關(guān)于高校理工科本科生科研能力培養(yǎng)的實(shí)踐探索

張立超,包先明,孫立強(qiáng),孫崇玉,劉飛,關(guān)旭揚(yáng),水晶,李文靜

(淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,安徽 淮北 235000)

在中國高校理工科本科生的教育工作中,課堂講授一直是對(duì)本科生教學(xué)采用的主要方式,對(duì)本科生科研能力的培養(yǎng)往往是高校教學(xué)中相對(duì)欠缺的一個(gè)方面.加強(qiáng)科研能力的培養(yǎng)不僅能夠增進(jìn)其對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的進(jìn)一步理解,擴(kuò)寬學(xué)生知識(shí)面,同時(shí)也能提高學(xué)生的思維能力、分析解決問題能力以及創(chuàng)新能力[1].現(xiàn)如今,越來越多的本科生選擇繼續(xù)攻讀研究生.根據(jù)教育部官方公布的數(shù)據(jù),2022年全國碩士研究生招生考試報(bào)考人數(shù)457萬人,比2021年增長80萬,增幅達(dá)到21%,再創(chuàng)歷史新高.2022年研究生招生總?cè)藬?shù)預(yù)計(jì)120萬左右,錄取率僅為26%.而在研究生招生錄取考核中,那些在本科學(xué)習(xí)過程中有過科研鍛煉經(jīng)歷、參與過科研項(xiàng)目、抑或發(fā)表過學(xué)術(shù)論文的學(xué)生往往更受招生導(dǎo)師青睞.這使得我們不得不審視我們在本科生培養(yǎng)工作中往往忽視的一個(gè)方面——本科生科研能力的培養(yǎng).

高校在對(duì)理工科專業(yè)制訂教學(xué)培養(yǎng)方案時(shí),一般均采用理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式.相比于一些科研工作,本科教學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)課程往往驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目居多,在規(guī)定的課程學(xué)時(shí)按照固定的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班地得到一些可預(yù)測的結(jié)果.這類實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往缺乏對(duì)學(xué)生自主探索問題能力的鍛煉,不利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研能力和思維.為進(jìn)一步對(duì)本科教學(xué)工作進(jìn)行改革,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生能力水平的培養(yǎng),教育部從“十二五”開始,提出并實(shí)施了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃[2].通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,學(xué)生可以自己組建團(tuán)隊(duì),并在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,查找文獻(xiàn)資料,設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)路線,接觸并使用常用的表征儀器,開展一些探索、研究工作.項(xiàng)目化教學(xué)的方式要求學(xué)生能夠主動(dòng)思考,設(shè)計(jì)具體的項(xiàng)目實(shí)施方案,并和項(xiàng)目成員互相合作交流,共同解決項(xiàng)目實(shí)施過程中可能遇到的困難.在合作完成項(xiàng)目的過程中,學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)以及科研水平均得到極大的提高.相對(duì)于課本理論知識(shí),科研項(xiàng)目往往更關(guān)注社會(huì)面臨的一些具體問題以及當(dāng)前科學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)等領(lǐng)域,項(xiàng)目化教學(xué)的實(shí)施可以為社會(huì)培養(yǎng)更多符合當(dāng)下需求的人才.

1 科研項(xiàng)目提升高校本科生科研能力的實(shí)踐探索

高校本科生參與科研項(xiàng)目研究,一般來說,常見的途徑主要有兩種方式:一種是學(xué)生自己申請(qǐng)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,分為省級(jí)和國家級(jí)兩種類別;另一種就是學(xué)生聯(lián)系相關(guān)老師,參與老師課題組的科研項(xiàng)目.下面結(jié)合自己實(shí)際的科研指導(dǎo)經(jīng)歷,簡單介紹下參與科研項(xiàng)目對(duì)大學(xué)生科研能力鍛煉的具體案例.

淮北師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生在筆者的指導(dǎo)下開展了“土壤富里酸的提取及其性質(zhì)表征分析”研究項(xiàng)目.土壤富里酸是構(gòu)成土壤腐殖質(zhì)的重要組分,廣泛分布于各自然環(huán)境中,能夠影響土壤環(huán)境中各污染物的遷移與轉(zhuǎn)化行為.本項(xiàng)目選擇富里酸為研究對(duì)象,進(jìn)行土壤提取富里酸以及富里酸表征的相關(guān)工作.該項(xiàng)目要求學(xué)生自己查閱收集資料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并了解和使用相關(guān)表征儀器,并在項(xiàng)目的實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,這極大地提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、思考問題的方式以及學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí).

1.1 實(shí)驗(yàn)方案確定

首先,參與項(xiàng)目的學(xué)生要了解常見的文獻(xiàn)下載數(shù)據(jù)庫,學(xué)習(xí)并掌握文獻(xiàn)查找和下載方法,并從文獻(xiàn)中總結(jié)并設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)方案.學(xué)生在文獻(xiàn)資料的學(xué)習(xí)中對(duì)該項(xiàng)目的研究現(xiàn)狀、研究難點(diǎn)與熱點(diǎn)等方面有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí).實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)完成后,應(yīng)當(dāng)開展預(yù)實(shí)驗(yàn),并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步修改自己的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì),直至實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的最終定稿.

1.2 實(shí)驗(yàn)開展

實(shí)驗(yàn)最終方案確定后,依照實(shí)驗(yàn)方案開展實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生從土壤提取了富里酸組分,對(duì)富里酸的外觀形態(tài)、在酸堿中的溶解性等有了更深入的認(rèn)識(shí).在對(duì)富里酸性質(zhì)表征過程中,學(xué)生接觸并使用了掃描電子顯微鏡、核磁共振光譜儀、傅里葉紅外光譜儀等大型儀器設(shè)備,學(xué)會(huì)了數(shù)據(jù)的繪圖和分析處理.在這一過程中,學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技能和科研水平均得到極大提升.

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

通過掃描電子顯微鏡,學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從微米尺度觀察富里酸的形貌,這促進(jìn)了學(xué)生對(duì)富里酸形貌的進(jìn)一步認(rèn)識(shí),并使學(xué)生掌握了從微米尺度觀察樣品形貌的方法.核磁共振光譜是利用核磁共振效應(yīng)來進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)信息鑒定的方法[3],它能夠識(shí)別出富里酸分子中質(zhì)子的種類及周圍環(huán)境,從而進(jìn)一步推斷富里酸的結(jié)構(gòu)信息,化學(xué)位移在6.7-7.4之間的峰主要是富里酸中的苯環(huán)氫及稠環(huán)氫信號(hào),化學(xué)位移在0.8-2.2之間的峰主要是富里酸中甲基及亞甲基信號(hào).紅外光譜是利用物質(zhì)分子不同化學(xué)鍵或官能團(tuán)對(duì)紅外線吸收頻率的差異來鑒定化學(xué)鍵和官能團(tuán)的方法,不同位置的吸收峰代表了富里酸分子中的不同官能團(tuán),比如3400 cm-1處的羥基峰、1600 cm-1處的羧酸鹽不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰和芳香骨架振動(dòng)特征峰、1070 cm-1處的醇或者醚的C-O伸縮振動(dòng)峰等[4].通過對(duì)富里酸的核磁共振光譜以及紅外光譜分析,學(xué)生初步掌握了大型儀器的使用方法,學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析、繪圖等,并進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到富里酸的分子結(jié)構(gòu)信息以及對(duì)樣品分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征鑒定的方法,提升了自己的專業(yè)技能和科研水平.

1.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

在完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理后,學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析討論所研究的課題,撰寫研究論文,揭示富里酸的結(jié)構(gòu)特征等性質(zhì).指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其研究報(bào)告,指出可能存在的研究不足以及可進(jìn)一步挖掘的研究創(chuàng)新點(diǎn).學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)教師意見,繼續(xù)完成可能需要補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,進(jìn)一步修改和完善科研論文并投稿.

通過以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的科研能力培養(yǎng)實(shí)踐活動(dòng)可以看出,學(xué)生積極參與到科學(xué)項(xiàng)目研究中對(duì)學(xué)生科研能力的培養(yǎng)和鍛煉大有裨益.首先,學(xué)生參與科研項(xiàng)目,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)開展等過程,均和相關(guān)指導(dǎo)老師進(jìn)行了深入的交流和溝通,得到了指導(dǎo)老師的幫助.在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生能夠更好地把握所研究領(lǐng)域的科研關(guān)注點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中能夠更好地運(yùn)用平時(shí)本科實(shí)驗(yàn)課程難以接觸到的一些大型儀器,從分子水平和微觀尺度對(duì)相關(guān)樣品進(jìn)行表征分析.其次,學(xué)生通過參與科研項(xiàng)目,往往能夠利用科研實(shí)驗(yàn)室的科研平臺(tái)來開展項(xiàng)目研究,這對(duì)項(xiàng)目的順利開展以及科研成果的獲取大有幫助.良好的科研平臺(tái)是項(xiàng)目順利開展的必備條件,只有在良好的科研平臺(tái)支撐下,科研項(xiàng)目的進(jìn)行才具有可行性,科研項(xiàng)目成果的獲取才有必要保障.另外,學(xué)生通過參與科研項(xiàng)目,提升了自身對(duì)科研的認(rèn)知水平,懂得了如何用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法去探索未知的科學(xué)問題.通過筆者對(duì)學(xué)生的指導(dǎo),學(xué)生逐漸了解并掌握項(xiàng)目開展的流程與方式,并成功申請(qǐng)了國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目.在項(xiàng)目完成后,整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并成功發(fā)表了科研論文.這些經(jīng)歷對(duì)于學(xué)生科研實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ腻憻捑哂袠O其重要的作用,并為以后可能的研究生學(xué)習(xí)生涯打下重要及堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

2 結(jié) 語

讓本科生參與到科研項(xiàng)目中,對(duì)其科研能力的培養(yǎng)具有無可比擬的作用.這種科研實(shí)踐經(jīng)歷對(duì)大學(xué)本科人才培養(yǎng)具有重要意義.學(xué)生在參與科研項(xiàng)目的過程中,經(jīng)歷了從陌生到熟悉的科學(xué)研究過程,學(xué)習(xí)并鍛煉了文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析以及文章撰寫等方面的技能,為其今后的科研之路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).從本科生多年的項(xiàng)目參與實(shí)踐經(jīng)歷可以看出,讓學(xué)生積極參與教師的科研項(xiàng)目對(duì)當(dāng)今高校本科生的科研能力培養(yǎng)有著十分重要的影響,在改善學(xué)生思考問題方式、創(chuàng)新意識(shí)形成等方面發(fā)揮著不可或缺的作用,是當(dāng)代高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑.