基于科研实践的大学生创新能力培养途径

刘景东 蒋有录 刘华

摘要：科研实践是先进实验技术与课程教学相结合的纽带，将科研数据纳入实践教学过程，可以增强学生对理论知识的深入理解，显著提高学生的创新能力。为充分发挥科研实践作用，应重视处理好课程基础模块与整个课程体系的关系，建设先进实验仪器和实验数据共享平台，并建立相应的教师、学生考核与激励措施。该培养途径可以为大学生创新能力培养模式的探索提供一定的参考。

关键词：创新能力；科研；实践教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）23-0001-03

面对快速变化的社会经济形势及高等教育事业的发展要求，培养创新型人才已成为我国高等教育面临的首要任务[1，2]。以美国研究型大学为代表实施的学生教育改革和学生科研训练，在培养学生探索意识、创新意识及提高学生创新能力方面取得了显著成效[3]。近年来，我国许多高校也逐渐鼓励学生开展大量的科研活动，而大多数是以大学生科技创新创业计划、大学生科技竞赛等方式开展的科研训练，由于缺少前期的基础训练，普遍存在学生科研意识和创新意识不强、参与人数比例较低、学生选题盲目、指导教师积极性不高等问题，导致科研训练活动所起到的效果并不十分理想，而高校以往的传统教学模式可能是造成这一结果的重要原因。传统的实验实践教学往往以“验证性”为主[4]，目的在于巩固学生对理论知识的理解，并培养初步的动手实践能力。在目前创新性人才培养的大背景下，课程教学需要提高实验实践教学环節的质量，使学生能够掌握基础理论和基本技能，从而能够利用所学知识来解决实际问题。

基于科教融合、“科研—教学连接体”的理念，建立基于研究的实验实践教学模式，可形成以一流的科研促进人才培养质量提升的有效途径，真正实现高等教育质量的全面提高[5，6]。相比之下，基于研究的实验实践教学模式，开展目标或项目导向式的教学过程，能够充分发挥学生的主体作用，不仅可以培养学生的创新意识，而且可以为学生的科研训练打下坚实的基础，在学生的创新能力培养过程中可以起到极其重要的作用。因此，如何建立基于研究的实验实践教学体系成为了亟需探索的问题。通过实践，将科研数据应用于课程教学，可以加深学生对理论知识的深入理解，锻炼学生对原始数据处理、分析的综合能力，是实施研究型教学的有效途径之一。

一、科研数据应用于实践教学的重要性

实践教学是高等学校实施素质教育的重要内容，也是培养学生实践能力、创新能力等综合素质的重要环节[7，8]。然而，传统的实践教学过程主要强调一些特定实验现象的观察或理论知识的验证[9，10]，实验实践内容往往不能反映最新的科研成果和研究趋势，而且操作环节和实验实践数据比较固定，这种教学过程不能充分发挥学生的主体能动作用，学生对问题的思考、探究不够深入，不利于锻炼学生自我思考、独立分析的能力。为了激发高校学生的学习热情，满足学生创新性思维拓展的需要，在日常教学环节引入先进实验技术和最新科研成果就显得十分必要了。而先进的大型实验设备通常十分精密，操作流程较为复杂，学生操作可能会对其产生损坏，可能产生较高的维护费用，而且大多数高校受资金限制，并不能完全提供专业实验教学所需要的各种实验仪器。但是，从事一线教学科研的高校教师在从事科研的过程中一般会用到相关仪器设备，并且掌握大量的原始实验数据，这为科研服务于教学奠定了良好的基础。这些未经处理的原始科研数据往往具有多解性，需要经过处理、分析之后才能解决实际问题，所以由学生独立对科研数据进行处理、分析，不仅能够使学生接触到前沿的技术知识，而且可以提高他们分析、解决实际问题的能力，这是提高学生创新能力、培养创新型人才的必要而有效的途径。

二、科研数据在石油地质教学中的应用实践

以“油气地质与勘探”课程中石油运移方向和路径的判识为例，介绍科研数据在石油地质教学中的应用实践。与固体矿产的原地生成、聚集规律不同，石油属于流体，具有可流动性，当受到某种驱动力作用时就会在地壳中发生流动，即石油运移。分析石油在地下的运移方向和路径对于寻找石油在地下的聚集位置具有重要意义，这也是石油地质教学的重点内容之一。在地质背景分析的基础上，应用地球化学方法对石油运移方向和路径进行追踪是石油地质教学和研究的重要手段。目前，分析石油运移方向和路径的地球化学方法主要包括石油的物理性质、生物标志化合物、碳同位素构成和含氮化合物等，其中含氮化合物是原油中的非烃组分，被认为是当前油气地球化学研究领域的一种较新的方法，含氮化合物中的咔唑类受沉积环境、母源、有机质成熟度的影响较小，主要受运移因素影响，是研究石油运移较为有效的指标。为了实践研究型的教学模式，以华北油田的霸县凹陷文安斜坡带石油运移追踪为例，将实际科学研究中用到的石油含氮化合物数据应用于实践教学。实践过程中，在学生对研究地质特征分析的基础上，由学生独立处理、分析相关数据，并选择合适的参数来判断石油的运移方向和路径。

对于原始数据的处理、分析关键在于搞清石油含氮化合物中不同组分随石油运移距离增加的变化规律，并从中优选出有效的判识指标。学生通过检索、查阅相关文献等方式，认识地质条件下影响石油含氮化合物含量的主要因素，深入理解不同含氮化合物组分随石油运移过程的变化规律，进而通过计算机Excel软件对多项指标进行分析，找出有效的石油运移指示参数，展开对石油运移方向和路径的判断与讨论，最后撰写出文字报告。在该实践教学过程中，由于学生思考问题的角度和对相关指标的认识程度存在差异，各学生选择出的判别指标不尽相同，如1-甲基咔唑/4-甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/2，4-二甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/1，5-二甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/裸露型咔唑，1，8-二甲基咔唑/半屏蔽咔唑、咔唑/苯并咔唑、苯并[a]咔唑/苯并[c]咔唑等，这些指标都满足石油含氮化合物组分随石油运移过程的变化规律，可以作为追踪石油运移方向和路径的有效指标。通过实践，学生不仅找到了有效追踪指标并对石油运移方向和路径进行了地球化学判识，而且认识到该地区的石油在地下主要沿“砂体—断层—砂体”呈台阶式的路径发生运移，加深了对石油运移路径及其评价方法的深入理解，对相关内容的掌握程度明显有了提高。由于原始数据的处理、分析过程涵盖了问题分析、文献检索、数据处理、计算机绘图、结果讨论、报告撰写等多个实践环节，与实际的科研活动十分接近，学生在操作过程中制作的图件和分析过程各有特色，而且表达的结论也较为准确，在很大程度上培养了学生的创新思维与创新意识，学生的综合创新能力也得到了明显提高。

三、科研数据应用于实践教学的有利措施

将最新科研数据及时地应用于日常实践教学是先进实验技术应用于课程教学的体现，对大学生创新能力培养发挥着重要作用。加强以下三个方面的措施，将有助于充分发挥科研数据在实践教学中的应用效果。

1.处理好课程基础模块与整个课程体系的关系。不同的课程内容相当于整个课程體系的点，大体上与科研实践中的不同科研方向相对应，从而可以将不同研究方向的科研数据的处理、分析视为课程的基础模块，那么每个基础模块就类似于科学研究中的一个小课题，在研究分析过程中，学生会运用到课程理论知识及不同的计算机分析处理软件等，这对于学生单项基础研究能力的锻炼至关重要。而整个课程体系则包含了若干模块，如“油气地质与勘探”这门课程包含了油气成因、油气藏形成、油气分布规律、油气田勘探四大模块，每一个模块又可以细分为若干基础模块，各基础模块及各模块之间具有明显的层次性和递进性。由若干基础模块构成的整个科研实践教学体系，有利于培养学生的综合创新能力。因此，正确认识每个基础模块在整个课程体系中发挥的作用，处理好基础模块与整个课程体系的关系，是开展创新能力培养的关键，对于构建有利于创新型人才培养的课程体系至关重要。

2.建设先进实验仪器和实验数据共享平台。具备先进的实验仪器和实验数据是将科研纳入教学的基础。由于各高校间拥有的实验仪器类别和数量参差不齐，较多高校科研与教学实验室分离，而且各教师的研究方向往往较为单一，仅靠某高校或教师个人很难满足整个课程体系对所有科研基础模块的要求，建设先进实验仪器和实验数据的共享平台是解决这一问题的有效方式。一方面，高校可以把先进的科研实验室建设与教学实验室建设紧密结合起来，实现实验室的同步发展和实验仪器的共享，以适应科研与教学真正相互融合的时代要求。另一方面，在一定的地域范围内，各高校之间、校企之间应加强沟通与交流，实现先进实验仪器设备的资源共享，最大限度地满足不同高校教师和学生对实验仪器的需求，这不仅符合我国国情，也有利于不同高校之间、校企之间的相互学习与交流。另外，可以在更大的地域范围内建立起实验数据的网上共享平台，由高校或企业科研工作者结合高校对创新型人才培养的要求，提供最新的科研实验数据，而各高校教师则可以根据实际教学需要从中选择，以满足教学基础模块和课外科研训练活动的要求。通过建设先进实验仪器和实验数据的共享平台，可以充分利用现有资源，有利于培养学生的科研意识和实践创新能力。

3.建立相应的教师、学生考核与激励措施。无论是处理好课程基础模块与整个课程体系的关系，还是建设先进实验仪器和实验数据共享平台，都相当于一项较大的工程，需要教师等人员付出较多的精力和时间才能实现。然而，由于各高校教师自身往往承担着繁重的科研课题，对教学课程体系中科研基础模块建设的重视程度不够，需要进一步增强认识研究型教学在大学生创新能力培养中的重要意义，明确教师在实践教学中应尽的职责与义务，并建立相应的教师考核与激励措施，以保障教师能够投入足够的时间和精力来进行课程建设与实践教学改革。为了引导大学生参与课程中科研基础训练的积极性，保障学生学习能力评价的客观性，课程考试需要大幅增加课程实践环节成绩的比重。对平时科研实践训练表现优异的学生应该给予表彰，并将其融入具有一定级别的科研课题训练中来，以更大程度地满足其创造、创新能力的培养和发挥。

四、结语

为了满足社会发展对创新型人才的需求，以大学生创新能力为重点的人才培养模式亟需探索。科研数据是先进实验技术与课程教学相结合的纽带，将科研数据真正纳入实践教学过程是实现大学生创新能力培养的一条有效途径。很多实践案例中的原始数据处理、分析一体化过程往往包括多个实践环节，接近于实际的科研活动，对提升大学生的综合创新能力具有重要作用。为了更大限度地发挥科研数据在日常实践教学环节对大学生创新能力培养的作用，还要处理好课程基础模块与整个课程体系的关系，建设先进实验仪器和实验数据共享平台，并建立相应的教师、学生考核与激励措施。

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