基于科研實踐的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)途徑

劉景東 蔣有錄 劉華

摘要：科研實踐是先進實驗技術(shù)與課程教學(xué)相結(jié)合的紐帶，將科研數(shù)據(jù)納入實踐教學(xué)過程，可以增強學(xué)生對理論知識的深入理解，顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。為充分發(fā)揮科研實踐作用，應(yīng)重視處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個課程體系的關(guān)系，建設(shè)先進實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)共享平臺，并建立相應(yīng)的教師、學(xué)生考核與激勵措施。該培養(yǎng)途徑可以為大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的探索提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；科研；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）23-0001-03

面對快速變化的社會經(jīng)濟形勢及高等教育事業(yè)的發(fā)展要求，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已成為我國高等教育面臨的首要任務(wù)[1，2]。以美國研究型大學(xué)為代表實施的學(xué)生教育改革和學(xué)生科研訓(xùn)練，在培養(yǎng)學(xué)生探索意識、創(chuàng)新意識及提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面取得了顯著成效[3]。近年來，我國許多高校也逐漸鼓勵學(xué)生開展大量的科研活動，而大多數(shù)是以大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃、大學(xué)生科技競賽等方式開展的科研訓(xùn)練，由于缺少前期的基礎(chǔ)訓(xùn)練，普遍存在學(xué)生科研意識和創(chuàng)新意識不強、參與人數(shù)比例較低、學(xué)生選題盲目、指導(dǎo)教師積極性不高等問題，導(dǎo)致科研訓(xùn)練活動所起到的效果并不十分理想，而高校以往的傳統(tǒng)教學(xué)模式可能是造成這一結(jié)果的重要原因。傳統(tǒng)的實驗實踐教學(xué)往往以“驗證性”為主[4]，目的在于鞏固學(xué)生對理論知識的理解，并培養(yǎng)初步的動手實踐能力。在目前創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的大背景下，課程教學(xué)需要提高實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，使學(xué)生能夠掌握基礎(chǔ)理論和基本技能，從而能夠利用所學(xué)知識來解決實際問題。

基于科教融合、“科研—教學(xué)連接體”的理念，建立基于研究的實驗實踐教學(xué)模式，可形成以一流的科研促進人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的有效途徑，真正實現(xiàn)高等教育質(zhì)量的全面提高[5，6]。相比之下，基于研究的實驗實踐教學(xué)模式，開展目標(biāo)或項目導(dǎo)向式的教學(xué)過程，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，而且可以為學(xué)生的科研訓(xùn)練打下堅實的基礎(chǔ)，在學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中可以起到極其重要的作用。因此，如何建立基于研究的實驗實踐教學(xué)體系成為了亟需探索的問題。通過實踐，將科研數(shù)據(jù)應(yīng)用于課程教學(xué)，可以加深學(xué)生對理論知識的深入理解，鍛煉學(xué)生對原始數(shù)據(jù)處理、分析的綜合能力，是實施研究型教學(xué)的有效途徑之一。

一、科研數(shù)據(jù)應(yīng)用于實踐教學(xué)的重要性

實踐教學(xué)是高等學(xué)校實施素質(zhì)教育的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)[7，8]。然而，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)過程主要強調(diào)一些特定實驗現(xiàn)象的觀察或理論知識的驗證[9，10]，實驗實踐內(nèi)容往往不能反映最新的科研成果和研究趨勢，而且操作環(huán)節(jié)和實驗實踐數(shù)據(jù)比較固定，這種教學(xué)過程不能充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動作用，學(xué)生對問題的思考、探究不夠深入，不利于鍛煉學(xué)生自我思考、獨立分析的能力。為了激發(fā)高校學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，滿足學(xué)生創(chuàng)新性思維拓展的需要，在日常教學(xué)環(huán)節(jié)引入先進實驗技術(shù)和最新科研成果就顯得十分必要了。而先進的大型實驗設(shè)備通常十分精密，操作流程較為復(fù)雜，學(xué)生操作可能會對其產(chǎn)生損壞，可能產(chǎn)生較高的維護費用，而且大多數(shù)高校受資金限制，并不能完全提供專業(yè)實驗教學(xué)所需要的各種實驗儀器。但是，從事一線教學(xué)科研的高校教師在從事科研的過程中一般會用到相關(guān)儀器設(shè)備，并且掌握大量的原始實驗數(shù)據(jù)，這為科研服務(wù)于教學(xué)奠定了良好的基礎(chǔ)。這些未經(jīng)處理的原始科研數(shù)據(jù)往往具有多解性，需要經(jīng)過處理、分析之后才能解決實際問題，所以由學(xué)生獨立對科研數(shù)據(jù)進行處理、分析，不僅能夠使學(xué)生接觸到前沿的技術(shù)知識，而且可以提高他們分析、解決實際問題的能力，這是提高學(xué)生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要而有效的途徑。

二、科研數(shù)據(jù)在石油地質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用實踐

以“油氣地質(zhì)與勘探”課程中石油運移方向和路徑的判識為例，介紹科研數(shù)據(jù)在石油地質(zhì)教學(xué)中的應(yīng)用實踐。與固體礦產(chǎn)的原地生成、聚集規(guī)律不同，石油屬于流體，具有可流動性，當(dāng)受到某種驅(qū)動力作用時就會在地殼中發(fā)生流動，即石油運移。分析石油在地下的運移方向和路徑對于尋找石油在地下的聚集位置具有重要意義，這也是石油地質(zhì)教學(xué)的重點內(nèi)容之一。在地質(zhì)背景分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地球化學(xué)方法對石油運移方向和路徑進行追蹤是石油地質(zhì)教學(xué)和研究的重要手段。目前，分析石油運移方向和路徑的地球化學(xué)方法主要包括石油的物理性質(zhì)、生物標(biāo)志化合物、碳同位素構(gòu)成和含氮化合物等，其中含氮化合物是原油中的非烴組分，被認(rèn)為是當(dāng)前油氣地球化學(xué)研究領(lǐng)域的一種較新的方法，含氮化合物中的咔唑類受沉積環(huán)境、母源、有機質(zhì)成熟度的影響較小，主要受運移因素影響，是研究石油運移較為有效的指標(biāo)。為了實踐研究型的教學(xué)模式，以華北油田的霸縣凹陷文安斜坡帶石油運移追蹤為例，將實際科學(xué)研究中用到的石油含氮化合物數(shù)據(jù)應(yīng)用于實踐教學(xué)。實踐過程中，在學(xué)生對研究地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，由學(xué)生獨立處理、分析相關(guān)數(shù)據(jù)，并選擇合適的參數(shù)來判斷石油的運移方向和路徑。

對于原始數(shù)據(jù)的處理、分析關(guān)鍵在于搞清石油含氮化合物中不同組分隨石油運移距離增加的變化規(guī)律，并從中優(yōu)選出有效的判識指標(biāo)。學(xué)生通過檢索、查閱相關(guān)文獻等方式，認(rèn)識地質(zhì)條件下影響石油含氮化合物含量的主要因素，深入理解不同含氮化合物組分隨石油運移過程的變化規(guī)律，進而通過計算機Excel軟件對多項指標(biāo)進行分析，找出有效的石油運移指示參數(shù)，展開對石油運移方向和路徑的判斷與討論，最后撰寫出文字報告。在該實踐教學(xué)過程中，由于學(xué)生思考問題的角度和對相關(guān)指標(biāo)的認(rèn)識程度存在差異，各學(xué)生選擇出的判別指標(biāo)不盡相同，如1-甲基咔唑/4-甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/2，4-二甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/1，5-二甲基咔唑、1，8-二甲基咔唑/裸露型咔唑，1，8-二甲基咔唑/半屏蔽咔唑、咔唑/苯并咔唑、苯并[a]咔唑/苯并[c]咔唑等，這些指標(biāo)都滿足石油含氮化合物組分隨石油運移過程的變化規(guī)律，可以作為追蹤石油運移方向和路徑的有效指標(biāo)。通過實踐，學(xué)生不僅找到了有效追蹤指標(biāo)并對石油運移方向和路徑進行了地球化學(xué)判識，而且認(rèn)識到該地區(qū)的石油在地下主要沿“砂體—斷層—砂體”呈臺階式的路徑發(fā)生運移，加深了對石油運移路徑及其評價方法的深入理解，對相關(guān)內(nèi)容的掌握程度明顯有了提高。由于原始數(shù)據(jù)的處理、分析過程涵蓋了問題分析、文獻檢索、數(shù)據(jù)處理、計算機繪圖、結(jié)果討論、報告撰寫等多個實踐環(huán)節(jié)，與實際的科研活動十分接近，學(xué)生在操作過程中制作的圖件和分析過程各有特色，而且表達的結(jié)論也較為準(zhǔn)確，在很大程度上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識，學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力也得到了明顯提高。

三、科研數(shù)據(jù)應(yīng)用于實踐教學(xué)的有利措施

將最新科研數(shù)據(jù)及時地應(yīng)用于日常實踐教學(xué)是先進實驗技術(shù)應(yīng)用于課程教學(xué)的體現(xiàn)，對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用。加強以下三個方面的措施，將有助于充分發(fā)揮科研數(shù)據(jù)在實踐教學(xué)中的應(yīng)用效果。

1.處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個課程體系的關(guān)系。不同的課程內(nèi)容相當(dāng)于整個課程體系的點，大體上與科研實踐中的不同科研方向相對應(yīng)，從而可以將不同研究方向的科研數(shù)據(jù)的處理、分析視為課程的基礎(chǔ)模塊，那么每個基礎(chǔ)模塊就類似于科學(xué)研究中的一個小課題，在研究分析過程中，學(xué)生會運用到課程理論知識及不同的計算機分析處理軟件等，這對于學(xué)生單項基礎(chǔ)研究能力的鍛煉至關(guān)重要。而整個課程體系則包含了若干模塊，如“油氣地質(zhì)與勘探”這門課程包含了油氣成因、油氣藏形成、油氣分布規(guī)律、油氣田勘探四大模塊，每一個模塊又可以細分為若干基礎(chǔ)模塊，各基礎(chǔ)模塊及各模塊之間具有明顯的層次性和遞進性。由若干基礎(chǔ)模塊構(gòu)成的整個科研實踐教學(xué)體系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。因此，正確認(rèn)識每個基礎(chǔ)模塊在整個課程體系中發(fā)揮的作用，處理好基礎(chǔ)模塊與整個課程體系的關(guān)系，是開展創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵，對于構(gòu)建有利于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程體系至關(guān)重要。

2.建設(shè)先進實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)共享平臺。具備先進的實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)是將科研納入教學(xué)的基礎(chǔ)。由于各高校間擁有的實驗儀器類別和數(shù)量參差不齊，較多高校科研與教學(xué)實驗室分離，而且各教師的研究方向往往較為單一，僅靠某高校或教師個人很難滿足整個課程體系對所有科研基礎(chǔ)模塊的要求，建設(shè)先進實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)的共享平臺是解決這一問題的有效方式。一方面，高校可以把先進的科研實驗室建設(shè)與教學(xué)實驗室建設(shè)緊密結(jié)合起來，實現(xiàn)實驗室的同步發(fā)展和實驗儀器的共享，以適應(yīng)科研與教學(xué)真正相互融合的時代要求。另一方面，在一定的地域范圍內(nèi)，各高校之間、校企之間應(yīng)加強溝通與交流，實現(xiàn)先進實驗儀器設(shè)備的資源共享，最大限度地滿足不同高校教師和學(xué)生對實驗儀器的需求，這不僅符合我國國情，也有利于不同高校之間、校企之間的相互學(xué)習(xí)與交流。另外，可以在更大的地域范圍內(nèi)建立起實驗數(shù)據(jù)的網(wǎng)上共享平臺，由高校或企業(yè)科研工作者結(jié)合高校對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，提供最新的科研實驗數(shù)據(jù)，而各高校教師則可以根據(jù)實際教學(xué)需要從中選擇，以滿足教學(xué)基礎(chǔ)模塊和課外科研訓(xùn)練活動的要求。通過建設(shè)先進實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)的共享平臺，可以充分利用現(xiàn)有資源，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研意識和實踐創(chuàng)新能力。

3.建立相應(yīng)的教師、學(xué)生考核與激勵措施。無論是處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個課程體系的關(guān)系，還是建設(shè)先進實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)共享平臺，都相當(dāng)于一項較大的工程，需要教師等人員付出較多的精力和時間才能實現(xiàn)。然而，由于各高校教師自身往往承擔(dān)著繁重的科研課題，對教學(xué)課程體系中科研基礎(chǔ)模塊建設(shè)的重視程度不夠，需要進一步增強認(rèn)識研究型教學(xué)在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的重要意義，明確教師在實踐教學(xué)中應(yīng)盡的職責(zé)與義務(wù)，并建立相應(yīng)的教師考核與激勵措施，以保障教師能夠投入足夠的時間和精力來進行課程建設(shè)與實踐教學(xué)改革。為了引導(dǎo)大學(xué)生參與課程中科研基礎(chǔ)訓(xùn)練的積極性，保障學(xué)生學(xué)習(xí)能力評價的客觀性，課程考試需要大幅增加課程實踐環(huán)節(jié)成績的比重。對平時科研實踐訓(xùn)練表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生應(yīng)該給予表彰，并將其融入具有一定級別的科研課題訓(xùn)練中來，以更大程度地滿足其創(chuàng)造、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和發(fā)揮。

四、結(jié)語

為了滿足社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才的需求，以大學(xué)生創(chuàng)新能力為重點的人才培養(yǎng)模式亟需探索。科研數(shù)據(jù)是先進實驗技術(shù)與課程教學(xué)相結(jié)合的紐帶，將科研數(shù)據(jù)真正納入實踐教學(xué)過程是實現(xiàn)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一條有效途徑。很多實踐案例中的原始數(shù)據(jù)處理、分析一體化過程往往包括多個實踐環(huán)節(jié)，接近于實際的科研活動，對提升大學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力具有重要作用。為了更大限度地發(fā)揮科研數(shù)據(jù)在日常實踐教學(xué)環(huán)節(jié)對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用，還要處理好課程基礎(chǔ)模塊與整個課程體系的關(guān)系，建設(shè)先進實驗儀器和實驗數(shù)據(jù)共享平臺，并建立相應(yīng)的教師、學(xué)生考核與激勵措施。

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