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應(yīng)用研究型課程為契機提高學生科研興趣和創(chuàng)新能力
應(yīng)用研究型課程為契機提高學生科研興趣和創(chuàng)新能力
覃愛苗，趙良傳，蘇桂妹，吳一凡，張開友，張發(fā)愛
（桂林理工大學材料科學與工程學院，廣西桂林541004）
摘要：本文通過分析目前大多數(shù)大學生實際操作能力不強以及對科研興趣不濃厚的主要原因，基于CDIO教學理念討論了如何通過理論和實踐的有機結(jié)合來提高學生對科研的興趣和創(chuàng)新能力，并以應(yīng)用研究型課程“納米材料的制備及表征”為例，通過課程實踐總結(jié)出一些行之有效的經(jīng)驗和方法。
關(guān)鍵詞：CDIO；理論與實驗；應(yīng)用研究型課程；科研興趣；創(chuàng)新能力
一、前言
隨著我國素質(zhì)教育改革的不斷深化和推廣，國家教育部適時引入了國外CDIO教學理念[1]，旨在不斷提高學生的實踐能力和綜合素養(yǎng)。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗，是一種將實踐教育與理論教育相結(jié)合的教育理念。針對目前大多數(shù)本科生的創(chuàng)新及實踐能力較差、科研興趣不濃、難以適應(yīng)市場需求的現(xiàn)狀，通過各種方式及途徑來提高學生的科研興趣、創(chuàng)新及實踐能力的課程改革與實踐也應(yīng)運而生。開展研究型課程學習是基礎(chǔ)教育課程改革的一個重要內(nèi)容，它符合素質(zhì)教育對中小學教育的要求，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。研究型課程，指的是學生在教師指導下，根據(jù)各自的興趣、愛好和條件，選擇不同的研究課題，獨立自主地開展研究，從中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的一種課程。其重要特征是堅持學生在課程實施過程中的“自由選題，自主探究和自由創(chuàng)造”[2，3]。而應(yīng)用研究型課程是我校近年來根據(jù)教育部關(guān)于高等教育教學改革的發(fā)展方向[4]，針對本科生課程開展教學改革的重要舉措之一，其目標是：培養(yǎng)學生具有永不滿足、追求卓越的學術(shù)態(tài)度，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、從而解決問題的創(chuàng)新能力；其基本內(nèi)容是：在提出問題和解決問題的全過程中學習科學研究方法、獲取豐富且多方面的學術(shù)體驗和獲得科研知識；而基本的教學形式是：在教師指導下，學生自主采用研究性學習方式開展應(yīng)用學術(shù)研究。本文以作者所實踐的應(yīng)用研究型課程為例，分析了目前大學生科研興趣不高、實踐能力不強的原因，并提出了一些改革經(jīng)驗及措施。
二、學生科研興趣不高及實踐創(chuàng)新能力差的原因分析
目前，相當一部分大學生不能對所學的理論知識和學科實踐做到有機結(jié)合，導致對科研興趣不高和實踐創(chuàng)新意識不強[5]。針對這種情況，我們結(jié)合《納米材料的制備及表征》應(yīng)用研究型課程的學習情況，認為主要有如下幾個原因。
1.基礎(chǔ)知識薄弱。低年級學生在做基礎(chǔ)實驗的時候，老師沒有將理論知識分析透徹，學生缺乏對實驗原理及實驗操作的提前探究，以至于每次實驗都僅僅只是按照老師所給的步驟按部就班，沒有做到更深層次地剖析實驗的內(nèi)部因素以及實驗設(shè)備的使用原理，以至于做完就忘，根本不能更好地運用在今后的實驗和工作中。而對于高年級的學生來說，心思主要放在了找工作和考研上，對實驗馬虎了事。這就導致了理論知識不夠豐富，實際經(jīng)驗又缺乏，致使學生根本不會想著所謂的培養(yǎng)科研興趣，提高創(chuàng)新能力。
2.不了解學科發(fā)展的新動態(tài)。由于沒有濃厚的科研氛圍和相關(guān)專業(yè)老師的指引，導致很多學生的科研興趣沒有得到更好地培養(yǎng)，創(chuàng)新意識也未能得到系統(tǒng)的訓練；其次是由于缺乏對本學科的最新科研成果和研究方向的了解，使學生漸漸失去對本專業(yè)學科知識的興趣以及對最新的科研動態(tài)的了解意識，進而未能及時打下雄厚專業(yè)基礎(chǔ)知識、在實踐中提出自己的新見解。
3.理論知識和實際操作的結(jié)合不夠及時。目前本科生的課程設(shè)置通常是一、二年級全部為基礎(chǔ)理論知識，三年級之后才開始涉及專業(yè)實驗課程。因此，到三年級開設(shè)專業(yè)實驗課程時，由于學生對低年級時所學的理論知識記憶不深、理解不夠透徹，使其在實驗過程中弄不明白實驗原理，理不清實驗思路，對實驗儀器操作因不熟悉而產(chǎn)生抗拒感。如本學院的金屬材料專業(yè)學生在一、二年級就學習了《材料概論》等有關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及制備的專業(yè)知識，因沒有接觸到任何相關(guān)實驗，因此只能死記硬背，應(yīng)付考試。對書中所提到的一些實驗原理和方法、實驗設(shè)備的原理和使用技巧以及實驗數(shù)據(jù)的處理等方面的知識，沒能得到及時的實際操作和體驗，覺得所學的知識沒用。因此，不合理的課程設(shè)置導致理論知識和實際操作的結(jié)合不夠及時，使學生漸漸覺得科研遙不可及，最終喪失了對科研的興趣，更別說創(chuàng)新的培養(yǎng)了。
三、提高學生的科研興趣和創(chuàng)新能力的應(yīng)對措施在傳統(tǒng)的本科教學過程中，多數(shù)課程主要著重于理論知識的講授，學生很難發(fā)揮自己的思維創(chuàng)新能力；而應(yīng)用研究型課程是著重培養(yǎng)學生動手和創(chuàng)新思維能力的課程[6]，不但能讓學生收獲一些關(guān)于其研究領(lǐng)域的知識，而且能培養(yǎng)學生的自主學習能力，使學生在完成一系列的實驗內(nèi)容過程之后，既可以進一步鞏固基礎(chǔ)理論知識，使理論與實踐達到融會貫通，又能夠不斷提高自身的創(chuàng)新意識和操作技能。更重要的是，通過一系列的實踐活動，可以提高學生的適應(yīng)性和激發(fā)學生對科研的興趣和創(chuàng)新能力。以下以應(yīng)用型研究課程“納米材料制備及表征”為例，具體闡述提高學生的科研興趣和創(chuàng)新能力的措施。
1.鞏固基礎(chǔ)知識、拓展知識面。“納米材料的制備及表征”課程分為三個模塊，分別為理論模塊、實驗?zāi)K及能力測試模塊。這三個模塊的訓練實施始終貫穿于每次的授課中。授課內(nèi)容基本按以下的程序進行：首先，上課前告知學生一個主題，并圍繞該主題給學生留下幾個問題，要求學生去查找該相關(guān)文獻，收集數(shù)據(jù)，了解相關(guān)的知識。并且保證學生在每個實驗項目前有充足的時間預(yù)習實驗內(nèi)容。其次，上課時，先組織學生對他們所收集的資料進行討論，讓同學對即將進行的實驗的原理、實驗步驟、可行性等方面提出自己的看法，然后集思廣益，確定一個最佳的實驗方案，隨后各個小組根據(jù)實驗方案分別進行具體實驗操作。最后，學生提交實驗報告，老師進行點評，并就實驗過程中出現(xiàn)的具體問題和錯誤及時進行指正。在這個過程中，不僅極大地調(diào)動了學生的自主學習積極性，而且使他們的思考更有方向性和目的性，幫助學生更透徹地理解和掌握實驗的原理和準確控制操作步驟。學生對實驗中涉及的理論知識有針對性地查找各種相關(guān)資料的過程，本身就是一個“溫故而知新”的過程，對把原有知識的融會貫通及鞏固與加強具有很大幫助。此外，本課程通常還會留一些課后思考題來測試和拓展學生的知識面。這種新型課程，既使學生收獲實驗過程帶來的快樂，又收獲知識的積累。并且通過課前討論、課堂指導、課后總結(jié)的方式，達到夯實理論知識和實踐動手能力的目的。
2.介紹學科發(fā)展新動態(tài)，擴展學生思維空間。本課程通常在課前對某一主題的相關(guān)領(lǐng)域進行介紹，布置課前作業(yè)，讓學生課外自行收集材料。如在進行“納米硫化鋅的水熱法制備”這一實驗項目時，授課教師先介紹納米硫化鋅的結(jié)構(gòu)及物化特性，隨后介紹納米硫化鋅的最新用途及應(yīng)用前景，然后讓學生去查詢硫化鋅的相關(guān)制備方法、用途及性能，重點查詢水熱法制備硫化鋅的方法原理及操作步驟、預(yù)期實驗效果等。學生開展實驗時，要認真觀察實驗現(xiàn)象，并對出現(xiàn)的異常現(xiàn)象要及時分析原因，同時教師通過靈活改變實驗條件，讓學生發(fā)揮想象力，驗證自己對實驗結(jié)果的猜想，并與老師作經(jīng)驗分析和討論。通過這一過程訓練，不僅讓學生了解了該學術(shù)領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)，同時也使他們的思維空間得到了擴展。
3.加強理論及實踐相結(jié)合，提高實驗操作技能。本課程與傳統(tǒng)理論授課的最大區(qū)別之處是我們把實踐與理論知識密切結(jié)合，將理論知識貫穿于實驗項目中。如在傳授納米材料特性（如量子尺寸效應(yīng)）的相關(guān)知識時，我們設(shè)計了一個實驗項目“納米金膠體的制備及吸收光譜的測定”，通過實驗讓學生直接觀察到納米金的顏色隨其直徑由大到小呈現(xiàn)紅色至紫色的變化，而吸收光譜的最大吸收峰也隨粒徑的變化發(fā)生紅移或藍移現(xiàn)象。通過類似實驗，使學生對納米材料的相關(guān)知識了解地更加深刻。此外，在實驗過程中，我們經(jīng)常要使用到一些先進的分析儀器，學生通過教師指導并自己動手使用儀器，對他們認識、掌握儀器的原理、結(jié)構(gòu)以及使用方法更為直觀及全面。這些都是在傳統(tǒng)課堂中沒有辦法學到的，對于拓展學生的知識面、幫助學生鞏固學過的相關(guān)知識、提高其實驗操作能力及分析問題與解決問題的能力都有很大的幫助。
四、結(jié)語
納米材料的制備及表征是我校為材料類專業(yè)本科學生開設(shè)的應(yīng)用研究型課程，主要講授納米材料制備及表征的基本專業(yè)知識，以利于學生拓寬知識面、開拓視野，為學生發(fā)展個性、學會選擇開辟了一個比較廣闊的天地。學生經(jīng)過課程實際實驗訓練后，其科研興趣及動手能力得到進一步加強和提高。對加強材料科學與工程專業(yè)的學科建設(shè)，使學術(shù)性與實用性并重、培養(yǎng)能適應(yīng)未來社會發(fā)展需要的復合型、通用型人才具有積極意義。
參考文獻：
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[4]教育部關(guān)于進一步深化本科教學改革全面提高教學質(zhì)量的若干意見[Z].教育部高等教育司，2007年2號文件。
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[6]郭曉斐，許斌，杜婕。《材料分析化學》課程研究型教學模式的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014，13（15）：165-166.
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