利用教師科研項目培養測繪專業本科生的創新能力

李 黎，連達軍，陳國棟

(蘇州科技大學空間信息與測繪工程系，江蘇 蘇州 215009)

建設創新型國家的核心就是增強自主創新能力，培養具有國際競爭能力的高水平高素質創新型人才。創新能力是指人們運用已有的知識和理論，完成創新過程、產生新理論、新發明、新方案、新成果的一種綜合能力[1]。2015年5月，國務院辦公廳頒布的《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》指出：深化高等學校創新創業教育改革，是國家實施創新驅動發展戰略、促進經濟提質增效升級的迫切需要，是推進高等教育綜合改革、促進高校畢業生更高質量創業就業的重要舉措[2]。因此，創新型人才的創業能力是創新思想和創新實踐的一種具體表現，創新創業會產生巨大的社會經濟價值[3]。

大學生是未來建設創新型國家的主力軍，高校的主要功能包括人才培養、科學研究和服務社會，對于培養創新人才至關重要[4-5]。創新型人才和普通人才的最顯著區別是前者不但具備較強的專業知識，而且具有較強的理論聯系實際解決現實問題的創新能力，而這一能力的培養主要通過教師指導與學生實踐相結合，使學生經過系統訓練，培育創新思維和鍛煉創新能力[6-7]。但一些高校還普遍存在對大學生創新重視不夠、教學方式陳舊、創新教育理念滯后、創新教育意識欠缺、創新教育體系不健全等諸多問題。如何高效合理地優化教學和創新能力培養的關系，著實提高普通高校本科學生的較強創新能力，是新時期各高校教育教學改革研究的重要內容[8]。

測繪學科是測繪遙感技術與地理信息技術的結合，大數據推動了測繪地理信息學科的發展，大數據時代的到來對于測繪地理信息學科的發展提出了新的要求，同時也為創新型人才培養提供了新的契機[9]。測繪數據采集、存儲、分析和應用以及地理信息服務過程，都需要大量的測繪儀器和專業軟件、儀器研發和軟件開發及技術方法創新等。無所不在、多維動態、互聯網+網絡化、全自動與實現化、從感知到認知、眾包與自發地理信息及面向服務是其新特點[10]，這些特性決定了測繪專業人才必須要具有較強的實踐能力和與時俱進的創新能力[11]。

現代高等教育的核心已從傳授知識的本身逐步向獲取知識的方法和能力轉換，大學生創新科研訓練項目的目的之一在于培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，這也是一般科學研究活動所要具備的基本功[12]。本文通過總結多屆科研創新訓練小組的實踐指導體會，提出一種適用于大學本科生的創新科研訓練模式，以保證和提高創新教育的質量和效果，最終目的是培養學生提出問題、分析和解決問題的興趣和能力，這其中既包括實際動手能力，更要求理論分析能力，也包括論文寫作能力，即通常所說的科研訓練。

1 普通高校本科教學現狀與創新能力培養存在的問題

1.1 當前本科教學管理制度存在的問題

影響本科生創新能力培養效果的首要原因是我國現行的高等教育培養制度。本科教學計劃、培養目標、學生成績的考核方式嚴格統一，規矩太多、約束過強，學生自主選課機會較少，降低了學生興趣、熱情及個性自由發展的空間和機會；常規理論課程太多，學生疲于應付，造成學生無暇開展自己感興趣的科研活動，參與創新項目的機會較少；實踐教學內容設置與實際問題聯系不緊密，學生在實踐環節不能有效接觸學科的實際問題，且所占的比重較少，教學過程往往流于形式。因此要增強學生的創新能力培養就必須有完善的本科生創新能力培養的制度建設。

1.2 創新教育體制不完善

當前高校的很多本科創新創業教育課程安排在職業規劃和就業指導課程中，內容多為理論教育而缺少實踐，學生多為應付考試拿學分，很難做到理論聯系實際，將其應用于今后的創新實踐之中去。總體來說，單獨形成體系可供學生選擇的創新課程不多，需要學生自行去網上搜集一些碎片化的創新知識，不利于學生的學習掌握，更談不上實踐運用。有些高校提供了類似于大學生自主創新項目和大學生“挑戰杯”競賽等創新項目，但其支持范圍和力度有限，學生參與人數有限，收效甚微。

1.3 教師的積極性不高

高校教師主要來源于國內外各大高校和科研院所的博士群體，雖然他們專業理論知識豐富，但相對缺乏指導本科生進行創新的經驗，難以將自己的創新經驗分享給學生。除此之外，學校在教學管理上更加重視傳統的課堂理論教學，本科生囿于現行培養制度下的理論課學習，缺乏像研究生一樣長期完整的時間保證，碎片化時間難以保證創新實驗的有效開展，很難引導學生深入了解創新的具體細節，進展緩慢，使得教師們指導本科生參與創新項目的積極性不高。現行教學管理者對教師指導學生參加各類學科競賽和創新活動的重視不夠，缺乏和教師工作量相匹配的評價標準，這也是教師積極性不高的另一個主要原因。

1.4 學習方式的轉變

本科生創新性項目的主要資助對象是本科二、三年級學生，該階段學生剛剛學完大量基礎課和專業基礎課，學習方式仍然延續了中小學時期的灌輸式課堂知識，習慣于填鴨式教育方式，驗證式的實驗，不加思考地完成作業，產生了思維定式，不求突破常規，對基于問題導向的研究學習方式處于完全陌生的狀態。傳統保守的慣性思維和行為模式限制了學生的創新能力，而大學生創新科研訓練項目的基本要求是在教師的指導下學生自主完成科研項目的前期調研、研究方案和技術路線設計、研究論文(或報告)撰寫及成果展示，切實鍛煉并提高學生的科研能力和創新能力。

2 高校教師科研項目培養本科生創新能力的優勢

(1) 師生雙方互惠互利的有益合作。大部分本科生根本不知道科研項目的基本套路和規律，更沒有前期基礎，提不出真正的問題。教師的科研項目是通過大量閱讀文獻提出的問題，有明確的研究目標和思路，經過同行專家的評審，能體現出最新研究方向，研究方案經過精心設計，具備可行性。依托教師科研項目子課題的本科生科研小組既有了可供研究的問題，也有了前期研究基礎，沿著教師科研項目的既定技術路線和預期研究目標，本科生也容易找到前進的方向。承擔科研任務較多而研究生數量不足的高校教師也需要人手協助其開展科研工作，通過積極指導本科生，可以使其成為教師的得力科研助手，對于師生雙方無疑是互惠互利的。

(2) 培養學生的科研能力和拓寬學生視野。學生通過參與老師的科研項目，除了鞏固專業基礎理論知識學習，更重要的是可以掌握一些基本的實驗技能和科研方法。教師的科研項目不同于驗證性的課程實驗，研究結果沒有確定的答案，需要學生自己發現問題，通過查閱相關文獻分析問題和嘗試不同實驗方法解決問題，經過理論聯系實際發現其中蘊含的規律性，教會其批判性思維，培養他們鉆研探索、求知問真的獨立思考精神和科研精神，最終逐漸形成自主學習實踐能力和創新能力。參與縱向科研項目能讓學生了解相關研究方向的國內外研究現狀和發展趨勢；參與教師和企業聯合的橫向項目可讓學生較早了解企業需求、研發模式和運營模式，可以拓寬學生的視野，這也是讓學生和用人單位發生聯系的重要方式。

(3) 有利于培養學生的團隊協作意識、寫作能力和口頭表達能力。針對具體問題，需要教師分派既定科研任務給不同的科研小組，在項目的調研、分析、實施、驗證,以及論文撰寫和成果展示等各個環節，學生參與科研項目中的組會、各種學術性報告會，團隊內部各成員之間需要交流，無疑會鍛煉學生的溝通能力和人際交往能力。

3 教師科研項目培養本科生創新能力的體系構建

3.1 健全學校創新培養機制

學校應該建立相應的獎勵制度鼓勵教師吸收本科生自愿參與其科研項目。如指導本科生申報國家級、省級或校級的大學生創新項目，或指導本科生科研論文寫作發表等，都要給予教師一定的科研獎勵或適當地換算成教學工作量。該過程可以與導師制結合，爭取每個教師都能提供一些科研選題，供感興趣的本科生選擇加入。

高校應完善本科生學分認定和評價制度。在本科生完成專業理論課程之后，允許學生通過參加創新活動來換取相應學分，鼓勵本科生申報國家或省級本科生創新項目、大學生挑戰杯和大學生科普創意創新大賽等各級各類創意創新競賽項目，給予參與科研項目的本科生一定的獎勵措施。如參與項目給予相應的實踐學分，發表論文給予學分或特別獎勵等，以提高學生參與科研項目的積極性。

3.2 科研小組梯隊建設

在專業基礎課教學過程中，教師可了解學生的知識掌握情況和學習態度，可有針對性地號召一些有科研熱情、自主學習能力強、學有余力的學生積極參與老師自己的具體科研項目或申請大學生創新訓練項目。教師可以吸收本科生從大一或大二就進入實驗室并參與其感興趣的科研方向，在此期間高年級帶低年級，一直到本科畢業論文階段，均追蹤完成同一研究方向或項目，必然能得到更系統有效的鍛煉。

3.3 明確研究思路

本科生科研創新訓練的對象一般是大一或大二的低年級學生，雖然他們已經掌握了一些簡單的專業理論知識，但對于基于問題的研究型學習非常陌生，不懂基本的科研方法和程序，對所要開展的科研工作一片茫然，如果沒有人手把手地指導，學生必然不知所措，無處下手，嚴重的挫敗感會傷害學生的積極性。因此，需要指導老師明確所要解決的科研問題，要讓每一個參與者都清楚要完成的科研任務并按部就班地執行，知道要做什么怎么做，否則很有可能會出現人人“打醬油”的狀況。這一環節的任務對于參與者而言，包括解決問題和分析問題兩方面的能力及其對應的基本方法訓練。若要創新科研訓練達到事半功倍的效果，必須讓學生明了該項目的研究目標、技術路線和研究方法。

3.4 培養科研品質

每年都有新生力量參與到課題中來，起步階段可以讓熟悉的高年級學生指導新學生熟悉實驗過程和研究內容，指導新同學進行一些簡單的功能實現，初步鍛煉他們獨立解決問題的能力，然后再逐步融入科研小組中。在此期間，失敗和返工不可避免，不僅鍛煉了學生獨立思考和解決問題的能力，更需要學生具備細心、耐心和迎難而上的好品質，在遇到瓶頸時能及時調整思路，合作精神和協作能力也是很重要的科研品質。最后，對于剛剛入門的學生也要幫助他們在科研方面樹立正確的價值觀、責任感和道德感，要有質疑精神和批判性思維，要有數據和成果的保密意識，要有保證任務順利進行、不能拖其他組員后腿的時間緊迫感，要有保證原創不抄襲、不一稿多投的職業道德底線。

4 實踐成果分析及經驗總結

4.1 實踐成果

2013年，筆者有幸獲得了一項國家自然科學基金資助項目，從事GPS氣象學在暴雨短臨預報方面的研究。從2014年開始，便將部分較為簡單的科研工作分割到本科生畢業設計和本科生創新項目中去，吸引部分有能力的本科畢業生和低年級本科生有傳承地連續開展工作。到2018年上半年為止，筆者指導的本科生共有14人參與到科研項目中，已發表論文5篇(1篇EI收錄，4篇CSCD核心)[13-17]，有2篇即將投稿，獲得校級以上本科生創新項目3項，校級本科畢業論文3人次，詳見表1、表2。

表1 本科生創新訓練項目及各類獎勵

表2 本科生參與發表的論文[13-17]

4.2 指導經驗總結

4.2.1 挖掘合適的學生

教師在專業基礎課教學階段，就可將科研項目的研究內容和專業知識建立聯系和拓展，介紹該科研項目的科學意義或應用價值，讓學生充分了解科研項目的研究現狀和有待研究解決的科學問題，鼓勵并邀請有興趣的學生參與科研項目。

4.2.2 檢索及閱讀文獻

針對具體的問題，初始階段可以給學生提供幾篇經典的中文文獻，讓學生對本研究方向和內容有個大致的印象；然后指導學生通過已讀文獻的參考文獻、學校圖書館及網絡數據庫等途徑學會自己動手檢索和閱讀文獻，掌握國內外的最新科研動態，獲得解決問題的研究思路和方法。

指導教師先提出一個與專業領域實際問題緊密結合的科學問題，剛開始時學生缺乏相關的專業知識和動手能力，因此，指導教師需要耐心地指導他們查閱相關文獻，對相關問題進行分析和判斷，深入了解該方向的研究現狀，通過查閱文獻資料提出解決問題的具體方案，優化技術路線，指導學生獨立開展研究工作，逐步解決問題，學會基本的數據處理和統計分析方法。這些環節的訓練不僅提高了學生文獻閱讀能力，而且增強了他們分析問題和解決問題的能力，最終全面鍛煉了學生的科研能力。

4.2.3 設計試驗方案

學生通過閱讀文獻，提出自己的研究思路和解決辦法，可以先在組員內部進行溝通交流，形成統一意見后完成技術路線報告，再提交給指導老師作出評估和點評，及時修正不合理或不實際的思路和方案，經反復修改最終敲定試驗方案。

4.2.4 數據處理及統計分析

教師應要求學生每周提供試驗過程的階段性報告。要求學生詳細記錄所選參數，整理好數據處理過程的相應圖表，分析數據統計結果，追蹤學生的工作進展，及時發現并調整可能存在的工作偏差，糾正到正確的工作方向上來，保證試驗有序穩定的完成。

4.2.5 論文的撰寫和修改

數據處理和統計分析結束之后，可對研究結果進行評估，如果問題得到了較好的解決，查閱對比相關文獻后有一定的創新性，便可以撰寫論文。在寫作之前，教師與學生一起討論論文的創新點或亮點何在，指出論文撰寫的切入點，然后讓學生自行撰寫。由于大部分學生是第一次寫科技論文，教師最好選擇一篇參考價值較高的論文，提供給學生模仿去寫。初稿完成了，再由指導老師提出修改意見，讓學生了解不足之處，通過反復修改完善后提交投稿，投稿之后的審稿意見也應有學生參與討論修改，直至發表見刊。

5 結 語

目前高校有大批的教師從事科研工作，教師承擔的科研項目經過設計和分割可以成為激發大學生創新能力的課題，成為培養未來科學家的訓練平臺。以指導教師科研項目為依托的本科生創新能力培養拓寬了大學生創新能力培養的項目來源，創造了有利于培養創新能力的新模式和環境。在教師指導之下，學生科研小組通過組內分工協作，各自獨立完成子項目的資料收集、文獻閱讀、技術路線設計、研究方案制定、研究成果總結、研究報告或科技論文撰寫等方面的任務，使學生切實得到科學研究的鍛煉，培養學生創新思維，提高創新實踐能力，對培養新時期具有競爭能力的高素質創新性人才有著積極的意義。

作為一種不太成熟的新培養模式，基于科研項目的大學生創新能力培養尚存在諸多問題，必須根據不同學科專業的特點不斷探索，積累屬于自己的具體操作模式。如如何調動本科生興趣和積極性來參與教師項目，如何選擇合適的學生組成科研小組，選擇什么類型和難度的項目更適合本科生科研創新訓練，如何循序漸進地引導學生深入項目研究等，如何考核和評價指導老師和學生雙方的科研業績并給予激勵更是值得研究的教育科學問題。