浅谈本科生教学中前沿科技与教学相融合的创新培养模式

彭瀚旻 毛婷

摘要：针对当代以传统专业课为主的本科生课堂教学，虽可以为社会各行业提供一定的专业技术人才，但并不能满足社会对创新人才的迫切需求，提出一种在本科生教学过程中开展前沿科技与教学相融合的创新培养模式，通过课堂内容创新与教学方式变革帮助本科生建立创新思维，培养科研热情，为今后参与科研活动和确定研究方向提供指导。

关键词：本科生教学；本科生培养；前沿科技；教学方式变革；课堂内容创新

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）16-0001-03

一、引言

大學存在的意义在哪里？无疑大学为学子提供了进一步深造的平台，根本上即传道授业解惑。事实上，本科教学在大学的学习中扮演着奠基者的角色，参与的人数最多，学习的课程最杂，研究生教育与科研活动都是以本科的知识和能力为基础的[1]。我国高校最初的本科生教育长期以单向传授知识为主，重视课堂教学，机械式的知识灌输和框架式的课本教学形成模式化的接受式学习，阻碍了创新思维的建立和科研能力的培养。在大学的基础课程上，学生被学分、考试、绩点等一些客观而死板的评价方式牵制，死记硬背规定的考试内容，机械套用题目的固定公式，很少接触到以培养发散性创新性思维为目的，以培养科学眼光学习能力为主体的课程。因而在完成本科学业时，很多本科生会反思大学四年学习的内容对今后学习和工作的作用，并且对研究方向，兴趣所在，能力储备等产生迷茫和质疑的情绪。归根结底，大学本科学习的目的是希望你最终拥有自己认识世界和研究问题的方法，为研究生时期讨论和思考课题做准备。

二、教学与科研融合的必要性

进入21世纪的知识经济时代，培养具有创新精神的高素质人才已成为高等教育的重要任务，本科教育又是高等教育的主体和基础，如何培养具有创新精神的本科生在高等教育中显得更为重要。教学、科研、为生产服务是高校的三大任务，其核心是人才的培养质量。教学是传授学科知识和生产技能，是科研活动展开的基础；科研活动是课堂理论和技能的实践和融会贯通，是教学品质的检验，科研形成的严谨认真和求实创新的思维方式促进了教学水平的提高[2，3]。因而教学与科研是相互促进、共同发展的关系。各高校就科研如何与教学相结合，提高本科生的培养质量，成为高校适应经济社会发展和国家战略的重要问题[4]。美国卡耐基教学促进会前主席博耶1998年曾发表题为《重建本科教育，美国研究型大学发展蓝图》的报告，主题围绕研究型大学本科教育模式的改革，核心就是本科的学习要以研究为基础。教学与科研相结合的热潮起源于1969年美国麻省理工学院（MIT）建立的“本科生研究机会计划”，目的是给学生提供更多参与科创和开阔视野的机会。1995年，我国清华大学吸取MIT教学改革的优势，提出了学生科技训练计划，着重培养学生创新能力和国际视野，1996年开始正式实施。2007年教育部推出了本科生科研项目——大学生创新性实验计划，并在十所高校试点[5]。目前国内很多大学为本科生设立创新实验室，开展本科生创新项目，营造良好的科研氛围，满足本科生科研的需要。同时，创办一流大学或研究型大学正成为越来越多的高校所追求的目标[6-8]。这些举措存在的问题也日益突出。按照目前高校的课程设置，课堂教学无疑是主体，完成大学学业是本科生的重中之重，课余参与科研项目对于大部分学生来说是多余的负担，在思想上也认为参与科研项目会浪费学习时间进而影响学业成绩；另外，本科生面对丰富的课题，存在选择的困难，没有对相关课题的基础认识，找不到自己的兴趣所在，盲目的选择只会导致积极性的逐步消退，影响学生对科研工作的热情；最后也是最重要的，初次接触科研项目，除个别尖子生以外，对于大部分本科生来说，科研能力的缺乏是关键。

三、课堂内容创新

本科生科研能力本质上是一种初级科研能力，换言之，本科生科研活动具有模拟与尝试性质。通过模拟性研究，把握科学研究的基本程序，初步掌握从事科学研究的基本方法和技能。课程内容的设置首先是需要思考的问题，从学生的知识构成、能力培养以及实际应用等多角度来说，构建一个多学科发散性的知识体系或许是最好的，课程内容要注重对学生多学科素质的培养。这是设置学科拓展课的根本原因，也是重要的理论依据。因为在遇到的实际问题中，必定要考虑多方面因素，全面分析并逐个击破直至解决问题，知识的综合运用显得尤为重要，多学科素养有利于形成严谨的思维逻辑，避免片面的障碍性分析。同时，研究性教学是知识创新的过程，课程应该将最新的、最前沿的研究成果引入到课堂，新时代的未来开拓者们必定要与时俱进，既要敢于将前人的成果继续挖掘，也要勇于开辟新的疆土。在新兴科技面前，学生从疑问到思考，由思考到创新，这是新理论新观点的形成过程，在未知的世界里，我们必然需要从问题开始，培养问题意识和批判精神。作为教师，要始终站在学科的前沿角度将学生引入到由已知到未知并对未知进行探索的过程中。《作动器的缤纷世界》这门本科生学科拓展课，通过本课程的学习，了解各类新型驱动材料（智能材料）、新型作动器设计的基础知识、几种新型作动器的发展历史和研究现状，熟悉几种作动器（例如，超声电机、超声换能器等）运行的基本原理，掌握压电作动器的基本结构和设计方法，了解压电作动器的应用背景等。最终目的是让本科生对现代高尖端作动技术有一个初步了解，认识到当今世界的新型作动技术在前沿科学与尖端装备的应用，其范围还涵盖航空航天、生物医疗、纳米制造等高尖端领域，开拓学生科技视野，提高科学研究兴趣。本课程知识面非常广，涉及材料、机械工程、力学、航空航天、生物医疗等交叉领域，属于国际前沿科学技术的课程。作者一直从事作动器设计工作，参与并主持多项科研项目并且发表多篇论文。开设涉及国际前沿科学的课程，在内容的设置上以普及作动器的发展，应用为主，简要讲解作动器的工作原理，在学生能够接受的程度上达到拓展学生视野，培养科研兴趣的目的。首先科研项目老师参与授课，将教学与科研相结合会起到相互促进的作用。学生只有在对研究内容了解的基础上才能科学选择今后的研究方向，而老师在对研究内容的讲授中完成了对知识的总结和回顾，有利于推进下一步的研究工作。《作动器的缤纷世界》课程结束后，为检验授课效果提高教课能力，完成了对学生课程建议的收集与整理工作。

四、教学方式变革

本科生教学，不仅要帮助学生了解一些现成的答案、观点、假说，更要注重提出问题、引发争论，帮助学生掌握发现和解决问题的方法。加强本科生科研能力的培养必须改变传统的教学模式，增强学生自主学习能力。通过创新教学内容，改革教学方法，建立“以学生为主体、以教师为主导”的基于探索和研究的教学模式。摒弃僵化的“传授式”教学方法，将启发式、讨论式、交互式等多种教学方法以及多媒体等多种教学资源应用于课堂教学，引导学生变被动学习为主动学习，为参与科学研究、培养科研能力打下基础[7，9-10]。《作动器的缤纷世界》这门本科生学科拓展课，首先摒弃呆板的书本教学模式，充分利用多媒体教学的优势。将理论讲解与视频资料、图片资料、应用案例、教授讲座相结合，充分展现作动器在不同领域的先进应用。针对作动器结构和工作原理讲解，以原理动态示意图为主，给学生以可视化的清晰认知，避免文字资料带来的模糊概念。利用PPT课件讲课时，注意讲课速度，图文并茂。其次是上课风格，单一的讲授带来的是学生注意力的难以集中以及上课积极性的消散，而且前沿科学内容的讲解本身就有难度。因此采用诙谐幽默的授课风格，营造较为良好的学术氛围。科研工作者的认真务实的科学态度使得在进行授课时也能保持充分的热情，富有感染力。最后是教学手段，以老师讲授为主，课堂讨论为辅。课堂讨论中，主要以提出科学问题，让学生讨论问题，并提示学生如何解决问题，从而培养学生解决科研问题的思维模式，进一步激发学生对科研的兴趣。在上课过程中主要以讲授与讨论科技前沿领域知识的应用背景为主，并进一步从中提炼出一些机械工程中的设计方法和理念，以及一些先进技术的工作原理，使学生融会贯通，并掌握一些基本的设计方法。师生的课堂互动有利于调动学生学习积极性，通过老师的合适引导，培养学生的创新性思维，对于今后的科研工作極为有益。毕竟从入学开始，教育者就为学生提供了过多现成的知识和答案；在教学过程中，许多教师又过于僵化地传授知识。这种状况使得许多学生从小养成被动接受知识的习惯，缺少分析、批判的精神与方法。而开放式的教学环境有利于学生能力的培养。

五、学生反馈与总结

作者通过对学生课堂建议和整理，有利于进一步改进教学方法和内容，优化教学模式，为学生的发展创造更为良好的学习氛围。

首先总结本课程的优势：近二分之一的学生表示喜欢富有趣味并深入浅出的教学内容，轻松幽默又积极向上的课堂氛围。三分之一的学生表示最新的科研成果展示了富有魅力的作动器世界，开拓国际视野的同时逐步有了科研创新的兴趣，并且一些人直接表示会继续研究和学习作动器领域，确立了未来的研究方向。因而开设与前沿科学相结合的课程有利于将学生被框定的视野和思维放大到更大的科学领域，真正领域科学的无限魅力，无论你未来是否从事相关的研究，这样的学习机会对未来的发展都大有裨益。学习是一种能力，创新更是发展的动力。其次总结本课程的不足，四分之一左右的学生表示课程稍有难度，针对这种情况，首先可以简化对原理的解释，将最基本的原理讲解清晰，简化其他更深程度应用实例的原理讲解；其次可以分高低年级设立，低年级以科普应用为主，高年级以原理分析为主；若是统一设立的话，为了使内容更容易被大部分人接受，可以尽量选择贴近生活的应用案例。五分之一左右的学生表示对于这样一门富有生趣的课程，应该进一步提高师生间的互动。除上课提问讨论以外，通过分组交流的方式提高对课上内容的理解程度，组员代表可以发表小组讨论结果与疑问，如此一来，可以迸发出更多的思想火花。小组研讨的方式正是学生探究式学习和自主学习的体现。学生带着问题学习，课外查找和利用合适的资料，以小组的形式向教师请教、向同学汇报、写总结报告等形式都是教学信息的反馈。老师除了讲解以外，也可以推荐阅读书籍和文字视频资料作为学生的课外拓展，这样的双向反馈互动可以在有限的课时中，提高单位时间的教学质量，有利于进一步发掘和重点培养。四分之一左右的学生表示很希望通过展示实物和做实验的方式对作动器有更为贴切的认识，因而在有条件的前提上，可以将理论与实践相结合。

总的来说，在现有的教学模式中，借鉴国际上本科生培养的先进理念，着重开展前沿科学技术的课堂讲授与实验教学相结合，从科普到精准，从交叉学科领域到学术专业范畴，将科研与教学相结合，构建以研究为基础的学习模式。在激发学生研究兴趣的同时培养其勤联想、勤动手、勤思考的学习习惯，增进师生互动，培养判断思维，开拓学科视野，建立本科生创新培养模式，开展本科生学术拓展课的教学改革，为我国大众创新规划蓝图打下坚实的人才基础。

参考文献：

[1]徐小洲.研究型大学本科生教学的困惑与方略[J].高等工程教育研究，2001，（04）：30-34.

[2]徐惠勇.以科研促教学，全面提升本科生教学质量[J].中国电力教育2010，（19）：87-88.

[3]张昌松，郭晨洁.以科研促进本科生教学——一种崭新的实践教学模式的探索和研究[J].新西部（下半月）2009，（12）.

[4]张刚，艾建超，等.从“本科生科研立项”角度思考高校实验教学改革[J].高校实验室工作研究，2009，（4）：13-15.

[5]张瑛.论本科生科研与教学之融合——美国加州大学伯克利分校本科生科研措施之启示[J].当代教育论坛，2012，（02）：87-90.

[6]毕建杰，王启柏，谭秀山，等.科研促教学，促进本科生创新能力的培养[J].中国现代教育装备，2011，（15）：135-137.

[7]赵姝，张燕平，陈洁.如何在教学中培养本科生的科研能力[J].计算机教育2012，（6）：12-15.

[8]白淑英.研究型大学本科生教学模式探究[J].黑龙江高教研究，2006，（01）：125-126.

[9]李晓奇，张云琦.本科生教学中如何提高多媒体课件的功用[J].科技资讯，2011，（30）：211.

[10]刘儒德.用“基于问题学习”模式改革本科生教学的一项行动研究[J].高等师范教育研究，2002，（03）：49-54.