研究性教學對水利工科學生科學素質形成的分析

陳平 徐英

[摘 要]科學素質是衡量個人綜合素質的因素之一。工科大學生是國家未來建設的中堅力量，其科學素質的提高無論是于國于己都具有十分重要的意義，而大學生科學素質的培養是一項復雜的系統工程，需要多方面的綜合努力。針對水利工科學生的特點，開展研究性教學，改變“填鴨式”的教學模式，利用課堂教學、課程作業和實踐性教學環節，于細微處有意識地加強工科學生科學素養培訓是十分有效的。

[關鍵詞]研究性教學 工科 科學素質 分析

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）12-0010-04

一、引言

培養適應社會需求的高素質創新人才是當代高等教育的核心問題。科學素質是當代大學生參與社會與科學活動的基本條件。21世紀的大學生絕大部分進入獨生子女時代，優越的生活條件、計算機與網絡的迅猛發展、社會的包容等，使他們表現出了自我意識強、思想活躍、缺乏探究吃苦的精神等顯著的特點，這是大學生與研究生的科學素質下降的動因[1] [2] [3]，也直接和間接的反映了本科生高等工科教育不能與時俱進的缺陷。[5] [6]

科學素質的培養是一個系統工程，需要改革傳統的教學方法，培養學生的探究性學習興趣和獨立思考的能力，提高學生的實踐創新能力，形成學生自主學習的習慣，激發學生探究和創新的意識。科學素質的培養是高校人才培養的主要任務，也是研究性教學追求的目標。加強教學方案與教學模式的改革與研究，是國內外高等院校提高教學質量、實現人才培養目標的關鍵與保證。工科專業課程教學內容往往知識點零碎、實踐性突出，學生感到難學。針對這些特點，教師在課程體系改革、教學方法、實踐教學、課程考核改革、教材選用等方面都進行了總結與探索，不斷開展研究性教學的探討與嘗試，提出行之有效的教學方案與教學模式。研究性教學的開展是對傳統教學方式的改革，是提高大學生科學素質的重要措施之一。

研究性教學的主要目的是探索以學生為本、有利于學生自主學習與科學研究的教學模式，開展自主學習與研究，培養學生勇于探索、求實創新、主動學習的良好習慣。研究性教學意味著開放的教學目標、開闊的教學視野、平等的教學氣氛、活躍的思維品質、自由的交流情景、進取的探索意識、獨立的質疑態度等，這需要多方面的協同合作。研究性教學的開展對工科學生科學素質的關系研究較多[7] [8] [9] [10]，而對其形成過程與影響程度研究較少。本文采用實施前后對比與實施過程中各學期的對比方法，分析研究了研究性教學對水利工科學生科學素質形成的影響與形成過程。

二、研究性教學于細微處培養水利工科學生科學素質

（一）探究性學習，擴大學生視野

大學學習沒有了應試教育的壓力，給了學生更多自由學習的時間與空間，以及良好的學習環境與條件。中學生時代那種應試教學方法，對于大學生科學素質的形成來說遠遠不夠。推廣啟發式教育與探索性學習，不囿于書本，可以更好地培養起學生探索科學的好奇心。大學生的學習方法應該從課堂學習擴大到課外學習、自主學習，從繼承性學習擴大到創造性學習，從間接知識的學習擴大到獲取直接知識的學習。教師的任務不僅僅是告訴學生概念、方法、結論和答案，而且要鼓勵學生大膽探索，主動探求學科的發展過程和最新科學知識，更重要的是要培養他們獲取知識的能力。

在課堂教學中，教師要有意識地結合書本知識的講授介紹相關的最新理論與方法，使他們能夠對學科的最新進展動態有所了解，特別是要結合工程實例去講解，指出不同的觀點、方法與理想化條件的缺陷等，激發他們進一步探究的欲望。教師應常常在課堂上提出探索性問題，讓學生課后到圖書館或網上數字圖書館查閱相關的最新資料來佐證自己的觀點，或對該問題進行充分的闡述，并在課堂上進行交流。例如：現行水文頻率計算配線法是否是最好的方法？學生們通過查閱文獻資料，從多方面進行了論述，有的探究其發展歷史，有的論述經驗頻率公式的合理性，有的探究配線好壞的評價標準，有的論述網上廣為流傳的不同配線程序的科學性等。后來還有學生采用VB與EXCEL相結合的編程方法，自己嘗試開發可視化配線程序。通過學生自己查閱文獻和思考，可以激勵他們探索的積極性，擴大他們的視野，讓他們對一些看似簡單的問題有了自己的見解。

（二）指出現有方法與理論的不足，引導學生思考

以灌輸知識為目的的教學不自覺地剝奪了大學生的懷疑和批判精神，而這種精神對科學發展恰恰是不可或缺的。大多數學生對科學理論永遠懷著一種崇敬的心情，而這種心情無論是對理解該理論的真正價值，還是理解該理論的條件性和局限性都沒有任何益處，最終會讓學生屈服于學術權威、喪失懷疑與創新的精神。

在水利工科的專業基礎課與專業課中，由于自然條件的復雜性，許多現象無法從理論上獲得解析解，有很多方法與原理還是建立在一定假定的基礎上或通過試驗得出的，不少公式為假定條件下的理論方法或經驗公式。在課堂教學中，教師就必須十分注意結合實際情況，指出書本上現有方法的局限性與不合理之處，并告訴學生目前許多學者對該問題的相關研究進展。如在設計洪水計算時，雨、洪同頻率假定的問題、單位線的線性匯流問題等，都是建立在假定基礎上的理論與方法，這些都是存在缺陷的。告訴學生這些，目的是使學生既不盲目崇拜書本理論，又意識到自己與前沿研究的近距離性，這樣可以激發他們的學習的積極性與深入思考的能力，也為今后有興趣探索與解決該問題提供可能性。

（三）重方法與過程，不一味追求結果

學生從小學到高中，再到大學一、二年級的課程學習中，絕大部分是經典理論的學習，這些學習往往都有統一的解題公式、方法與標準答案，所以學生習慣于對標準答案的追求，不一定注意方法與過程的合理性，只求結果正確就行。而水利工科的專業基礎課與專業課程學習往往在大學三年級開始，專業基礎課與專業課的學習卻相反，如工程水文學的許多計算，雖然沒有復雜的導數、積分或微分方程，只是加減乘除，但更注重的是科學的概念、正確的方法、參數的合理選取與嚴謹的計算過程，其結果卻不一定是唯一的。許多的水利工程規劃與設計，更注重概念的清晰、方法的正確、科學的推理，只重結果的思維是行不通的。針對許多學生的不適應，教師在課堂教學和學生作業中應有意識地加以培訓與引導、講評。

（四）嚴格要求，培養嚴謹的科學態度

專業基礎課與專業課的作業往往是大作業，有時需要很多張表、圖協助計算才能完成。如工程水文學是大學三年級第一學期開設的水工專業的專業基礎課，頻率計算配線法是第一次大作業，由于學生剛從經典理論課程的學習轉來，大學一、二年級數學、物理等經典學科只追求計算結果的現象較明顯，這暴露出了許多問題。經對水利水電工程2006級兩個班92人的工程水文學作業情況統計分析，我們發現以下問題。1.年平均降雨量計算值保留到小數點后兩位小數的有23人次，保留到3位小數的有18人次，保留到4位小數及以上的有9人次，總計占到總人數的54.3%。在他們看來，似乎是保留小數越多越精確，卻不去考慮小數的真實科學意義。2.在計算表格中，數據亂涂亂畫的15人次，表格線歪斜及分格不均勻的17人次，無表號與表名的27人次，總計占到總人數的64.1%。3.配線圖的問題。無縱坐標名稱與單位的28人次，經驗點據點錯位置的25人次，曲線不光滑、粗細不均勻及用圓珠筆、鋼筆畫圖的21人次，無參數標注與圖例的22人次，圖形比例不當的13人次，無圖號與圖名的31人次，總計占到總人數的152.2%。4.計算過程及結果無單位的15人次，不采用標準單位的6人次，總計占到總人數的22.8%。

從第一次專業基礎課大作業中的許多細微處可以看出，學生缺乏嚴謹的科學態度與科學素養。為此，在作業批改后，筆者專門花費1小時左右時間進行作業點評，指出其存在的問題與嚴重性，分析問題的來源，在要求作業重做一遍的同時，又鼓勵學生時刻注意嚴謹科學態度的培養。在后面的課程設計、畢業設計中，學生的圖表規范性有較大提高，學生們均表現出了較高的科學素養。

（五）注意國家及行業規范與標準的運用

工科專業的學生最終要走出校門，服務于社會。工程的規劃設計都是以國家及行業規范與標準為準繩的。大學三、四年級剛接觸到專業基礎課與專業課程的學習時，學生還普遍停留在教師給足已知條件，他們按照一定的原理與方法進行計算的習慣階段;對有關參數的取用、適宜方法的選定等自己不知道或不習慣去查閱相關規范與標準，往往只習慣于到課本中找答案。為此，在課程設計與畢業設計中，應盡量少給數據資料，有意識地讓他們結合實際情況和規劃設計需要，充分利用圖書館或資料室，有目的地進行文獻查索與收集資料，查閱相關的規范與標準，做到每一個參數或數據的取用都科學合理，并標注出處。

（六）注意特殊數據的分析

數據與圖是工科專業學生未來的工作語言。對計算過程或實驗中出現的特殊數據，應實事求是，不能簡單認為是錯誤的或不合理的就摒棄掉，要加以充分的分析，多問為什么會出現這樣的特殊性，認真對待，弄清來源的可能原因。如是實驗中出現的，應分析1.是否是由于實驗誤差（允許的誤差值范圍）引起的？2.是否是實驗操作不當（包括數據的讀取等）引起的？3.是否是實驗設計不當（甚至是錯誤）引起的？4.是否是新的未認識的現象？如果是計算中出現的，應分析1.計算資料是否可靠？2.計算方法與步驟是否得當？3.公式參數取用是否合理？4.是否是新的或未認識的規律性？如水文計算中特大洪水或暴雨資料包含了豐富的信息，要重點分析處理;計算結果要結合水文地區規律性進行合理性檢查，不合理的結果要分析原因及蘊涵的意義，不能簡單處理。

三、研究性教學對水利工科學生科學素質形成分析

（一）調查方法

（1）調查對象

水利水電工程專業于2009年開始在三年級學生中開始實施研究性教學，針對2009年前后各兩年（2006級～2007級和2008級～2009級）的三年級學生作為跟蹤調查對象（即2008～2013年畢業的6屆），每年1個班30人左右的跟蹤調查，從三年級第1學期到畢業離校4個學期的情況。

（2）調查內容

為了綜合反映學生的科學素質水平，選擇三、四年級各學期有代表性的理論與實踐課程：課程理論教學與作業、課程設計、實習報告和畢業設計。

為了便于對比與量化分析，分別統計分析這4門課程所反映出的方法與過程的恰當性、數據與單位的標準性、圖表的完整性（圖表號名等要素齊全、圖形比例恰當、分布勻稱）、規范與標準的應用情況（引用數量、準確性）、學習的主動性（提問多少、上課與完成任務的準時性、缺席遲到情況）、紙面的整潔性（手工作業無隨意涂改、打印稿排版規整）、規劃設計的創新性等7大方面。為了統計方便，主要統計出現錯誤的人次。這些指標雖不能完全反映學生科學素質的高低，但也能從中表現出一定的基本科學素養。此外，我們還統計分析了各年級學生的不及格率、曠課率等指標。

（二）結果與分析

通過查閱開展研究性教學前后兩年的各年度學生的作業、課程設計、實習報告、畢業設計及教師的平時成績記錄表等，按照存在的問題進行統計，統計的具體數據見表1和表2。

表1 ? 研究性教學實施前2007年、2008年畢業的兩屆

60名學生跟蹤分析數據統計情況表

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表2 ? 研究性教學實施后2012年、2013年畢業的兩屆

65名學生跟蹤分析數據統計情況表

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由以上數據統計分析表明：

1.研究性教學開展后，學生的科學素質是有明顯提高的。比較表1和表2可以看出，研究性教學開展后學生出現錯誤人次是不斷減少的，總犯錯誤與無創新的人次（按人平均數）下降了55.6%;從另一個方面看，也就是說學生的科學素質提高了55%左右。另外，經統計比較，學期成績不及格率下降3.7%，曠課率下降7.3%，考研錄取率提高6.2%，課后提問人次上升23%。根據以上指標綜合，實施研究性教學后，學生科學素質平均提高16%左右。畢業生就業率一直保持在100%。這一成果的取得，是整個教學改革與許多教師包括學生自己多方努力的結果，但也從側面反映了培養水利工科學生科學素質是有效的。

2.從各學期統計的結果看，學生的科學素質是不斷提高的。表1和表2中各學期的犯錯及無創新人次，也是隨時間的遞增而不斷減少的，這說明學生的科學素質隨著年級的增長而不斷提高。這除了與整個培養體系有關外，也與學生的認知水平和專業訓練有很大關系。

四、結語

大學生科學素質的培養對我國經濟的發展、積極建設創新型國家和促進科學興國起著舉足輕重的作用。工科學生是國家工程建設的主力軍，如何在理論和實踐上把科學素質教育觀念切實地貫穿到高校素質教育實踐之中，是一個值得我們深入研究和探討的重大課題。

開展研究性教學，對工科大學生科學素質的形成效果是明顯的。當然，大學生科學素質的培養涉及教育理念、教育體制、課程設置、培養方法等多方面內容，是一個綜合而復雜的系統工程。本文僅僅是探討了從培養方法上如何有效提高工科大學生科學素質的一點具體做法，還很不全面。科學素質對大學生而言更多表現為一種科學習慣。于細微處培養工科學生科學素質，對學生科學習慣的養成具有十分重要的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 郭平.大學生科學素質的培養[J].中國青年研究，2006（4）：35-37.

[2] 鄧倩.中國研究生科學素質現狀的調查分析[J].中國高教研究，2006（6）：24-26.

[3] 郭彥霞.中國師生科學素質現狀調查[J].理工高教研究，2006（5）：68-71.

[5] 張白茹.加強大學生的科學素質教育[J].高校理論戰線，2006（3）：35-37.

[6] 馮惠敏，黃明東，曾德軍.工科教育中科學素質的偏失[J].理工高教研究，2003（1）：26.

[7] 孫莉玲.工科人才科學素質培養體系建構初探[J].煤炭高等教育，2006（4）：80-82.

[8] 趙曉江，趙雪婷，郭曉萍.落實素質教育 構建創新教育體系[J].中國科教創新導刊，2012（1）：24.

[9] 吳紹芬.高校實施素質教育的誤區與出路探討[J].高教探索，2011（6）：22-26.

[10] ?朱桂琴.研究性教學及其基本范式[J].教育探索，2003（7）：37-38.

[責任編輯：陳 明]