材料專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的實踐與探索

劉瑞平, 王 琪, 馬 峰, 李國華

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 材料科學(xué)與工程系, 北京 100083)

“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃”是以培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)而設(shè)立,是教育部實施高等院校本科教育教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要內(nèi)容[1-3]。目前,大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目已經(jīng)成為眾多高校必修的創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)。我校大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目以大學(xué)生進行創(chuàng)新性研究項目為主要教學(xué)內(nèi)容,以項目形式開展,為期2年。在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下,通過學(xué)生自主完成創(chuàng)新性研究項目的研究條件準(zhǔn)備、研究方案制訂與實施、研究成果總結(jié)、研究報告撰寫等訓(xùn)練內(nèi)容,使學(xué)生切實得到科學(xué)研究的鍛煉,提高創(chuàng)新實踐的能力[4]。針對不同的學(xué)科,大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的組織與實施的具體方式也存在差別,在深入分析創(chuàng)新訓(xùn)練項目的各個過程(如資料查找、過程實踐、團隊協(xié)作等)的基礎(chǔ)上,提出了具體的管理措施。

1 材料專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練現(xiàn)狀

材料科學(xué)是在理論指導(dǎo)下通過實驗研究材料組成、結(jié)構(gòu)、工藝、性質(zhì)和使用性能之間相互關(guān)系的學(xué)科,旨在為材料設(shè)計、制造、工藝優(yōu)化和合理使用提供科學(xué)依據(jù)[5-6]。同時,現(xiàn)代材料學(xué)科不僅更注重研究各類材料及它們之間相互滲透的交叉性和綜合性,而且更強調(diào)與其他不同學(xué)科(如化學(xué)、物理、生物等)進行交叉、滲透,從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維能力以及實驗動手能力[7]。結(jié)合材料的專業(yè)背景,目前材料專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練存在以下幾個問題:

(1) 實驗性學(xué)科資助經(jīng)費不足。足夠的研究經(jīng)費是大學(xué)生進行科技創(chuàng)新和學(xué)術(shù)創(chuàng)新必備條件之一。根據(jù)級別的不同,大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的資助經(jīng)費在0.8～1.4萬元之間。材料科學(xué)是一門實驗科學(xué),在研發(fā)和設(shè)計新材料的過程中,需要進行多次實驗才能得到優(yōu)化的制備工藝,同時還需使用昂貴的測試表征設(shè)備對其微觀結(jié)構(gòu)和性能進行評價。我校材料系實驗室建設(shè)相對滯后,專業(yè)實驗室的空間小、部分設(shè)備老化、更新速度慢,不能保證所有大學(xué)生的研究工作[8-9]。

(2) 學(xué)生的專業(yè)知識缺乏。根據(jù)我校的實際情況,學(xué)生從大二下學(xué)期開始進入到大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的科研選題環(huán)節(jié)。在這一階段,由于學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)剛剛開始,對專業(yè)的認識不清晰、專業(yè)知識缺乏、相關(guān)的專業(yè)訓(xùn)練和科研訓(xùn)練更是空白,他們不會查閱專業(yè)文獻、缺乏總結(jié)文獻提煉問題的能力,也不了解相關(guān)的實驗技術(shù)。

(3) 學(xué)生的自由支配時間較少。研究過程中投入足夠的時間是大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練取得成果的必備條件之一[10-12]。材料專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練包括復(fù)雜的實驗過程和數(shù)據(jù)處理與分析,因此,投入足夠的時間是大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練取得滿意效果的前提條件之一。然而,受傳統(tǒng)教育的影響,如今高校重教輕學(xué)、重記憶輕思維、重知識輕能力的弊端并未從根本上得到改變[13]。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練實施正處于大量專業(yè)課程的學(xué)習(xí)階段,學(xué)生課程多、課業(yè)繁重,導(dǎo)致可以自由支配的時間較少。

(4) 學(xué)生在創(chuàng)新訓(xùn)練中處于“被動”角色。創(chuàng)新訓(xùn)練效果有3個層次:一是由導(dǎo)師提出課題與計劃,學(xué)生按照實驗計劃完成；二是導(dǎo)師提出課題,學(xué)生在文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上確定實驗方案和實施過程；三是學(xué)生自己提出課題并有切實可行的實驗計劃。大多數(shù)學(xué)生的創(chuàng)新訓(xùn)練停留在第一層次,僅有少數(shù)可以達到第二或者第三層次。因此,大多數(shù)學(xué)生在創(chuàng)新訓(xùn)練實施過程中處于“被動”角色，而創(chuàng)新訓(xùn)練的培養(yǎng)最終目標(biāo)是使學(xué)生具有獨立科研與創(chuàng)新的能力。

2 基于材料專業(yè)特點的創(chuàng)新訓(xùn)練教學(xué)改革

針對大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練實施過程中存在的上述問題,以申報并獲批的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實施過程為例,從立項選題、計劃安排、任務(wù)分配、實施指導(dǎo)、項目結(jié)題等各個階段出發(fā),對我校材料專業(yè)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目進行了深入的實踐與探討,取得了較好的效果。

2.1 積極與周邊院校合作、獲取多方經(jīng)費支持

2014年獲批校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目,項目涉及納米材料的合成和表征,僅僅依靠大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的經(jīng)費遠遠不能滿足學(xué)生的研究工作。因此,以上述項目為基礎(chǔ),成功申報并入選國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃,還成功獲得了教育部先進材料重點實驗室開放課題以及中國科學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實踐訓(xùn)練計劃的資助,解決了項目實施過程中經(jīng)費短缺的問題。同時,積極與周邊院校進行合作,如清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、中國科學(xué)院過程與工程所等,利用其先進的實驗平臺及表征與測試設(shè)備對樣品進行微觀結(jié)構(gòu)的觀察與性能的測試表征,解決了我系測試表征設(shè)備不足的問題。通過上述兩方面的措施,大大改善了學(xué)生的研究條件,激發(fā)了學(xué)生的研究興趣,同時也為學(xué)生自己提出想法以及驗證實驗的實施創(chuàng)造了有利條件。

2.2 提倡學(xué)生自由討論、使學(xué)生變“被動”為“主動”

由于學(xué)生的專業(yè)知識基礎(chǔ)薄弱,積極創(chuàng)造機會為學(xué)生建立專業(yè)背景知識,如通過每周1次的研究生組會匯報、參觀展會、能源存儲與轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的媒體報道、微信群、QQ群等,創(chuàng)建多渠道的交流。在講解新知識的時候,盡量做到深入淺出,同時通過PPT結(jié)合相關(guān)的研究內(nèi)容進行講解,使學(xué)生明白研究工作所需的知識點及相關(guān)課程,在后續(xù)進行課程學(xué)習(xí)時目標(biāo)更明確。

在項目立項之初,給學(xué)生足夠的時間去收集資料、查閱文獻,最后使學(xué)生在閱讀文獻的過程中提出問題、發(fā)現(xiàn)問題,從而確定具體的研究方向。如氧化錫的制備與表征是一個研究內(nèi)容較廣的課題,其既可以作為傳感器材料,也可以作為新能源材料使用。學(xué)生通過文獻調(diào)研、討論,同時結(jié)合自己的興趣,確定了課題的研究目標(biāo)——氧化錫作為高性能鋰離子電池負極材料。在項目的實施過程中,提倡學(xué)生自由討論,集思廣益,有意識地培養(yǎng)學(xué)生的表達能力和溝通能力。同時要求學(xué)生每周至少閱讀一篇相關(guān)文獻,追蹤國內(nèi)外的最新研究進展,并以文字的形式將閱讀文獻內(nèi)容、實驗結(jié)果與討論以及每周匯報的下周研究計劃,以項目研究成果發(fā)表論文,提高學(xué)生在項目實施過程中的主動性。

2.3 研究任務(wù)分工明確、合理利用課余時間

針對學(xué)生課程任務(wù)繁重、自由支配時間較少的問題,在確定項目選題和研究內(nèi)容后,根據(jù)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和興趣合理分配研究任務(wù),通過對項目的整體規(guī)劃, 對每個成員的研究任務(wù)以及完成時間進行了詳細的規(guī)定。

上述措施不僅可以提高每位成員的參與性和積極性,而且可以培養(yǎng)學(xué)生管理時間、統(tǒng)籌規(guī)劃的能力。所帶的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的研究內(nèi)容，主要包括計算機理論計算模擬不同結(jié)構(gòu)和組分的氧化物的性能、不同結(jié)構(gòu)氧化錫的制備工藝參數(shù)優(yōu)化、微觀結(jié)構(gòu)觀察以及其電化學(xué)性能表征。根據(jù)不同的研究內(nèi)容、學(xué)生的興趣及相關(guān)課程學(xué)習(xí)情況,合理把各個研究內(nèi)容分配給學(xué)生,同時鼓勵學(xué)生積極參與其他研究內(nèi)容的實驗與討論。這一舉措極大地增強了每位成員的參與性,使每位成員在項目實施的過程中均有收獲。

3 項目實施的效果

通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目以及上述措施的實施,在整個過程中,學(xué)生經(jīng)歷了實驗的失敗、艱難的探索以及最后的成功,在各位方面均有了提高。

3.1 課堂表現(xiàn)提升、理論知識提高

通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實施,使學(xué)生能夠把所學(xué)的專業(yè)知識用到科研中,同時在研究中遇到問題時,學(xué)生能夠積極查閱圖書館相關(guān)書籍及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫搜尋相關(guān)知識,進行深入學(xué)習(xí)及討論。在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)中,學(xué)生能更有目的地主動去學(xué)習(xí),強化了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果。實踐表明,經(jīng)過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實施,學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課時的課堂表現(xiàn)有了很大的提升,能夠積極參與課堂教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。

3.2 實踐能力顯著提高

通過大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實施,學(xué)生不僅能夠熟練操作材料制備與表征的各種相關(guān)設(shè)備,而且能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行科學(xué)的分析,學(xué)生的實踐能力顯著提高。如通過上述項目的實施,學(xué)生不僅能夠熟練掌握納米材料合成與表征設(shè)備的操作規(guī)程與原理,同時學(xué)會了采用第一性原理進行模擬計算、Origin軟件進行數(shù)據(jù)處理以及Diamond軟件進行晶體結(jié)構(gòu)表征等。

3.3 團隊合作能力加強

創(chuàng)新訓(xùn)練項目的順利完成不僅取決于小組成員的個人智慧,而且需要各成員發(fā)揮自身的優(yōu)勢、團結(jié)協(xié)作、共同參與,在實驗過程中體驗團隊協(xié)作的力量,同時積極營造和諧的學(xué)術(shù)氛圍。在項目實施過程中,每個學(xué)生的研究任務(wù)既相互獨立又承前啟后,在提高個人能力的同時,加強了團隊合作能力。

4 結(jié)語

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目是教育部實施質(zhì)量工程的重要組成部分,基于項目的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的實施，不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性,而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。材料專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的實施效果受到各種主客觀因素的影響,因此必須根據(jù)專業(yè)特點以及實際研究條件,采用適當(dāng)?shù)拇胧┨岣唔椖康膶嵤┬Ч?/p>

參考文獻(References)

[1] 于斌, 顏賢斌. “大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目管理探索與實踐[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2015, 32(9):30-33.

[2] 劉長宏,李曉輝,李剛,等.大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目的實踐與探索[J].實驗室研究與探索,2014,33(5):163-166.

[3] 呂波,姜孔橋.大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目的管理新機制探討[J].教育教學(xué)論壇, 2013(9):231-232.

[4] 張瑞,王冬梅.大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的全過程管理研究[J].實驗技術(shù)與管理,2015,32(7):9-12.

[5] 張銳,關(guān)紹康,申長雨.注重基礎(chǔ)建設(shè) 強化實踐創(chuàng)新 提高綜合素質(zhì):材料科學(xué)與工程學(xué)院實踐教學(xué)改革隨想[J].實驗室科學(xué),2006,9(4):5-7.

[6] 張淑娟,李明升,李文魁,等.以科研促進材料類專業(yè)實踐教學(xué)改革[J].科教導(dǎo)刊, 2015(10):30-31.

[7] 樂紅志,杜慶洋,高巧春,等.材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇, 2015(26):73-74.

[8] 馬峰,李國華,曹洪治.材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)的改革[J].實驗室研究與探索, 2010, 29(12):105-107.

[9] 李國華, 馬峰, 范磊，等. 礦業(yè)特色的材料專業(yè)實踐教學(xué)體系構(gòu)建[J]. 實驗室研究與探索, 2013,32(7):178-182.

[10] 魏立綱,魏莉,安慶大,等.化學(xué)工程與工藝專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練活動的探討[J].山東化工,2013,42(8):167-168.

[11] 杭濤.大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃的研究與思考[J].文教資料,2009(23):212-214.

[12] 吳麗麗,安麗佩.關(guān)于大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的認識與思考[J].教育教學(xué)論壇,2014(35):55-56.

[13] 郝智,伍玉嬌,張金柱,等.以大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃為載體 培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].實驗室研究與探索, 2010,29(11):71-74.