提高大學生科研創新能力的探索實踐

李秋榮+肖海燕+謝丹陽+王麗秋

[摘要]針對大學生在創新計劃項目過程中出現的問題，提出了“3WERPS”指導模式，即3W（what、why、where）文獻檢索和分析，ER（experimental research）試驗研究和PS（presentation skills）口語交流和書面寫作。多年實踐表明，加強指導教師的導讀、導研與導寫訓練，營造良好的科學研究氛圍，是提高大學生科研創新能力的關鍵。

[關鍵詞]指導模式；科研創新能力；提高；探索

[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2017）050106040引言

目前，理工科院校的本科畢業生，普遍動手能力差、專業面窄，解決工程實際問題的經驗不足，很難滿足用人單位的實際要求，尤其是繼續攻讀碩士學位以后，科研創新能力的不足非常明顯。理工科大學生要在未來的科研工作中做出突出貢獻，大學期間的科研實踐能力提高尤為重要。大學生科研創新能力是學生在開展科學研究活動時，運用科學方法探求事物的本質和規律的過程中所表現出的本領。大學生創新訓練計劃項目是培養學生的綜合實踐能力和科研創新能力的重要實踐環節，是培養學生運用所學知識解決實際問題，提高實踐能力的重要手段[1，2]。

1本科生創新訓練計劃項目實施過程中的問題大部分燕山大學化工系教師每年會指導本科生的創新計劃項目，而事實上本科生在實驗室做的實驗并不多，即使項目最終取得校級獎勵，這些實驗數據大部分是由研究生完成的。這樣的創新訓練計劃項目對本科生意義何在？本科生為了“創新與特長教育”課程的加分才積極參加活動，有一部分學生做的非常好，但目前看不占多數。許多大學生不僅缺乏科研好奇心和勇于探索的意識，而且缺乏吃苦耐勞精神，降低了專業指導教師的積極性。學生創新計劃項目從立項到結題約1年，學生對課題還懵懵懂懂的時候，就要交結題報告了，只能找研究生要數據，不但沒有提高其科研能力，反而助長其不良的科研風氣[3]。

燕山大學化工專業的多數學生考取了研究生，成績優秀的學生報考國內知名高校的化工及其他相關專業。本校碩士生源主要來自燕山大學里仁學院和其他二本院校。針對優秀學生流向外校問題，以及為了使科研能力強的學生在本科期間為學校化學工程與技術一級學科的建設和發展貢獻自己的聰明才智，化工專業鼓勵學生在一年級下學期進入實驗室，參與指導教師課題組的科研項目，而且第三學期開始提前籌劃撰寫《大學生創新訓練計劃項目申報書》，這樣不僅可避免項目研究周期短的問題，而且能從現實上使優秀的科研人才脫穎而出。雷云逸等[4]建議本科生盡早進入實驗室，以引導、激發學生對本專業的興趣，提高學生從事科研試驗的主動性，有利于培養大學生的創新意識與創新能力，張菡等[5]提出科研導師制有助于培養本科生科研創新能力。

筆者從2000年開始一直指導大學生的課外科研項目，當時化工專業還沒有碩士點，在這種情況下，希望本專業有科研實驗興趣學生提前進入實驗室從事科研活動。研究課題是根據專業實驗或化工領域的熱點問題衍生出來的，為了保證所研發的項目順利開展，在實踐過程中摸索出一套指導學生進行科研訓練的“3WERPS”模式（如圖1所示），ABC三階段分別為A3W（what、why、where）導讀分析，BER（experimental research）導研試驗和CPS（presentation skills）導寫交流。

2“3WERPS”指導模式

2.13W階段——通過導讀，培養學生文獻檢索分析能力隨著現代科學技術的發展，科技文獻數量呈幾何級數快速增長，比如在Elsevier數據庫中輸入關鍵詞“TiO2 photocatalysis”，則會出現兩萬多篇英文文獻，本科生根本不可能泛讀上萬篇外文文獻，學生則根據自己的需要，從大量的科技文獻中迅速查找到與自己研究相關文獻資料。

學生進行科研實驗之前，必須重視對科研文獻的閱讀和理解。在大量的信息中，化學化工及其相關信息資源就猶如汪洋大海中的小魚蝦，分布雜亂、極具動態性、難以捕捉，在捕獲這些資源之前，必須先清楚以下3個問題。

1） “what”找什么？什么是你感興趣的內容？

2） “why”為什么找？明確查詢內容的研究目的和意義？

3） “where”從哪里找？為你提供信息資源檢索服務的工具在哪里？

學生閱讀了大量的科技文獻，特別是部分英文文獻的學習，極大開拓了視野與知識面。整個科學技術發展史表明，積累、繼承和借鑒前人的研究成果，是科技發展的重要前提。學生在著手研究課題前，必須利用科學的文獻檢索方法來了解這個課題是如何提出來的，其他研究者在這方面做過什么樣的工作，實驗方法和表征手段如何，有什么成果和經驗，還存在哪些問題。只有這樣，才能正確制定科學合理的研究方案，避免重復別人的研究。

大學生要提高科研能力，對所需文獻的查找及分析是前提，否則只是被動完成教師布置試驗任務的實驗員，而且也會進行重復研究。20世紀80年代初期，上海市的一家保溫瓶廠，投入上百萬元經費，組織科技人員進行攻關，解決了以鎂取代銀鍍膜工藝，正準備申請國家發明獎。上海市科技情報所的檢索查新發現，在1929年，英國的一家公司就為以鎂代銀鍍膜工藝申請了專利。該專利已過法定保護期，早已成為公知公用技術，不需要支付任何費用就可以使用了。所以，文獻檢索分析階段是非常重要的，要求學生學會使用EndNote參考文獻管理軟件，能夠對大量文獻進行篩選和分析，經過認真思考，進行實驗方案的設計和規劃，指導的本科生基本都是在實驗室經過半年多訓練以后，才申報學校的科研立項，這樣研究的目的明確，能提出科學合理的可行性方案。

2.2ER（experimental research）階段——通過導研，提高學生試驗研究創新能力1） 學生要有鍥而不舍的科學精神。做科研試驗非常枯燥，要讓學生們看到實驗室的指導教師和師兄師姐們認真鉆研和反復試驗，增強其吃苦耐勞的意識。學生只有經歷了挫折和失敗，才會變得更加頑強與堅韌。一位本科生在實驗室做了兩個月實驗。筆者審閱他的文章時，發現數據結果（X射線衍射）與所描述樣品應具有的特征不符合，要求其重復進行試驗來驗證。如果文章發表出來，不一定有人會通過實驗來驗證其結果，但是研究者要對自己的文字負責。筆者時刻告誡學生寫的東西要經得起檢驗。后來，學生又重復了一個月的實驗，最終得到理想的結果。endprint

學生在科研實驗過程中要付得出辛苦，耐得住寂寞。當結果不理想時，修改實驗數據，缺乏嚴謹的科學精神，這種學生不僅不適合做科學研究，而且缺乏誠信。作為指導教師必須具備這種精神，在研究思路上不僅給學生正確的引導，而且身體力行，給學生以信心和力量。學生不付出相應的時間，不會取得成功。教師絕不能讓學生有投機取巧和弄虛作假的想法。

2） 要培養學生細致的觀察能力。化學是一門實驗性極強的科學，實驗數據的認真記錄和積累雖是實驗中的重要環節，而實驗中的細致觀察，尤其是對有些異常現象的觀察特別重要，有時一個易被忽略的小細節往往會導致一個重要的發現。2012年本科生在實驗中發現，以廢棄的花生殼、豆桿、松木屑等為植物模板制備的金屬氧化物，其吸附染料和重金屬鉛的性能明顯優于沒有模板的金屬氧化物，后來學生展開了系統研究，這期間發表6篇相關的2區SCI收錄英文文章。

3） 加強學生對實驗儀器的操作能力。實驗手段的進步是化學發展的關鍵，古人云“工欲善其事，必先利其器”，讓學生在實驗室中不僅能對儀器中常見的小問題自行解決，如空氣烘干器的電阻絲、離心機中磁刷和馬弗爐中熱電偶的更換，對工藝條件和反應裝置也能進行創新改進研究，以達到提高反應效率和樣品質量的目的。

大學生參與科研實驗有利于培養思考與探索的意識，提高自身發現問題、分析問題和解決問題的能力。學生在科研試驗探索中磨煉了意志，增強了自信心，為今后走上工作崗位積累了寶貴的經驗財富。學生在教師指導下進行科學試驗研究的系統訓練，在這個階段要加強師生交流研討，指導教師要經常和學生分析討論實驗結果，及時修正樣品制備的工藝路線和實驗條件的不合理之處，減少不必要的資源浪費和時間消耗。

2.3PS（Presentation skills）階段——通過導寫，增強學生口語表達和書面寫作能力表達能力（presentation skills）包括口語交流、書面寫作，對大學生來說至關重要[6]，斯坦福大學校長約翰·亨尼斯（John Hennessy）曾說過：“寫作與演講是一切學科中最有價值的兩項技能。”創新計劃項目論文的寫作是學生科研能力和創新思維能力的提升，是對前期工作的整體總結與升華。指導教師更要注重啟發學生的創造性并給予必要的指導。

導師應嚴格要求學生科研原始數據的準確度，杜絕弄虛作假的不良風氣。學生若出現篡改實驗結果的情況，指導教師應要求其離開實驗室。同時，鼓勵學生發表科研論文，提高科研寫作水平。圓滿完成的創新計劃項目，學生可以整理成論文。筆者指導的應用化學和化工專業的5名本科生，從大二進入實驗室進行科研活動，學生們在課余時間經常來實驗室，不斷地向老師、學長請教，與同學、朋友交流，無形中增強了學生的學習能力和交流能力，并于 2014年開始參與專利的撰寫和科研論文寫作，申請1項發明專利（改性生物形態氧化鋁復合高吸油樹脂的合成方法， 2014.05.12，中國，ZL 201410197235.4），發表1篇SCI收錄論文（Synthesis and oil absorption of biomorphic MgAl layered double oxide/acrylic ester resin by suspension polymerization.Chemical Engineering Journal，2016， 284：989～994，影響因子：5.321），2篇中文核心期刊（精細化工和化工新型材料），大學生科技作品“生物形態氧化鋁復合高吸油樹脂的合成及性能研究”獲得河北省特等獎、第14屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽二等獎。

弗萊明發現了青霉素，但這并不是他的創新。1897年，法國人迪塞納發表了博士論文，稱發現青霉素能有效地消滅細菌，但他的研究成果并沒有被應用。若當時迪塞納的研究成果能臨床實際應用，在第一次世界大戰中就能拯救許多生命。這位年輕有為的法國細菌學家死于肺結核，其發現的青霉素本可以治療這種疾病。弗萊明在1928年發現青霉素后，用了10年時間，尋求幫助和支持。最后，他找到了兩位醫生——英國牛津大學的錢恩（Ernst Boris Chain）和弗洛里（Sir Howard Walter Florey），獲得了其物質和技術上的幫助，最終使青霉素得以量產。這兩位醫生與弗萊明于1945年獲得了諾貝爾醫學獎。迪塞納雖然早弗萊明31年發現了青霉素的作用，但卻沒能把這項發明開發成產品。這對他個人乃至整個人類來說都是損失。因此，教師要在激勵學生潛下心來做研究的同時，鼓勵學生盡快把自己的原創性成果公布出來或開發成產品。否則，看到別人發出和自己一樣的成果時會感到遺憾。科學如果沒有發表或制造，那么這個研究成果只能走進墳墓。

3結束語

“3WERPS”指導模式的各個階段相互聯系，即是遞進關系，互相改進、相互制約，以達到良性循環。導師的作用是為導讀，導研、導寫；學生要勤讀、勤研、勤寫。圖2描述了教師與學生在科研訓練中的互動關系。學生對文獻進行精或略閱讀，分析并發現問題，定期寫出總結筆記，多和教師溝通。教師和學生進行良性的討論，這樣才能教學相長，提高學生的科研能力。

當前，高校畢業生就業競爭日趨激烈，企事業單位更加注重其在校的各種能力訓練，尤其是科研創新能力訓練。高校畢業生要想在更多的競爭者中脫穎而出，其在校期間的科研創新能力非常重要。本科生要積極參與創新計劃項目，在指導教師的引導下提高科研創新能力，為未來的工作和終身學習打下良好基礎。

圖2教師和學生的相互作用關系

參考文獻

[1] 孫燕飛. 論高校學報對大學生科研能力的培養[J]. 教育教學論壇，2015（34）：4546.

[2] 柳長安，白逸仙，楊凱. 構建“需求導向、校企合作”行業特色型大學人才培養模式[J].中國大學教學，2016 （1）： 3641.

[3] 李秋榮，曾憲文，王麗秋.對學生科研能力和畢業設計（論文）質量影響的關鍵因素分析[C]. 2012第二屆高等教育理工類課程教學研討會會議論文.Delaware：Scientific Research Publishing，2012.

[4] 雷云逸， 沈霞. 化學學科本科生提前進入實驗室的有效性[J]. 實驗室研究與探索，2015，34（7）：181183.

[5] 張菡，黃天寅. 全程化科研導師制下的本科生科研創新能力培養研究[J]. 當代教育理論與實踐，2014，6（6）：154156.

[6] 劉學東，汪霞.斯坦福大學通識教育課程新思維[J]比較教育研究，2015（1）：4246.endprint