提高大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練效果的探索——以“重霾污染天氣時(shí)大氣PM2.5數(shù)濃度譜分布特征研究”實(shí)驗(yàn)為例

馬偉芳 趙桂玲 徐小牧 倫小秀 程 翔

（北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083）

一、開(kāi)展大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練的背景

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是大學(xué)生參加實(shí)踐活動(dòng)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和協(xié)作精神的重要方式之一，它能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，激發(fā)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)探索的興趣。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自主設(shè)計(jì)選題、獨(dú)立組織實(shí)施實(shí)驗(yàn)、對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析與處理、撰寫(xiě)總結(jié)報(bào)告、完成答辯等工作。大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，不但能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)課程理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，而且還培養(yǎng)了學(xué)生的操作能力、創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新技能［1］。

北京林業(yè)大學(xué)自實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃以來(lái)，教師踴躍申請(qǐng)項(xiàng)目，學(xué)生積極參與。筆者與環(huán)境學(xué)院4名大三本科生在2014年申請(qǐng)了大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“重霾污染天氣時(shí)大氣PM2.5數(shù)濃度譜分布特征研究”，并獲得立項(xiàng)。這支學(xué)生團(tuán)隊(duì)雖然專業(yè)知識(shí)較為扎實(shí)、科研熱情較高、動(dòng)手能力較好，但綜合解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新性實(shí)踐經(jīng)歷還有所欠缺。因此，在創(chuàng)新性科研訓(xùn)練期間，筆者指導(dǎo)他們獨(dú)立設(shè)計(jì)不同功能區(qū)的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法、提出實(shí)驗(yàn)方案，初步探索了PM2.5在不同功能區(qū)的數(shù)濃度譜分布特征，使他們不僅將理論知識(shí)得以內(nèi)化和吸收，同時(shí)還加強(qiáng)了對(duì)他們實(shí)踐能力的培養(yǎng)［2］。

二、提高大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練效果的探索

（一）對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的立項(xiàng)加強(qiáng)指導(dǎo)

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題大部分來(lái)源于學(xué)生。部分選題具有一定的創(chuàng)新性，但有些選題過(guò)于天馬行空，操作性較差。這是因?yàn)楸究粕闹R(shí)積累以及認(rèn)識(shí)能力具有一定的局限，很難把握本學(xué)科最新發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)，因此選題的創(chuàng)新性、方案設(shè)計(jì)的合理性受到了一定的影響。盲目確定的選題和方案，很難在項(xiàng)目研究過(guò)程中使學(xué)生的知識(shí)水平和創(chuàng)新能力真正得到提高，這也是很多大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目失敗的根源。因此，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生的初步想法、選題方向、方案原理設(shè)計(jì)等方面給予必要的、適度的指導(dǎo)，對(duì)不夠完善的項(xiàng)目選題提出修改意見(jiàn)，以保證項(xiàng)目選題方法可靠、方案可行，從而為大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目的順利開(kāi)展并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新計(jì)劃的最終目的奠定基礎(chǔ)［3］。

當(dāng)筆者看到學(xué)生申請(qǐng)的課題是“重霾污染天氣時(shí)大氣PM2.5數(shù)濃度譜分布特征研究”時(shí)，首先對(duì)課題的可行性進(jìn)行了論證，論證結(jié)果認(rèn)為該課題選題新穎，研究方案可行性高。同時(shí)，指導(dǎo)教師所在的實(shí)驗(yàn)組可為該課題研究提供粒度譜儀設(shè)備，能對(duì)采集的市內(nèi)不同功能區(qū)的大氣樣品進(jìn)行檢測(cè)和分析，再輔助對(duì)不同種的樹(shù)葉進(jìn)行掃描電鏡觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，能夠豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，取得較好的預(yù)期效果。

（二）多途徑激發(fā)大學(xué)生的科研潛能

提高學(xué)生的科研水平是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。本科生在實(shí)驗(yàn)初期很迷茫，不知道該從何處著手。筆者根據(jù)學(xué)生已掌握的專業(yè)知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生查閱參考文獻(xiàn)，擴(kuò)充他們的專門(mén)知識(shí)，啟發(fā)學(xué)生去思考如何逐步實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性項(xiàng)目的目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生提出了自己的創(chuàng)新性想法以及具體的實(shí)施步驟和措施。指導(dǎo)教師首先應(yīng)對(duì)學(xué)生的研究思路、方案設(shè)計(jì)等進(jìn)行合理的指導(dǎo)。學(xué)生經(jīng)過(guò)與導(dǎo)師的充分溝通和討論后，不斷調(diào)整進(jìn)度安排、完善研究方案。創(chuàng)新性科研課題選擇了北京市具有代表性的功能區(qū)（二環(huán)內(nèi)四個(gè)功能區(qū)、四環(huán)外四個(gè)功能區(qū)）開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，學(xué)生還會(huì)遇到很多困難，但通過(guò)組內(nèi)溝通和導(dǎo)師討論，能及時(shí)解決這些困難。

其次，大學(xué)生創(chuàng)新性訓(xùn)練項(xiàng)目多有導(dǎo)師的科研項(xiàng)目作為支撐，可以為科研訓(xùn)練提供實(shí)驗(yàn)儀器和場(chǎng)地。一個(gè)大課題常由幾個(gè)子課題組成，這些子課題往往是互相聯(lián)系和互為依托的，所以負(fù)責(zé)子課題的學(xué)生在各自分工的基礎(chǔ)上還需要相互協(xié)作，形成多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)之間必須有協(xié)作的精神、溝通的技巧和開(kāi)放的胸懷。

第三，在創(chuàng)新性科研訓(xùn)練項(xiàng)目最后數(shù)據(jù)處理階段，教師應(yīng)給予充分的指導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)，升華實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中可以明顯感受到科研能力和動(dòng)手能力有所提高，同時(shí)教師對(duì)學(xué)生的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行客觀、合理的評(píng)價(jià)，可以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展［4］。

大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練項(xiàng)目不僅激發(fā)了學(xué)生的潛能，同時(shí)也建立了以導(dǎo)師為指導(dǎo)核心的本科生人才培養(yǎng)模式。

（三）用學(xué)術(shù)論文鞏固大學(xué)生科研訓(xùn)練的成果

得以立項(xiàng)的大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練項(xiàng)目大多都具有一定的理論深度和應(yīng)用價(jià)值，其實(shí)驗(yàn)成果可以學(xué)術(shù)論文的形式在期刊上發(fā)表，以實(shí)現(xiàn)社會(huì)共享。學(xué)術(shù)論文與科研相結(jié)合，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，不僅使學(xué)生了解了實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)會(huì)使用實(shí)驗(yàn)工具和各種大型儀器，而且激發(fā)了學(xué)生的研究熱情，鞏固了理論知識(shí)，達(dá)到了學(xué)以致用的目的［5］。

更為重要的是，在撰寫(xiě)學(xué)術(shù)論文的過(guò)程中，學(xué)生由最初的不知所措，到最后對(duì)文章的結(jié)構(gòu)、專業(yè)用語(yǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)果的處理和討論等了然于心，為以后畢業(yè)論文的寫(xiě)作打下了良好的基礎(chǔ)。

三、大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練的效果

（一）提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)

創(chuàng)新性科研項(xiàng)目促進(jìn)了大學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的興趣［6-7］。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)查閱資料、收集信息，可以了解到本學(xué)科最前沿的科研進(jìn)展情況，接觸到最邊緣、最新的高精尖科研信息，在極大地豐富了課外知識(shí)的同時(shí)，有效地鞏固了課堂教學(xué)中的理論知識(shí)。通過(guò)實(shí)踐操作和教師指導(dǎo)，學(xué)生逐步學(xué)會(huì)開(kāi)展研究工作的步驟和方法。在科研訓(xùn)練過(guò)程中，學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)操作技能、文獻(xiàn)查閱能力、語(yǔ)言表達(dá)能力和論文寫(xiě)作能力得到鍛煉，學(xué)習(xí)的目標(biāo)性大大增強(qiáng)［8］。

（二）提升了本科生畢業(yè)論文的質(zhì)量

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“重霾污染天氣時(shí)大氣PM2.5 數(shù)濃度譜分布特征研究”在執(zhí)行過(guò)程中，學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)到本項(xiàng)目可以作為一份完整的本科畢業(yè)論文來(lái)繼續(xù)進(jìn)行深入研究。于是一名團(tuán)隊(duì)成員在創(chuàng)新性項(xiàng)目圓滿完成后，利用項(xiàng)目建立的方法繼續(xù)開(kāi)展了近一年的野外觀測(cè)，揭示了北京市各個(gè)功能區(qū)大氣顆粒物的組成，并利用源成分譜分析儀初步探討了其來(lái)源和對(duì)區(qū)域氣候的影響。由于研究成果具有創(chuàng)新性、獨(dú)立性和完整性，該成員將其撰寫(xiě)成學(xué)術(shù)論文并發(fā)表，以此為基礎(chǔ)，完成了畢業(yè)論文的寫(xiě)作。

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和畢業(yè)論文相結(jié)合，使學(xué)生增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)、開(kāi)闊了視野、提高了創(chuàng)新能力，提升了畢業(yè)論文的質(zhì)量，為他們今后繼續(xù)深造或就業(yè)奠定了良好的基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生們成才的欲望和創(chuàng)造的熱情，優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出，團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神得以發(fā)揚(yáng)。

教師從大學(xué)生創(chuàng)新性科研訓(xùn)練中也得到了收獲，那就是在設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目時(shí)對(duì)選題的科學(xué)性、創(chuàng)新性、針對(duì)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行了研究。另外，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的主要場(chǎng)所，學(xué)院要加大實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)力度及開(kāi)放度，給學(xué)生提供一個(gè)充分開(kāi)放和自由的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供良好的外部環(huán)境，縮短課堂教學(xué)與社會(huì)實(shí)際的距離，體現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的目的與意義。

［1］王祖源，毛駿健，吳於人.實(shí)施“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃”的體會(huì)［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2007（9）：26-28.

［2］韋巧艷，李堅(jiān)斌，劉曼萍，等.參加本科大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的心得與體會(huì)［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版，2009，31（增刊1）：145-146.

［3］鄭秀英，張進(jìn)明，白守禮，等.提高本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力的探索［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2007（2）：47-49.

［4］李旦，趙希文，吳菊花.以過(guò)程為導(dǎo)向的大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃評(píng)價(jià)體系研究［J］.高等工程教育研究，2010（1）：102-105.

［5］王波，張學(xué)銘，宋先亮，等.指導(dǎo)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)踐體會(huì)［J］.高等農(nóng)業(yè)教育，2010（10）：29-31.

［6］田喜洲.論大學(xué)生科研能力的培養(yǎng)［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2002，8（6）：128-129.

［7］劉學(xué)忠.論大學(xué)創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力培育的教學(xué)環(huán)境［J］.中國(guó)高教研究，2007（8）：50-51.

［8］畢開(kāi)鳳.論當(dāng)代大學(xué)生科研意識(shí)和科研能力的激發(fā)與培養(yǎng)［J］.杭州商學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（1）：63-65.