引導本科生參與科研項目的研究與實踐

摘要：本科生參與科研對大學生專業學習的促進和提高、高校綜合性創新人才培養及促進科研事業的發展均有著重要的作用，以引導本科生參與機器人實踐為例，介紹了在帶領大學本科生參加科研項目實施中的切身體會。引導本科生參與科研不僅提高了學生的創新能力，同時也實現了促進教學相長的目的。針對本科生參與科研過程中存在的問題，最后提出了相關的改進建議。

關鍵詞：科研；本科生；創新能力；機器人實踐；教學改進

作者簡介：韓亞麗（1978-），女，河南鄭州人，南京工程學院機械學院，講師。（江蘇 南京 211167）

基金項目：本文系校引進人才項目（項目編號：YKJ201102）、校級大學生科技創新項目（項目編號：N20130101）、江蘇省大學生創新重點項目（項目編號：201311276009）的研究成果。

中圖分類號：G645 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）32-0221-02

建立和推動本科生參與科研創新實踐活動的長效機制，是高等學校深化教學改革、實施素質教育的重要方面，為了實現讓本科生參與科研活動以提高自身的能力，國內外的大學均進行了相關的實踐與研究，早在1969年，麻省理工學院即創立了“本科研究機會計劃”，以資助學生參與教師的研究項目。20世紀80年代，加州大學洛杉磯分校也開始系統地支持本科生科研。90年代，伯克利大學開始設立了專項資金資助本科生開展科學研究，在國內，清華大學在考察了麻省理工學院的UROP計劃后，于1995年提出了SRT（Students Research Training，學生科技訓練）計劃。浙江大學從1998 年開始開展校級大學生科研訓練計劃，中國科技大學于1999 年提出了“大學生研究計劃”等。然而，到目前為止，本科生科研訓練不足、科研素質不高仍是一個普遍現象。[1-2]因此，如何切實有效地培養本科生科研能力， 是引導本科生參加科研過程中需要重視的問題。

本科生具有課程較多、課余時間較少且科研基礎還較薄弱等特點。科學研究是高校獨立性與知識性的集中體現，是新知識和新技術的源泉，是高校教學質量的推進器。充分利用教學資源、師資力量，通過合理的途徑，建立正確的引導機制，有利于本科生專業學習的促進和提高，培養其綜合創新能力；又能使教師的科研得以有效推進，促進教學相長，這是我們引導本科生參與科研的主要目的。本文結合筆者引導大三、大四學生進行機器人科研項目的例子，淺談一下心得體會。

一、引導本科生參與科研的意義

1.引導本科生參與科研有助于學生綜合創新能力的提高

我國長期以來本科生科研主要通是過本科生的生產實習、課程設計、畢業設計等教學環節來實現的。然而現有的這些教學環節通常都是彼此分開，沒有形成系統的過程，使得學生的科研與創新思維訓練無法得到全面的鍛煉與提高。而大學生若參與科研項目，指導教師提出科研的目的與要求后，學生針對其研究內容全面展開工作，獨立查閱資料，設計科研方案和具體的研究過程，經老師審閱指導后，進行操作，并撰寫研究報告。在科研過程中，學生會學到了很多課程之外的知識，有助于提升學生的綜合能力，可以將書面知識和實驗技能轉化為科研能力。

以筆者引導的機械類機電專業4名大三、大四學生為例，圍繞筆者正在進行的科研項目，讓4名學生進行助力機器人踝關節的機構設計及控制。首先進行合理的分工，4人分別進行驅動系統設計、踝關節機構設計、傳感器的設計及控制系統的搭建。在整個設計過程中，牽涉到傳動機構、連軸器、軸（承）座等機械機構，相應的機械設計中還會涉及到一些部件的安裝固定，整機各部件的位置配合，整機的裝配設計等。參與的學生從零部件的設計到整體裝配的各環節都能得到鍛練。任一個環節考慮不周，就可能造成返工，這樣既浪費又可能延誤進度。盡管他們學習過機械原理、機械設計、機械制圖等課程，但有些問題仍然是課本上不能找到現成答案的，這時就需要他們自己去想辦法解決問題，在分析問題后，通過查找資料和向老師請教的方法使問題得到解決。他們在做科研的過程中，逐漸培養了解決問題的能力，而解決問題的能力是培養創新思維的最好途徑，而科研本身正是以探索和解決問題為目的，因此，引導學生完整地參與科研實踐過程有益于他們創新能力的培養。同時，這4名學生參與的助力機器人踝關節的機構設計及控制的科研項目集合了機械、電子、計算機、軟件工作，學生在整個科研項目過程中，掌握了機械設計、機械加工、電路板設計、電路焊接與元器件裝配、軟件編程、儀器設備使用、資料檢索等各項能力，其綜合能力在科研中得到鍛煉與提高。

2.引導本科生參與科研有助于教師教學水平的提高

目前，由于各種因素使得大學教師普遍存在的一個現象是到點上課、下課走人，在平時的學習中，教師只有上課時在教室，其余時間師生之間交流的機會較少。而參與科研的過程中，學生和老師的相處時間增多，利用此機會，教師與學生溝通交流增多，使很多指導教師都成為學生們的良師益友。[3]教師與學生的互動過程中，教師在科研中表現出來的創新精神和科學思維方式，以及豐富的研究經驗都會在潛移默化中影響著學生，同時，學生強烈的求知欲，初生牛犢不怕虎、迎著困難繼續深究的學習勁頭也時刻激勵著教師繼續前行。

同樣以引導的機械類機電專業4名大學生為例，筆者在帶領他們做課題的過程中，與他們長期相處并對相關科研問題進行探討，能很好地洞察學生的興趣愛好和能力特長，根據他們的特長進行有針對性的培養。例如，其中一個學生，項目初始啟動的時候，通過初步了解得知他會使用機械繪圖軟件，就給該生分配了機構三維繪圖的工作，而經過一段時間的相處，發現該學生的動手能力較強，就把電路板制作的任務調給他做，后來的工作證明他確實很快完成了任務。在指導學生的過程中，發現有些學生動手操作能力較強，但不擅長理論分析；而有些學生思維活躍，遇到問題時能很快想出解決方案，但卻不愿動手實踐。根據學生的個人情況，指導教師可以有針對性培養，從而使學生的思維能力和動手能力都得到提高。通過科研活動中對學生的深入了解，可以使教師更深入、更全面了解學生，積累了教學經驗，進一步提高教師的課堂教學水平。同時，在科研過程中，教師也會發現學生的哪些知識掌握得比較薄弱；哪些知識雖然課堂講過，但實際中學生并不會很好地運用，進而實時調整自己的講課策略，達到提高教學效果的目的。

二、引導本科生參與科研項目的具體實踐

1.合理設置研究內容及工作量的分配，提高指導質量

指導教師在設置科研的研究內容時，要進行研究內容的可行性分析，設置的課題不能太難，以避免造成學生完不成任務喪失信心進而減小對科研的熱情，但也不能太容易，以避免學生認為科研簡單進而滋生浮躁的心態。

本科生所學的專業知識并不全面，尤其是大二、大三的本科生，很多在科研中要涉及的專業課都還沒學，這就需要指導教師對科研項目進行合理的分解并對學生進行合理分工。例如針對電機控制問題，機電專業大二學生專業課還未涉及單片機、機電傳動控制等課程，如果要讓他們做電機調速、電機的PID控制等，對他們來說任務比較困難，還需要向他們普及機電類的基本知識，而大四的學生學過調速系統控制，能夠理解電機控制的基本原理。在給大四學生分配任務時就可以直接將任務細分到電機控制。

指導教師在指導本科生科研的時候，還應對參與科研的學生數量進行控制。目前，普遍的一個現象是學生多、教師少，有的教師甚至帶幾十個學生，在這種情況下，就算有些教師想讓本科生參與到自己的科研中，也很難操作，因為如此多的學生，教師根本就顧不過來。同時教師要樹立責任心，而不是籠統地負責學生的一些基本管理，要對他們進行系統嚴謹的科研訓練，不僅要培養他們創新能力、綜合能力，而且要重視他們科研素養的培養，達到提高指導質量的目的。

2.處理好學習與科研的關系，實現學習與科研相輔相成

本科生的課程較多，課外時間較少，如果進入實驗室參與科研，勢必會占據大量的時間，如果處理不好學習與科研實踐的分配問題，勢必會影響平時的學習，造成學習成績的滑落。所以關于時間的分配問題，學生應該把握好度，同時指導教師也應該根據學生課程特點給予合理建議，例如，當面臨期末考試的時候，可以讓學生暫停科研工作便于安心備考。

只要進行合理分配，本科學習和參加科研是可以相互促進和互補的，科研工作給本科學習提供了更大的興趣、更強勁的動力和更廣闊的視野，而學習則是科研思想產生的根本和賴以生存的營養來源。[4]本科生參加科研是基礎知識的學習到專業知識學習的過渡，是消極被動學習方式向主動獨立學習方式的轉變，增強了學習興趣，增加了學習動力。學生雖然在本科生科研中花了很多時間，但是由于培養了學習的興趣，使得自己的學習成績仍然能夠處于年級前列，通過科研培養的這種獨立自主學習的能力，使得他們在平時的學習中學習效率提高，并對以后的工作和學習都有好處。

3.形成行之有效的科研梯隊，注重本科生的持續培養

大學教師的科研是一個長期的任務，同時學校對本科生科研的培養也是一個持續的工程，這就需要指導教師要構建一個行之有效的科研梯隊，避免大四學生畢業之后，后面的學生出現斷層的現象。所以一個指導教師應該同時帶不同年級的學生，例如同時分配給同一個導師大一、大二、大三、大四的學生各2～6人。由于大三大四的學生經過兩三年的培養，已有較豐富的科研經驗和較強的科研能力，可以讓他們去帶大一大二的學生。按照這樣的模式，指導教師只需直接輔導大三大四的學生即可，大一大二的學生可以由大三大四的學生去輔導，[5]減少了指導教師的工作量，同時也讓科研團隊得到持續的發展。

在本科生參與科研的過程中，指導教師需規劃好本科生持續培養的步驟，避免學生圍繞著一個項目做了一個學期及一段時間后，短期任務完成之后學生也隨之退出。指導教師應合理劃分項目任務，確保學生科研的持續性直至學生畢業，尤其是本科生的畢業設計，應該是該學生前期工作的延展任務。本科生的畢業設計/論文是檢驗一個學生科研水平的綜合考察指標，也是最終的考察方式。學生通過畢業論文綜合性地運用幾年內所學知識去分析、解決一個問題，在作畢業論文的過程中， 所學知識得到梳理和運用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。[6-7]通過本課階段這種持續性科研培養，本科生的綜合能力將得到一個持續的提高。

三、存在的問題

多年來，引導本科生參與教師科研以實現本科生綜合能力的提高一直備受我國眾多教育界人士和高等學校的重視，很多高校都相繼對本科生實施科研工作進行了探索與嘗試，[8-9]但仍普遍存在著如下問題：本科生的課程量大，課外學習時間較少，高校在創新人才培養方案、課程設置方面有待提高與改進；缺乏完善的本科生參與科研的管理辦法及科研活動的評價激勵機制，使得本科生參與科研及教師引導科研的積極性不高。針對存在的這些問題，我們可以通過改變教學模式、開設討論班等方式讓學生有相對自由的自學時間，重視學生的獨立學習和思維能力以及創新能力的培養；通過建立有效的激勵體制等來提高學生及教師參與科研的積極性。

四、總結

總之，盡管目前本科大學生參與科研項目和教育改革還不夠成熟，但筆者從中收獲良多。在引導本科生進行科研的過程中，指導學生完成了機器人的設計與控制，使得學生進行了機器人實踐的鍛煉，提高了其綜合應用能力。同時，在指導學生的過程中，清楚了學生在專業課方面哪些知識掌握得比較薄弱，進而實時調整自己的教學內容及授課方式，實現了教學相長的目的。隨著學生參與科研項目計劃的不斷完善及本科生參與科研活動的大力提倡，將更有利于培養高素質、創新型人才，達到為社會培養合格人才的目標。

參考文獻：

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