依托重大工程培養拔尖人才的探索實踐

雷勇軍，羅亞中，周劍勇

(國防科技大學 1.電子科學學院；2.空天科學學院，湖南 長沙 410073)

一、引言

二十大報告指出，教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐；要實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐，要全面提高人才自主培養質量，著力造就拔尖創新人才。

重大工程可以實現國家科技實力的躍升，并推動國家經濟和社會快速發展。例如，美國阿波羅登月計劃，歷時12年，耗資超過250億美元，除將人類送上月球外，還極大地推動了數字計算機、干燥低溫保存食物、X光斷層掃描(CT)和核磁共振掃描成像術(MRI)等3,000多項基礎技術的發明，衍生出30,000多種高價值技術成果應用，為美國20世紀80年代的經濟騰飛打下了堅實基礎。

重大工程也是拔尖人才培養的最有效途徑之一。在曼哈頓計劃之前，美國只有1人獲得諾貝爾物理學獎，而曼哈頓計劃則至少培養了4位諾貝爾物理學獎獲得者(按參加計劃時年齡小于30歲且獲獎原因與核物理研究相關角度進行統計)。日本于21世紀初提出了“50年內有30位科學家獲諾貝爾獎”的科技發展目標，其依托電子信息與生命科技等重大科研計劃已經新增了19位自然科學領域諾貝爾獎獲得者。2015年，我國屠呦呦獲得諾貝爾生理學或醫學獎，其成果就源自于參加國家“523”抗瘧研究任務。因此，瞄準世界科技前沿與國家發展急需實施重大工程，是解決時代科技難題、培養拔尖領軍人才的重要手段。本文以空天拔尖人才培養為例，探索依托重大工程破解拔尖人才培養難題方法，助力創新型國家建設。

二、重大工程與拔尖人才培養體系的關系

(一)重大工程的技術變革對大學教育整體發展的引領性

從中世紀的神學院到今天的研究型綜合大學，大學教育經歷了幾次大的變革，其中工程技術變革發揮了巨大引領作用。在教學內容體系層面，工業革命之前的400年，大學主要是知識傳授，教學內容以神學、文史、哲學、天文學等為主。而在幾次工業革命間的約200年內，大學教學內容隨著科技的發展與技術的革新，發生了翻天覆地的變化[1-2]。以麻省理工學院為例，學院成立于1861年，初期主要培養工農業機械化生產的技術人員，教學內容在早期大學古典人文教育基礎上，增加了一些面向工業機械的工程工藝實踐，新科技類課程的數量較少，理論深度也不夠。在第三次工業革命之后，電子工業、航空航天、合成材料等知識密集型產業得到發展，對人才的需求轉化為受過良好科學教育、更具創造力的專業技術人才，其課程體系更加重視科學原理的講授與實驗，明顯加重了數學、應用力學、化學等科學課程的比重。進入21世紀，人工智能、虛擬現實、生物醫藥等技術快速發展，復雜系統和學科交叉的特點充分展現，人才培養需求轉變為具備寬廣的科技知識與扎實的工程實踐能力，課程建設進而突出通識教育的廣度，注重系統思維培養和工程實踐能力訓練[3-5]。同時，在辦學模式等宏觀層面，推動了大學教育與辦學體系整體改革創新。比如，新一輪科技革命與產業變革在世界范圍內加速了高等工程教育的改革發展，催生了美國的CDIO(conceive-design-implement-operate)教育模式和NEET(new engineering education transformation)計劃、德國的“雙元制大學”模式改革，以及我國的卓越工程師計劃和“新工科”建設等[6-7]。

(二)重大工程對拔尖人才培養的全面支撐性

重大工程瞄準國家的戰略需求，旨在實現國家在若干領域的國際領先，是國家實施專項投入、匯聚國內優秀人才、歷時若干年攻關才能完成的龐大計劃。重大工程對拔尖人才培養的全面支撐性主要體現在三個方面：首先是重大工程瞄準當前及未來一段時期內對國家科技發展具有突出影響的戰略性技術方向，其本身必然蘊含著大量的基礎性、前沿性技術難題，可為拔尖人才的創新能力激發提供豐厚沃土。其次，重大工程攻關不僅僅是基礎理論的研究，更是關鍵技術的突破和工程化應用。在攻關過程中，必然會建設面向前沿技術驗證的一流科研實驗條件。一流的實驗條件可以轉化為一流的教學條件，形成對拔尖人才培養的重要支撐。最后，重大工程的艱辛攻關過程，是團隊不斷嘗試、協作、實驗、改進的集智攻關過程，將打造一支高水平團隊并形成重大工程的若干精神或文化，如載人航天工程的年輕科學家群體和載人航天精神，可為拔尖人才培養和精神品質塑造奠定堅實基礎。

三、典型重大工程帶動拔尖人才培養的主要做法

(一)曼哈頓計劃和阿波羅計劃帶動拔尖人才培養的一流平臺建設

曼哈頓計劃依托大學建設系列研究實驗室，將人才培養納入實驗室科研活動進行組織，形成了在大學與工程實驗室一體化基礎上的大工程組織模式，如洛斯阿拉莫斯實驗室就有9,000余人。曼哈頓計劃結束之后，美國于20世紀60年代又開始實施了阿波羅登月計劃。阿波羅計劃進一步完善了依托大學建立與運行工程實驗室的制度，包括新建工程實驗室和優化整合已有實驗室等舉措。比如，在麻省理工學院輻射實驗室的基礎上建立了林肯實驗室，新組建勞倫斯利弗莫爾國家實驗室等。美國依托大學建設實驗室推進重大工程研究和人才培養的模式，得到了國內外學術界的普遍關注和青睞。例如，勞倫斯科弗莫爾國家實驗室對加州大學、阿貢國家實驗室對芝加哥大學、斯坦福直線加速器中心對斯坦福大學的支撐作用非常明顯?？梢?，一流創新平臺極大提升了大學的綜合實力和拔尖人才的集聚效應[8]。

(二)“兩彈一星”和載人航天工程帶動拔尖人才培養的群體效應

“兩彈一星”工程中，依托國家(以中科院為主)成立新的研究院/研究所，再由研究院/研究所負責建設實驗室和開展人才培養工作。例如，為加強原子彈總體領導和基礎理論研究，成立了國防部五院和中科院力學研究所等。載人航天工程中，國防科技大學空天科學學院承擔了多項關鍵技術研究。學院瞄準工程需求和技術前沿，調整設置空間工程、飛行器系統與工程等本科專業，依托工程單位的一流實驗條件，實施由學校和工程單位聯合指導畢業設計、開展研究生學位論文選題等創新舉措，培養了以航天一院總設計師等為代表的一大批拔尖人才，并獲得全國優秀博士學位論文11篇，省/軍隊優秀學位論文106篇次。

(三)北斗導航系統帶動拔尖人才培養的哺育模式

基礎理論和關鍵技術的突破可以極大地推動重大工程的研制進程。瞄準重大工程的堵點和難題，布局骨干人員開展研究，是依托工程培養杰出人才的重要手段。北斗導航系統團隊從數學理論基礎研究入手，用3年時間攻克了困擾工程10年的技術難題，先后突破20余項關鍵核心技術，實現了全體制、全系統、全鏈路的技術覆蓋。

我國的幾項重大工程，除了工程創新和人才培養之外，還孕育了“兩彈一星”精神、載人航天精神和新時代的北斗精神，激勵了一代代科技人才勇攀科技高峰，這更是拔尖人才培養必不可少的精神財富。

四、拔尖人才培養的形勢分析

依托工程開展拔尖創新人才培養已成為當前各高校教育改革的重要方向之一。浙江大學依托國家重點實驗室打造新型科研平臺，使得本科生全員參與工程項目或科研訓練[9]。華中科技大學依托武漢光電國家研究中心，成立了工程科學學院。該學院與研究中心共建教學科研平臺，重構理論與實踐相結合的多模塊交叉課程體系，設計了“基于項目的學習”實踐環節[10]。荷蘭代爾夫特理工大學以企業實際項目為依托，根據項目需求組建跨專業學習團隊，共同完成工程的項目設計、系統編程等內容，達到了項目式“做中學”的教學目標。另外，該校航空航天學院的項目式教學改革已被麻省理工學院發布的《全球一流工程教育發展現狀》咨詢報告列為國際高等工程教育改革的典型案例[11-12]。但是，面對新技術的不斷涌現和國家綜合科技實力競爭的戰略需求，我們也意識到拔尖人才培養仍面臨很多新挑戰。

(一)拔尖人才培養模式機制創新設計不夠

不同歷史時期、不同專業領域，對拔尖人才的能力素質需求不同，其培養模式和機制就不能一成不變。面向新時期拔尖人才培養，各單位在培養模式方面開展了書院制大類培養、貫通式課程體系改革等創新探索，但整體上仍受傳統經驗和思維影響，其培養模式機制創新設計不夠。例如，知名的行健書院、元培學院等均借鑒國外書院的經驗做法來加強學生的個性化發展和綜合素質培養，這本身是一個很好的改革嘗試，但在課程框架、學生管理、考核評價等方面還沒有完全擺脫傳統學院的影子[13]。

(二)拔尖人才創新能力培養體系不夠系統

要培養學生的創新意識，就要使學生接觸、理解前沿基礎理論和科學問題，在問題引導下不斷思考和開展研究。當前，很多高校通過開設前沿技術概論課以及專家講座等來傳授前沿技術知識。例如，某大學飛行器設計與工程專業開設了“深空探測導論”技術概論課[14]。這些措施雖有助于學生了解和學習本專業的前沿知識，但由于理論課程講授的局限性，往往不能很好地做到前沿理論與工程的結合、前沿技術與應用實踐的結合，因此難以有效培養學生的創新能力。有些高校的工科學科基礎課程“理論力學”，其實驗項目還主要是靜/動摩擦系數測試、剛體轉動慣量測試等知識點的基礎性實驗。因此，課程對創新能力培養的體系貢獻度還有待進一步加強。

(三)拔尖人才優良品德培育不夠扎實有效

拔尖人才是國家依托大學、工程等投入大量社會資源培養的科技創新骨干力量，應該具備愛崗敬業、愛國奉獻的價值品質及嚴謹求實的科學精神。由于空天領域與國家安全緊密相關，其工作內容和評價標準往往具有國家屬性，較難以個人的物質獲得為導向，相關差異在一定程度上會影響到拔尖人才的職業認同感和事業歸屬感。例如，某專業學生就業意向調查顯示，僅有約60%的學生愿意繼續從事航空航天領域的相關工作[15]。隨著系列政策與制度的出臺，相關問題會得到較大改善，但艱苦奮斗、愛崗奉獻、團結協作等品質仍然是拔尖人才不可或缺的品德素質。

五、依托重大工程開展空天拔尖人才培養的探索實踐

空天領域是知識技術密集型領域，也是復雜工程技術應用最集中的領域。探索依托重大工程開展空天拔尖人才培養，有助于推動我國空天技術跨越發展，也對其他領域拔尖人才培養具有一定的借鑒意義。

(一)瞄準重大工程前沿人才需求，探索構建拔尖人才培養新模式

國防科技大學空天科學學院圍繞制勝空天的拔尖人才培養需求，依托國家重大工程的尖端引領性、平臺先進性和精神帶動性，從拔尖人才成長路徑設計、一流人才培養條件建設、拓天文化育人等多維度開展人才培養模式創新。首先，前瞻布局學科和專業，增設多個本科專業，制定全軍首批碩博貫通式人才培養方案，形成了拔尖人才成長的清晰路徑。其次，以工程需求為牽引，系統優化拔尖人才培養的目標定位、教學體系和實施方法，實施理論力學、自動控制等學科基礎課程的一體化貫通設計，依托課程綜合實驗和專業綜合實踐項目全面加強教學的工程化及案例化實踐，實踐教學比重提升了10%以上。再次，依托重大工程攻關中建設的高水平科研條件，結合科研成果，進課堂、進教材、進實踐，建設形成了一流教學資源。另外，通過制定實施《高水平教學團隊立項建設辦法》等規章制度，引導科技創新團隊深度參與教學工作，支持科研團隊、教學團隊融合發展，建設曉于工程、精于教學的高水平師資隊伍。

通過構建依托重大工程培養拔尖人才的模式機制，形成了“航天人才森林”現象，產生了拔尖人才培養示范性效果。

(二)依托重大工程的技術引領性，構設創新能力培養新體系

一方面，緊扣重大工程需求，以課程體系改革為抓手，瞄準創新能力培養目標，優化課程體系和教學內容，提升課程整體的工程貼合度和前沿性；另一方面，著眼工程思維培養，夯實課程案例教學和工程思維引導，形成依托重大工程的貫通式創新能力提升路徑。按照不同專業人才培養細分要求，梳理各專業主要工程技術方法和應用需求，以創新能力培養為導向，實施項目式學科基礎課程群和專業基礎課程群優化整合。以飛行器設計與工程專業為例，將學科基礎課程群和專業基礎課程群優化設計為飛行器總體課程群、基礎力學課程群、動力學與控制課程群及電子新課程群。

結合工程攻關創新成果建設教學案例，加強前沿成果與經典教學內容的有機融合，將空天領域若干工程案例貫穿于課程教學的全過程，實現面向工程問題剖析、問題抽象、問題建模的全過程貫通，進而訓練和提升學生的工程思維。首先剖析工程關鍵問題，找出工程問題的核心要素；再結合工程要求和課程知識，將問題進行抽象并開展問題建模，如圖1所示。引導學生從工程問題出發，逐步進行問題簡化和抽象，直至得到問題求解方法與數據曲線，讓知識學習不再局限于書本與公式。

圖1 工程思維培養案例設計

通過面向重大工程的系統性課程優化設計，有效支撐了5門國家級、12門省級一流課程建設，出版了10余部優秀教材，為拔尖人才培養創設了有力條件。

(三)依托重大工程的實驗條件優勢，打造一流實踐資源體系

依托重大工程建設的高水平科研實驗條件，以實踐能力產出為導向，統籌考慮實驗平臺對拔尖人才培養的支撐作用，將科研環境與教學實驗條件相融合，建設進階式“課程綜合實踐+創新訓練項目+工程科研實踐”三級實踐體系，打造一流實踐資源體系，為學生復雜工程實踐能力培養提供有力支撐，如圖2所示。

圖2 依托重大工程構建進階式實踐體系

課程綜合實踐以工程案例教學、課內應用實驗為主，主要增強學生的專業基礎實踐能力。進入高年級后，以若干實際工程任務為主線，針對不同層級、不同類型學生的知識結構和階段性培養目標，進一步將基礎科學問題和技術問題分解，細化形成系列創新訓練項目，以各類工程設計競賽、科研平臺實習等方式實施，主要培養學生面向具體工程問題求解的實踐能力。同時，以工程科研實踐為抓手，開展基于科研項目的畢業論文選題或自主創新實踐，著重培養直接面向工程的創新設計和技術應用實踐能力。

依托重大工程，將一流科研實驗條件轉化為一流教學實踐條件，打造了高水平國家級實驗教學中心、湖南省研究生創新實踐基地等創新實踐平臺，顯著提升了學生創新實踐能力。自2015年以來，學生分別獲得第十屆國際空間軌道設計大賽冠軍、全國大學生挑戰杯特等獎、iCAN國際大學生創新創業大賽特等獎、國際大學生航天器設計大賽一等獎等高水平學科競賽獎項100余項。

(四)發揮重大工程的思政育人優勢，培塑學生優良品德

國家重大工程輝煌成就的背后飽含了成千上萬人前赴后繼、自主創新的艱辛探索，涌現出了諸多先進人物事跡，既是學生科研素養錘煉的典范，又為學生思政教育提供了素材。按照“三全育人”要求，在時間維度構建了常態性培育、階段性升華和自主性養成的思政育人體系。通過課程思政、專項熏陶、工程磨煉等舉措，不斷培塑學生優良品德，如圖3所示。

圖3 依托重大工程的“三全育人”體系

繼承和發揚“兩彈一星”精神、載人航天精神，挖掘重大工程中的先進事跡、科學思維等思政要素，構建思政案例庫，融入各類課程開展常態性的思政教育。2022年，學院有3項案例獲得了第二屆全國高等學校力學類專業優秀課程思政案例。通過舉辦杰出校友論壇、空天科技文化節、空天特色俱樂部等專項活動，開展專題式熏陶教育，助力學生思政教育升華。學院現已連續17年舉辦空天科技文化節，創辦了空天技術前沿沙龍等品牌活動，每年邀請杰出校友來校講學5次以上。通過將學生置于重大工程攻關中摔打錘煉，進一步磨煉學生家國奉獻、團結協作、精益求精的精神品質，最終引導學生形成將個人價值與維護國家空天安全相結合的行動自覺。

六、結語

重大工程是當前大科學時代解決國家戰略性技術瓶頸的最有效手段之一，深空探測、自主芯片、人工智能等國家重大基礎研究的技術攻關和拔尖人才培養均可采用重大工程方式實施。未來依托重大工程開展拔尖人才培養時，應關注以下幾個方面。一是開展有組織的科研和人才培養。有組織的科研和人才培養包括：統籌設計面向工程與教育的國家重點實驗室、梯隊化的“領軍人才—青年骨干—學術新星”等新型一流團隊培育、科學靈活的評價管理機制。二是創新拔尖人才培養新模式、新機制。大學是知識與理論的創新天堂，工程是技術實踐的樂土，大學與工程單位、大學與大學之間都應該創新合力育人模式，協力培養拔尖人才。三是賦予大學更多的辦學資源和管理自主權。大學是拔尖人才培養的主陣地，不同大學需要根據自身的優勢特色開展辦學，實施人才的個性化培養。應賦予大學更多的重點實驗室建設與管理、學科專業優化、辦學水平考核評價等自主權，適當減少大一統的評價要求和評比活動，充分釋放大學自主探索的活力生機。