本科生學術前沿課程教學探索

湯冬杰

［摘 要］開設面向本科生的學術前沿課對引導學生快速了解學科學術前沿，激發(fā)本科生的科研興趣，提升本科生提出問題、分析問題和解決科學問題的專業(yè)能力及其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，幫助本科生及時確立科研志愿等方面均具有重要意義。為了更好地提高本科生學術前沿課程的教學質(zhì)量，文章結合學術前沿課程的設置意義與目的，以沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用為例，提出了具體的策略：突出課程科學意義，激發(fā)學生的學習興趣；課程緊跟學術前沿，培養(yǎng)學生的科學思維；科學問題引導教學，在教學中引入學科熱點，讓學生主動參與教學；讓課程教學與科研創(chuàng)新相輔相成，讓課堂知識和課題延伸融會貫通；體驗式教學過程注重學生實踐，避免學生眼高手低，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力；促進學生了解科研過程，提升學生畢業(yè)論文寫作水平。

［關鍵詞］本科生；學術前沿課；地質(zhì)學；高等教育；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；教學研究

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）11-0014-04

我國著名的科學家錢學森先生曾在不同場合多次提出同一問題：為什么我們的學?？偸桥囵B(yǎng)不出杰出人才？培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神并具有較強實踐能力的高級專門人才是高等教育的重要任務，科學技術和文化傳承創(chuàng)新則是高等學校理應承擔的歷史使命與應具備的社會功能[1]。一直以來，“錢學森之問”使高等教育中創(chuàng)新型人才培養(yǎng)成為社會普遍關注、黨和政府高度重視的一個核心問題。2015年，國務院辦公廳和國務院相繼印發(fā)了《國務院辦公廳關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》（國辦發(fā)〔2015〕36號）和《統(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》（國發(fā)〔2015〕64號），分別提出深化高等學校創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教育改革是國家實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需要，建設世界一流大學和一流學科是國家對高等教育的更高要求。代表高等教育質(zhì)量和水平的本科教育在“雙一流”建設中具有重要的地位和作用，建成世界一流的本科生教育是“雙一流”建設的關鍵內(nèi)容。當前，隨著“雙一流”建設的深入推進，本科教育對“雙一流”建設的重要性更加凸顯，一流本科教育是“一流大學的底色”“一流大學的靈魂”，“重視本科教學是一流大學成熟的標志”[2]。如果一流學科與一流大學間是“以點帶面、點面結合”的關系，那么一流本科教育則具有“連點成線、連線成面”的紐帶功能，一流本科教育就是“將學科建設的優(yōu)勢轉化為育人的資源優(yōu)勢”[3]。

一、本科生學術前沿課程設置的意義與目的

本科教育的創(chuàng)新發(fā)展必須拋棄傳統(tǒng)的教師灌輸式教授專業(yè)基礎知識和學生被動式學習與應試的教學模式，將服務學生自主學習的教育理念、專博融通的課程設置、學科前沿的研討性教學活動結合起來，將專業(yè)教學與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合起來。本科生學術前沿課，是大學課程建設的經(jīng)典升華。對本科生學術前沿課程從教學內(nèi)容、教學模式、考核評價體系等多方面進行深入改革，將學術思維與科研實踐融入日常教學過程中，是對擁有國際學術前沿視野與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培育相結合的課程內(nèi)容的探索。

中國地質(zhì)大學（北京）的學術前沿課程是專門針對即將開展畢業(yè)論文設計的大四本科生設置的限選課。開設這類課程有兩個重要目的：1.引導學生快速了解學術前沿，讓學生熟悉主要的相關測試分析方法，學會數(shù)據(jù)處理與分析，提升解決實際科學問題的能力，并盡可能將這種能力應用到畢業(yè)論文寫作中；2.激發(fā)學生的研究興趣、奠定研究生階段開展相關研究工作的基礎，實現(xiàn)“研學相長”。因此，講好學術前沿課程具有激發(fā)本科生科研興趣，培養(yǎng)本科生提出問題、分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，提高本科畢業(yè)論文水平，幫助本科生及時確立科研志愿等重要作用。

二、沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用學術前沿課程簡介與實施

學術前沿課程首先要突出前沿性，同時強調(diào)實踐性。最重要的是要在教學過程中通過問題討論、主題研究、項目設計等教學形式，將學科基礎知識、學術前沿和體驗性技能有機結合起來，實現(xiàn)學生由“聽—學”變?yōu)椤把小獙W”[4]的自主性學習。在這個基礎上，營造開放的交流研討氛圍，設置開放式的實踐作業(yè)與考核，從而達到進一步培養(yǎng)與提升學生的自主學習精神、解決問題能力、團隊合作意識和創(chuàng)新能力的目標。

沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用是沉積學與地球化學相結合而產(chǎn)生的重要應用型課程，包括沉積地球化學的傳統(tǒng)—非傳統(tǒng)研究內(nèi)容與方法及其在典型沉積現(xiàn)象或地質(zhì)事件分析中的應用。這些研究方法主要包括（但不限于）氧化還原、營養(yǎng)元素、古溫度、二氧化碳濃度、風化強度、火山活動以及Fe-C-S-N元素循環(huán)和穩(wěn)定同位素方面的技術手段；研討內(nèi)容和應用對象包括地質(zhì)歷史時期的典型沉積和重要事件等，可作為地質(zhì)學及相關專業(yè)本科生學習沉積學的一門重要學術前沿及新技術應用課程。學生通過課程學習，可以進一步拓展沉積學、地球化學、結晶學與礦物學等基礎專業(yè)知識，并能掌握沉積地球化學交叉學科知識及其新技術、新方法。

沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用學術前沿課程包含以下內(nèi)容。1.緒論：沉積地球化學研究的歷史、內(nèi)容、方法、意義。由教師重點導讀介紹沉積地球化學新發(fā)展的關鍵技術方法及其在重大科學問題方面的應用，使學生進一步了解沉積地球化學方法在地球表層環(huán)境分析中的重要意義，激發(fā)學生學習的興趣。2.沉積環(huán)境氧化還原條件研究方法與應用。重點介紹反映碳酸鹽巖沉積體系區(qū)域性海水氧化還原條件的指標（稀土、碘），用于碎屑巖沉積體系的區(qū)域性海水氧化還原指標（氧化還原敏感元素、鐵組分），碳酸鹽巖沉積體系全球性海水氧化還原指標（U同位素），大氣氧化還原條件指標（Cr同位素）和海水氧化還原狀態(tài)的礦物學指標（礦物類型、礦物結構、礦物構造）及其應用中存在的關鍵問題；引導學生探究不同沉積環(huán)境背景和巖性條件下氧化還原條件分析的原理、方法和適用條件。3.生物營養(yǎng)元素研究指標與應用。介紹氮循環(huán)的主要過程、生物可獲得氮通量的評估方法（氮同位素）和磷循環(huán)的主要過程、生物可利用磷通量的評估方法（磷組分），介紹微營養(yǎng)元素類型、生物可獲得性的評估方法，從而引導學生了解生物營養(yǎng)評估的意義，元素類型、作用和評估方法，加深學生對交叉學科研究與應用的理解。4.古溫度研究指標與應用。引入礦物學方法、磷灰石氧同位素法、多元同位素法等古溫度研究方法，引導學生多元思考并運用多種方法解決實際問題。5.風化、火山強度、二氧化碳濃度評估指標與應用。引導學生對比風化強度分析的傳統(tǒng)指標和原理（化學蝕變指數(shù)CIA、Sr同位素方法）及其新指標和原理（礦物學方法），并拓展風化強度、火山活動、大氣CO2濃度等專業(yè)基礎知識。6.地表碳-硫循環(huán)與應用。引導學生檢索相關文獻，進行學術積累，跟蹤學科前沿，了解表生環(huán)境碳-硫循環(huán)的主要過程和同位素響應。7.沉積地球化學指標實例分析。學生結合自己文獻閱讀綜述或者自行設計研究內(nèi)容，向其他同學介紹沉積地球化學指標在環(huán)境分析中的應用實例，最后教師點評。

在課程結構設計和執(zhí)行方面，教師要綜合考慮系統(tǒng)性、前沿性和實踐性。1.著重突出研究意義，以重大地質(zhì)事件或典型沉積現(xiàn)象為切入點，突出沉積地球化學研究的重要性和實用性，激發(fā)學生的興趣、讓學生體會到地球化學手段的豐富性和有效性。2.以沉積地球化學研究方法為線索，介紹各類主要的沉積地球化學研究參數(shù)，再以典型沉積現(xiàn)象和地質(zhì)事件為實例，綜合應用各類沉積地球化學分析手段，分析并解析實際問題。教師在授課時應注意在闡明基本理論的基礎上，保持配套實驗課程的科學性和系統(tǒng)性，引導學生自主研討與實踐不同沉積地球化學指標的適用條件和適用范圍。3.設計一些具體的研究問題或內(nèi)容要求學生自學。學生自學部分不占總學時，采用教師提示導學，學生課后通過自學提出問題或解決問題，教師課后提供相應的幫助方式。4.引導學生查閱資料，并組織課后學習興趣小組討論，編寫讀書報告，以培養(yǎng)學生綜合分析、解決問題的能力與團隊合作能力。5.開放多平臺共同搭建課程，開放實驗室支持學生實踐，讓學生學以致用，并給予學生有效反饋。

在課程考核評價方面，以考核學生掌握和運用的實際能力為導向，注重過程考核：要求學生選擇一種沉積地球化學方法，或特殊沉積，或重要沉積事件，自定主題，撰寫一篇學術前沿研究進展的綜述文章，或撰寫自主立項設計，或編寫實驗流程與結果報告；在文章中總結文獻創(chuàng)新點，或在報告中比較和討論方法的優(yōu)劣。將學生整個學習過程的投入度，調(diào)研能力、理解和分析能力、發(fā)散思維能力、邏輯表達能力，完成作業(yè)的努力程度等多個維度列入考核，形成與學術前沿課程相匹配的、鼓勵學生創(chuàng)新的多樣化評價方式。

三、如何更好地開展本科生學術前沿課程教學

據(jù)沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用的課程設置理念與主要目標，為更好地開展課程教學以取得預期效果，本文提出了六項具體策略。

（一）突出課程科學意義，激發(fā)學生的學習興趣

學術前沿課程既要傳播新知識和新方法，又要在授課方式上深化改革，這樣能夠較好地激發(fā)學生的研究興趣和創(chuàng)新動機。興趣是最好的老師，有了興趣學生才有發(fā)現(xiàn)問題與不斷探索新知識的動力。我們應當將科學意義貫穿始終，這樣才能充分激發(fā)學生的學習興趣，從而取得良好的教學效果[5]。孤立的、大量的知識點的學習容易讓學生覺得枯燥乏味，但如果能突出這些知識點的重要科學意義，學生學習起來可能會比較感興趣。例如，在介紹氧化還原指標時，可先介紹為什么要研究氧化還原狀態(tài)，其意義是什么——因為包括我們在內(nèi)的地球生物的呼吸都離不開氧氣，地球從最初的“死氣沉沉”演變成如今的“生機盎然”，離不開氧化還原狀態(tài)的不斷演變。大氣和海洋含有適量的氧氣是地球宜居性的重要條件之一；而氧氣的產(chǎn)生和在大氣圈的積累又是地球生物與多種地質(zhì)過程相互作用的結果。這樣學生的學習興趣便能被很好地激發(fā)出來，從而能夠主動學習知識點。

（二）課程緊跟學術前沿，培養(yǎng)學生的科學思維

科研是站在巨人肩膀上開展的一項創(chuàng)新性研究工作[6]。所謂“巨人”就是前人的研究成果，其最重要的表現(xiàn)形式就是學術文獻。任何一項研究工作都不能閉門造車。大四本科生剛接觸科學研究，還沒有經(jīng)過大量的文獻閱讀與豐富的知識積累，很難獨立追蹤學術文獻并準確把握學術前沿。在這類課程中，教師不僅要介紹學術前沿，還要將學術前沿的形成和發(fā)展過程介紹給學生，讓學生了解如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。例如，在介紹碳酸鹽巖稀土鈰異常這一氧化還原指標時，先介紹最初是將碳酸鹽巖樣品全溶來測試稀土，但后來發(fā)現(xiàn)在不太純凈的碳酸鹽巖中由于黏土礦物的稀土含量較碳酸鹽礦物高約2個數(shù)量級，這樣會顯著改變碳酸鹽巖記錄的海水稀土信號。這個問題的發(fā)現(xiàn)促使學者們提出進一步的改進方案：用弱酸只溶解碳酸鹽巖礦物，而不是用強酸將全巖溶解。將這一氧化還原指標最初分析方法中問題的發(fā)現(xiàn)、改進的過程，以及目前經(jīng)過改進后的方法中仍然存在的缺陷介紹給學生，不僅能使學生了解最新的測試方法，規(guī)避舊方法存在的各種問題，而且會使在他們自身的實踐過程中注重發(fā)現(xiàn)問題，從而積極尋求問題的改進方法。

（三）用科學問題引導教學，在教學中引入學科熱點，讓學生主動參與教學

每一篇科學論文都應該至少解決一個科學問題。科學問題的提出在整個研究過程中至關重要。很多本科生在開展畢業(yè)論文相關研究時并不明確所要解決的科學問題是什么。在這種情況下，研究就失去了方向，學生不知道該做怎樣的測試分析，如何利用獲取的數(shù)據(jù)分析解決科學問題。“科學問題引導式”教學模式就是在教學過程中，通過不斷提出科學問題來積極引導并促進學生主動思考的一種教學模式[7]。為了讓學生認識到提出科學問題的重要性，引導學生主動思考、分析科學問題，教師在講授某一知識點之前，應先提出科學問題，再剖析科學問題實質(zhì)，并提出解決問題的方案（知識點）。這樣可以避免因平鋪直敘讓知識點變得枯燥乏味，同時也可以使學生積極思考如何將知識點與解決科學問題結合起來，從而主動跳出固有的思路，形成提出科學問題、解決科學問題的多元化、發(fā)散式邏輯思維方式。當學生認識到自己在學習和討論學術前沿問題，并可以利用學到的知識解決一個或幾個科學問題時，他們會表現(xiàn)出更大的興趣，投入更多的時間和精力，也更加渴望針對這樣的問題提出自己的見解，這能激發(fā)他們的創(chuàng)新動機。如果學生經(jīng)過獨立思考，提出與教師等研究者相近的想法或是完全創(chuàng)新的思路時，他們就會認為自己的努力有科學價值，創(chuàng)新自我效能感也會顯著提升。

（四）讓課程教學與科研創(chuàng)新相輔相成，讓課堂知識和課題延伸融會貫通

處理好科研與教學的關系，樹立正確的科研觀和教學觀是高校教師不可回避的問題。目前，部分高校教師存在無為科研觀、職稱科研觀、功利科研觀等多種亟須轉變的觀念[8]。如果對于一個知識點教師自身都沒有研究透徹，則很難給學生講明白，只能在教學過程中照本宣科、刻板評判，難以取得好的實質(zhì)性教學效果。高校的重要目標是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，創(chuàng)造知識。教師的科研工作往往是在不斷深入理解教學相關知識點的過程中發(fā)現(xiàn)并解決科學問題的過程。教師科研成果的取得是自身教學水平和科研素質(zhì)不斷提升的體現(xiàn)，是對知識點的“再發(fā)現(xiàn)”和創(chuàng)新。教師應力求讓課程教學與科研創(chuàng)新相輔相成，研學相長，將新的研究成果融入教學過程中，深入淺出地將學科前沿和關鍵知識點講透、講生動，這樣學生才能學得明白[9]。課程設置應以解決重要科學問題和以科技創(chuàng)新為中心來推動教學進程[10]，學生在對學術前沿問題產(chǎn)生濃厚興趣的情況下，會更加關心和關注課堂教學的重點、難點，并自覺、積極、主動地參與到課堂的研討活動中，從而在分析問題和解決問題的過程中更好地掌握基礎理論知識，并創(chuàng)造性地運用掌握的知識點去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，實現(xiàn)對課堂知識和課題延伸的融會貫通。學生從接受式的學習轉變?yōu)榘l(fā)現(xiàn)式、探究式學習[10]，在課程學習和研討中培育出創(chuàng)新意識和初步創(chuàng)新設計能力，這會進一步促進教師的創(chuàng)新性科研工作，從而實現(xiàn)教學相長。

（五）體驗式教學注重學生實踐，避免學生眼高手低，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

實踐是能力形成的必經(jīng)途徑，也是能力發(fā)展的動力[11]。地質(zhì)學是一門實踐性很強的學科[12]。聽懂和理解課程的知識內(nèi)容，與能將所學內(nèi)容應用于具體實際問題的解決之間往往還存在很大差距。體驗式教學過程致力于“引發(fā)學生的能動性與自主性，致力于活化學生已有的知識經(jīng)驗與生命感受”。學術前沿課程以設計體驗式教學為手段，其目的在于引導和促進學生主動參與、主動探索、主動思考、主動操作與自主活動[13]。沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用這門課程雖然并不直接涉及野外地質(zhì)考察，但是有很多基于模擬情景或基于真實項目的教學內(nèi)容需要學生動手實驗才能深刻掌握，學生應避免眼高手低[14]。

（六）促進學生了解科研過程，提升學生畢業(yè)論文寫作水平

在學術前沿課程教學過程中，教師提出研究問題，鼓勵和引導學生形成自己的觀點，并讓學生通過查閱文獻資料、實驗、調(diào)查、思辨的方法來驗證自己的觀點，最終解決研究問題，形成學生自己的認識。地質(zhì)類本科畢業(yè)論文教學包括論文選題、野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)分析研究與資料綜合處理、論文撰寫與答辯4個階段[15]。沉積地球化學在環(huán)境分析中的應用這門課程除了較少涉及野外調(diào)查，對本科畢業(yè)論文的其他各環(huán)節(jié)均有重要指導和幫助作用。在論文選題方面，課程可以使學生進一步認識到科學研究和科學思維的重要性，通過指導學生查閱文獻培養(yǎng)學生總結前沿研究進展、發(fā)現(xiàn)科學問題的創(chuàng)新能力。在室內(nèi)研究方面，設計沉積地球化學在環(huán)境分析中應用的諸多方法與手段，有助于學生開展實驗研究、有效獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。課程將近40%的時間用于學生口頭表達與做文字報告，讓學生自主介紹沉積地球化學在其畢業(yè)論文中的應用，鍛煉學生做學術報告的能力。這類似于學生對其本科畢業(yè)論文的“預演”，對培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)綜合處理與運用的能力、科學問題的表達和闡述能力、科技論文寫作能力均具有重要作用。

四、結語

本科是高等教育的基礎，本科生是國家振興的希望。全面提升本科生的學術素養(yǎng)、科學精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是我國持續(xù)推進教育改革的目標之一。高校集人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、人文傳承于一身，無疑是教育創(chuàng)新發(fā)展的重要載體，是實現(xiàn)教育強國、提升綜合國力的重要陣地。近年來，“以教師為主導、以學生為主體”的學術前沿課程和研究性教學實踐在各高校逐漸興起并受到重視；以啟發(fā)、探究、討論、參與、問題導向式為主的教學過程設計，能有效地引導本科生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，從而培養(yǎng)本科生提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，激發(fā)本科生的科研興趣，提升本科生的學術思維和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能。同時，開展學術前沿課程也能夠促進師生互動，營造更好的教學相長的學習氛圍，有利于將學科前沿的研究內(nèi)容與方法融入基礎課堂教學中，從而促進和加強科研與教學的有機融合，提高高校教師對本科教育和本科人才培養(yǎng)的關注度，謹守大學之道。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 吳瑞林，王建中.研究性教學與研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].學位與研究生教育，2013（3）：10-15.

[2］ 鄔大光.重視本科教育：一流大學成熟的標志[J].中國高教研究，2016（6）：5-10.

[3］ 龍寶新.論一流本科教育的核心要素與內(nèi)涵建設[J].內(nèi)蒙古師范大學學報（教育科學版），2020（4）：1-9.

[4］ 陳文琪，張薇.加強研究性教學改革，助推創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].文教資料，2018（23）：149-150.

[5］ 于炳松.將科學意義貫穿始終是激發(fā)學生興趣的根本方法[J].中國地質(zhì)教育，1997（3）：26-27.

[6］ 王恒禮.創(chuàng)新思維與地球科學前沿[M].北京：中國大地出版社，2002.

[7］ 倪金龍，唐小玲，李增學，等.“問題引導式”教學模式的實踐與體會：以“構造地質(zhì)學”課程教學為例[J].中國地質(zhì)教育，2009（1）：143-144.

[8］ 吳秋生.高校教師要樹立正確科研觀[N].光明日報，2009-08-13（10）.

[9］ 楊坤光.科研促進《地質(zhì)學基礎》教學的幾點體會[J].中國地質(zhì)教育，1996（4）：46-47.

[10］ 唐大放，程志紅，趙子江，等.研討式教學模式的創(chuàng)新教育實踐[J].教育教學論壇，2016（43）：156-157.

[11］ 趙卿敏.創(chuàng)新能力的形成與培養(yǎng)[M].武漢：華中科技大學出版社，2003.

[12］ 張平松，桂和榮，嚴家平，等.加強地質(zhì)專業(yè)實踐教學全面提高學生綜合素質(zhì)[J].合肥工業(yè)大學學報（社會科學版），2002（6）：45-47.

[13］ 高桂娟，周上玖，胡靜.體驗式教學培養(yǎng)大學生創(chuàng)業(yè)能力的探索[J].大學（學術版），2012（10）：42-48.

[14］ 王立仁.重視解決大學生“眼高手低”問題[J].中國高等教育，2006（11）：62.

[15］ 張傳恒.地質(zhì)類本科畢業(yè)論文教學中的關鍵環(huán)節(jié)及其在科研能力培養(yǎng)中的作用[J].中國地質(zhì)教育，2004（3）：29-31.

［責任編輯：陳 明］