教師科研引入“電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗”課程教學(xué)模式的探索

宋 哲，馮秋菊

(遼寧師范大學(xué) 物理與電子技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、生產(chǎn)力的提高，各行各業(yè)對創(chuàng)新型人才的需求急劇增加。高校作為培養(yǎng)高級專業(yè)人才的搖籃，肩負著義不容辭的責(zé)任。實踐教學(xué)是高等教育中重要的組成部分，是培養(yǎng)大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的重要途徑。2000年后，教育部先后頒發(fā)了“關(guān)于進一步加強和改進普通高等學(xué)校實踐教學(xué)工作的若干意見”“國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)”“全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見”等一系列文件，明確指出要大力加強實踐教學(xué)，切實提高大學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，全面推進素質(zhì)教育[1]。因此，如何提高大學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力是各高校教學(xué)改革的一個主要方向。

多年來，各高校都加大了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比例和強度，在實踐教學(xué)中更注重學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，并提出了許多行之有效的方法[2-5]。以遼寧師范大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例：1)減少實驗課程中驗證性題目，增加綜合性、設(shè)計性、研究性題目，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識、分析問題和解決問題的能力；2)開放實驗室，學(xué)生可以通過申請參加開放實驗室項目和教師指導(dǎo)學(xué)生科研訓(xùn)練項目，自主安排時間進入實驗室進行研究，題目可以是教師提出也可以是學(xué)生自己提出，研究過程中以學(xué)生為主教師為輔，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新意識；3)組織參加各類科技競賽，包括國家級、省級、市級的電子設(shè)計大賽、物理實驗競賽、小型機器人設(shè)計大賽及挑戰(zhàn)杯賽等，也有校內(nèi)的物理實驗技能競賽、電學(xué)實驗技能競賽等，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神、競爭意識和創(chuàng)新能力；4)建立校企聯(lián)合實驗室和校外實習(xí)基地，學(xué)生可以通過參與產(chǎn)學(xué)研合作項目和生產(chǎn)實習(xí)，了解企業(yè)的需求和先進技術(shù)，開闊眼界，為更好的就業(yè)奠定基礎(chǔ)；5)提供創(chuàng)新學(xué)分，學(xué)校對獲得專利、發(fā)表科技論文、完成創(chuàng)新報告并達到一定標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生賦予相應(yīng)的創(chuàng)新學(xué)分，這一機制能夠激勵學(xué)生積極參與到各種創(chuàng)新實踐活動中。

這些措施為學(xué)生提供了進行實踐訓(xùn)練的機會，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。但是無論是開放實驗室項目、教師指導(dǎo)學(xué)生科研訓(xùn)練項目、產(chǎn)學(xué)研合作項目還是科技競賽項目都是學(xué)生自愿申請參加的，有的還要通過選拔才能參加，真正能夠參與其中的學(xué)生只占少數(shù)。同時，學(xué)生參與教師科研項目、了解相關(guān)領(lǐng)域前沿的機會也不多。所以，我們以電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗這門必修課為試點，探索一種將教師科研項目引入專業(yè)實驗課程、培養(yǎng)學(xué)生科研能力和創(chuàng)新意識，并惠及到每位學(xué)生的教學(xué)模式。

1 教師科研項目在電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗課程的引入

專業(yè)實驗教學(xué)和科學(xué)研究存在一定的相關(guān)性和互補性，二者相結(jié)合可以相互促進、共同提高[6]。教師科研項目是強化實踐教學(xué)和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的良好平臺，將教師科研項目引入實驗教學(xué)中，既可以保證實驗內(nèi)容的新穎性和前瞻性，又可以讓學(xué)生接觸到先進的科研設(shè)備和技術(shù)，極大吸引學(xué)生實驗的興趣，能夠有效提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)研究能力[7-10]。所以將教師的科研項目引入到專業(yè)實驗課中是可行的、有意義的，許多教師在這方面進行了有益的探索[11-14]。

以電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗課程為改革試點，徹底改變傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式，通過引入教師的科研項目，把實驗課程變成一次科研訓(xùn)練活動，變成一個學(xué)生能參與教師科研項目的實踐教學(xué)平臺。由于電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗是一門必修課，使得所有學(xué)生都能夠參與其中，得到鍛煉。具體改革方案如下。

1.1 實驗內(nèi)容的改革

為了達到訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)研究能力的目的，在實驗內(nèi)容安排上做了較大調(diào)整，不是像一般實驗課程那樣規(guī)定好若干個實驗題目讓學(xué)生來做，而是給出幾個研究方向供學(xué)生選擇，整個實驗課程學(xué)生要完成某個研究方向中的一個研究課題，題目是結(jié)合教師的科研項目由教師和學(xué)生自由商定，靈活性很強。由于電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗是一個綜合性很強的課程，同時，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)又是由光電子技術(shù)、微電子技術(shù)及物理電子技術(shù)等多個專業(yè)合并而成的，涉及的領(lǐng)域很廣，所以在實驗內(nèi)容的選擇上充分考慮了我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，即培養(yǎng)光電子、微電子、電子技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用型人才，擬定了納米材料、納米器件、LED技術(shù)、光伏技術(shù)、稀土發(fā)光材料、光開關(guān)技術(shù)及集成電路仿真等7個研究方向。教師可以將自己科研項目中已經(jīng)取得的成果轉(zhuǎn)化成研究題目，讓學(xué)生重復(fù)一遍研究過程，也可以將自己正在進行的科研項目拿出一部分讓學(xué)生來研究，從而使學(xué)生真正參與到教師的科研項目中，了解科學(xué)研究的全過程，熟悉科學(xué)研究的方法和手段，培養(yǎng)初步的科學(xué)研究能力，為今后進一步的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。

1.2 教學(xué)模式的改革

科學(xué)研究不同于實驗課，它要有一個查閱文獻、理論研究、實驗測試及結(jié)果分析等過程，需要投入的時間較多，并且靈活，所以整個課程采取全開放式教學(xué)模式，打破傳統(tǒng)實驗課固定實驗題目、固定上課時間及教師主講的授課方式。學(xué)生在選好研究課題后，可以在一學(xué)期的時間內(nèi)，自主安排研究計劃，實驗室完全開放，學(xué)生可以隨時進入，在研究期間如果遇到問題，可以隨時找指導(dǎo)教師進行討論。在完成課題的過程中，學(xué)生是研究主體，從文獻的查閱、實驗方案的設(shè)計到測試結(jié)果的分析等各個環(huán)節(jié)都由學(xué)生獨立完成。教師主要起指導(dǎo)、檢查、監(jiān)督的作用，教師幫助學(xué)生根據(jù)課題內(nèi)容把研究工作劃分為幾個階段，督促學(xué)生按照計劃按時完成各個階段的研究內(nèi)容，并根據(jù)各階段的完成情況，對每位學(xué)生進行綜合評價。這種教學(xué)模式學(xué)習(xí)時間靈活，能夠培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨立思考的習(xí)慣，提高學(xué)生動手能力、知識應(yīng)用能力、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生團隊合作精神、創(chuàng)新意識和初步科學(xué)研究能力。

1.3 考核方式的改革

由于實驗課程變成了科學(xué)研究，不能簡單地用一次考試來評價成績，應(yīng)該更側(cè)重考查學(xué)生知識綜合運用能力、分析問題解決問題的能力及實踐能力和創(chuàng)新能力等。為了保證考核的公平性和合理性，可以將成績分成兩部分。1)課題研究過程，約占60%，由指導(dǎo)教師打分。教師依據(jù)學(xué)生在課題完成過程中的參與程度、操作水平、合作精神、貢獻大小、數(shù)據(jù)分析能力、解決問題能力等方面在各個階段結(jié)束時對學(xué)生進行評價，各階段成績之和即為這部分的總成績。2)論文及答辯過程，約占40%，由答辯組教師打分。課題完成后，每個學(xué)生要完成一篇研究論文(或報告)，每個小組對研究結(jié)果要進行公開答辯，答辯組教師主要依據(jù)學(xué)生的論文質(zhì)量、研究結(jié)果、答辯時的表述和回答問題情況、成果的創(chuàng)新性等方面進行評價。這樣的考核方式能夠比較客觀公正的評價一個學(xué)生的科研能力。

2 保障措施

2.1 學(xué)生分組

電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗安排在第7學(xué)期，面向大四學(xué)生開設(shè)的。經(jīng)過前6個學(xué)期的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的理論基礎(chǔ)知識和基本的實驗技能，具有一定的知識綜合運用能力，可以開展簡單的科學(xué)研究活動?？紤]到學(xué)生學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)有所不同，而科學(xué)研究比普通實驗課對學(xué)生的探索能力、認(rèn)知能力及解決問題能力等方面要求更高，為了保證研究課題能夠順利完成，不延誤教師的科研進度，保證教師參與的積極性，在對學(xué)生進行分組時，要充分考慮學(xué)生的綜合能力，盡量做到優(yōu)勢互補，把不同特點的學(xué)生分在一組。每小組3～5名學(xué)生，推選出1名負責(zé)人，總體負責(zé)課題的各項工作。這樣分組既能保證課題順利完成，又能調(diào)動學(xué)生的積極性，大家各盡所長，互相幫助，能力強的帶動能力差的，讓所有學(xué)生都參與到科學(xué)研究中，得到科研訓(xùn)練。

2.2 政策保障

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，學(xué)校在教學(xué)計劃中規(guī)定了每個學(xué)生在校期間要完成3～6個創(chuàng)新學(xué)分，并制定了“遼寧師范大學(xué)本科生創(chuàng)新學(xué)分實施細則”。細則中明確將學(xué)生參與教師科研項目納入創(chuàng)新實踐學(xué)分的項目。學(xué)生通過“電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗”這個平臺，參與教師的科研項目，完成相應(yīng)的科研訓(xùn)練任務(wù)，按細則規(guī)定，經(jīng)教務(wù)處審批后，可以獲得2～4學(xué)分。學(xué)生獲得的學(xué)分?jǐn)?shù)主要依據(jù)發(fā)表論文情況、申請專利情況、其本人對項目完成的貢獻大小，經(jīng)指導(dǎo)教師擬定、學(xué)院審核、教務(wù)處批準(zhǔn)而定。創(chuàng)新實踐學(xué)分是本科生在校期間必修的學(xué)分，所以能夠促進學(xué)生更加積極主動高質(zhì)量地完成“電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗”課程中的科研題目，爭取多獲得創(chuàng)新實踐學(xué)分。

為了調(diào)動教師參與的積極性，學(xué)校除了確認(rèn)教師相應(yīng)的課時以外，對于指導(dǎo)學(xué)生公開發(fā)表論文或申請專利的教師，應(yīng)額外給予一定的課時獎勵，對于課題研究過程中需要經(jīng)費的，校方也應(yīng)給予大力支持。

實驗室對學(xué)生是免費開放的，為了保證實驗室及人員安全，學(xué)生首次進入實驗室時，指導(dǎo)教師必須對學(xué)生進行安全教育，講解強電、激光、危險氣體、危險化學(xué)藥品、大型儀器等的正確使用方法。在整個課題研究過程中，可以指派1～2名研究生在實驗室中協(xié)助教師指導(dǎo)學(xué)生完成實驗任務(wù)。

3 舉例說明

在LED技術(shù)研究方向，學(xué)生可以開展ZnO同質(zhì)結(jié)LED的制備及性能研究，也可以開展ZnO/GaN異質(zhì)結(jié)LED的制備及性能研究，這些題目是教師科研項目中基礎(chǔ)性的工作，適合本科生研究。課題可以在教師的科研實驗室內(nèi)完成，實驗室能夠提供從材料生長、器件制作到樣品測試的所有實驗設(shè)備。本小組的學(xué)生經(jīng)過協(xié)商選定題目后，教師先對課題研究意義、研究內(nèi)容、制備方法、LED器件的制作和測試等方面予以講解，使學(xué)生們對研究題目及研究過程有一個總體的了解。教師將課題研究分成查閱文獻(2周)、材料生長與測試(6周)、器件性能檢測及結(jié)果分析(5周)、撰寫論文(2周)、答辯(1周)5個階段。學(xué)生們通過查閱文獻，能夠了解ZnO材料的制備方法及表征手段，再結(jié)合實驗室條件，互相討論后選擇一種材料生長方法，并確定生長條件，如反應(yīng)源的配比、生長溫度、氣體流量等，材料生長方案經(jīng)過教師把關(guān)通過后，由學(xué)生們相互合作，共同完成材料生長、LED器件制作、性能測試及結(jié)果分析，完成課題任務(wù)。期間遇到的問題，鼓勵學(xué)生們獨立思考、協(xié)商解決。教師會每周安排1次組會，在組會上要求學(xué)生對本周所做的工作進行匯報和總結(jié)，對學(xué)生自己解決不了的問題和困難給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)和啟發(fā)，通過大家討論的方式予以解決。組會可以使教師及時掌握學(xué)生的研究動態(tài)，起到督促作用。此外，在實驗室內(nèi)安排一名研究生，負責(zé)在實驗過程中對實驗室安全、實驗儀器和測試儀器的操作等方面對學(xué)生給予指導(dǎo)和講解。對課題研究過程的前4個階段，每個階段結(jié)束后，教師根據(jù)學(xué)生完成情況、出勤率、實驗儀器操作能力及數(shù)據(jù)分析能力等進行成績評定，其中第一階段占10%，第二階段占20%，第三階段占20%，第四階段占10%，第五階段由答辯小組教師根據(jù)論文完成情況和答辯情況進行成績評定，占40%。

整個課題研究過程完全以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，學(xué)生了解了科學(xué)研究的過程、方法和手段，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作精神、實踐動手能力、分析問題解決問題能力和初步的科學(xué)研究能力。

4 結(jié)束語

通過對電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)模式的改革，為學(xué)生提供了一個參與到教師科研項目的實踐平臺，使每位學(xué)生都能得到科研訓(xùn)練的機會。開放式和學(xué)生為主體式的教學(xué)方式，能夠很好地調(diào)動學(xué)生參與科研的積極性和主動性。在完成科研課題任務(wù)的過程中，能夠使學(xué)生接觸到相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點和前沿，提高學(xué)習(xí)興趣；能夠?qū)⒗碚撝R與實踐技能有機地結(jié)合起來，有效提高學(xué)生動手能力、知識綜合運用能力、分析問題解決問題能力；能夠使學(xué)生很好地理解科學(xué)研究的意義和方法；能夠培養(yǎng)學(xué)生團隊合作精神、創(chuàng)新意識和初步進行科學(xué)研究的能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。