本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學模式設計

王 震 張立秋 孫德智

(北京林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院,北京 100083)

知識創(chuàng)新是指通過科學研究獲得新的自然科學和技術科學知識的過程,其目的是追求新發(fā)現(xiàn)、探索新規(guī)律、創(chuàng)立新學說、創(chuàng)造新方法、積累新知識[1]。執(zhí)行這一職能的主體主要是研究型大學和高水平的科研機構。從這個意義上說,高等教育,尤其是研究型大學的教育水平,影響著國家創(chuàng)新體系的建設。相對于教學型大學而言,研究型大學所培養(yǎng)的人才必須具有更強的創(chuàng)新能力。然而,到目前為止,我國研究型大學的發(fā)展可以說在很大程度上還停留在起步階段,相關的理論研究和實踐探索還有待不斷地深入與完善。其中,最值得關注的一個方面就是本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

世界大多數研究型大學的共同特征之一就是“在本科教學基礎上致力于培養(yǎng)和造就富有創(chuàng)新意識和能力的高級人才,并通過教學相長,激發(fā)科研靈感和研究欲望,以產生新的科研動力”[2]。相比之下,我國的研究型大學仍遵循傳統(tǒng)理念,以培養(yǎng)碩士生和博士生為主,而對本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)重視不夠。例如,我國本科生的創(chuàng)新能力主要通過畢業(yè)論文環(huán)節(jié)進行訓練,但目前在實踐中往往將完成畢業(yè)論文視為專業(yè)知識的直接運用,而忽視了畢業(yè)論文完成過程的實質是鍛煉學生的自主能力[3]。更讓人憂慮的是,在本科生日常的專業(yè)教學過程中,創(chuàng)新能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)嚴重缺乏,基本上仍沿用著中學階段的“填鴨式”教學模式。正如陳皓明先生所言,“我國高等教育在知識創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面與發(fā)達國家還有相當大的距離,最大的差距表現(xiàn)在課程缺乏研究性”[4]。從創(chuàng)新人才培養(yǎng)的角度,加強本科階段學生研究素質的培養(yǎng)有著深遠的現(xiàn)實意義。因此,必須大力推行教育創(chuàng)新,深入研究和探索針對本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學模式。

一、針對本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學模式設計

(一)教學目標的設計

知識創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)工程,有別于傳統(tǒng)的教育教學模式,需要全新的思路。因此,筆者認為,要加強本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),就要推行研究性教學模式。傳統(tǒng)的教學模式以知識和技能的傳授為主,側重于學生主體對外界客體的認知與掌握;而研究性教學模式的教學目標是建立在掌握一定知識基礎上的能力訓練,側重于學生主體對自身內在世界的認知與改進。

與很多重復性勞動不同,知識的發(fā)現(xiàn)和技術的發(fā)明都是創(chuàng)造性工作,需要科研工作者具備一些關于“創(chuàng)造性”的內在素質。這些素質大致可以分為2類:一類是科學家式的“個性”,例如獨立性、幻想、好奇心、奉獻精神等;另一類是科研工作所需的各種基礎“能力”,例如洞察力、搜尋證據的能力、表達能力等。在這2類素質中,前者尤為重要,是驅動力,是靈魂,是核心;而后者是支撐,是實現(xiàn)方式,是載體。現(xiàn)代教育理論也指出:“創(chuàng)造性與個性有著密切的關系。”[5]因此,大學要培養(yǎng)創(chuàng)新人才,特別要關注學生個性的發(fā)展,這是創(chuàng)新人才成長與發(fā)展的前提。如果沒有個性的發(fā)展,創(chuàng)新人才就不能誕生。同時,大學還要關注學生基本科研能力的培養(yǎng)。從這個意義上講,研究性教學模式的目標就是培養(yǎng)具備科學家個性和科研基本能力的人才。

研究性教學模式有利于學生了解科研職業(yè)與科研人生,激發(fā)學生的科研興趣,使學生從內心深處熱愛科學研究這一事業(yè),而非帶著某種功利色彩。但是,研究性教學模式對大學教師提出了更高的要求。大學教師不僅要有淵博的知識、廣闊的視野,還需要有一套嶄新的教育理念和方法;要崇尚個性與創(chuàng)造性的融合,尊重學生的個性,不僅把學生看作是認知主體,更重要的是要把學生看作是創(chuàng)造主體;要從現(xiàn)實需要出發(fā),提倡啟發(fā)式、誘導式教學,寓教于樂,給學生以潛移默化的感染,而不是傳統(tǒng)的“填鴨式”灌輸。教師的角色不應再是傳統(tǒng)的單一的“教書匠”,而應該是有感染力的“藝術家”。

(二)教學內容的設計

研究性教學模式的目標設計固然重要,但是如果沒有相應的教學內容來實現(xiàn),其不過是一個“空中樓閣”。因此,針對研究性教學的目標,筆者根據知識創(chuàng)新過程的客觀規(guī)律,在充分認識科學研究工作特點的基礎上,結合本科生的知識水平和能力水平,對教學內容進行了設計。筆者根據多年來的研究和實踐,歸納總結了知識類型、知識創(chuàng)新與科研工作者內在素質之間的關系(詳見圖1)。

圖1 知識類型、知識創(chuàng)新與科研素質之間的關系

創(chuàng)新活動的產物就是知識,創(chuàng)新過程決定著人類社會中知識類型的格局,而科研工作者的素質決定著科學創(chuàng)新過程的質量和深度。研究性教學的主要目標,實質上就是培養(yǎng)或訓練學生的科研素質?？蒲泄ぷ髡叩膬仍谒刭|可以有很多,筆者只列舉了一些對本科生比較重要的基本素質(詳見圖1),并按照教學目標的要求,把他們分為2大類,即科研“個性”和科研“能力”。

①個性方面:包括“獨立思考、質疑精神、創(chuàng)造激情”3種。其中,獨立思考,是科學研究工作者的基礎素質;質疑精神,也可以稱為好奇心;創(chuàng)造激情,也可以稱為創(chuàng)造興趣,具有一定的幻想性。這3種個性都是驅動知識創(chuàng)新的“原動力”。

②能力方面:包括“邏輯思維能力、洞察能力、溝通能力、協(xié)作能力”4種。其中,邏輯思維能力,是知識認知、知識組織、知識演繹的軸心力量,是基礎能力;洞察能力,是在科研過程中發(fā)現(xiàn)問題、凝煉問題、回答問題的能力,是關鍵能力;溝通能力和協(xié)作能力,是科研群體交流和科研團隊合作中必不可少的能力,是支撐能力。

上述科研“個性”和科研“能力”的培養(yǎng)需要落實到具體的專業(yè)教學內容中去,而培養(yǎng)過程需要模擬真實的知識創(chuàng)新的過程或者科研過程。

知識是人類對世界客觀規(guī)律的反映。隨著人類認識的擴展和深入,知識的類型可以分為3類,分別是“已有知識”(主要指被社會各界普遍認同的成熟知識)、“前沿知識”(主要指已經存在但還有待科學領域進一步檢驗的尚未完全成熟的知識)、“未知知識”(主要指人類社會還沒有發(fā)現(xiàn)或認識到的知識,是科學研究的主要目標)。當然,這3類知識的劃分是相對的,因為沒有100%的已有知識,也沒有一成不變的前沿知識。

對應于上述3類知識,科研工作者的知識創(chuàng)新過程主要包括3個階段,即知識掌握階段、知識深化階段、知識創(chuàng)造階段。同時,對應于知識創(chuàng)新過程的這3個階段,研究性教學也可分為3個主要階段。

①第1個階段——知識掌握。其針對的對象是“已有知識”。一個科研工作者只有對本領域的基礎知識掌握得十分扎實,才能提出具有前沿性的、切實可行的研究方向。對本科生而言,以其知識水平很難做到這一點。因此,研究性教學在這一階段要以“已有知識”為主要教學內容,選擇那些知識容量相對較小、知識難度相對較低的專業(yè)知識點,對本科生進行綜合性創(chuàng)新能力的訓練。

②第2個階段——知識深化。俗話說“不破不立”。研究性教學在這一階段要引導本科生對已經掌握的知識進行深度的再認識,考察其中的不合理之處、未明之處。在這個環(huán)節(jié)中,需要學生找到自己對已有知識的疑惑點和進一步深化認識的興趣點。

③第3個階段——知識創(chuàng)造。知識創(chuàng)造階段是最具有專業(yè)難度的一個過程,至少包括2個步驟:第一,要凝煉出科學問題;第二,要通過實驗等方式回答所提出的科學問題。顯然,以本科生的主客觀條件是達不到這個階段的要求的。因此,研究性教學在這一階段要對本科生進行包括“看、學、練、用”4個層次在內的正規(guī)訓練。這就要求在真實的課堂環(huán)境中,教師要通過“模擬演習”來展示給學生看,使學生可以親自接觸到相對真實的科研過程。

概而言之,研究性教學模式的教學內容應該涵蓋“知識掌握、知識深化、知識創(chuàng)造”整個知識創(chuàng)新過程,以鍛煉并形成學生的科研“個性”和科研“能力”。其具體做法是:結合所學的專業(yè)課程,選擇適當難度的課程教學內容,組織學生展開專業(yè)知識點的學習和討論,使學生通過親身參與知識創(chuàng)新的過程達到研究性教學的目的。其中,所選擇的知識點(或擬創(chuàng)新點)既可以是假設的本領域的前沿知識點,即只對學生或教師來說是“新知識”;也可以是真實的本領域的前沿知識點,即對本領域的科學家來說是“新知識”。在研究性教學過程中,要重在訓練學生對知識創(chuàng)新過程的真實體驗。

(三)教學環(huán)節(jié)的設計

根據研究性教學模式所設計的教學內容,筆者設計了“回憶、討論、演講、問題回答”4個教學環(huán)節(jié)。其中,前3個環(huán)節(jié)主要強調“體驗”,最后1個環(huán)節(jié)主要強調“觀察”。

①回憶環(huán)節(jié):旨在實現(xiàn)“知識掌握”階段的教學任務,重在培養(yǎng)學生“獨立思考”的個性和邏輯思維能力。

②討論環(huán)節(jié)和演講環(huán)節(jié):旨在實現(xiàn)“知識深化”階段的教學任務,重在培養(yǎng)學生的“質疑精神”和洞察、溝通、協(xié)作能力。

③問題回答環(huán)節(jié):旨在實現(xiàn)“知識創(chuàng)造”階段的教學任務,是一個互動環(huán)節(jié),但主要由教師來完成,目的在于激發(fā)學生的“創(chuàng)造激情”,為其將來從事科研工作埋下理想的“種子”。

上述4個環(huán)節(jié)是一個連續(xù)進行的過程,需要具體落實到7個步驟上(詳見表1),包括要求學生對所學內容進行總結、分組討論、小組總結和演講、向教師提出問題、由教師查閱資料后進行回答等。

表1 落實課堂教學環(huán)節(jié)的具體步驟

二、培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力教學模式的實施

(一)專業(yè)知識點的選取

污染生態(tài)學是環(huán)境科學領域中的一門新興學科,其教學內容和研究內容的涵蓋范圍都十分廣泛,包括了與自然生態(tài)破壞有關的各種類型的環(huán)境問題;而且,這些內容的學習與國家和社會的需求結合得比較緊密。由于社會各界的普遍關注,所以這部分知識對大部分本科生來說并不陌生,知識點的專業(yè)化程度較低、難度適中,可以讓學生有所總結、有所感悟和有所發(fā)現(xiàn)。因此,本研究選取污染生態(tài)學中的“大氣污染”部分作為專業(yè)知識點,實施了研究性教學模式。

(二)學生群體的選取

筆者認為,選取大學2、3、4年級的本科生作為研究性教學模式的實施對象較為合適。其主要原因在于:①選取大學4年級本科生作為實施對象,可以直接促進畢業(yè)論文工作的開展,并有利于本科生實現(xiàn)從本科階段到研究生階段的“平滑”過渡;②選取大學3年級本科生作為實施對象,有利于學生在完成前2年基礎課程學習的基礎上,帶著“研究”的視角學習高年級的專業(yè)課程;③選取大學2年級本科生作為實施對象,有利于盡早改變本科生在中學階段養(yǎng)成的“填鴨式”思維模式,從而盡快適應并養(yǎng)成“自學式”和“發(fā)現(xiàn)式”思維模式,以避免到學習后期積重難返。目前,本研究已選取大學2年級的83個學生(其中環(huán)境科學專業(yè)學生27人、環(huán)境工程專業(yè)學生56人)作為實施對象,進行了初步探索。

(三)教學過程的實施

將學生分成10個小組進行回憶、討論、演講環(huán)節(jié)的教學活動。學生關注的主題涉及“大氣污染”部分的3個知識點,分別是全球變暖現(xiàn)象、酸沉降現(xiàn)象、臭氧層破壞現(xiàn)象的原理及防治。學生對相關主題的關注程度(即各主題學生關注的比例)詳見圖2,學生小組就知識點總結提煉的問題詳見表2。

圖2 研究性教學模式涉及的知識點及學生的關注程度

從學生小組的提問情況看,只有1個小組沒有針對知識點提出問題,其原因可能是學生在對知識點的掌握、小組內交流的組織、對新教學模式的適應等方面存在一些問題。這還需要在將來的研究中深入探討。

表2 學生小組就知識點提交的問題

三、培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力教學模式實施情況的評價

(一)學生的評價

課程教學結束后,筆者組織學生對教學過程進行了評價,主要是了解學生對課程教學內容、教學方法、教學效果的認可程度和總體印象。學生對課程教學的評價情況詳見表3,每個評價指標的滿分為10分,根據分值評價結果劃分為5個等級,分別是“很好(10≥分值≥9)、較好(9＞分值≥8)、一般(8＞分值≥7)、較差(7＞分值≥6)、很差(6＞分值)”。

表3 學生對教學評價指標的打分情況

從評價結果上看,環(huán)境科學專業(yè)和環(huán)境工程專業(yè)的學生對課程教學內容、教學方法、教學效果的認可程度都比較高,評價結果達到“很好”等級的指標占75%(不考慮專業(yè)差異),評價結果達到“較好”等級的指標占25%(不考慮專業(yè)差異),沒有評價等級較低的指標。從不同專業(yè)的認可情況來看,環(huán)境科學專業(yè)學生對課程教學的認可程度比環(huán)境工程專業(yè)學生稍高。這說明環(huán)境科學專業(yè)學生更適應這種新的教學模式。另外,本研究還調查了2個專業(yè)學生對課程教學的總體印象。調查結果顯示(詳見圖3),學生對課程教學的總體印象根據滿意程度可劃分為“非常滿意、比較滿意、基本滿意、不滿意”4個等級,50%以上學生對課程教學“非常滿意”,沒有“不滿意”的情況出現(xiàn)。

圖3 學生對課程教學的總體評價情況

(二)同行的評價

近十幾年來,我國高等農林院校為社會培養(yǎng)了一大批環(huán)境保護本科專業(yè)人才。為了落實質量工程,實施分類指導,促進規(guī)范化辦學和特色辦學,不斷提高環(huán)境工程專業(yè)人才培養(yǎng)質量,教育部高等學校環(huán)境工程教學指導委員會于2009年5月在南京農業(yè)大學舉辦了“全國高等農林院校環(huán)境工程專業(yè)規(guī)范建設研討會”,全國40多所農、林、水產類高校的有關院系領導、環(huán)境工程專業(yè)學科點負責人等100多名代表參加了會議[6]。會上筆者就北京林業(yè)大學環(huán)境工程專業(yè)的建設作了典型發(fā)言,介紹了上述教學模式的改革與探索,得到了與會代表的廣泛肯定。

斯坦福大學校長卡斯帕爾教授在談及斯坦福大學成功的辦學經驗時,曾經指出“這里沒有任何秘密,斯坦福大學只是堅持在寬松自由的學術環(huán)境中使教學與科研有機地結合”[2]。筆者認為,這種結合不僅可以促進科研工作本身的發(fā)展,更重要的是能夠促進教學內容的更新,培養(yǎng)青年學生的創(chuàng)新能力?！把芯啃越虒W模式”的提出,就是要注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)和造就高素質的科技人才,為我國創(chuàng)新能力和創(chuàng)新效率的不斷提高提供堅實的基礎和不竭源泉。

從整體效果上看,本研究所設計的研究性教學模式的實施取得了較好的教學效果。但是,許多潛在的問題也是不容忽視的。其中最大的挑戰(zhàn)就是教學質量不易控制,教學內容取決于教師的專業(yè)背景、知識寬度和組織能力;同時,教師的工作量也大幅度增加。例如,學生提出的問題涉及的學科領域較廣,而且學生提煉問題的水平差異較大,所以教師不僅需要具有廣博的知識面,還需要具有很強的組織能力和過硬的科研綜合素質。因此,需要“教學型”“科研型”和“管理型”3者相結合的教師人才。這對教師群體來說是一個很苛刻的要求。

另外,研究性教學模式的實施對學校環(huán)境也有要求,既要有寬松的教學環(huán)境,又要有可以定量考核的教學管理體系。因此,高校在開展此類教學實踐時應該慎重,要循序漸進,不可拔苗助長、急功近利。

[1]路甬祥.建設面向知識經濟時代的國家創(chuàng)新體系[J].世界科技研究與發(fā)展,1998,20(3):70-72.

[2]徐祖廣.研究型大學在建設國家創(chuàng)新體系中的地位和作用[J].清華大學教育研究,1999,20(2):22-25.

[3]馬忠,屈波,張金鑫.基于提高自主學習能力的本科生畢業(yè)論文訓練體系[J].清華大學教育研究,2008,29(1):113-118.

[4]李凝.解析“研究型大學”[N].科技日報,2002-12-04(17).

[5]劉智運.論高校在建設創(chuàng)新型國家中的新使命[J].教學研究,2008,31(1):1-4.

[6]襄樺.清華參與組織全國高等農林院校環(huán)境工程專業(yè)規(guī)范建設研討會[EB/O L].(2009-06-05)[2009-10-01].http://news.tsinghua.edu.cn/new/news.php?id=20653.