面向材料科学与工程专业的研究性教学探索

王 卓,赵慧君,梁宝岩

(中原工学院 材料与化工学院,河南 郑州 450007)

研究性教学在本科教学实践中能够切实增强学生自主学习和创新能力,在高等教育领域广受关注。研究性教学不仅是落实科教兴国、人才强国和创新驱动发展战略的重要举措,也是加强创新型人才培养,加快一流创新生态构建的必然要求。从目标导向的教学活动来讲,研究性教学以培养高水平创新型人才为目标,有效促进了学生探究精神和独立思维能力的发展,强化了学生理论和实践相结合的能力,使学生能够更好、更快地适应职业发展的需要,实现自身价值的最大化。

材料科学与工程专业是以培养具有多学科交叉、创新能力突出的高素质复合型工程技术人才为首要目标,毕业生应掌握扎实的专业基础知识,较强的工程实践能力、创新能力和科学研究意识。本文首先阐明了研究性教学的理论内涵,进而结合材料科学与工程专业的综合培养方案,从课堂教学设计、创新实践活动和教学效果评价等环节探讨了如何将研究性教学落实在学生培养的全过程中。强调了研究性教学在学生综合能力培养方面的重要性和必要性,对于材料科学与工程专业的课堂、实践教学设计和改革等具有一定的指导价值。

1 研究性教学的理论内涵

研究性教学是以发展学生的创新能力为首要目的,具体课题为落脚点,深入分析复杂问题为实践手段,让学生在真实情境中培养学习能力、分析和解决问题能力、团队合作能力和创新创业能力等。因此,研究性教学是以增强学生对未来学习、工作适应能力的教学方法[1]。相较于传统的呈现性教学,研究性教学并非单纯“把问题放在桌面上”,而是将学习和探究活动有机结合,在解决具体问题的过程中既突出学生的认知发展,又有效激发其创新实践能力,进而实现自身综合能力的培养。

研究性教学的核心是培养能够解决实际问题的创新型人才,应将科学研究活动贯穿于人才培养的全部过程,推进科教融合和产教融合,提升学生理论创新和动手实践能力[2]。在课堂教学中,通过研究性教学能够激发学生的创新精神和学习热情,提高学生的学习效率和学习的深度与广度。在实践活动中,研究性教学要求学生运用专业基础知识调研、分析、解决工程实际问题,增强了学生的思维能力、创造力和沟通能力,同时能够有效培养学生动态调整学习策略的能力,养成终身学习的习惯。

2 研究性教学的课程设计

2.1 创新培养模式

作为贯穿于学生培养全过程、以提升学生创新研究能力为首要目的教学方法,研究性教学更加关注学生的学习与成长体验,主张推动发现学习、深度学习和团队学习等模式,塑造学生思考、调研、分析和创新等技能,提高学生解决复杂工程问题的能力[3]。在研究性教学活动中,首要工作是创新研究性培养模式,树立研究性教育理念,并将其深度融合在通识教育、学科基础、专业教育、实践教育和个性化发展教育的各个环节中,培养具备创新思维和能力的高素质创新型人才。

通识教育课程培养学生掌握科学创新基本理论与途径,塑造以科学眼光看待学习问题的专业素养;学科基础课程帮助学生掌握全面的专业基础理论知识,提升对专业的全方位认知;专业教育课程在强化专业基础的同时强化其在研究性教育中的主导作用,加强推动专创融合教育;实践教育着重锻炼学生运用专业知识分析、解决实际问题的能力,进而潜移默化地培养学生自主学习、终身学习的意识;个性化发展教育重点关注学生的职业发展与规划,拓宽学生的专业知识深度,强化其工程研究能力。通过系统的研究性教学设计,逐步构建教学新体系,形成学生培养新生态,是实现高素质创新型人才培养的重要基石。

依据研究性教学思想和材料科学与工程专业的培养目标,在大一、大二时以基础理论知识、创新方法和创新思维的培养为主,让学生学习和体验研究性的课堂教学。在教学活动中应首先体现研究性教学价值,以帮助学生提高学习效果和学科素养,充分发挥学生的创新能力,避免学习单调而乏味,使其在学科学习上更有自主性、更有深度,并能激发其积极性和主动性。在学习讲授知识的同时,教师采用研究性教学模式帮助学生融合学习、研究、思考,学以致用,掌握解决实际工程问题的基本思路。大三、大四时期则以专业素养、研究创新和工程实践能力的培养为主,在深入学习专业课程的基础上学生应分层次、分类别、大范围地加入教师科研团队,深入基础研究、技术攻关等活动开展科研创新实践,培养学生分析和解决具体问题的能力。

2.2 创新理论教育

在课程教学设计中,首先针对不同的知识模块,合理设计具有启发性的开放问题,充分调动学生情绪,着重发展其批判、创新思维能力。同时使学生能够以个人能力为中心,强化独立思考和解决问题综合能力的培养。其次,强化创新方法和科学研究方法的系统培养。以创新创业类课程为依托,激发学生创新精神和意识,树立科学创新观念。同时,结合专业课程,提高学生文献检索和项目调研能力等。教师在开展专业课程教学时引入项目化教学模式,增加研究性学习项目,将专业教学与科研活动进行有机融合[4]。①教学内容需与时俱进。教师结合课程特点及时将学科最新前沿研究成果和自身科研经验引入课堂教学,促进教学与科研的良性互动。②教学内容应体现学科发展对人才成长的新需求,关注学生在学科知识领域科学视野的扩展,使学生能够明晰专业理论和知识在科学研究中的具体应用。③教师应注重教学的引导性,设计开放性研究课题,让学生将课堂理论知识有效应用在分析、解决问题的过程中。最后,强化研究设计课程及相关实践教学,使学生掌握开展科学研究的基本技能和方法。创造科学研究和模拟实验室的良好环境,让学生以解决实际问题为宗旨,在实验研究、仿真研究、工程实践中充分发挥创新精神,加深对材料科学和工程综合知识的理解与应用。

2.3 创新实践教育

在理论与实践教学的结合上,加强“双导师制”的建设实施,提高教育教学质量。积极引导学生融入教师科研团队,在科研、工程一线沉浸式锻炼,把研究性实践活动有机嵌入学生培养的各个方面。在整个能力培养环节中,逐步构建以创新研究、工程课题、实践活动等为主体,层次分明、课内课外互补的研究性创新训练体系。同时,全面落实学生科技创新实践训练,建设以学生为主体的研究性项目库,并实现动态更新与拓展。着重推进数学建模大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划竞赛、大学生创新创业训练计划项目和“互联网+”大学生创新创业大赛等学科竞赛的广度与深度,以实践活动淬炼学生的创新意识与能力。

拓展科技创新性第二课堂,注重以科研带教学、促教学,深层次提高学生的创新素养和综合能力。教师以科学研究、企业研发项目等为依托,设计实验开放课题,设置科研助理、实验助理等岗位,让更多学生参与到社会研发和创新实践活动中,不断激发学生的创新动力,提高其基础研究能力。在研究型教学具体实践过程中,首先要考虑的是学科的具体特点,同时结合具体课题的难易程度确定合适的研究深度和方式。其次,在课题设计上应注重问题导向和目标导向,引导学生自主研究问题和解决问题,将相关基础理论应用到具体实践中。再者,构建专业教师研究性教学项目库,吸纳学生尽早接触实践真问题、参与科研真课题,在导师带领下发现问题、参与研究,使学生能够提升职业技能、明晰职业规划。在实习或科研助理等团队项目中,让学生充分体验小组合作、责任分担、方案设计、实践操作等,深化学习,加深理解,使其真正掌握可操作性和实践性知识、提升团队协作能力,同时为学生将来工作和进一步深造打下基础。

3 创新研究性教学评价模式

在研究性教学中,教师可以使用多种教学方式来激发学生的学习兴趣,它可以使学生的学习变得更有趣、更富有挑战性,并培养学生探究性学习的兴趣和能力。与此同时,教师应持续创新评价模式,加强过程性考核方法研究,实施基于多种方式的调查评估研究性教学效果,使评价结果能够更真实地评估研究性教学效果,更有效地评价学生的能力水平。

首先,在教学实践过程中,充分采用专项问卷、深度访谈、小组讨论等过程性考核方式,建立以学生学习经历和学习能力为基础的评估体系。在研究性教学中,教师应根据学生的学习水平和学习经历全面评价学生在研究性教学中面临的问题和取得的学习成果,以此明确教学成效,指导教学实践,不断提高教学质量[5]。其次,以开放性课题研究评估研究型教学的效果。在教学效果评估过程中,教学可设计系列开放性研究课题,鼓励学生进行实际实践,让学生能够更好地发挥潜能,并获得更好的学习效果。最后,长效评价研究性教学效果。研究性教学注重将知识教学和实践活动相结合,强调使学生在实践中学习知识,发现规律,从而提高学习能力。因此,研究性教学要贯彻“培养能力”的原则,强调以学生的能力发展为核心。要求学生有能力探索知识,探究问题,解决工程问题。通过学生参加研究性课题、竞赛等,长期追踪评估学生的学习效果,通过效果反馈及时调整教学方法,解决学生的问题。