工科院校理科大学生创新与科研训练实施方案研究

叶文江, 张志东, 邢红玉, 孙玉宝

(河北工业大学 理学院, 天津 300401)

工科院校理科大学生创新与科研训练实施方案研究

叶文江, 张志东, 邢红玉, 孙玉宝

(河北工业大学 理学院, 天津 300401)

工科院校理科大学生培养具有基础性和交叉性特点。基于河北工业大学物理专业大学生创新和科研训练实施取得的经验,总结了具体的实施方案。此实施方案可以加以推广,能有效地促进大学生创新创业项目申请的公平公正,使真正有创新的项目得以实施,提高项目的先进性,同时还能使学生掌握一定的科研技能,为继续深造打下良好的基础。

创新与科研训练； 基础性； 交叉性； 实施方案

创新训练是培养创新型人才的必然要求,是高等学校教学过程中实现素质教育和创新人才培养目标的重要环节,其注重受教育者的体验和知识的内化,能够使理论知识得到直观的验证,有助于知识的消化和能力的全面提高。创新训练在培养学生发现、分析和解决问题的能力以及实践、创新能力和创新精神等方面,具有不可替代的作用。河北工业大学物理系从2012年开始全面实施大学生创新与科研培训方案，取得了一些成效，现简述于下。

1 实施背景

根据《教育部 财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》(教高[2011]6号文件)[1]和《教育部关于批准实施“十二五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革工程”2012年建设项目的通知》(教高函[2012]2号文件)[2],教育部决定在“十二五”期间实施国家级大学生创新创业训练计划,目的是促进高等学校转变教育思想观念,改革人才培养模式,强化创新创业能力训练,增强高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力,培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。不同的高校,包括“985工程”院校、“211工程”院校和地方高校结合本校的办学特点和实际情况,提出了大学生创新创业训练计划项目的研究与实践改革方案[3-7]。河北工业大学更是把此项目列为“十二五”期间教育部实施的“本科教学工程”项目,制定了“河北工业大学‘大学生创新创业训练计划’项目管理办法”(校政字[2012]163号文件)[8],提出了很多便于项目开展的优惠政策,为项目的顺利完成提供保障。即便如此,项目实施过程仍然存在一些问题，如教师和学生的创新意识欠缺、协同创新能力较差、参与创新训练的学生选拔制度和项目考核制度不完善等。

此外,大学生参与科研训练在很多大学里一直是大学生能力培养的重要手段,尤其是部属高校。有的学生甚至从大二就开始跟教师进行科研训练,到大学毕业时已完全掌握了从事科研的方法,为研究生阶段的学习打下了良好的基础,很容易取得更大的成绩。河北工业大学也鼓励大学生参与科研训练,不过主要是针对优秀班的学生。相对于普通学生,优秀班的学生在课余时间要学习很多与科研相关的知识和技能,自然在科研训练中存在一定优势。不过,如果普通学生真正对科研有兴趣的话,从事这项训练也会取得很好的成绩。如何扩大学生参与科研的范围,让更多的学生都参与进来并进行管理,也是实施方案研究的一个重要方面。

河北工业大学是典型的地方工科院校,应用物理系专业方向是液晶物理,是国家级特色专业,其目标是培养液晶物理人才,为液晶行业注入新鲜血液。基于液晶在显示中存在的问题及液晶在非显示领域的应用,物理系的教师从2012年开始连续3年指导学生申请大学生创新项目,每年都有国家级立项项目。目前,2012和2013年的项目已结题,指导学生发表中文核心期刊论文5篇,申请授权实用新型专利2项。同时,指导学生科研训练发表论文8篇。本文基于大学生创新项目和科研训练实施取得的经验,总结了工科院校理科大学生创新与科研训练的实施方案,为其他工科院校理科大学生创新与科研训练实施提供借鉴。

2 实施方案

物理学科是基础学科,与其他学科(如电气、材料、电子、信息、生物等学科)有紧密的联系,为其他学科提供基础理论。液晶物理方向更是跨多门学科的研究方向,液晶显示领域涉及光学、材料、电子及计算机等多个学科,液晶非显示领域涉及电气、材料、信息、生物等多个学科[9]。因此,物理专业大学生创新与科研训练计划的基本原则是发挥不同学科的优势,形成互补,加快创新成果的周期。同时,指导教师也要在专业领域和专业相关的领域具有一定的基础。除此之外,合理的选拨与考核制度能够保证和监督训练过程的顺利实施。具体实施方案为:

(1) 指导教师自身业务及创新能力培养。如何为指导教师营造一个良好的学术氛围,提高指导教师的科研水平及创新能力,并渗透到日常教学中,使学生受到启发。首先,指导教师要不断学习基本知识,把握学科发展动向；其次,定期召开学术讨论会,及时纠正思路。

(2) 学生创新与科研训练能力的培养。教授学生如何把握创新点,对提出的问题如何进行分析,抽象出创新点；如何使学生得到有效的科研锻炼,为研究生阶段的学习打下良好的基础。教师在课堂教学中传授科研经验和技巧,学生要具体实践,达到充分领会。

(3) 协同创新机制。如何使不同学科教师与学生之间达成合作意向,针对某一项目共同完成,充分发挥各自的优势,实现协同创新[10-12]。针对物理专业的特点,其创新与科研训练可能涉及信息、材料、电子等多个学科,可以尝试与这些学科之间的合作。

(4) 创新与科研训练学生选拔制度。创新和科研训练的主体是学生,主要针对有兴趣和一定基础的学生,要求学生对项目的完成有必胜的信心,并且付出一定的辛苦,因此选拔学生具有非常重要的意义。可以通过考试加面试的形式,有针对性地选拔学生,使学生在创新和科研训练中真正得到锻炼。

(5) 创新与科研训练项目考核制度。对获批的创新项目,学校要进行中期检查,目的是使项目按照预期的进度开展,并且保证质量。为了配合学校的检查,同时也为了项目的顺利完成,建立一个定期检查考核制度,对完成较好的项目提出表扬,较差的项目提出警告,不同的项目之间定期进行沟通,形成互勉。科研训练项目定期设定目标,完成较好的给予适当的物质奖励,较差的也要给予精神上的鼓励和实际帮助。

通过实施方案的实施,能够达到3个目的:一是教师和学生创新与科研能力的培养,提出更多的创新点,发表更高水平的研究论文；二是创建合理的学生创新与科研训练选拔竞争机制,充分调动学生参与项目的积极性；三是建立完善的创新与科研训练项目考核制度,对每一个创新和科研训练项目监督,促进项目按质按量完成。

3 实施案例

下面以2013年国家级大学生创新训练计划项目“液晶盒电容测试仪器的开发与应用”的申请与实施为案例分析实施方案的成效。

3.1 “液晶盒电容测试仪器的开发与应用”的申请与实施过程

液晶盒的基本构造是在2块透明导电玻璃之间充入一定的液晶,其本身构成一个电容器[13]。与一般的固定电容器不同,液晶盒电容是可调的。在外加电压作用下,液晶指向矢发生形变,整个液晶层的介电常数会随之改变,这样液晶盒的电容亦会发生变化[14]。利用液晶盒电容随外加电压的变化(C-V曲线),可以对液晶材料的弹性常数、介电常数、挠曲电系数及液晶盒基板的锚定能[15]等参数进行实验测量。之所以选取“液晶盒电容测试仪器的开发与应用”这个题目,是由于液晶盒电容的精确测量在液晶材料特性及液晶器件参数确定中的作用。美国Agilent公司精密LCR表可以精确测量液晶盒电容,但是,仪器相对非常昂贵,而且由于需要脉冲直流电压信号,液晶材料的挠曲电系数无法测量。关于液晶材料挠曲电特性对液晶盒电容的影响[16-17]及电容法测量挠曲电系数的设计方面的理论分析[18],指导教师已进行过详细的研究,这些能够保证项目的创新性,也为指导教师开展指导工作提供基础。同时指导教师讲授专业课的过程将最新的研究成果渗透进去,让更多的学生了解,激发学生的兴趣。

确定了题目之后,开始选拔学生,采取双向选择方式,召集准备做项目的学生和指导教师见面协商。指导教师可以把自己项目的研究内容、要求及预期达到的成果介绍给每一位学生,同时学生也要介绍一下自己的特长,使有兴趣和有一定基础的学生选择最适合自己的项目进行研究。基于项目的研究内容,需要设计电路，并对其进行驱动控制,还要对液晶盒电容方面的理论分析,项目最终确定的负责人为物理专业的学生,项目组成员包括物理专业和信息专业的学生各1人。物理专业的学生主要负责液晶盒电容的理论研究及数值计算,为信息专业的学生设计电路提供必要的理论数据,而液晶盒电容测试仪电路的开发主要由信息专业学生负责完成。

项目实施过程中,为了项目的顺利完成,每周项目组成员与指导教师进行交流,对遇到的问题及时解决,每个月不同项目组之间还要进行交流,互相学习成功的经验。正是在此实施方案的引导下,“液晶盒电容测试仪器的开发与应用”取得了优异的成绩,共发表中文核心期刊论文3篇,申请授权实用新型专利1项,达到了学生创新能力培养的目的。

3.2 “液晶盒电容测试仪器的开发与应用”的实施步骤与效果

学校开设的优秀班要求学生必须参加科研训练活动,还要上报科研成果或训练收获。通过教师在课堂上对科研训练重要性的讲解及教师科研能力的成果体现,学生根据自己的兴趣和理想选择合适的教师作为项目指导教师,制定科研训练计划,明确科研训练计划的目标,并付诸行动。笔者在“计算物理”课程教学过程中,除了讲授一些基础的数值计算方法和计算机编程技巧外,不断地渗透关于液晶显示特性的计算,并将自己从事科研取得的成果展示给学生,连续2年(2013—2014年)指导3名优秀班的学生从事科研训练。制定了严密的训练实施步骤:

(1) 液晶物理及液晶器件物理相关理论的学习,包括液晶弹性理论、动力学理论等；

(2) 液晶器件显示特性的模拟计算,熟练掌握液晶显示电光特性、视角特性及动态响应过程的计算；

(3) 精通液晶器件工艺及显示特性测试,能够独立进行液晶盒的制作及测试；

(4) 基板锚泊能对液晶微波调制特性的影响。

经过2年的训练,学生自身科研能力有了很大的提高,掌握了液晶显示特性计算的基本方法和液晶器件性能测试的基本实验技能,由学生发表中文核心期刊论文2篇,申请授权实用新型专利1项。正是在此实施方案的引导下,也是在3位学生的激励下,班里其他对科研感兴趣的学生也投入到训练当中。这些做法都极大地增强了学生从事科研训练的兴趣,达到了提高学生科研能力的目的。

4 结束语

本文基于河北工业大学应用物理专业的特点,研究了工科院校理科大学生创新与科研训练计划的实施方案,结合应用物理专业创新与科研训练计划的实施说明了方案的效果。关于创业训练计划也可以在此基础上加以引伸,培养学生的创业能力。本实施方案可以加以推广,能有效地促进大学生创新创业项目申请的公平公正,使真正有创新的项目得以实施,提高项目的先进性,同时还能使学生掌握一定的科研技能,为继续深造打下良好的基础。

References)

[1] 教育部、财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见[ED/OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s6342/201109/125202.html.

[2] 教育部关于批准实施“十二五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革工程”2012年建设项目的通知[ED/OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5666/201202/xxgk_130542.html.

[3] 刘长宏,李晓辉,李刚,等.大学生创新创业训练计划项目的实践与探索[J].实验室研究与探索,2014,33(5):163-166.

[4] 高原.大学生创新创业训练计划项目过程管理的研究与探索[J].实验室科学,2013,16(6):158-163.

[5] 郭莉,王菡,王栩楠.探索“大学生创新创业训练计划”的管理模式[J].现代教育技术,2012,22(6):118-121.

[6] 李洪涛,应航,来平凡.地方高校大学生创新创业训练体系的探索与构建[J].西北医学教育,2013,21(5):863-865.

[7] 史宝中,袁俊茹,张雅妹.大学生创新创业训练计划的人才培养模式探究[J].黑龙江教育学院学报,2013,32(10):5-6.

[8] 关于下发“河北工业大学大学生创新创业训练计划项目管理办法”的通知[ED/OL].http://oa.hebut.edu.cn/ztg/40787.nsf/(AllDocsByUnid)/AFCAA60C3B2A6D0348257AA100314B77?OpenDocument.

[9] Yang D K,Wu S T.Fundamentals of Liquid Crystal Devices [M].Chichester:John Wiley & Sons Ltd,2006.

[10] 马忠丽,刘宏达,王晓迪,等.论构建“协同创新”大学生创新平台体系的必要性[J].实验技术与管理,2013,30(11):34-39.

[11] 吴绍芬.协同创新与高校科技创新能力的提升[J].高校教育管理,2012,6(6):16-19.

[12] 李祖超,梁春晓.协同创新运行机制探析[J].中国高教研究,2012(7):81-84.

[13] Stephen William Morris.Measurements of the elastic constants of a liquid crystal [D].Vancouver:University of British Columbia,1985.

[14] 崔文静,邢红玉,叶文江,等.液晶可调电容器的研究[J].液晶与显示,2013,28(2):173-178.

[15] 叶文江,刘小松,宋晓龙,等.基板锚定特性对液晶盒电容的影响[J].液晶与显示,2014,29(5):686-691.

[16] 崔文静,邢红玉,张艳君,等.挠曲电效应对向列相液晶盒电容的影响[J].数值计算与计算机应用,2012,33(2):142-150.

[17] 崔文静,邢红玉,张艳君,等.混合排列向列相液晶盒电容特性研究[J].液晶与显示,2012,27(5):608-612.

[18] Ye Wenjiang,Xing Hongyu,Cui Wenjing,et al.Determining the sum of flexoelectric coefficients in nematic liquid crystals using the capacitance method [J].Chin Phys B, 2014,23(11):(1-8).

Study on execution plan on innovation and scientific research training for science college students in engineering universities

Ye Wenjiang, Zhang Zhidong, Xing Hongyu, Sun Yubao

(School of Sciences,Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)

Education of science college students in engineering universities has the feature of fundamentality and intersectionality.Based on the experience acquired during actualizing the innovation and scientific research training for the students of physics division of Hebei University of Technology,the specific execution plan is summarized. When being generalized,this plan would accelerate the fairness of innovation and entrepreneurship project application so effectively that the truly innovative project could be executed to enhance the advancement of project.At the same time it can also make the students master the certain scientific research ability to lay a good foundation for the further study.

innovation and scientific research training; fundamentality; intersectionality; execution plan

2014- 03- 09

河北省高等教育教学改革研究项目(2012GJJG164);河北工业大学教育教学改革研究项目(201303002)资助课题

叶文江(1976—)，男，河北石家庄，博士，副教授，应用物理系系副主任, 从事液晶器件物理及实验室建设与管理方面的研究工作.

E-mail：wenjiang_ye@hebut.edu.cn

G424.28

A

1002-4956(2015)7- 0019- 03