以研究能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的課程教學(xué)改革與實(shí)踐

魏 維，劉雙虎，鄒茂揚(yáng)，王鐵軍，文 武

（成都信息工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 成都 610225）

0 引 言

走中國(guó)特色新型工業(yè)化道路，迫切需要培養(yǎng)一大批創(chuàng)新型工程人才。參與“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的專(zhuān)業(yè)，努力實(shí)踐，探索如何培養(yǎng)一大批能夠適應(yīng)和支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新型工程人才[1-3]。讓本科學(xué)生具備一定的科研能力是培養(yǎng)與提高本科生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的內(nèi)在需求。

美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等國(guó)家高校十分注重本科課程中研究能力的培養(yǎng)。麻省理工學(xué)院從1969年開(kāi)始就推行本科研究機(jī)會(huì)計(jì)劃（undergraduate research opportunity programmes,UROP）[4]，英國(guó)和澳大利亞的一些高校鼓勵(lì)本科生參與科研，研究成為正規(guī)課程的一部分，通過(guò)正規(guī)的課程學(xué)習(xí)獲取研究經(jīng)驗(yàn)[5-6]。1980年開(kāi)始，美國(guó)教育界對(duì)本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行了新的定位，由原來(lái)的培養(yǎng)全面發(fā)展的人才轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)創(chuàng)新型人才，各個(gè)大學(xué)對(duì)教學(xué)方式和培養(yǎng)體系進(jìn)行了改革和創(chuàng)新[7]。我國(guó)本科生培養(yǎng)中，課程教學(xué)普遍重知識(shí)傳授，輕研究能力培養(yǎng)。學(xué)生科研能力與科研素養(yǎng)培養(yǎng)涉及環(huán)節(jié)眾多，且各環(huán)節(jié)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

1 科學(xué)研究能力內(nèi)涵與意義

科學(xué)研究需要多方面的能力, 如把握、跟蹤領(lǐng)域的研究前沿和熱點(diǎn)能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力、科研思維和創(chuàng)新能力、科研實(shí)踐能力、科技文獻(xiàn)查閱能力、科技成果整理與寫(xiě)作能力等[8]?？蒲兴刭|(zhì)包括科學(xué)的思維方法、良好的行為規(guī)范、學(xué)術(shù)道德、誠(chéng)信精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度等?？蒲心芰涂蒲兴刭|(zhì)是科研工作者必備的能力素質(zhì)，也是碩士生學(xué)會(huì)研究的重要內(nèi)涵。

基本的科研能力和科研素質(zhì)培養(yǎng)應(yīng)先通過(guò)1門(mén)專(zhuān)業(yè)課程來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后再推進(jìn)本科生的各項(xiàng)研究計(jì)劃。這些課程學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)不僅要發(fā)展學(xué)生運(yùn)用適當(dāng)?shù)脑砗头椒▉?lái)認(rèn)識(shí)、理解、揭示、質(zhì)疑、批判、反思等能力，更應(yīng)該重點(diǎn)注重學(xué)生基本科研能力、基本科研素養(yǎng)培養(yǎng)。如果能夠在課程教學(xué)過(guò)程中將知識(shí)傳授和培養(yǎng)基本科研能力結(jié)合起來(lái), 有助于學(xué)生早日具備良好的科研能力和素養(yǎng), 為他們順利開(kāi)展本科研究項(xiàng)目打下基礎(chǔ)。在課程教學(xué)中，采用研究性/探究性教學(xué)模式，給予學(xué)生研究體驗(yàn), 通過(guò)促進(jìn)學(xué)生科研認(rèn)知與實(shí)踐能力的提高來(lái)實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)，最終學(xué)生才能適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的社會(huì)，從而受惠終生。

2 專(zhuān)業(yè)課程基本科研能力及基本科研素養(yǎng)培養(yǎng)

2.1 熟悉并經(jīng)歷科研項(xiàng)目開(kāi)展的過(guò)程

科學(xué)研究的過(guò)程一般主要包括：?jiǎn)栴}、創(chuàng)意的提出；信息檢索、分析與文獻(xiàn)管理；開(kāi)題；設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算；研究成果整理與發(fā)表（口頭報(bào)告、論文、專(zhuān)利）；同行評(píng)價(jià)、引用、應(yīng)用；發(fā)展、延伸出新的問(wèn)題。科研程序是科研工作進(jìn)行中表現(xiàn)出來(lái)的階段及過(guò)程。

在課程中要求每個(gè)學(xué)生必須同步完成選擇一個(gè)專(zhuān)題（與課程相關(guān)），針對(duì)此專(zhuān)題/主題開(kāi)展簡(jiǎn)化的項(xiàng)目研究過(guò)程，學(xué)生體驗(yàn)完整的科研基本程序和過(guò)程如圖1所示。學(xué)生通過(guò)課程中親身體驗(yàn)，熟悉可簡(jiǎn)化的科學(xué)研究開(kāi)展基本程序和過(guò)程，為后續(xù)實(shí)施“壓頂石”的研究項(xiàng)目科研能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。課程中簡(jiǎn)化的科研體驗(yàn)依次經(jīng)歷專(zhuān)題學(xué)習(xí)、算法改進(jìn)，然后作一個(gè)報(bào)告、最后調(diào)試完成一個(gè)系統(tǒng)（根據(jù)現(xiàn)有的論文和算法）、撰寫(xiě)一篇論文（文獻(xiàn)綜述）。以上是基本要求，對(duì)基礎(chǔ)較好的同學(xué)則相應(yīng)調(diào)整兩個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到較高要求：撰寫(xiě)自己改進(jìn)后的論文、實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)。

圖1 課程中學(xué)生體驗(yàn)完整的科研基本程序和過(guò)程

2.2 基本科研能力和素養(yǎng)培養(yǎng)的落實(shí)

2.3 課堂教學(xué)方式方法改革

課程承載的“基本科研能力培養(yǎng)及基本科研素養(yǎng)養(yǎng)成”決定了課程教學(xué)除基于傳統(tǒng)的“講授—接受”教學(xué)模式外，還需綜合“學(xué)生參與式教學(xué)、探究式教學(xué) ”等教學(xué)模式，并適當(dāng)結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”進(jìn)行課程教學(xué)。

探究式教學(xué)：課題的選擇和展開(kāi)就是在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)研究性的學(xué)習(xí)方式，主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程。從而在項(xiàng)目展開(kāi)過(guò)程中，學(xué)生探究式地完成整個(gè)科研過(guò)程。

參與式教學(xué)：學(xué)生參與“報(bào)告、調(diào)試或?qū)崿F(xiàn)/改進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)”等環(huán)節(jié)的成績(jī)?cè)u(píng)定；學(xué)生自己選擇自己的研究主題、確定報(bào)告內(nèi)容、選擇要調(diào)試或?qū)崿F(xiàn)/改進(jìn)的系統(tǒng)。

表1 基本研究能力及科研素養(yǎng)在課程中的落實(shí)與培養(yǎng)

適當(dāng)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂：課堂補(bǔ)充文獻(xiàn)檢索、論文閱讀、文獻(xiàn)撰寫(xiě)等“微專(zhuān)題”，學(xué)生在課外完成整個(gè)課題的研究過(guò)程，課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所，包括報(bào)告、討論、系統(tǒng)演示等，具備了翻轉(zhuǎn)課程的特征。

2.4 考核方式改革

用多元評(píng)價(jià)機(jī)制，以課程教學(xué)全過(guò)程為載體進(jìn)行研究能力培養(yǎng)，需要采用多元的考核方式，考查學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)習(xí)的能力、應(yīng)用知識(shí)的能力，需要借助項(xiàng)目實(shí)踐表現(xiàn)、答辯等手段完善多元化的考核與評(píng)價(jià)體系。

典型的課程考核方式：①過(guò)程考核（70%），包含3部分，其中論文成績(jī)占40%，系統(tǒng)調(diào)試成績(jī)占30%，專(zhuān)題報(bào)告成績(jī)占30%；②平時(shí)成績(jī)占（30%），其中實(shí)驗(yàn)占80% ，出勤占20%。

兩類(lèi) Heisenberg 群上的 Hausdorff 算子的最佳常數(shù) ····················郭久華 (5,721)

3 關(guān)鍵途徑與實(shí)現(xiàn)路線

3.1 “討論”環(huán)節(jié)是提升科研能力的有效途徑之一

討論主題預(yù)先布置給學(xué)生。為了參加主題討論，學(xué)生先要查閱大量相關(guān)資料，并進(jìn)行閱讀和分析，理清此專(zhuān)題的研究思路、方法、技術(shù)。然后理解實(shí)現(xiàn)工程的細(xì)節(jié)，對(duì)整個(gè)工程實(shí)現(xiàn)有個(gè)全面評(píng)價(jià)。最后歸納、總結(jié)出每一方法的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，提出認(rèn)為可以進(jìn)一步研究的努力方向。討論課時(shí)，將自己準(zhǔn)備的資料和思想完美表達(dá)出來(lái)，使得同學(xué)和老師認(rèn)同，回答教師和同學(xué)的問(wèn)題。

3.2 項(xiàng)目實(shí)踐是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的有效途徑之一

實(shí)踐項(xiàng)目的完成，不僅在課后花費(fèi)大量的時(shí)間和精力查閱最新資料、掌握領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、對(duì)比總結(jié)主流的方法及存在的局限，更重要的是要探究設(shè)計(jì)完成自己的方法。項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生研究發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力均得到提升。

3.3 “跨學(xué)科”和“前沿性”內(nèi)容有助于科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

跨學(xué)科的討論課程、跨學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容的引入，對(duì)于自身科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作用十分明顯。筆者在課程中設(shè)置“人腦視覺(jué)系認(rèn)知”的一章內(nèi)容，從認(rèn)知神經(jīng)與計(jì)算機(jī)學(xué)科交叉的角度引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。認(rèn)知神經(jīng)學(xué)的引入，使得學(xué)生從全新視角考慮問(wèn)題，學(xué)習(xí)積極性大增，激發(fā)了研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力的過(guò)程也顯得輕松和有趣。

3.4 專(zhuān)題報(bào)告是綜合訓(xùn)練學(xué)生科研素質(zhì)的形式之一

學(xué)生報(bào)告環(huán)節(jié)不僅有助于了解和掌握課程的主要知識(shí)點(diǎn)和該領(lǐng)域的最新研究成果，而且在主題選擇、專(zhuān)業(yè)論文閱讀、歸納能力、表達(dá)與展現(xiàn)能力、快速思考能力、專(zhuān)業(yè)論文的寫(xiě)作能力等方面都能得到訓(xùn)練和提高。

每一個(gè)主題包括很廣泛的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)報(bào)告的目標(biāo)來(lái)組織報(bào)告內(nèi)容。細(xì)節(jié)方面，還需要考慮聽(tīng)眾通過(guò)這次報(bào)告應(yīng)掌握和理解哪些內(nèi)容。要求先確定報(bào)告的目標(biāo)，再?lài)@目的去組織、調(diào)整、取舍和制作PPT。報(bào)告技巧上還需考慮報(bào)告時(shí)的互動(dòng)和研討環(huán)節(jié)、規(guī)定時(shí)間的收放掌握等。這些實(shí)踐有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科研課題的選擇能力和敏銳度。

3.5 “論文”環(huán)節(jié)是提高學(xué)生成果整理和寫(xiě)作能力的有效途徑

無(wú)論是綜述性還是其他研究成果的論文，研究生能夠?qū)W習(xí)科技論文語(yǔ)言的正確表達(dá)，掌握科學(xué)語(yǔ)言的規(guī)范使用，促進(jìn)良好學(xué)術(shù)道德的養(yǎng)成。

4 實(shí)踐與探索

探究性是研究能力培養(yǎng)關(guān)注的本質(zhì)屬性，筆者在3屆以上的媒體計(jì)算與內(nèi)容分析和軟件工程理論與應(yīng)用課程中，按此方法進(jìn)行了以研究能力為導(dǎo)向的課程教學(xué)模式改革。采用多種教學(xué)模式組合進(jìn)行課程教學(xué)，課程的研究性氛圍濃，學(xué)生的研究能力提升明顯。主要用到研究式教學(xué)、傳統(tǒng)教學(xué)模式、拋錨式教學(xué)模式、合作學(xué)習(xí)模式，以及自學(xué)─輔導(dǎo)式等教學(xué)模式。行課中靈活采用啟發(fā)式、研討式、參與式、案例式、以問(wèn)題為本等豐富的教學(xué)形式進(jìn)行教學(xué)。

以媒體計(jì)算與內(nèi)容分析課程為例，學(xué)生對(duì)課程在基本科研能力及素養(yǎng)培養(yǎng)各方面的匿名評(píng)測(cè)結(jié)果如圖2所示。通過(guò)匿名問(wèn)卷調(diào)查分析，修完課程后學(xué)生認(rèn)為自己對(duì)應(yīng)的基本科研能力在課程學(xué)習(xí)中得到提升，基本科研素養(yǎng)得到培養(yǎng)和加強(qiáng)。學(xué)生對(duì)課程的滿(mǎn)意度提升。

圖2 學(xué)生對(duì)課程在基本科研能力及素養(yǎng)培養(yǎng)教學(xué)產(chǎn)出評(píng)價(jià)

5 結(jié) 語(yǔ)

在本科生研究能力培養(yǎng)體系中，研究計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施是培養(yǎng)研究能力與研究素質(zhì)的“壓頂石”，而課程內(nèi)基本科研能力與素質(zhì)培養(yǎng)則是“地基”。

以基本科研能力及素質(zhì)培養(yǎng)為主線，以課程內(nèi)容為載體，通過(guò)教學(xué)模式的整體優(yōu)化轉(zhuǎn)換，實(shí)踐了研究能力導(dǎo)向的教學(xué)改革。以學(xué)生為中心，采用探究性教學(xué)，學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，帶動(dòng)了課堂教學(xué)師生關(guān)系、教學(xué)評(píng)價(jià)、教學(xué)管理等一系列改革。實(shí)踐證明，通過(guò)改革，學(xué)生的基本科研能力及素質(zhì)得到了系統(tǒng)提升，為后續(xù)各項(xiàng)本科研究計(jì)劃中繼續(xù)提高研究能力打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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