以应用研究型课程为契机提高学生科研兴趣和创新能力

覃爱苗　赵良传　苏桂妹　吴一凡　张开友　张发爱

摘要：本文通过分析目前大多数大学生实际操作能力不强以及对科研兴趣不浓厚的主要原因，基于CDIO教学理念讨论了如何通过理论和实践的有机结合来提高学生对科研的兴趣和创新能力，并以应用研究型课程“纳米材料的制备及表征”为例，通过课程实践总结出一些行之有效的经验和方法。

关键词：CDIO；理论与实验；应用研究型课程；科研兴趣；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）32-0167-02

一、前言

随着我国素质教育改革的不断深化和推广，国家教育部适时引入了国外CDIO教学理念[1]，旨在不断提高学生的实践能力和综合素养。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验，是一种将实践教育与理论教育相结合的教育理念。针对目前大多数本科生的创新及实践能力较差、科研兴趣不浓、难以适应市场需求的现状，通过各种方式及途径来提高学生的科研兴趣、创新及实践能力的课程改革与实践也应运而生。开展研究型课程学习是基础教育课程改革的一个重要内容，它符合素质教育对中小学教育的要求，有利于培养学生的创新精神和实践能力。研究型课程，指的是学生在教师指导下，根据各自的兴趣、爱好和条件，选择不同的研究课题，独立自主地开展研究，从中培养创新精神和创造能力的一种课程。其重要特征是坚持学生在课程实施过程中的“自由选题，自主探究和自由创造”[2，3]。而应用研究型课程是我校近年来根据教育部关于高等教育教学改革的发展方向[4]，针对本科生课程开展教学改革的重要举措之一，其目标是：培养学生具有永不满足、追求卓越的学术态度，培养学生发现问题、提出问题、从而解决问题的创新能力；其基本内容是：在提出问题和解决问题的全过程中学习科学研究方法、获取丰富且多方面的学术体验和获得科研知识；而基本的教学形式是：在教师指导下，学生自主采用研究性学习方式开展应用学术研究。本文以作者所实践的应用研究型课程为例，分析了目前大学生科研兴趣不高、实践能力不强的原因，并提出了一些改革经验及措施。

二、学生科研兴趣不高及实践创新能力差的原因分析

目前，相当一部分大学生不能对所学的理论知识和学科实践做到有机结合，导致对科研兴趣不高和实践创新意识不强[5]。针对这种情况，我们结合《纳米材料的制备及表征》应用研究型课程的学习情况，认为主要有如下几个原因。

1.基础知识薄弱。低年级学生在做基础实验的时候，老师没有将理论知识分析透彻，学生缺乏对实验原理及实验操作的提前探究，以至于每次实验都仅仅只是按照老师所给的步骤按部就班，没有做到更深层次地剖析实验的内部因素以及实验设备的使用原理，以至于做完就忘，根本不能更好地运用在今后的实验和工作中。而对于高年级的学生来说，心思主要放在了找工作和考研上，对实验马虎了事。这就导致了理论知识不够丰富，实际经验又缺乏，致使学生根本不会想着所谓的培养科研兴趣，提高创新能力。

2.不了解学科发展的新动态。由于没有浓厚的科研氛围和相关专业老师的指引，导致很多学生的科研兴趣没有得到更好地培养，创新意识也未能得到系统的训练；其次是由于缺乏对本学科的最新科研成果和研究方向的了解，使学生渐渐失去对本专业学科知识的兴趣以及对最新的科研动态的了解意识，进而未能及时打下雄厚专业基础知识、在实践中提出自己的新见解。

3.理论知识和实际操作的结合不够及时。目前本科生的课程设置通常是一、二年级全部为基础理论知识，三年级之后才开始涉及专业实验课程。因此，到三年级开设专业实验课程时，由于学生对低年级时所学的理论知识记忆不深、理解不够透彻，使其在实验过程中弄不明白实验原理，理不清实验思路，对实验仪器操作因不熟悉而产生抗拒感。如本学院的金属材料专业学生在一、二年级就学习了《材料概论》等有关于材料的结构、性质及制备的专业知识，因没有接触到任何相关实验，因此只能死记硬背，应付考试。对书中所提到的一些实验原理和方法、实验设备的原理和使用技巧以及实验数据的处理等方面的知识，没能得到及时的实际操作和体验，觉得所学的知识没用。因此，不合理的课程设置导致理论知识和实际操作的结合不够及时，使学生渐渐觉得科研遥不可及，最终丧失了对科研的兴趣，更别说创新的培养了。

三、提高学生的科研兴趣和创新能力的应对措施

在传统的本科教学过程中，多数课程主要着重于理论知识的讲授，学生很难发挥自己的思维创新能力；而应用研究型课程是着重培养学生动手和创新思维能力的课程[6]，不但能让学生收获一些关于其研究领域的知识，而且能培养学生的自主学习能力，使学生在完成一系列的实验内容过程之后，既可以进一步巩固基础理论知识，使理论与实践达到融会贯通，又能够不断提高自身的创新意识和操作技能。更重要的是，通过一系列的实践活动，可以提高学生的适应性和激发学生对科研的兴趣和创新能力。以下以应用型研究课程“纳米材料制备及表征”为例，具体阐述提高学生的科研兴趣和创新能力的措施。

1.巩固基础知识、拓展知识面。“纳米材料的制备及表征”课程分为三个模块，分别为理论模块、实验模块及能力测试模块。这三个模块的训练实施始终贯穿于每次的授课中。授课内容基本按以下的程序进行：首先，上课前告知学生一个主题，并围绕该主题给学生留下几个问题，要求学生去查找该相关文献，收集数据，了解相关的知识。并且保证学生在每个实验项目前有充足的时间预习实验内容。其次，上课时，先组织学生对他们所收集的资料进行讨论，让同学对即将进行的实验的原理、实验步骤、可行性等方面提出自己的看法，然后集思广益，确定一个最佳的实验方案，随后各个小组根据实验方案分别进行具体实验操作。最后，学生提交实验报告，老师进行点评，并就实验过程中出现的具体问题和错误及时进行指正。在这个过程中，不仅极大地调动了学生的自主学习积极性，而且使他们的思考更有方向性和目的性，帮助学生更透彻地理解和掌握实验的原理和准确控制操作步骤。学生对实验中涉及的理论知识有针对性地查找各种相关资料的过程，本身就是一个“温故而知新”的过程，对把原有知识的融会贯通及巩固与加强具有很大帮助。此外，本课程通常还会留一些课后思考题来测试和拓展学生的知识面。这种新型课程，既使学生收获实验过程带来的快乐，又收获知识的积累。并且通过课前讨论、课堂指导、课后总结的方式，达到夯实理论知识和实践动手能力的目的。

2.介绍学科发展新动态，扩展学生思维空间。本课程通常在课前对某一主题的相关领域进行介绍，布置课前作业，让学生课外自行收集材料。如在进行“纳米硫化锌的水热法制备”这一实验项目时，授课教师先介绍纳米硫化锌的结构及物化特性，随后介绍纳米硫化锌的最新用途及应用前景，然后让学生去查询硫化锌的相关制备方法、用途及性能，重点查询水热法制备硫化锌的方法原理及操作步骤、预期实验效果等。学生开展实验时，要认真观察实验现象，并对出现的异常现象要及时分析原因，同时教师通过灵活改变实验条件，让学生发挥想象力，验证自己对实验结果的猜想，并与老师作经验分析和讨论。通过这一过程训练，不仅让学生了解了该学术领域的最新发展动态，同时也使他们的思维空间得到了扩展。

3.加强理论及实践相结合，提高实验操作技能。本课程与传统理论授课的最大区别之处是我们把实践与理论知识密切结合，将理论知识贯穿于实验项目中。如在传授纳米材料特性（如量子尺寸效应）的相关知识时，我们设计了一个实验项目“纳米金胶体的制备及吸收光谱的测定”，通过实验让学生直接观察到纳米金的颜色随其直径由大到小呈现红色至紫色的变化，而吸收光谱的最大吸收峰也随粒径的变化发生红移或蓝移现象。通过类似实验，使学生对纳米材料的相关知识了解地更加深刻。此外，在实验过程中，我们经常要使用到一些先进的分析仪器，学生通过教师指导并自己动手使用仪器，对他们认识、掌握仪器的原理、结构以及使用方法更为直观及全面。这些都是在传统课堂中没有办法学到的，对于拓展学生的知识面、帮助学生巩固学过的相关知识、提高其实验操作能力及分析问题与解决问题的能力都有很大的帮助。

四、结语

纳米材料的制备及表征是我校为材料类专业本科学生开设的应用研究型课程，主要讲授纳米材料制备及表征的基本专业知识，以利于学生拓宽知识面、开拓视野，为学生发展个性、学会选择开辟了一个比较广阔的天地。学生经过课程实际实验训练后，其科研兴趣及动手能力得到进一步加强和提高。对加强材料科学与工程专业的学科建设，使学术性与实用性并重、培养能适应未来社会发展需要的复合型、通用型人才具有积极意义。

参考文献：

[1]李阳旭，孙艳玲.基于CDIO教育理念的课程教学研究[J].教育教学论坛，2011：143-144.

[2]徐仲林，徐辉.基础教育课程改革理论与实践[M].成都：四川教育出版社，2005.

[3]张伟，唐思贤，郑晓惠，许玲，周忠良.大学研究型课程的建设理念与实践[J].高等理科教育，2009，（4）：125-127.

[4]教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见[Z].教育部高等教育司，2007年2号文件.

[5]陈新景，何俊华.大学生科研能力现状及原因分析[J].河北广播电视大学学报，2011，16（3）：79-81.

[6]郭晓斐，许斌，杜婕.《材料分析化学》课程研究型教学模式的应用[J].产业与科技论坛，2014，13（15）：165-166.