海洋科学本科生科研素质全面提升的探索与实践

陈美香　杨洁　王雪竹　冯涛　程旭华

［摘 要］针对海洋科学本科生在数据分析和科研创新方面的不足，河海大学尝试依托课程建设和教学改革加强本科生数据处理和分析的实践训练，通过建立课程体系、完善实践方案、鼓励学生参与教材编修、结合热点前沿科学问题进行探索等举措，有效提高了学生动手编程、动脑分析实际问题的能力，同时建立了学生对专业知识迭代更新的深层觉悟和对科研探索的浓厚兴趣。该方案实施以来，学校海洋科学专业本科生的科研产出和毕业深造率都有了显著提升。

［关键词］海洋科学；数据分析能力；科研素质；科研拓展训练；教材修订

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）02-0124-03

海洋是人类可持续发展的重要依托，随着人口和经济发展的需求，陆地资源日益短缺，海洋的开发与利用将成为未来人类发展的主要着眼点[1]。党的十九大明确提出了“坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”的战略部署，标志着我国正向海洋强国的方向迈进，亟须一批基础厚、能力强的海洋专业高级技术和研究人才来推进这一目标的实现[2]。数据处理分析能力是海洋领域科学研究及业务化工作所需的基本技能，而探索创新是进行科学研究必须具备的重要能力，与二者相关的海洋科研素质培养质量关乎国家未来的海洋科研和海洋资源开发水平[3-5]。实际上，大学生科研相关能力的训练和培养一直是国内外高校本科人才培养质量研究的重要方向，已形成了一些比较成熟的“以学生为本、以实践为基”的創新型人才培养模式[5]，如伯克利模式[6-8]、麻省理工模式[3，9-10]以及东京大学模式[11-13]等。我国的高等教育也强调要培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才，在建设海洋强国的时代背景下，这对涉海高校的专业人才培养更具有指导意义。

目前，我国涉海高校已有20余所，海洋专业人才培养规模日趋壮大。河海大学（以下简称“我校”）海洋科学一级学科点面向全国招收硕士研究生。从我校近几年招收的研究生来看，绝大多数涉海高校本科生习惯于教师的课堂知识传授，缺乏实际动手能力尤其是数据分析能力的系统训练，在独立思考和科学探索方面有所欠缺。海洋领域用人单位和科研院所研究生导师也普遍反映，海洋科学专业本科毕业生数据处理分析的动手能力以及发现问题、解决问题的科研能力存在明显不足。针对这一现状，笔者基于我校海洋科学专业人才培养的经验，提出了一套可提高本科生数据分析能力和科研素质的实践方案，并详细分析了实践效果。

一、本科生科研素质全面提升方案的确立

河海大学的海洋学科历史悠久，最早可以追溯到1957年创办的海洋水文专业。早期专业定位为工科，2008年专业名称正式确定为海洋科学，专业性质改为理科，按照理科人才培养模式进行了全面的教学改革，其中最重要的举措就是注重理科学生的实践能力特别是数据处理分析能力和科研素质的培养，主要借助课程体系的完善和具体课程的教学改革来推进（见图1）。

（一）确定培养理念，建立课程体系

2008年确定以理科性质进行人才培养以来，我校海洋科学专业一直坚持“培养适应新时代社会主义现代化建设与国家战略发展需求的，基础宽、实践强、学风好、品德优、具备社会责任感、创新精神和实践能力以及德、智、体全面发展的优秀人才”的培养理念，以创新精神和实践能力作为专业能力培养最核心的内容。针对海洋科学本科生数据处理分析和科研创新能力不足的状况，我校在2008年本科培养方案修订时增加了海洋要素分析方法和预报、多元统计分析与谱分析（以下分别简称为“海洋要素”和“谱分析”）等数据分析课程，以及FORTRAN和Matlab计算机语言课程（2020年培养方案修订又增加了Python语言），构建了涵盖数据处理分析能力培养的课程体系。

（二）凝练课程内容，出版优质教材

尽管全国开设海洋要素课程的院校很多，但该课程一直没有正式教材，普遍使用的是最早开设该课程的中国海洋大学的课程讲义。该讲义作为本科生课程教材篇幅过长，内容偏重理论，且要素数据分析处理技术的部分内容也已过时。笔者与其他学者基于2010—2015年的课堂教学反馈，结合当前数据分析技术的新成果，从2016年开始对该讲义进行大规模修订，于2018年经科学出版社出版了课程教材《海洋水文环境要素分析方法》[14]，填补了国内涉海高校相关课程教材的空白，目前教材已在多所涉海高校中被使用。

（三）改变单一模式，推广实践教学

数据处理分析强调学生实际动手能力，海洋要素课程的传统授课方式为课堂教学单一模式，缺乏上机实践对学生动手能力的培养造成很大限制，因此，要先做到实践教学与课堂教学并重。2012年以来，借助海洋科学本科生培养方案修订的契机，授课教师逐渐设置和增加课程上机实践学时，逐步确立上机实践的课程考查形式，在课程考核中不断提高上机实践的比重，形成常规的课程实践教学。2012年本科培养方案中海洋要素课程设置了0.5学分的实践学时，2016年培养方案修订时则专门开设了1学分的海洋要素分析方法课程设计，使上机实践正式成为独立课程。

（四）夯实基础能力，鼓励科研创新

自海洋要素课程实践方案实施以来，授课教师在实践内容上不断创新。其一，将数据分析训练与出海调查实践有机结合。由于我校海洋科学专业本科生在三年级有专门的出海调查实习，授课教师可以把学生出海调查实习时采集的现场数据纳入数据处理和分析的实践内容，让学生体验利用课程所学技术分析自己亲手测量的数据，获得成就感。这样，一方面可以很好地激发学生的学习热情，另一方面可以更好地引导学生发现科学问题，并学习深入分析和解决问题的方法。其二，采取分层次、递进式教学方式。针对学生毕业后就业和深造的不同需求，在实践作业中分别设置必做模块（基本模块）和选做模块（拓展模块），前者针对有就业去向的学生，仅要求他们掌握数据处理的基本技能，完成基础性工作；后者针对的是毕业后继续深造和有科研兴趣的学生，该模块对他们提出了更高的要求，将前沿性、时效性科学问题纳入其中，鼓励学生在完成实践基本要求的前提下，充分发挥个人兴趣，通过中英文文献阅读了解最新研究动态，继而进行深入的拓展分析，开展创新性工作。通过考核加分奖励调动学生的积极性。

二、本科生科研素质全面提升方案的实践效果

6年课堂授课经验的积累和课堂反馈，促进了适合本科生能力培养的教材的出版，激发了本科数据分析动手能力培养实践方案的成形，解决了以往数据处理分析课程缺少教材的问题，改变了课堂教学缺乏上机实践的单一模式，扭转了学生被动接收知识、缺乏思考及创新意识的局面。5年检验期证实了上述理论与实践相结合的培养模式在学生数据处理分析能力培养以及科学研究潜力挖掘方面具有显著成效。

（一）课程体系建设促进知识构架完善

在学生研修了高等数学、数理方程、数值分析等课程的基础上，以计算机语言课程为学生提供数据处理的编程工具，以谱分析课程为学生提供数据处理分析技术，使学生掌握数据处理的理论基础和计算机技能；以海洋要素课程为主导，通过针对不同要素的具体分析方法的学习使学生从方法论层面掌握实际问题的解决思路，利用上机实践使学生尝试对实际海洋数据进行处理分析，对具体的科学问题进行探索创新。如此形成了从理论到实践层面的海洋专业数据处理分析的知识构架，为全面提升学生科研素质奠定了良好的知识储备。

（二）教材编写学生参与促进教学相长

在教材编写和修订过程中，笔者充分调动学生学习的积极性和主动性，鼓励学生发现并纠正教材试用版本中的问题和错误，在课程考核时予以加分，很好地培养了学生不迷信和盲从书本知识、勇于挑战权威、积极探索创新的科研素养，在提高学生学习主动性的同时有效提升了教材质量，达到了教学相长的良好效果。

（三）實践教学有力改善课程教学效果

从课程设置专门实践学分到实践课程的独立设置，极大地提高了学生对海洋数据处理分析实践工作的重视度和学习主动性，很好地扭转了海洋要素课程“纸上谈兵”的局面，保证了学生实际动手能力的训练效果。上机实践在计算机房进行，保证单人单机开展编程计算和数据分析，成果汇报采取组队形式，既强调对学生独立工作能力的培养，又注重对学生团队协作意识的培养。

（四）拓展实践全面提升学生科研素质

课程实践的拓展模块及时融入科研热点问题，不断更新课本知识，让学生紧跟科学研究前沿，了解科研最新动态，极大激发了学生探索海洋科学的兴趣，培养了学生独立思考、科研探索的习惯，也促进了本科生的科研产出。2013年，我校4名学生利用所学的潮汐潮流观测资料的调和分析方法对本科三年级出海实习的观测数据进行了分析，发表了学术论文1篇[15]，另有多名学生结合课程所学知识和所参与的教师科研项目申请了发明专利或者发表了学术论文（见表1）。在近几年本科四年级下学期的毕业论文训练中，学生的数据分析动手能力和科研探索创新能力较以往有了明显提升，研究生导师对我校研究生新生科研素质的评价也有了较大改观，这些都与数据分析课程中学生经历的全面综合性训练密不可分。

随着学生科研素质的提高，我校海洋科学本科生深造率近几年呈快速上升态势（见图2）。同时，越来越多的学生愿意继续在海洋专业读研，不再选择转专业，而其中选择到海洋综合实力更强的高校和科研院所进行深造的学生人数也日益增加，这对我国海洋事业高层次人才的储备和补充具有非常重要的意义。

三、结语

当前，我国的海洋事业处于快速发展的关键时期，海洋强国目标的推进对海洋专业高层次人才提出了更新、更高的要求，那就是要具备熟练的数据处理分析技能和较高的科研创新素质，而这些必须从本科阶段就开始着力培养。我们在过去的海洋专业人才培养实践中，对上述问题进行了一系列探索，通过建立课程体系、修订出版教材、设置实践方案、拓展科研能力等举措，摸索出一套适合海洋科学专业本科生数据处理分析能力和科研素质培养的整体方案。从本科生科研产出、毕业论文完成情况以及本科生毕业继续深造情况来看，上述方案的执行是卓有成效的。其为学生将来从事海洋领域的科学研究和工作奠定了坚实基础，也对我国海洋事业的人才储备和长足发展具有重要的意义。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：刘凤华］