材料科學(xué)與工程專業(yè)科研導(dǎo)論課程的內(nèi)容設(shè)置及教學(xué)方法探索

王 萌 韓 鵬 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）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，國家之間開啟在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)新的競爭，各國都紛紛拿出了相應(yīng)的科研規(guī)劃，以期在核心技術(shù)方面占領(lǐng)制高點(diǎn)。我國學(xué)者更是清醒地意識到，自主創(chuàng)新是中華民族發(fā)展的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力，是國家戰(zhàn)略的重要組成部分。在2020年9月11日的科學(xué)家座談會上，習(xí)近平總書記指出：“現(xiàn)在，我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和民生改善比過去任何時(shí)候都更加需要科學(xué)技術(shù)解決方案，都更加需要增強(qiáng)創(chuàng)新這個第一動力。同時(shí)，在激烈的國際競爭面前，在單邊主義、保護(hù)主義上升的大背景下，我們必須走出適合國情的創(chuàng)新路子，特別是要把原始創(chuàng)新能力提升擺在更加突出的位置，努力實(shí)現(xiàn)更多“從0到1”的突破?！?021年4月19日習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時(shí)指出：“廣大青年要勇于創(chuàng)新，深刻理解把握時(shí)代潮流和國家需要，敢為人先、敢于突破，以聰明才智貢獻(xiàn)國家，以開拓進(jìn)取服務(wù)社會”。因此，實(shí)施創(chuàng)新教育，發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，已成為我國當(dāng)前教育改革的重要課題。在建設(shè)創(chuàng)新型國家的過程中，研究型大學(xué)作為國家培養(yǎng)高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才的基地，構(gòu)建創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系已成為其最緊迫的工作之一。

對本科階段教育而言，開展大學(xué)生科研活動對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和科研能力的優(yōu)秀人才具有十分重要的意義。為幫助本科生順利參與科研活動，眾多高校在本科生培養(yǎng)計(jì)劃中設(shè)置了科研導(dǎo)論課程作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)必修課程之一。其目的是激發(fā)學(xué)生的科研興趣，掌握典型的科研方法和研究技能，獲得正確的科研方法和策略的指導(dǎo)，幫助他們在科研領(lǐng)域盡快入門。然而，目前雖然許多高校已開設(shè)了該門課程，但其課程內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)方法實(shí)踐一直處于探索階段，且不同學(xué)科科研方法本身也存在較大差異。如何在短短16個學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)內(nèi)使學(xué)生掌握科學(xué)研究必備的基本素養(yǎng)和技能，對于教師和學(xué)生都是有一定難度的。筆者作為中國礦業(yè)大學(xué)（北京）材料科學(xué)與工程專業(yè)科研導(dǎo)論課程的主講人員，根據(jù)對本專業(yè)2018級和2019級兩屆本科生的授課教學(xué)實(shí)踐，對該課程的課程內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)方法進(jìn)行了一些探索，供讀者及相關(guān)教師參考指正。

1 課程內(nèi)容設(shè)置及實(shí)踐

本課程設(shè)置的目的是介紹科研常識、喚醒學(xué)生創(chuàng)新意識、激發(fā)學(xué)生科研興趣、培養(yǎng)學(xué)生基本的科研技能、樹立學(xué)生的科研信心。課程內(nèi)容主要包括科學(xué)研究概論、科研課題的選擇與準(zhǔn)備、科研成果的撰寫與發(fā)表、科研道德與學(xué)術(shù)規(guī)范及課程實(shí)踐展示五部分內(nèi)容，分別涉及科研基礎(chǔ)知識、科研方法技能及科研實(shí)踐應(yīng)用，幾部分內(nèi)容相輔相成，形成閉環(huán)，幫助學(xué)生體驗(yàn)在科學(xué)研究中理論、方法與實(shí)踐的共同作用。

（1）科學(xué)研究概論。該部分為2個學(xué)時(shí)，主要包括科研與科學(xué)研究的基本定義、科研特征及價(jià)值、科研方法及作用以及當(dāng)前國內(nèi)外材料科學(xué)與工程專業(yè)領(lǐng)域的科研形勢。該部分設(shè)置的目的是使學(xué)生對科研及其重要性形成正確認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的科研興趣，并且使學(xué)生了解本科階段所涉及的科研相關(guān)活動，形成創(chuàng)新和科研意識。

（2）科研課題的選擇與準(zhǔn)備。該部分為6個學(xué)時(shí)，主要包括科研基本過程的簡要介紹、科研課題的選擇原則與方式、科研信息的收集方法及科研課題項(xiàng)目申請書的基本格式。該部分設(shè)置的目的是提醒學(xué)生在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中提高問題意識、掌握科學(xué)問題的基本結(jié)構(gòu)，了解科研課題的類型及來源、知曉科研選題的原則和方法，嘗試根據(jù)現(xiàn)有專業(yè)知識提出自身對材料領(lǐng)域感興趣的科研課題方向，并掌握科研信息的收集方法。此外，結(jié)合筆者自身的課題申報(bào)和參與經(jīng)驗(yàn)，向?qū)W生介紹了科研的選題原則、一般步驟和研究程序，使學(xué)生對科研活動所涉及的內(nèi)容有基本認(rèn)識；向?qū)W生介紹本科學(xué)習(xí)階段涉及的科研活動，鼓勵學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，并學(xué)會根據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)專業(yè)理論知識從感興趣的問題中凝練具有專業(yè)特色和研究價(jià)值的科研問題；向?qū)W生介紹科研信息的收集方式，重點(diǎn)介紹包括Science Citation Index （SCI）和The Engineering Index（EI）在內(nèi)的國際檢索工具及包括《中國科學(xué)引文索引》和《中國知網(wǎng)》在內(nèi)的國內(nèi)重要檢索工具的使用方法和檢索技巧。

（3）科研成果的撰寫與發(fā)表。該部分為4個學(xué)時(shí)，主要包括科研論文的撰寫與發(fā)表、專利的撰寫與申請。該部分比較詳細(xì)地介紹了科研論文的撰寫方法以及畢業(yè)論文的準(zhǔn)備、撰寫、修改、答辯等的實(shí)踐程序，使學(xué)生初步掌握科研方法的實(shí)踐與思維技巧，為在本科學(xué)習(xí)階段撰寫高水平的研究論文（或研究報(bào)告）、做好本科論文（或畢業(yè)設(shè)計(jì)）以及今后從事深入的科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在授課過程中使學(xué)生明確，研究者在科研工作中取得的高質(zhì)量的科研創(chuàng)新成果（理論、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等）是撰寫高質(zhì)量論文的理論基礎(chǔ)，沒有創(chuàng)新性研究成果，就失去了撰寫科研論文的基礎(chǔ)，高質(zhì)量的科研論文的寫作也就無從談起。通過選擇并分析優(yōu)秀的中英文科研論文，講解了論文的基本構(gòu)成；針對題目、關(guān)鍵詞、摘要、引言、正文、結(jié)論、參考文獻(xiàn)等部分講解了科研論文的撰寫方法與格式規(guī)范要求，分享了Endnote文獻(xiàn)管理軟件的使用方法和技巧，使學(xué)生掌握文獻(xiàn)管理和高效率寫作方法。

（4）科研道德與規(guī)范。該部分為2個學(xué)時(shí)，主要包括科研道德和規(guī)范的基本要求及科研工作者所應(yīng)具備的品德。目前，科學(xué)道德與學(xué)風(fēng)問題已成為各國政府和社會各界關(guān)注的熱點(diǎn)問題。通過本部分的學(xué)習(xí)使學(xué)生充分了解研究者的品格、科研素質(zhì)、科研規(guī)范的含義及要求。

（5）課程實(shí)踐展示。該部分為2個學(xué)時(shí)，通過學(xué)生課程大作業(yè)的文獻(xiàn)綜述分享和項(xiàng)目申報(bào)書PPT匯報(bào)展示，檢驗(yàn)學(xué)生對所學(xué)科研方法和技巧的掌握和應(yīng)用情況。

2 教學(xué)方法探索

（1）互動式、案例式教學(xué)。如在科學(xué)研究特征的講授中，通過學(xué)生熟知的“牛頓在伽利略、惠更斯等人的工作基礎(chǔ)上深入研究、總結(jié)出物體運(yùn)動的三大定律”作為引言案例，說明科學(xué)研究具有繼承性特征；通過愛因斯坦提出相對論所帶來的時(shí)空觀革命和現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展的案例，使學(xué)生認(rèn)識到科研需要創(chuàng)新性。通過社會科學(xué)和自然科學(xué)研究對象、處理方法、研究特點(diǎn)的對比，加深學(xué)生對自然科學(xué)研究的認(rèn)識，并進(jìn)一步具體落實(shí)到材料科學(xué)與工程學(xué)科的研究對象和研究方法上。通過近三年全球研發(fā)投入份額數(shù)據(jù)表及行業(yè)研發(fā)支出份額數(shù)據(jù)圖中不同國家的對比，展現(xiàn)我國對科學(xué)研發(fā)的重視，使學(xué)生明白“科技強(qiáng)則國強(qiáng)”的重要性。通過介紹碳纖維、光刻膠、芯片制造等高端材料領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)上我國尚且受制于人的現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生的科研興趣和學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生明確自身所擔(dān)當(dāng)?shù)臍v史使命。在科研問題選擇的講授中，列舉我國科研人員的科研發(fā)現(xiàn)過程，如從荷葉的超疏水現(xiàn)象觀察發(fā)展出仿生超浸潤截面材料科學(xué)的研究歷程，從壁虎行為觀察發(fā)展出的分子摩擦學(xué)、超級附著技術(shù)和自清潔技術(shù)等的研究歷程，從蟲子蛀食塑料袋現(xiàn)象發(fā)展出的微生物降解塑料的研究歷程等。通過科研故事的分享，讓學(xué)生深刻認(rèn)識到問題意識是科學(xué)發(fā)展的前提，引導(dǎo)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)和生活中充滿好奇心、多看多想多問，培養(yǎng)問題意識。

（2）開放式討論。結(jié)合授課內(nèi)容，通過布置作業(yè)的形式讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源提前自主查詢相關(guān)材料并在課堂上開展分享討論，加深學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)的認(rèn)知。如在科研道德與規(guī)范內(nèi)容的授課中，通過讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)提前查閱學(xué)術(shù)不端、學(xué)術(shù)造假和學(xué)術(shù)腐敗等事件，并在課堂上進(jìn)行說明分享，讓學(xué)生深刻認(rèn)識到造假、篡改數(shù)據(jù)或漠視科學(xué)倫理帶來的嚴(yán)重危害和堅(jiān)守科研誠信的重要性，使學(xué)生在從事科研活動中嚴(yán)格遵守科研道德要求。

（3）專題調(diào)研報(bào)告及項(xiàng)目答辯模擬。在課程伊始即安排學(xué)生自行分組，成立3～5人的課題小組完成課程大作業(yè)。各個課題小組自主選擇與材料科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)的感興趣的研究課題，選出小組組長并進(jìn)行分工合作。利用所學(xué)知識進(jìn)行相關(guān)課題的信息查詢、收集、篩選和資料匯總，撰寫相關(guān)文獻(xiàn)綜述報(bào)告以大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目為例，撰寫所選課題的項(xiàng)目申請書和準(zhǔn)備匯報(bào)PPT。大作業(yè)開展過程中，學(xué)生們態(tài)度積極認(rèn)真，學(xué)習(xí)和討論氛圍濃郁，具有較高的參與積極性。通過自由命題的方式充分發(fā)揮學(xué)生們的主觀能動性，通過自由分組和團(tuán)隊(duì)合作，在增加團(tuán)隊(duì)凝聚力的同時(shí)共同進(jìn)步，取得了較好的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

科研導(dǎo)論課是大學(xué)階段所涉及科研相關(guān)內(nèi)容的第一門課程，對學(xué)生了解本專業(yè)科研特點(diǎn)和從事相關(guān)科研活動具有重要意義。詳細(xì)的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)加上完整的科研訓(xùn)練，易激發(fā)學(xué)生們的科研熱情，也使得他們在本科階段就已具有較強(qiáng)的科研能力，這些都為培養(yǎng)優(yōu)秀的拔尖創(chuàng)新人才奠定了基礎(chǔ)。本文簡要介紹了材料科學(xué)與工程專業(yè)的“科研導(dǎo)論課”的內(nèi)容設(shè)置思路和教學(xué)方法探索實(shí)踐，通過采用多媒體課件的教學(xué)手段拓寬教學(xué)內(nèi)容、加大課堂教學(xué)信息量，注意將科研典型案例或本學(xué)科相關(guān)領(lǐng)域最新科研進(jìn)展情況加入課堂教學(xué)之中，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過介紹本專業(yè)最新科研領(lǐng)域發(fā)展情況和創(chuàng)新性科研成果，提高了學(xué)生的科研熱情，建立了專業(yè)自信心，并增加了課程互動性。通過理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式，讓學(xué)生自主去參與科研論文的撰寫和科研項(xiàng)目申請書撰寫的工作中，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作意識和能力，又鍛煉了學(xué)生的科研信息收集、成果撰寫與發(fā)表等科研必備技能，為學(xué)生后續(xù)進(jìn)行科研訓(xùn)練以及今后從事深入的科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。