面向理工类本科生科研创新类实验课的选题方法探索

高明明 ,胡 振 , 苏继新 , 石 岩

(山东大学 环境科学与工程学院 ,山东 青岛 266237)

随着本科生教育改革及新工科建设的推进,本科生教育教学越来越重视对学生创新能力的培养。理工科的高等教育更加注重对学生创新与实践能力的培养,各院校逐渐开设针对本科生的科研创新类实验课,立足于“以本为本”的本科教学理念,从本科教育开始,扎实学生的创新能力培养。但目前科研创新类实验课的设置仍处于探索阶段,如何围绕新工科教育设置实验课环节仍存在诸多挑战,其中,适合科研创新类实验课的选题是实验的开端,也是实验顺利展开的首要环节。

科研创新类实验课程设置的核心在于“创新性”,考虑到创新实验课程设置的时效性、探索性,以及本科实验周期性开展的特点,科研创新类实验课的选题内容应该进行及时的更新。因此本论文不讨论具体的实验题目与科研方向,而是从选题方法、策略上讨论创新实验课该如何选题。

1 科研创新类实验课的选题方法

1.1 选题的前提条件

创新实验的选题一般是由导师和学生一起选定的,这个过程中,因为导师了解选题所在领域的发展情况,往往在其中起主导作用。在师资条件允许的前提下,建议为每位参加实验课的本科生配备指导教师。这是由于科研创新类实验课与本科生以往参与的验证性实验不同。验证性实验,如无机化学基础实验、分析化学基础实验等,实验过程及实验结果已知,所需材料、仪器设备固定。创新类实验选题需要符合创新类与探索性的实验课设置目的,将选题设置在科研的未知领域。导师可以帮助学生在选题上出谋划策。如果靠学生自主选择实验题目,很难保证所选的题目具有创新类,且以探索为目的。 同时,导师能够帮学生衡量这个实验题目是否适合本科生来完成,实验目的是否具有科学意义。

创新实验的题目选定后,学生则要担负起项目负责人的职责,开展立项申请书、实验方案等的撰写和实验前的准备工作。实验前的准备工作包括:广泛查阅文献,了解此实验目的与意义,准备实验所需药品与仪器设备,以及了解实验室所具备的基本实验条件等。在充分了解创新实验的选题并进行实验准备的过程中,还可以就实验题目与导师进一步讨论并进行调整,从而保证创新实验可以顺利地展开。

1.2 选题的基本原则

1.2.1选题要立足于本专业基础学科之上

首先,需要明确科研创新类实验课要符合本科生的培养方案要求,才能让此实验课为本科生培养服务。其次,选题要围绕科研创新类实验课的教学目标设置。科研创新类实验课的设计目的在于大学中高年级学生融会贯通已学专业课的理论知识和实验课的基本操作,在此基础上针对性培养学生的创新能力,激励学习兴趣,从而为培养创新型人才的目标服务。因此,立足本专业的基础理论知识是选题的基本原则。受科研创新类实验课程设置的限制,应避免脱离本专业的选题设计。

以环境学科领域的科研创新类实验课题目选择为例,合理的题目选择,可以帮助学生认识环境问题,了解环境学科的研究范畴。环境学科本身是一门交叉学科,了解环境问题,解决环境问题是本学科的重要学习目标之一,合理的科研选题对环境科学、环境工程等专业的理工科本科生专业知识体系的构建将起到促进和提高的作用。

随着学科发展与学科融合,选题过程中,也需正确看待学科交叉。以环境学科为例,环境学科的研究越来越多地引入其他学科,如生物学、化学、材料学、物理学等。环境学科的发展与其他学科交叉密不可分,而且,环境学科与其他学科的融合发展,也赋予了环境学科更多的创新性与发展机遇。学生在选题过程中,立足于本学科的前提上,引入交叉学科,能够在不偏离本学科的研究课题基础上,对本学科的研究领域做适当的扩展,从而推动学生了解与本专业相关科学并扩展研究思路。

1.2.2选题要体现科研创新性

科研创新类实验课中,实验的选题要具有创新性,这也是此类实验课与以往验证性基础实验的本质区别,其目的是在学生具备一定专业基础知识的基础上,锻炼学生主动设计、探索未知科研领域的兴趣与能力,建立学生的自信心。同时,受科研创新类实验课授课对象的知识体系、能力水平及本科实验课的形式、时间、空间安排等限制,对科研创新类实验课的题目设置,在创新性及研究深度上一般要低于研究生的实验题目。这个题目可以是目前导师所进行的探索性实验的一部分,通过合理的选题设置和针对课时长短进行实验工作量的规划,使其符合本科生科研创新类实验课的选题要求。另外,还需要充分考虑参与学生的能力与兴趣。科研创新类实验课的选题要有利于发挥学生的个性,激发学生的兴趣。这一环节需要导师因材施教,与学生进行充分的讨论,针对学生的特点与能力,调整实验题目与对应的实验内容。在实验开展过程中,帮助学生更好地将实践和理论相结合,提高学生的主动性与创新性,从而保证创新类实验课的学习效果。在培养和发展学生个性化的同时,也需要重视本学科的授课教师及指导教师的培训与教学探讨,注重教师个性化发展与能力培养。教师个性化的成长是实现学生个性化教育的优势条件。

1.2.3选题与导师的科研工作相结合

在创新类实验项目的选择过程中,老师和学生既要考虑主观意愿,也要从实验课设置、实验条件、实验经费等客观条件考虑。这主要是因为基于教学的创新实验课在经费的使用、药品的购买等环节上不灵活,与真正的科研实验还存在一定差距,但创新类实验的探索性,又决定了实验不能完全按照预设的步骤进行。因此,授课过程中具体课题与导师的科研课题保持关联,才能保证创新类实验课程实验过程中的经费来源、耗材与药品保证。以导师科研课题为基础的创新类实验课题目,学生在实验过程中,有机会参与导师对整体课题的讨论,这在实验过程中是难能可贵的。通过参与课题的讨论,可以对创新类实验题目设置的意义、实验环节、实验方法、结果分析部分有更深入的理解。而且,通过与课题组内师兄师姐的科研交流,还能为学生的创新实验带来许多新的体验和重要帮助,对学生的科研协作能力起到锻炼与提升的作用。

1.3 基于校企合作的课程选题原则

创新与实践是科研过程中互相推动的两个环节,目前高校广泛推广产学研模式,但大部分企业合作平都倾向于科研与研究生培养。在本科教育阶段,通过科研创新实验课程的方式,将科技创新与产学研的合作模式下沉到本科阶段,有利于本科生了解所学专业,建立专业自信心。同时,能够为企业和高校合作培养人才探索新的模式,提高教学质量并推动本科生整体素质和职业竞争力的提升。

本科生科研创新类实验课的设置,能够引导学生了解解决科研问题的方法与过程,针对本科生的教学实验开展的创新实验。受教学时间、地点、参与人数的限制,提倡通过建立实践实习平台,为学生提供参与工程问题的学校渠道。通过平台的设置,课题的选择就可以考虑多方面的合作关系,在科研创新类实验课开展过程中增加产学研一体化发展的要素。学生通过参与企业生产过程,面对有待解决的实际问题,能够推动学生创新实验的热情,并加深对本专业的应用及就业前景的认识,锻炼学生解决实际问题的能力。基于实践实习平台的实验课程,在设置题目环境应注意以下问题:①依托于平台的建设设置的题目应该与现有教学环节联系紧密,保证学生实习或技术研发过程与教学目的相符合;②创新类科研题目的设置立足于企业创新项目,充分考虑校企合作过程中,研发成果在实际生产转化过程中的可行性,设计与现有基本工艺设备能够满足的创新性题目,这时保证科研成果实现落地的关键环节;③在校企合作平台选择题目,还应充分考虑企业与学校空间距离,企业合作过程中涉及学生的交通与安全,这是学生参加实际项目过程的重要保障。

考虑到上述问题,在基于校企合作的创新型题目选择时,要增强企业参与产学研教育的积极性,需要立足于企业与高校在人才培养、创新型技术需求上的共同立场。充分融合高校培养人才、企业选拔人才;高校探索科研方向,企业寻求创新的双重动力,促使企业与高校在科研平台建设过程中形成合力,也符合科学技术落地、服务社会的宗旨。合作过程中,还要注意培养学生在解决实际问题过程中方法的系统性。以企业技术创新为目的的科研过程中,也应遵循发现问题、解决问题、总结与讨论的科研过程,保证学生在实践平台进行创新实验过程中具有扎实的理论基础与系统的科研训练。

2 结语

随着本科生教育改革及新工科建设的推进,各院校逐渐开设针对本科生的科研创新类实验课,立足于“以本为本”理念,从本科教育开始,扎实学生创新能力的培养。创新实验开展过程中,合理的选题是实验顺利展开的关键环节之一。基于创新实验的探索性,在师资条件允许的前提下,建议为每位参加实验课的本科生配备指导教师;科研创新类实验课程的选题应立足于本专业基础学科之上,体现科研创新性,并与导师的科研工作相结合;最后,通过建立校企合作实践实习平台推动本科生的创新实验,有利于加深学生对本专业应用及就业前景的认识,锻炼学生解决实际问题的能力。