本科生对其个人品质、敬业态度、学术能力的崇敬,以及在其指导下实现自我进步的感激,本科生也能感觉到导师对其科研潜力和性格特质的欣赏。又如,资深同侪在指导本科生的过程中可产生助人为乐、孺子可教、后生可畏的成就感,本科生也能感受到资深同侪对其倾注的指导热情,并由此心存感激;同时,他们还能感受到来自同时加入科创团队的同侪间的相互砥砺与支持,并感到惺惺相惜。“互利”与“共情”间存在张力是指二者并非总是和谐一致的,有时也存在矛盾和冲突。比如,学生虽然有对导师的崇敬与感激之情,但也有追求更高层次升学的个人利益,这难免与导师望其成为自己研究生生源储备的个人利益产生冲突。又如,学生同侪间也可能存在科创成果的贡献与归属争议。然而,在互利与共情的张力作用下,我们常看到的是,学生同侪一般都把科创成果的取得看作是大家共同努力的结果,并不十分计较其间的贡献大小,他们充分认可指导教师基于对各方贡献的认定而做出的成果排名,甚至有愧不敢当之意,并且非常看重其在科创活动中所经受的锻炼和成长。与此同时,导师对本科生科创英才的指导可谓无微不至、偏爱有加。例如,在布置研究任务时,他们常结合自己已依稀可辨的相对成熟的研究方向为其量身定做适切的选题;在研究过程中,手把手地指导学生设计实验、推演模型、处理图像;在竞赛的经费支持方面,单独为其 “开绿灯”;甚至在除科创训练之外的生活方面(包括交友、人生规划等),都乐于为其提供参谋和建议。这种全方位的密切互动造就了导生在科创活动中的精诚合作,甚至可以使导师放下功利的算计,成全学生可能更加美好的未来。

“老师当时确实也特别喜欢我。我觉得本科阶段老师真的帮了我太多了,就跟我爸爸一样……从一开始建模,包括这个模型是怎么来的,怎么解的,我觉得老师真的是一个一个地在纸上给我推导,就指导我特别多。”(S5

“如果他将来做一个化学方面的工作者,我们很希望看到他能成功。人家有积极向上的这种心态,又有扎实的功底,各方面做的东西又那么认真,那课程落不下,实验室里的工作也做得很勤奋,这样的小孩哪个老师不喜欢……我一开始也想把他留做我的研究生,但是后来想明白了,他如果走出去,对他发展会更好。”(T11-2)“经费我一直坚持给他。学生创新实验室经费是研究生去管,老师是不参与的。但是经费实际上又是老师拉过来的……他做的项目花钱如流水,然后因为我对他有一定了解,这是他做的第一个项目,我就同意支持。后来我就跟研究生说,这个学生就开绿灯让他做。”(T18)“可能对他们的未来发展,包括他们能不能找一个好工作,甚至能不能找到一个好的伴侣,都是会想给他一点我自己的建议。”(T9/10

正如有关研究已证实,师生人际互动是影响我国拔尖创新人才学术志趣的重要因素。这似乎还提示我们应注意:上述从本科生个人与学校环境两个层面所提炼出的两大因素之间可能还存在着交互影响,即本科生的科创兴趣越大,越有可能主动寻找和利用学校提供的各种学习情境,实现个人的发展;同时,由于学校的有关科创制度设计而诱发的导生互动越密切、越有效,则反过来越有可能激荡和强化学生的科创兴趣,进而形成本科生向科创英才转变的强大合力。

五、科创英才成长与培养过程的

总结、反思与相关建议

(一)科创英才成长与培养过程的总结与反思

回顾上文对两类本科生科创英才成长过程的描述和分析可以发现,他们的成长大致都可划分为三个次第推进的阶段(如图 1)。“实验-论文”型科创英才的成长往往是从对科研一无所知的“科研小白”身份做起,通过在实验室中的摸爬滚打,学习实验操作,熟悉科研流程,逐步提高科研能力,从而升级为对科研若有所悟的“科研助手”,再从实验员和参观者过渡为忠实的“课题实现者”,进而在老师的指导下推进课题研究,甚而提出自己的研究设想,进入自发自为的探索阶段。而“竞赛-专利”型科创英才的成长则往往经历了一个从依附团队参与竞赛,到晋升团队核心,探索竞赛项目,再到扎根项目,引领团队的过程。其间,他们的竞赛经验不断累积,团队配合逐渐默契,创新能力渐趋成熟。

从情境学习的理论视角看,两类本科生科创英才实际上主要是在不同的科创共同体中(“以教师为主要负责人的课题组或实验室”和“以学生同辈群体为主要负责人的竞赛团队”)通过与其中的教师或学生同辈群体的互动,在由边缘及中心地参与不同类型的科创实践活动的过程中,逐步成长成才的。其成长过程并非一帆风顺,有不少同学都一致提到他们曾不断地经历失败,也曾不止一次地想到过放弃,可以说,没有谁是随随便便“炼”成的。而支撑他们走到最后的主要原因恰恰是其内在的科创兴趣和其围绕着大学的有关科创制度而与导师或同侪形成的既互利又共情的密切互动。兴趣是他们克服科创过程中各种艰难险阻的强大内在动力,在兴趣的支撑下,科创英才们能在耐心坚守中寻找到科创困境的破解之道(如通过自学的方式获取科创所需的新知识),能在繁重的课业负担与科创活动中寻找到适合自己的时间平衡之术(如利用寒暑假集中推进科创活动或把晚上和周末的时间固定地分配给科创活动等),而与导师或同侪的密切互动则作为一种外部支持,为科创英才们克服困难提供了良好的探究氛围。比如,与导师或同侪的相互探讨,既可能碰撞出解决问题的新思路,也可能获得继续坚持下去的信心和鼓励。至于他们在每个成长阶段所停留的时间则可谓因人而异。不过,起始阶段基本都是从大一开始,也大致是在大三下学期到大四告一段落。其间,每个阶段停留的时间一般为1~3个学期。

与此同时,还有不少一开始也进入到科创共同体中开展科创实践的同学最终却没能成长为科创英才。他们大多选择在中途退出,且退出往往发生在第一阶段或第一向第二阶段过渡的时期。由于这部分学生群体并非本研究重点研究对象,故笔者对其尚缺乏精确的数据统计,但他们退出的原因对于我们全面地反思科创英才的成长和培养过程却不无裨益。根据科创英才们的描述,这部分学生群体往往是因为在以相对边缘的身份参与科创实践活动时感到无聊,发现自己对科创活动并不真正感兴趣,或者觉得科创活动太占用课余时间而中途退出的。以上两类学生群体(“中途退出者”和“坚持到底者”)正反两方面的经验说明,学校在为学生创设科创学习情境或进行有关制度设计时,应格外关注学生在进入科创共同体早期的科创兴趣培养及其学习时间的高效整合,并应为学生正确看待、勇于面对和努力克服科创过程中的失败提供充分的心理支持。同时,学生也应重视自身在抗挫折和抗压力方面的能力建设与品格塑造,正确认识科研活动的基本规律,学会合理安排学习时间。此外,科创英才的成长过程还有如下两个特征需要进一步阐明。

1. 成长阶段的跨越性特征

需要指出的是,本研究所抽象出的工科领域两类本科生科创英才成长的“三阶段”并不是严格意义上的依次逐级递进。以“实验-论文”型科创英才为例,个别备受老师“青睐”的“幸运儿”,由于“老师是班导师、学生为班委”等特殊关系的存在,提早被老师认定为是其优质的研究生后备生源,进而在科研起步阶段就得到了老师的重点关注与培养,并因此得以跨过以生生互动为主的打下手阶段,而直接进入到以师生互动为主的课题实现阶段,甚至跨越阶段二,直接将自己的研究设想在教师助力下付诸实践。同时,本研究中大多“实验-论文”型科创英才都停留在了阶段二,并未跨入到阶段三。究其原因,笔者认为并非由于多数此类科创英才不具有进行独立的科研思考的能力,而是主要由以下两点原因导致的。首先,从做实验到产出具有创新性的学术论文,通常需要一段较长的时间(主要指与科创竞赛和撰写专利相比),而当科创英才们完成第二阶段的研究工作以后,大多都已临近毕业,故缺少继续开展科研的充足时间,这是制约多数此类科创英才没能跨入第三阶段的最主要的限制性条件。其次,有不少“实验-论文”型科创英才在参加科研活动之初,就有着为读研积累资本的功利性考虑,因为国内外高校在评估本科生是否具有读研的潜质时,常把其本科期间的科研经历作为重要的参考依据。而当他们第二阶段的科研活动结束时,基本也就进入了研究生的实质性申请与选拔期,此时,当他们前期的科研经历已经有较高质量的学术论文作为优质的符号资本可支持其竞争读研资格时,他们通常就会选择先将本科期间的科研活动告一段落,并逐步开始向下一阶段的研究生生涯过渡。与此同时,少数从初高中便开始参与各类科创竞赛(如机器人大赛、航模比赛等)的“竞赛-专利”型科创英才,在进入大学前,便已经积累了相当多的竞赛经验,这也使他们成为“阶段跨越者”,即不需经历依附现有竞赛团队的边缘成员阶段,而是一开始就作为主要负责人去组建自己的竞赛团队,并在相当程度上主导着团队探索创新的方向与进程。

2. 成果产出的阶段性差异

无论对“实验-论文”型还是“竞赛-专利”型科创英才来讲,每个阶段均有可能产出科创成果,但各阶段的产出数量差异明显。

由表1可见,阶段二为“实验-论文”型科创英才的高产期(这与鲜有此类英才能进入到第三阶段密切相关)。这一方面说明教师的引导是推进这一类型本科生科创英才实现科研成果突破的关键因素,另一方面也说明本科生要相对自主地开展科研探索存在着较大的困难。而对于“竞赛-专利”型科创英才来说,第三阶段的成果几乎呈井喷式的爆发。这很有可能是这一阶段团队成员的创新能力渐趋成熟而诱发的结果。当然,科创成果在某一阶段的集中涌现除了与上述原因有关以外,还可能与本科生自身在大学不同时段的课业负担及其能用于科创活动的时间与精力,以及不同类型的科创活动通常需要的累积时间及其科创情境的可通约性等因素相关,故不宜做绝对化的理解。另外,我们还发现,“竞赛-专利”型科创英才的成果爆发似乎并不像“实验-论文”型科创英才那样深刻地依赖与指导教师的密切互动,他们的成果取得更像是一批朝气蓬勃、对科技原理向科技产品的物质转化兴趣盎然的学生同辈群体自己干出来的。指导教师在其中扮演的角色更像是科创资源的赞助者以及科创竞赛或专利申请方向的指点者或评估者(这对科创英才的成长亦非常重要),他们通常并不会像“实验-论文”型科创英才的导师们帮学生改论文那样,直接上手帮竞赛选手们调试科创设备或修改专利文书。这与相关研究的结论相契合:“科创竞赛团队这一大学生科研模式被证实是目前我国有关大学培养拔尖创新人才的有效方式”。

(二)科创英才培养的相关建议

1. 应分类优化工科本科生科创英才的学习情境创设

如上文所述,“实验-论文”型和“竞赛-专利”型的本科生科创英才经历的成长过程并不相同。虽然如情境学习理论所预示的,两类群体大体上也均有从 “边缘参与”向“充分参与”逐步过渡的共同特点,但他们的成长所依凭的微环境(主要指科创共同体)的显著差异也启发我们应该分类优化两类科创英才的培养环境,充分发挥指导教师和学生同辈群体在本科生科创共同体中的不同作用,使本科生不仅能“进得去”,而且愿意“留下来”。对于“实验-论文”型科创英才来讲,在他们进入其所赖以成长的课题组或实验室的早期,指导教师应格外重视其科研兴趣的启蒙,尽可能地加强与学生的直接互动,避免安排过多的、易打消其科研兴趣的琐碎事务。在选派高年级学生指导其开展实验操作等基础科研工作时,应注意选派科研经验丰富、学有余力且易沟通、善表达的学生,并且应密切关注课题组成员间的互动关系及其研究进展,发现互动关系不良或研究进展不利时,应全面、及时地了解相关情况,帮助学生疏导关系,引导学生正确面对和逐步克服研究困境,创建和谐健康的课题组氛围。对于“竞赛-专利”型科创英才来讲,由于其赖以成长的科创竞赛团队是以学生同辈群体间的互动为主的,其指导教师除了在为其科创活动争取充分的物质支持和经费保障以外,还应格外重视竞赛团队学生领袖的选拔与培养,选拔或培养出的团队领袖不仅应是科创兴趣浓、经验丰富且能力强的“实干家”,也应是道德品质高且会沟通、善表达的“成员关系协调人” 和“团队氛围营造者”。

从学校(院系)方面来讲,应着力为两类科创英才成长的科创共同体良性运转提供充分的制度支持。一方面,学校(院系)应为指导教师乐于倾情投入本科生科创共同体的建设提供制度支持,包括为教师提供相关工作业绩的合理认定,提供经费和物质资料等方面的财政支持,以及导生双方在科创过程中的规范性权责关系指导等。另一方面,学校(院系)应考虑设计与学生科创行为和成就相适应和相衔接的毕业设计(论文)制度、研究生推荐免试入学制度或研究生贯通培养制度等,让有志于进一步从事科创工作的本科生能够在本科阶段科创成就的基础上,进入创新能力发展的连续路和快车道。

2. 应审慎看待“竞赛-专利型”科创英才的成果暴涨现象

如前所述,“竞赛-专利型”科创英才的成果数量在第三阶段出现了突进式的暴涨。诚然,对于这批初登科技殿堂的少年来说,这一早期的科创成就或许正如默顿所言,有助于其形成某些持久的优势,如“接受日趋增多的研究所需的大量设备,较早地在前沿科学家的社会网络中交换信息和批判意见,保持其进一步从事研究的动机”等。但是,这些在复制前人或自己过去的成功经验的基础上快速累积起来的科创成就,也可能使其停下在一个更高层次上继续创新的脚步。这不仅是因为“新事物风险较大”,而且因为“新事物的回报往往会在时间上延迟,空间上分散”。因此,他们看似熟练创新的经验,同时也可能“使其信心的增长快于能力的增长,进而使尝试过早的终止”。此时,暴涨的科创成就对于“竞赛-专利型”科创英才来说,似乎已不再是赫胥黎口中“治疗沮丧发作的解毒药”,而更像是一剂急功近利的“兴奋剂”,需要引起教育工作者的警惕。为此,学校在学生有关科创成果奖励时,应加强对其创新特征的精准认定,避免对有关重复创新的重复认定;同时,应加强对学生创新精神的正确引导,避免其误入低水平创新的功利主义陷阱。

3. 应充分重视青少年科创活动的早期启蒙教育

历史上自然科学领域科学创造的最佳年龄峰值往往集中在人的青年时期,因此,在学生进入青年期之前就开展科创活动的启蒙教育,对于本科生科创英才的成长具有重要的意义。在本研究中,那些“成长阶段的跨越者”中有一部分人恰恰就是因为在大学前就已经接受了科研启蒙,从而走上了一条本科科创英才成长的快车道。与此同时,如果再考虑到大学基础学业任务对学生科创活动时间的挤压,科创兴趣的早期启蒙或许将具有更加重要的战略意义。下好拔尖创新人才培养的“先手棋”与我国“多出人才、快出人才、出好人才”的国策相适应,它要求我们应及早探索如何在基础教育阶段开展科创启蒙教育,以及如何创造一种与基础教育阶段相衔接的高等教育阶段的创新人才培养机制。

六、本研究的主要贡献、不足

与未来研究的建议

与不少关于本科阶段拔尖创新人才培养方面的研究主要在宏观层面探讨高校已经或应该为本科生创新提供什么样的制度与学习环境不同,本研究着重从微观层面入手,解构了那些本科生中的“科创英才” 们是如何通过自主的学习行动与选择,在与大学既有的相关制度与学习情境的相互作用中,逐步实现创新能力的提升和精英学生身份转变的具体过程,并就此类精英学生成长与培养过程中的跨越性特征和阶段性差异特征进行了分析。与此同时,在尝试打开此类精英学生“学习过程黑箱”的过程中,受情境学习理论视角的启发,本研究将工科本科生成长为科创英才的过程看作是其在学校创设的有关学习情境(主要指由指导教师和学生同辈群体构成的科创共同体)中不断学习和实践的过程,进而为由莱夫和温格创立的情境学习理论,提供了一个不同于助产士、裁缝、海军舵手等高水平知识和技能领域人才的学术类学徒的成长案例,即在一定程度上拓展了这一学习理论的解释范围。本研究的不足在于对那些同样进入科创共同体但最终选择退出的学生群体关注不够,缺乏相关的数据信息统计和两组学生的对比研究;另外,对本研究聚焦的科创英才们后来的发展尚缺乏进一步的追踪研究。以上两点不足恰是未来研究值得继续推进的研究议题和努力方向。

(全文及参考文献见《复旦教育论坛》2023年第5期,第72-82,本期推文为节选摘录,略有删减和编辑)

转自:“复旦新学术”微信公众号

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