科研方法在實驗教學和創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)中的應用

張艷玲　郭四穩(wěn)

摘要：本文從實驗教學改革的實踐過程出發(fā)，結合科研項目的研發(fā)經驗，將科研過程引入實驗教學中。運用科研的思路來整合實驗教學內容，改進實驗教學方法和實驗考核辦法，將實驗內容項目化、實驗模式團隊化、實驗成績階段化，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力。

關鍵詞：科研方法；實驗教學改革；創(chuàng)新實踐能力

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0257-03

一、引言

21世紀是一個科技高速發(fā)展、知識經濟占主導地位的時代?！爸R經濟”的兩大核心就是“不斷創(chuàng)新”和“將知識創(chuàng)意迅速轉化為經濟價值”，要發(fā)展這樣的知識經濟，只有依靠具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質、高質量人才[1]。1998年8月出臺的《中華人民共和國高等教育法》中明確指出：“高等教育的任務是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才，發(fā)展科學技術文化，促進社會主義現(xiàn)代化建設”。1999年6月，《中共中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中也明確提出：“高等教育要重視培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神和實踐能力”。因此，無論是面對新世紀席卷全球的科技、經濟和綜合國力的競爭，還是適應我國高等教育的要求，高等院校都必須把培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實踐能力的人才作為責無旁貸的使命和責任，而大學本科的實驗教學對創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)具有不可替代的作用和義不容辭的責任。鑒于這一共識，2005年教育部印發(fā)的《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中第10條也明確提出要“大力加強實踐教學，切實提高大學生的實踐能力”[2]。

二、對創(chuàng)新實踐能力的全面認識

以往人們認為創(chuàng)新就是發(fā)現(xiàn)前人沒有發(fā)現(xiàn)的事物，創(chuàng)造過去不存在的事物，或在前人或他人已經創(chuàng)造成果的基礎上，做出新的突破，包括做出新的發(fā)現(xiàn)、提出新的見解、開拓新的領域、解決新的問題、創(chuàng)造新的事物[3]。但隨著知識經濟時代的來臨，創(chuàng)新不單單指上述這些內容，還包括將新的知識創(chuàng)意迅速轉化為不同領域新的經濟價值，即創(chuàng)造性應用。因此，創(chuàng)新人才的知識結構必須是動態(tài)的、合理的、多元化的，不但各學科知識齊全，比例得當，而且各學科知識之間的相關性好，整體上要隨著科技的發(fā)展不斷延伸、擴展、更新和改造，以始終保持知識結構優(yōu)化的狀態(tài)，適應客觀世界變化發(fā)展的需要。因此，創(chuàng)新能力結構概括為以下幾個方面[4]：①具有扎實的基礎知識；②具有較強獲取知識的能力，善于對所搜集的知識進行分析、綜合與歸納，并具有初步的知識鑒別和選擇能力；③具有綜合相關知識和新信息來進行應用研究的能力；④思想開放，具有批判性思維的開拓創(chuàng)新精神和初步的創(chuàng)造能力；⑤具有獨立性與主動性和團結協(xié)作精神；⑥具有綜合、交叉、富有創(chuàng)新活力的多元化知識結構。

有人認為實際動手操作能力就是實踐能力，這是狹隘和片面的理解。實際上，實踐能力是指實踐活動過程中所需要的各種能力，如應變能力、觀察能力、動手能力、信息處理能力、表達能力、管理能力、組織能力、交往能力等能夠完成任務的各種能力[3，5]。實踐能力分為“基本能力”和“綜合能力”兩個層次[1]。“基本能力是指完成某一指定專門業(yè)務工作的能力，能力的大小主要以完成該任務的質量（準確性）與效果來衡量”，包括：實驗動手能力、加工操作能力、繪圖能力、數(shù)學運算能力、初步設計能力、語言表達和書面表達能力、人際交往能力、信息檢索與處理能力、外語能力、計算機能力等?！熬C合能力是指獨立辦事和分析解決問題的能力，能力大小和水平主要看解決或處理簡單或復雜困難問題所取得的效果。綜合能力的特點在于具有綜合性、獨立性與主動性、一定程度的創(chuàng)造性和人才個性與指向性”。綜合能力集中反映了大學畢業(yè)生在現(xiàn)實社會的工作崗位上適應環(huán)境，接受知識，觀察、分析、判斷、處理和解決實際問題的整體能力水平，主要包括：組織管理能力、社會適應及應變能力、設計能力、科研能力、創(chuàng)新能力等。

三、將科研過程引入實驗教學，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力

一個科研項目從提出到最后結題驗收，要經歷提出項目方案、科研的立項論證和評審、總體方案設計、研究實驗工作、數(shù)據分析、科研總結等過程。在每一個步驟中，都要求承擔科研項目的人具有獨立性、主動性和團隊合作精神，積極開動腦筋，對遇到的每一個問題都盡量主動采取對策，具體問題具體分析，共同討論，以創(chuàng)新的思路去解決問題，而不是依照別人的指示，亦步亦趨的被動工作，生搬硬套統(tǒng)一模式去解決不同的任務。如果能將這一過程引入實驗教學，對學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)一定具有重要的推動作用。但如何將科研過程引入實驗教學呢？本文以實驗教學改革試點班的實踐為基礎，從以下幾方面進行探討。

（一）整合實驗教學內容，將實驗項目轉化為科研項目

以計算機教學中數(shù)據結構實驗課為例，實驗教學內容主要是對理論教學中的基本結構和基本算法的驗證、應用、綜合分析等。以往的實驗課都是教師寫好實驗指導書，學生按照實驗指導書的要求逐一完成項目。整個實驗過程中所有的實驗條件已被事先確定。整個實驗步驟，采用的結構和算法，甚至實驗細節(jié)、實驗過程中可能出現(xiàn)的錯誤等內容都是已知的或可以預測的，學生除了課前對實驗內容進行預習、課后完成實驗報告外，在整個實驗過程中所做的主要工作就是完成規(guī)定的步驟，并在最后用常規(guī)數(shù)據測試一下結構和算法。對實驗質量的評價主要看程序是否通過，衡量實驗能力的主要標準主要是看其實驗的順利程度，學生是被動地參與整個實驗過程。

在實驗教學改革試點班，我們采用了另外的思路，將科研過程引入實驗教學中，整合實驗教學內容，把實驗項目轉化為科研項目。例如，在做“鏈式堆棧和隊列”這一實驗時，我們并不給出任何具體的實驗項目，而是把鏈表、鏈式堆棧和鏈式隊列的特點、各種操作、應用和局限性列出來，然后把學生分成四到五人一組。學生按照列出來的內容，根據學習生活實際、社會發(fā)展或科技發(fā)展的熱點問題自主設計一個項目、應用場景或游戲。要求所設計的項目需要用到鏈式堆棧和鏈式隊列這些數(shù)據結構，并寫出項目的功能模型和切實可行的實驗步驟，最后用隨機函數(shù)來決定由其他哪個組的同學來測試自己的項目。操作完成后，由這兩組學生對這個項目進行總結分析，寫出實驗報告。這樣，學生就必須開動腦筋，留心自己的生活和社會生活中的事件，查閱相關資料，才能設計出既符合實驗要求和實際情況，又具有可行性的實驗項目來。通過這樣的鍛煉，學生相當于經歷了從科研立項、可行性論證、實驗部署到結題這一過程，科研思維方式也通過實驗逐步滲透到學生的思想中，從而培養(yǎng)了學生勤于思考、敢于探索的創(chuàng)新精神、聯(lián)系實際的實踐能力、綜合設計能力以及觀察分析能力，也培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的能力。

（二）改進實驗教學方法，將實驗模式團隊化

以前的實驗課中，學生一個人來完成所有老師給定的實驗指導書上的實驗項目，一個人進行程序測試和功能測試，一個人進行實驗總結和分析。這樣的實驗過程鍛煉了學生的獨立性、自主性和實踐能力，但因為實驗項目難度不大（一個人能力有限）且采用的數(shù)據結構和算法是已知的，因而對學生創(chuàng)新思維的訓練以及其他能力的培養(yǎng)還不夠。

在實驗教學改革試點班，我們把學生分成四到五人的小組，以團隊模式來做實驗。這樣，實驗項目的難度可以加大，綜合性、設計性、創(chuàng)造性可以增強，也因此對學生的要求更高。為了使學生能夠適應新的實驗教學方法，在開始的兩周實驗課上，教師要介紹做科研項目的方法，講解代碼編寫規(guī)范和團隊協(xié)作文化等內容。然后用幾個小的軟件作業(yè)來讓學生體驗團隊模式的實驗方法。從第三周開始，正式進入實驗項目。在每個實驗小組里，每個學生都要根據實驗內容和老師的實驗要求提出設計項目，然后以研討會的形式，由每個學生講解自己的設計思路，以及對關鍵問題的理解等。之后由整個團隊的成員一起進行可行性論證，并提出修改，補充建議。教師參與每個小組的討論，給予必要的指導。最后確定下實驗項目的方案，團隊一起進行實驗步驟規(guī)劃、任務分工、數(shù)據處理、測試方法等方面的安排，之后才正式進入項目的實際實施階段。經過這樣的過程，學生在現(xiàn)有知識基礎上拓寬了知識面，優(yōu)化了知識結構。學生通過查資料、設計項目了解到了科技發(fā)展的趨勢和學科的發(fā)展方向，增強了獲取知識的能力，對所搜集的知識進行分析、綜合與歸納，并進行初步的知識鑒別和選擇的能力以及綜合所學相關知識和新信息來進行應用研究的能力。同時也使學生認識到了團隊的支持和團隊合作對迎接挑戰(zhàn)，攻克難題，以創(chuàng)新的思路去解決問題的重要性。同時小組討論時的發(fā)言過程潛移默化地鍛煉了學生的表達能力和人際交往能力。

（三）改革實驗考核辦法，將實驗成績階段化

在以前的實驗考核中，實驗成績主要以學生實驗報告和實驗過程的認真程度來確定。這種方法可以考核學生勤懇的學習態(tài)度、組織材料的能力、書面表達能力以及總結歸納能力，但無法考核學生的合作能力、組織管理能力、適應及應變能力。

在改革后新的實驗考核辦法中，我們將實驗成績階段化。教師在參與小組討論、團隊工作安排的過程中記錄下每個學生在實驗項目實施每個階段的表現(xiàn)情況和工作態(tài)度，給出階段性小結和評價，該成績占總成績的40%。對項目設計方案或建議被團隊采納的學生給予加分獎勵，獎勵的分數(shù)根據方案被采用的比例不同給予5分到20分不等，同時測試小組在測試過程中也要記錄下每個功能模塊的測試情況，給出測試報告。教師根據測試報告中不同模塊對應的學生給出評價，該成績占總成績的20%。最后上交的實驗報告占總成績的40%。如果能把實驗總結整理成論文發(fā)表，則全組同學加10分，論文的執(zhí)筆人再加10分。這樣，每個學生的每個實驗項目的總成績就凝聚了他在整個項目不同階段的努力和心血。這樣的考核辦法可以培養(yǎng)學生嚴于律己的工作作風和誠懇的工作態(tài)度以及注重細節(jié)等優(yōu)秀的習慣，同時也可以培養(yǎng)學生在團隊中耐心虛心聽取意見的能力以及撰寫實驗報告、工作計劃、工作總結、技術任務書、學術論文等書面表達能力。

四、結束語

本文從實驗教學改革的實踐過程出發(fā)，結合科研項目的研發(fā)經驗，將科研過程引入實驗教學中。運用科研的思路來整合實驗教學內容，改進實驗教學方法和實驗考核辦法。將實驗內容項目化、實驗模式團隊化、實驗成績階段化。通過這樣的訓練來逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合實踐能力。在實驗改革過程中，學生變化最大的地方是上理論課時更認真，更勤于思考，敢于提出問題。這是一個可喜的改變。另外，教師在實驗項目的不同階段進行現(xiàn)場指導時，學生開始打破習慣思維的局限性，運用逆向思考的方法來分析問題，同時也敢于對一些經典問題的經典解答提出自己的疑惑。學生開始初步具有批判性思維和初步的創(chuàng)造能力，而且開始踴躍參加老師的科研課題，積極參加高校的各類競賽活動。雖然培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力是一個漫長的過程，工作也是任重而道遠，不是一兩門實驗課程的改革所能做到的。但實踐表明，實驗教學改革對學生精神面貌和思維方式的改變是卓有成效的，學生開始認識到所學的公共基礎課和專業(yè)基礎課的重要性，對實驗課的重視程度和認識水平也大大提高。

參考文獻：

[1]楊登秀，工科大學生實踐能力培養(yǎng)研究[D].重慶大學碩士學位論文，2007：1-2.

[2]中共中央國務院.中共中央國務院關于進一步加強人才工作的決定[N].人民日報，2004-01-01（01）.

[3]張偉，華中科技大學培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的案例研究[D].華中科技大學碩士學位論文，2007.

[4]岳曉東.大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)之我見[J].高等教育研究，2004，（1）：84-91.

[5]郝克明.造就拔尖創(chuàng)新人才與高等教育改革[J].當代教育科學，2004，（17）：3-5.

Abstract：The Scientific research process is introduced in experimental teaching on the basic of the practice of experimental teaching reform and research development experience. The idea of research is applied to integrate experimental teaching content and improve teaching methods and experimental evaluation methods. The experiment contents are project-oriented，experiment modes are team-oriented，and experiment scores are stage-oriented in order to train students creative ability and comprehensive practical ability.

Key words：Research Methods；Experimental Teaching Reform；Innovative Practice Ability