基于科研實(shí)踐的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑

劉景東 蔣有錄 劉華

摘要：科研實(shí)踐是先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與課程教學(xué)相結(jié)合的紐帶，將科研數(shù)據(jù)納入實(shí)踐教學(xué)過程，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深入理解，顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。為充分發(fā)揮科研實(shí)踐作用，應(yīng)重視處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個(gè)課程體系的關(guān)系，建設(shè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，并建立相應(yīng)的教師、學(xué)生考核與激勵(lì)措施。該培養(yǎng)途徑可以為大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的探索提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；科研；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）23-0001-03

面對(duì)快速變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)及高等教育事業(yè)的發(fā)展要求，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已成為我國(guó)高等教育面臨的首要任務(wù)[1，2]。以美國(guó)研究型大學(xué)為代表實(shí)施的學(xué)生教育改革和學(xué)生科研訓(xùn)練，在培養(yǎng)學(xué)生探索意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)及提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面取得了顯著成效[3]。近年來(lái)，我國(guó)許多高校也逐漸鼓勵(lì)學(xué)生開展大量的科研活動(dòng)，而大多數(shù)是以大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃、大學(xué)生科技競(jìng)賽等方式開展的科研訓(xùn)練，由于缺少前期的基礎(chǔ)訓(xùn)練，普遍存在學(xué)生科研意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)不強(qiáng)、參與人數(shù)比例較低、學(xué)生選題盲目、指導(dǎo)教師積極性不高等問題，導(dǎo)致科研訓(xùn)練活動(dòng)所起到的效果并不十分理想，而高校以往的傳統(tǒng)教學(xué)模式可能是造成這一結(jié)果的重要原因。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)往往以“驗(yàn)證性”為主[4]，目的在于鞏固學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，并培養(yǎng)初步的動(dòng)手實(shí)踐能力。在目前創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的大背景下，課程教學(xué)需要提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，使學(xué)生能夠掌握基礎(chǔ)理論和基本技能，從而能夠利用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問題。

基于科教融合、“科研—教學(xué)連接體”的理念，建立基于研究的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，可形成以一流的科研促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的有效途徑，真正實(shí)現(xiàn)高等教育質(zhì)量的全面提高[5，6]。相比之下，基于研究的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，開展目標(biāo)或項(xiàng)目導(dǎo)向式的教學(xué)過程，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，而且可以為學(xué)生的科研訓(xùn)練打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中可以起到極其重要的作用。因此，如何建立基于研究的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系成為了亟需探索的問題。通過實(shí)踐，將科研數(shù)據(jù)應(yīng)用于課程教學(xué)，可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的深入理解，鍛煉學(xué)生對(duì)原始數(shù)據(jù)處理、分析的綜合能力，是實(shí)施研究型教學(xué)的有效途徑之一。

一、科研數(shù)據(jù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的重要性

實(shí)踐教學(xué)是高等學(xué)校實(shí)施素質(zhì)教育的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[7，8]。然而，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過程主要強(qiáng)調(diào)一些特定實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察或理論知識(shí)的驗(yàn)證[9，10]，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容往往不能反映最新的科研成果和研究趨勢(shì)，而且操作環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐數(shù)據(jù)比較固定，這種教學(xué)過程不能充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)作用，學(xué)生對(duì)問題的思考、探究不夠深入，不利于鍛煉學(xué)生自我思考、獨(dú)立分析的能力。為了激發(fā)高校學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，滿足學(xué)生創(chuàng)新性思維拓展的需要，在日常教學(xué)環(huán)節(jié)引入先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和最新科研成果就顯得十分必要了。而先進(jìn)的大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備通常十分精密，操作流程較為復(fù)雜，學(xué)生操作可能會(huì)對(duì)其產(chǎn)生損壞，可能產(chǎn)生較高的維護(hù)費(fèi)用，而且大多數(shù)高校受資金限制，并不能完全提供專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需要的各種實(shí)驗(yàn)儀器。但是，從事一線教學(xué)科研的高校教師在從事科研的過程中一般會(huì)用到相關(guān)儀器設(shè)備，并且掌握大量的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這為科研服務(wù)于教學(xué)奠定了良好的基礎(chǔ)。這些未經(jīng)處理的原始科研數(shù)據(jù)往往具有多解性，需要經(jīng)過處理、分析之后才能解決實(shí)際問題，所以由學(xué)生獨(dú)立對(duì)科研數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，不僅能夠使學(xué)生接觸到前沿的技術(shù)知識(shí)，而且可以提高他們分析、解決實(shí)際問題的能力，這是提高學(xué)生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要而有效的途徑。

二、科研數(shù)據(jù)在石油地質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

以“油氣地質(zhì)與勘探”課程中石油運(yùn)移方向和路徑的判識(shí)為例，介紹科研數(shù)據(jù)在石油地質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐。與固體礦產(chǎn)的原地生成、聚集規(guī)律不同，石油屬于流體，具有可流動(dòng)性，當(dāng)受到某種驅(qū)動(dòng)力作用時(shí)就會(huì)在地殼中發(fā)生流動(dòng)，即石油運(yùn)移。分析石油在地下的運(yùn)移方向和路徑對(duì)于尋找石油在地下的聚集位置具有重要意義，這也是石油地質(zhì)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在地質(zhì)背景分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地球化學(xué)方法對(duì)石油運(yùn)移方向和路徑進(jìn)行追蹤是石油地質(zhì)教學(xué)和研究的重要手段。目前，分析石油運(yùn)移方向和路徑的地球化學(xué)方法主要包括石油的物理性質(zhì)、生物標(biāo)志化合物、碳同位素構(gòu)成和含氮化合物等，其中含氮化合物是原油中的非烴組分，被認(rèn)為是當(dāng)前油氣地球化學(xué)研究領(lǐng)域的一種較新的方法，含氮化合物中的咔唑類受沉積環(huán)境、母源、有機(jī)質(zhì)成熟度的影響較小，主要受運(yùn)移因素影響，是研究石油運(yùn)移較為有效的指標(biāo)。為了實(shí)踐研究型的教學(xué)模式，以華北油田的霸縣凹陷文安斜坡帶石油運(yùn)移追蹤為例，將實(shí)際科學(xué)研究中用到的石油含氮化合物數(shù)據(jù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)。實(shí)踐過程中，在學(xué)生對(duì)研究地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，由學(xué)生獨(dú)立處理、分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并選擇合適的參數(shù)來(lái)判斷石油的運(yùn)移方向和路徑。

對(duì)于原始數(shù)據(jù)的處理、分析關(guān)鍵在于搞清石油含氮化合物中不同組分隨石油運(yùn)移距離增加的變化規(guī)律，并從中優(yōu)選出有效的判識(shí)指標(biāo)。學(xué)生通過檢索、查閱相關(guān)文獻(xiàn)等方式，認(rèn)識(shí)地質(zhì)條件下影響石油含氮化合物含量的主要因素，深入理解不同含氮化合物組分隨石油運(yùn)移過程的變化規(guī)律，進(jìn)而通過計(jì)算機(jī)Excel軟件對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，找出有效的石油運(yùn)移指示參數(shù)，展開對(duì)石油運(yùn)移方向和路徑的判斷與討論，最后撰寫出文字報(bào)告。在該實(shí)踐教學(xué)過程中，由于學(xué)生思考問題的角度和對(duì)相關(guān)指標(biāo)的認(rèn)識(shí)程度存在差異，各學(xué)生選擇出的判別指標(biāo)不盡相同，如1-甲基咔唑/4-甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/2，4-二甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/1，5-二甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/裸露型咔唑，1，8-二甲基咔唑/半屏蔽咔唑、咔唑/苯并咔唑、苯并[a]咔唑/苯并[c]咔唑等，這些指標(biāo)都滿足石油含氮化合物組分隨石油運(yùn)移過程的變化規(guī)律，可以作為追蹤石油運(yùn)移方向和路徑的有效指標(biāo)。通過實(shí)踐，學(xué)生不僅找到了有效追蹤指標(biāo)并對(duì)石油運(yùn)移方向和路徑進(jìn)行了地球化學(xué)判識(shí)，而且認(rèn)識(shí)到該地區(qū)的石油在地下主要沿“砂體—斷層—砂體”呈臺(tái)階式的路徑發(fā)生運(yùn)移，加深了對(duì)石油運(yùn)移路徑及其評(píng)價(jià)方法的深入理解，對(duì)相關(guān)內(nèi)容的掌握程度明顯有了提高。由于原始數(shù)據(jù)的處理、分析過程涵蓋了問題分析、文獻(xiàn)檢索、數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)繪圖、結(jié)果討論、報(bào)告撰寫等多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，與實(shí)際的科研活動(dòng)十分接近，學(xué)生在操作過程中制作的圖件和分析過程各有特色，而且表達(dá)的結(jié)論也較為準(zhǔn)確，在很大程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力也得到了明顯提高。

三、科研數(shù)據(jù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)的有利措施

將最新科研數(shù)據(jù)及時(shí)地應(yīng)用于日常實(shí)踐教學(xué)是先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于課程教學(xué)的體現(xiàn)，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。加強(qiáng)以下三個(gè)方面的措施，將有助于充分發(fā)揮科研數(shù)據(jù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用效果。

1.處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個(gè)課程體系的關(guān)系。不同的課程內(nèi)容相當(dāng)于整個(gè)課程體系的點(diǎn)，大體上與科研實(shí)踐中的不同科研方向相對(duì)應(yīng)，從而可以將不同研究方向的科研數(shù)據(jù)的處理、分析視為課程的基礎(chǔ)模塊，那么每個(gè)基礎(chǔ)模塊就類似于科學(xué)研究中的一個(gè)小課題，在研究分析過程中，學(xué)生會(huì)運(yùn)用到課程理論知識(shí)及不同的計(jì)算機(jī)分析處理軟件等，這對(duì)于學(xué)生單項(xiàng)基礎(chǔ)研究能力的鍛煉至關(guān)重要。而整個(gè)課程體系則包含了若干模塊，如“油氣地質(zhì)與勘探”這門課程包含了油氣成因、油氣藏形成、油氣分布規(guī)律、油氣田勘探四大模塊，每一個(gè)模塊又可以細(xì)分為若干基礎(chǔ)模塊，各基礎(chǔ)模塊及各模塊之間具有明顯的層次性和遞進(jìn)性。由若干基礎(chǔ)模塊構(gòu)成的整個(gè)科研實(shí)踐教學(xué)體系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。因此，正確認(rèn)識(shí)每個(gè)基礎(chǔ)模塊在整個(gè)課程體系中發(fā)揮的作用，處理好基礎(chǔ)模塊與整個(gè)課程體系的關(guān)系，是開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵，對(duì)于構(gòu)建有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程體系至關(guān)重要。

2.建設(shè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。具備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是將科研納入教學(xué)的基礎(chǔ)。由于各高校間擁有的實(shí)驗(yàn)儀器類別和數(shù)量參差不齊，較多高?？蒲信c教學(xué)實(shí)驗(yàn)室分離，而且各教師的研究方向往往較為單一，僅靠某高?；蚪處焸€(gè)人很難滿足整個(gè)課程體系對(duì)所有科研基礎(chǔ)模塊的要求，建設(shè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享平臺(tái)是解決這一問題的有效方式。一方面，高校可以把先進(jìn)的科研實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)緊密結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的同步發(fā)展和實(shí)驗(yàn)儀器的共享，以適應(yīng)科研與教學(xué)真正相互融合的時(shí)代要求。另一方面，在一定的地域范圍內(nèi)，各高校之間、校企之間應(yīng)加強(qiáng)溝通與交流，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的資源共享，最大限度地滿足不同高校教師和學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的需求，這不僅符合我國(guó)國(guó)情，也有利于不同高校之間、校企之間的相互學(xué)習(xí)與交流。另外，可以在更大的地域范圍內(nèi)建立起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)上共享平臺(tái)，由高?；蚱髽I(yè)科研工作者結(jié)合高校對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，提供最新的科研實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而各高校教師則可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要從中選擇，以滿足教學(xué)基礎(chǔ)模塊和課外科研訓(xùn)練活動(dòng)的要求。通過建設(shè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享平臺(tái)，可以充分利用現(xiàn)有資源，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3.建立相應(yīng)的教師、學(xué)生考核與激勵(lì)措施。無(wú)論是處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個(gè)課程體系的關(guān)系，還是建設(shè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，都相當(dāng)于一項(xiàng)較大的工程，需要教師等人員付出較多的精力和時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。然而，由于各高校教師自身往往承擔(dān)著繁重的科研課題，對(duì)教學(xué)課程體系中科研基礎(chǔ)模塊建設(shè)的重視程度不夠，需要進(jìn)一步增強(qiáng)認(rèn)識(shí)研究型教學(xué)在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要意義，明確教師在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)盡的職責(zé)與義務(wù)，并建立相應(yīng)的教師考核與激勵(lì)措施，以保障教師能夠投入足夠的時(shí)間和精力來(lái)進(jìn)行課程建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)改革。為了引導(dǎo)大學(xué)生參與課程中科研基礎(chǔ)訓(xùn)練的積極性，保障學(xué)生學(xué)習(xí)能力評(píng)價(jià)的客觀性，課程考試需要大幅增加課程實(shí)踐環(huán)節(jié)成績(jī)的比重。對(duì)平時(shí)科研實(shí)踐訓(xùn)練表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生應(yīng)該給予表彰，并將其融入具有一定級(jí)別的科研課題訓(xùn)練中來(lái)，以更大程度地滿足其創(chuàng)造、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和發(fā)揮。

四、結(jié)語(yǔ)

為了滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，以大學(xué)生創(chuàng)新能力為重點(diǎn)的人才培養(yǎng)模式亟需探索?？蒲袛?shù)據(jù)是先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與課程教學(xué)相結(jié)合的紐帶，將科研數(shù)據(jù)真正納入實(shí)踐教學(xué)過程是實(shí)現(xiàn)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一條有效途徑。很多實(shí)踐案例中的原始數(shù)據(jù)處理、分析一體化過程往往包括多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，接近于實(shí)際的科研活動(dòng)，對(duì)提升大學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力具有重要作用。為了更大限度地發(fā)揮科研數(shù)據(jù)在日常實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用，還要處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個(gè)課程體系的關(guān)系，建設(shè)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，并建立相應(yīng)的教師、學(xué)生考核與激勵(lì)措施。

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