淺談本科生教學(xué)中前沿科技與教學(xué)相融合的創(chuàng)新培養(yǎng)模式

彭瀚旻 毛婷

摘要：針對(duì)當(dāng)代以傳統(tǒng)專業(yè)課為主的本科生課堂教學(xué)，雖可以為社會(huì)各行業(yè)提供一定的專業(yè)技術(shù)人才，但并不能滿足社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的迫切需求，提出一種在本科生教學(xué)過程中開展前沿科技與教學(xué)相融合的創(chuàng)新培養(yǎng)模式，通過課堂內(nèi)容創(chuàng)新與教學(xué)方式變革幫助本科生建立創(chuàng)新思維，培養(yǎng)科研熱情，為今后參與科研活動(dòng)和確定研究方向提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：本科生教學(xué)；本科生培養(yǎng)；前沿科技；教學(xué)方式變革；課堂內(nèi)容創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）16-0001-03

一、引言

大學(xué)存在的意義在哪里？無(wú)疑大學(xué)為學(xué)子提供了進(jìn)一步深造的平臺(tái)，根本上即傳道授業(yè)解惑。事實(shí)上，本科教學(xué)在大學(xué)的學(xué)習(xí)中扮演著奠基者的角色，參與的人數(shù)最多，學(xué)習(xí)的課程最雜，研究生教育與科研活動(dòng)都是以本科的知識(shí)和能力為基礎(chǔ)的[1]。我國(guó)高校最初的本科生教育長(zhǎng)期以單向傳授知識(shí)為主，重視課堂教學(xué)，機(jī)械式的知識(shí)灌輸和框架式的課本教學(xué)形成模式化的接受式學(xué)習(xí)，阻礙了創(chuàng)新思維的建立和科研能力的培養(yǎng)。在大學(xué)的基礎(chǔ)課程上，學(xué)生被學(xué)分、考試、績(jī)點(diǎn)等一些客觀而死板的評(píng)價(jià)方式牽制，死記硬背規(guī)定的考試內(nèi)容，機(jī)械套用題目的固定公式，很少接觸到以培養(yǎng)發(fā)散性創(chuàng)新性思維為目的，以培養(yǎng)科學(xué)眼光學(xué)習(xí)能力為主體的課程。因而在完成本科學(xué)業(yè)時(shí)，很多本科生會(huì)反思大學(xué)四年學(xué)習(xí)的內(nèi)容對(duì)今后學(xué)習(xí)和工作的作用，并且對(duì)研究方向，興趣所在，能力儲(chǔ)備等產(chǎn)生迷茫和質(zhì)疑的情緒。歸根結(jié)底，大學(xué)本科學(xué)習(xí)的目的是希望你最終擁有自己認(rèn)識(shí)世界和研究問題的方法，為研究生時(shí)期討論和思考課題做準(zhǔn)備。

二、教學(xué)與科研融合的必要性

進(jìn)入21世紀(jì)的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才已成為高等教育的重要任務(wù)，本科教育又是高等教育的主體和基礎(chǔ)，如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的本科生在高等教育中顯得更為重要。教學(xué)、科研、為生產(chǎn)服務(wù)是高校的三大任務(wù)，其核心是人才的培養(yǎng)質(zhì)量。教學(xué)是傳授學(xué)科知識(shí)和生產(chǎn)技能，是科研活動(dòng)展開的基礎(chǔ)；科研活動(dòng)是課堂理論和技能的實(shí)踐和融會(huì)貫通，是教學(xué)品質(zhì)的檢驗(yàn)，科研形成的嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真和求實(shí)創(chuàng)新的思維方式促進(jìn)了教學(xué)水平的提高[2，3]。因而教學(xué)與科研是相互促進(jìn)、共同發(fā)展的關(guān)系。各高校就科研如何與教學(xué)相結(jié)合，提高本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，成為高校適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家戰(zhàn)略的重要問題[4]。美國(guó)卡耐基教學(xué)促進(jìn)會(huì)前主席博耶1998年曾發(fā)表題為《重建本科教育，美國(guó)研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》的報(bào)告，主題圍繞研究型大學(xué)本科教育模式的改革，核心就是本科的學(xué)習(xí)要以研究為基礎(chǔ)。教學(xué)與科研相結(jié)合的熱潮起源于1969年美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）建立的“本科生研究機(jī)會(huì)計(jì)劃”，目的是給學(xué)生提供更多參與科創(chuàng)和開闊視野的機(jī)會(huì)。1995年，我國(guó)清華大學(xué)吸取MIT教學(xué)改革的優(yōu)勢(shì)，提出了學(xué)生科技訓(xùn)練計(jì)劃，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和國(guó)際視野，1996年開始正式實(shí)施。2007年教育部推出了本科生科研項(xiàng)目——大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并在十所高校試點(diǎn)[5]。目前國(guó)內(nèi)很多大學(xué)為本科生設(shè)立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，開展本科生創(chuàng)新項(xiàng)目，營(yíng)造良好的科研氛圍，滿足本科生科研的需要。同時(shí)，創(chuàng)辦一流大學(xué)或研究型大學(xué)正成為越來(lái)越多的高校所追求的目標(biāo)[6-8]。這些舉措存在的問題也日益突出。按照目前高校的課程設(shè)置，課堂教學(xué)無(wú)疑是主體，完成大學(xué)學(xué)業(yè)是本科生的重中之重，課余參與科研項(xiàng)目對(duì)于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)是多余的負(fù)擔(dān)，在思想上也認(rèn)為參與科研項(xiàng)目會(huì)浪費(fèi)學(xué)習(xí)時(shí)間進(jìn)而影響學(xué)業(yè)成績(jī)；另外，本科生面對(duì)豐富的課題，存在選擇的困難，沒有對(duì)相關(guān)課題的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)，找不到自己的興趣所在，盲目的選擇只會(huì)導(dǎo)致積極性的逐步消退，影響學(xué)生對(duì)科研工作的熱情；最后也是最重要的，初次接觸科研項(xiàng)目，除個(gè)別尖子生以外，對(duì)于大部分本科生來(lái)說(shuō)，科研能力的缺乏是關(guān)鍵。

三、課堂內(nèi)容創(chuàng)新

本科生科研能力本質(zhì)上是一種初級(jí)科研能力，換言之，本科生科研活動(dòng)具有模擬與嘗試性質(zhì)。通過模擬性研究，把握科學(xué)研究的基本程序，初步掌握從事科學(xué)研究的基本方法和技能。課程內(nèi)容的設(shè)置首先是需要思考的問題，從學(xué)生的知識(shí)構(gòu)成、能力培養(yǎng)以及實(shí)際應(yīng)用等多角度來(lái)說(shuō)，構(gòu)建一個(gè)多學(xué)科發(fā)散性的知識(shí)體系或許是最好的，課程內(nèi)容要注重對(duì)學(xué)生多學(xué)科素質(zhì)的培養(yǎng)。這是設(shè)置學(xué)科拓展課的根本原因，也是重要的理論依據(jù)。因?yàn)樵谟龅降膶?shí)際問題中，必定要考慮多方面因素，全面分析并逐個(gè)擊破直至解決問題，知識(shí)的綜合運(yùn)用顯得尤為重要，多學(xué)科素養(yǎng)有利于形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S邏輯，避免片面的障礙性分析。同時(shí)，研究性教學(xué)是知識(shí)創(chuàng)新的過程，課程應(yīng)該將最新的、最前沿的研究成果引入到課堂，新時(shí)代的未來(lái)開拓者們必定要與時(shí)俱進(jìn)，既要敢于將前人的成果繼續(xù)挖掘，也要勇于開辟新的疆土。在新興科技面前，學(xué)生從疑問到思考，由思考到創(chuàng)新，這是新理論新觀點(diǎn)的形成過程，在未知的世界里，我們必然需要從問題開始，培養(yǎng)問題意識(shí)和批判精神。作為教師，要始終站在學(xué)科的前沿角度將學(xué)生引入到由已知到未知并對(duì)未知進(jìn)行探索的過程中。《作動(dòng)器的繽紛世界》這門本科生學(xué)科拓展課，通過本課程的學(xué)習(xí)，了解各類新型驅(qū)動(dòng)材料（智能材料）、新型作動(dòng)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、幾種新型作動(dòng)器的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，熟悉幾種作動(dòng)器（例如，超聲電機(jī)、超聲換能器等）運(yùn)行的基本原理，掌握壓電作動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，了解壓電作動(dòng)器的應(yīng)用背景等。最終目的是讓本科生對(duì)現(xiàn)代高尖端作動(dòng)技術(shù)有一個(gè)初步了解，認(rèn)識(shí)到當(dāng)今世界的新型作動(dòng)技術(shù)在前沿科學(xué)與尖端裝備的應(yīng)用，其范圍還涵蓋航空航天、生物醫(yī)療、納米制造等高尖端領(lǐng)域，開拓學(xué)生科技視野，提高科學(xué)研究興趣。本課程知識(shí)面非常廣，涉及材料、機(jī)械工程、力學(xué)、航空航天、生物醫(yī)療等交叉領(lǐng)域，屬于國(guó)際前沿科學(xué)技術(shù)的課程。作者一直從事作動(dòng)器設(shè)計(jì)工作，參與并主持多項(xiàng)科研項(xiàng)目并且發(fā)表多篇論文。開設(shè)涉及國(guó)際前沿科學(xué)的課程，在內(nèi)容的設(shè)置上以普及作動(dòng)器的發(fā)展，應(yīng)用為主，簡(jiǎn)要講解作動(dòng)器的工作原理，在學(xué)生能夠接受的程度上達(dá)到拓展學(xué)生視野，培養(yǎng)科研興趣的目的。首先科研項(xiàng)目老師參與授課，將教學(xué)與科研相結(jié)合會(huì)起到相互促進(jìn)的作用。學(xué)生只有在對(duì)研究?jī)?nèi)容了解的基礎(chǔ)上才能科學(xué)選擇今后的研究方向，而老師在對(duì)研究?jī)?nèi)容的講授中完成了對(duì)知識(shí)的總結(jié)和回顧，有利于推進(jìn)下一步的研究工作?！蹲鲃?dòng)器的繽紛世界》課程結(jié)束后，為檢驗(yàn)授課效果提高教課能力，完成了對(duì)學(xué)生課程建議的收集與整理工作。

四、教學(xué)方式變革

本科生教學(xué)，不僅要幫助學(xué)生了解一些現(xiàn)成的答案、觀點(diǎn)、假說(shuō)，更要注重提出問題、引發(fā)爭(zhēng)論，幫助學(xué)生掌握發(fā)現(xiàn)和解決問題的方法。加強(qiáng)本科生科研能力的培養(yǎng)必須改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。通過創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，建立“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的基于探索和研究的教學(xué)模式。摒棄僵化的“傳授式”教學(xué)方法，將啟發(fā)式、討論式、交互式等多種教學(xué)方法以及多媒體等多種教學(xué)資源應(yīng)用于課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，為參與科學(xué)研究、培養(yǎng)科研能力打下基礎(chǔ)[7，9-10]?！蹲鲃?dòng)器的繽紛世界》這門本科生學(xué)科拓展課，首先摒棄呆板的書本教學(xué)模式，充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。將理論講解與視頻資料、圖片資料、應(yīng)用案例、教授講座相結(jié)合，充分展現(xiàn)作動(dòng)器在不同領(lǐng)域的先進(jìn)應(yīng)用。針對(duì)作動(dòng)器結(jié)構(gòu)和工作原理講解，以原理動(dòng)態(tài)示意圖為主，給學(xué)生以可視化的清晰認(rèn)知，避免文字資料帶來(lái)的模糊概念。利用PPT課件講課時(shí)，注意講課速度，圖文并茂。其次是上課風(fēng)格，單一的講授帶來(lái)的是學(xué)生注意力的難以集中以及上課積極性的消散，而且前沿科學(xué)內(nèi)容的講解本身就有難度。因此采用詼諧幽默的授課風(fēng)格，營(yíng)造較為良好的學(xué)術(shù)氛圍?？蒲泄ぷ髡叩恼J(rèn)真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度使得在進(jìn)行授課時(shí)也能保持充分的熱情，富有感染力。最后是教學(xué)手段，以老師講授為主，課堂討論為輔。課堂討論中，主要以提出科學(xué)問題，讓學(xué)生討論問題，并提示學(xué)生如何解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生解決科研問題的思維模式，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣。在上課過程中主要以講授與討論科技前沿領(lǐng)域知識(shí)的應(yīng)用背景為主，并進(jìn)一步從中提煉出一些機(jī)械工程中的設(shè)計(jì)方法和理念，以及一些先進(jìn)技術(shù)的工作原理，使學(xué)生融會(huì)貫通，并掌握一些基本的設(shè)計(jì)方法。師生的課堂互動(dòng)有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，通過老師的合適引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，對(duì)于今后的科研工作極為有益。畢竟從入學(xué)開始，教育者就為學(xué)生提供了過多現(xiàn)成的知識(shí)和答案；在教學(xué)過程中，許多教師又過于僵化地傳授知識(shí)。這種狀況使得許多學(xué)生從小養(yǎng)成被動(dòng)接受知識(shí)的習(xí)慣，缺少分析、批判的精神與方法。而開放式的教學(xué)環(huán)境有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

五、學(xué)生反饋與總結(jié)

作者通過對(duì)學(xué)生課堂建議和整理，有利于進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法和內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)模式，為學(xué)生的發(fā)展創(chuàng)造更為良好的學(xué)習(xí)氛圍。

首先總結(jié)本課程的優(yōu)勢(shì)：近二分之一的學(xué)生表示喜歡富有趣味并深入淺出的教學(xué)內(nèi)容，輕松幽默又積極向上的課堂氛圍。三分之一的學(xué)生表示最新的科研成果展示了富有魅力的作動(dòng)器世界，開拓國(guó)際視野的同時(shí)逐步有了科研創(chuàng)新的興趣，并且一些人直接表示會(huì)繼續(xù)研究和學(xué)習(xí)作動(dòng)器領(lǐng)域，確立了未來(lái)的研究方向。因而開設(shè)與前沿科學(xué)相結(jié)合的課程有利于將學(xué)生被框定的視野和思維放大到更大的科學(xué)領(lǐng)域，真正領(lǐng)域科學(xué)的無(wú)限魅力，無(wú)論你未來(lái)是否從事相關(guān)的研究，這樣的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)對(duì)未來(lái)的發(fā)展都大有裨益。學(xué)習(xí)是一種能力，創(chuàng)新更是發(fā)展的動(dòng)力。其次總結(jié)本課程的不足，四分之一左右的學(xué)生表示課程稍有難度，針對(duì)這種情況，首先可以簡(jiǎn)化對(duì)原理的解釋，將最基本的原理講解清晰，簡(jiǎn)化其他更深程度應(yīng)用實(shí)例的原理講解；其次可以分高低年級(jí)設(shè)立，低年級(jí)以科普應(yīng)用為主，高年級(jí)以原理分析為主；若是統(tǒng)一設(shè)立的話，為了使內(nèi)容更容易被大部分人接受，可以盡量選擇貼近生活的應(yīng)用案例。五分之一左右的學(xué)生表示對(duì)于這樣一門富有生趣的課程，應(yīng)該進(jìn)一步提高師生間的互動(dòng)。除上課提問討論以外，通過分組交流的方式提高對(duì)課上內(nèi)容的理解程度，組員代表可以發(fā)表小組討論結(jié)果與疑問，如此一來(lái)，可以迸發(fā)出更多的思想火花。小組研討的方式正是學(xué)生探究式學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的體現(xiàn)。學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，課外查找和利用合適的資料，以小組的形式向教師請(qǐng)教、向同學(xué)匯報(bào)、寫總結(jié)報(bào)告等形式都是教學(xué)信息的反饋。老師除了講解以外，也可以推薦閱讀書籍和文字視頻資料作為學(xué)生的課外拓展，這樣的雙向反饋互動(dòng)可以在有限的課時(shí)中，提高單位時(shí)間的教學(xué)質(zhì)量，有利于進(jìn)一步發(fā)掘和重點(diǎn)培養(yǎng)。四分之一左右的學(xué)生表示很希望通過展示實(shí)物和做實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)作動(dòng)器有更為貼切的認(rèn)識(shí)，因而在有條件的前提上，可以將理論與實(shí)踐相結(jié)合。

總的來(lái)說(shuō)，在現(xiàn)有的教學(xué)模式中，借鑒國(guó)際上本科生培養(yǎng)的先進(jìn)理念，著重開展前沿科學(xué)技術(shù)的課堂講授與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，從科普到精準(zhǔn)，從交叉學(xué)科領(lǐng)域到學(xué)術(shù)專業(yè)范疇，將科研與教學(xué)相結(jié)合，構(gòu)建以研究為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)模式。在激發(fā)學(xué)生研究興趣的同時(shí)培養(yǎng)其勤聯(lián)想、勤動(dòng)手、勤思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，增進(jìn)師生互動(dòng)，培養(yǎng)判斷思維，開拓學(xué)科視野，建立本科生創(chuàng)新培養(yǎng)模式，開展本科生學(xué)術(shù)拓展課的教學(xué)改革，為我國(guó)大眾創(chuàng)新規(guī)劃藍(lán)圖打下堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。

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