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應用研究型課程為契機提高學生科研興趣和創(chuàng)新能力
應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
�。ü鹆掷砉ご髮W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合來提高學生對科研的興趣和創(chuàng)新能力，并以應用研究型課程“納米材料的制備及表征”為例，通過課程實踐總結出一些行之有效的經驗和方法。
關鍵詞：CDIO；理論與實驗；應用研究型課程；科研興趣；創(chuàng)新能力
一、前言
隨著我國素質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代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產品研發(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、技術與經驗，是一種將實踐教育與理論教育相結合的教育理念。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運而生。開展研究型課程學習是基礎教育課程改革的一個重要內容，它符合素質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]。而應用研究型課程是我校近年來根據教育部關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用學術研究。本文以作者所實踐的應用研究型課程為例，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，我們結合《納米材料的制備及表征》應用研究型課程的學習情況，認為主要有如下幾個原因。
1.基礎知識薄弱。低年級學生在做基礎實驗的時候，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部因素以及實驗設備的使用原理，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合不夠及時。目前本科生的課程設置通常是一、二年級全部為基礎理論知識，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》等有關于材料的結構、性質及制備的專業(yè)知識，因沒有接觸到任何相關實驗，因此只能死記硬背，應付考試。對書中所提到的一些實驗原理和方法、實驗設備的原理和使用技巧以及實驗數(shù)據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，不合理的課程設置導致理論知識和實際操作的結合不夠及時，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于其研究領域的知識，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容過程之后，既可以進一步鞏固基礎理論知識，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性和激發(fā)學生對科研的興趣和創(chuàng)新能力。以下以應用型研究課程“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、實驗模塊及能力測試模塊。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文獻，收集數(shù)據，了解相關的知識。并且保證學生在每個實驗項目前有充足的時間預習實驗內容。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領域進行介紹，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構及物化特性，隨后介紹納米硫化鋅的最新用途及應用前景，然后讓學生去查詢硫化鋅的相關制備方法、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�，F(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，驗證自己對實驗結果的猜想，并與老師作經驗分析和討論。通過這一過程訓練，不僅讓學生了解了該學術領域的最新發(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）的相關知識時，我們設計了一個實驗項目“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知識了解地更加深刻。此外，在實驗過程中，我們經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、結構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)本科學生開設的應用研究型課程，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，使學術性與實用性并重、培養(yǎng)能適應未來社會發(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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