材料科學與工程專業科研導論課程的內容設置及教學方法探索

王 萌 韓 鵬 李國華

（中國礦業大學（北京）材料科學與工程系，北京 100083）

0 引言

隨著科學技術突飛猛進的發展，國家之間開啟在科學技術領域創新的競爭，各國都紛紛拿出了相應的科研規劃，以期在核心技術方面占領制高點。我國學者更是清醒地意識到，自主創新是中華民族發展的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力，是國家戰略的重要組成部分。在2020年9月11日的科學家座談會上，習近平總書記指出：“現在，我國經濟社會發展和民生改善比過去任何時候都更加需要科學技術解決方案，都更加需要增強創新這個第一動力。同時，在激烈的國際競爭面前，在單邊主義、保護主義上升的大背景下，我們必須走出適合國情的創新路子，特別是要把原始創新能力提升擺在更加突出的位置，努力實現更多“從0到1”的突破。”2021年4月19日習近平總書記在清華大學考察時指出：“廣大青年要勇于創新，深刻理解把握時代潮流和國家需要，敢為人先、敢于突破，以聰明才智貢獻國家，以開拓進取服務社會”。因此，實施創新教育，發展和培養學生的創新能力，已成為我國當前教育改革的重要課題。在建設創新型國家的過程中，研究型大學作為國家培養高素質拔尖創新人才的基地，構建創新人才培養體系已成為其最緊迫的工作之一。

對本科階段教育而言，開展大學生科研活動對于培養具有創新意識和科研能力的優秀人才具有十分重要的意義。為幫助本科生順利參與科研活動，眾多高校在本科生培養計劃中設置了科研導論課程作為創新創業教學環節必修課程之一。其目的是激發學生的科研興趣，掌握典型的科研方法和研究技能，獲得正確的科研方法和策略的指導，幫助他們在科研領域盡快入門。然而，目前雖然許多高校已開設了該門課程，但其課程內容設計和教學方法實踐一直處于探索階段，且不同學科科研方法本身也存在較大差異。如何在短短16個學時的課堂教學內使學生掌握科學研究必備的基本素養和技能，對于教師和學生都是有一定難度的。筆者作為中國礦業大學（北京）材料科學與工程專業科研導論課程的主講人員，根據對本專業2018級和2019級兩屆本科生的授課教學實踐，對該課程的課程內容設置與教學方法進行了一些探索，供讀者及相關教師參考指正。

1 課程內容設置及實踐

本課程設置的目的是介紹科研常識、喚醒學生創新意識、激發學生科研興趣、培養學生基本的科研技能、樹立學生的科研信心。課程內容主要包括科學研究概論、科研課題的選擇與準備、科研成果的撰寫與發表、科研道德與學術規范及課程實踐展示五部分內容，分別涉及科研基礎知識、科研方法技能及科研實踐應用，幾部分內容相輔相成，形成閉環，幫助學生體驗在科學研究中理論、方法與實踐的共同作用。

（1）科學研究概論。該部分為2個學時，主要包括科研與科學研究的基本定義、科研特征及價值、科研方法及作用以及當前國內外材料科學與工程專業領域的科研形勢。該部分設置的目的是使學生對科研及其重要性形成正確認知，激發學生的科研興趣，并且使學生了解本科階段所涉及的科研相關活動，形成創新和科研意識。

（2）科研課題的選擇與準備。該部分為6個學時，主要包括科研基本過程的簡要介紹、科研課題的選擇原則與方式、科研信息的收集方法及科研課題項目申請書的基本格式。該部分設置的目的是提醒學生在學習和實踐中提高問題意識、掌握科學問題的基本結構，了解科研課題的類型及來源、知曉科研選題的原則和方法，嘗試根據現有專業知識提出自身對材料領域感興趣的科研課題方向，并掌握科研信息的收集方法。此外，結合筆者自身的課題申報和參與經驗，向學生介紹了科研的選題原則、一般步驟和研究程序，使學生對科研活動所涉及的內容有基本認識；向學生介紹本科學習階段涉及的科研活動，鼓勵學生積極參與大學生創新訓練項目，并學會根據所學基礎專業理論知識從感興趣的問題中凝練具有專業特色和研究價值的科研問題；向學生介紹科研信息的收集方式，重點介紹包括Science Citation Index （SCI）和The Engineering Index（EI）在內的國際檢索工具及包括《中國科學引文索引》和《中國知網》在內的國內重要檢索工具的使用方法和檢索技巧。

（3）科研成果的撰寫與發表。該部分為4個學時，主要包括科研論文的撰寫與發表、專利的撰寫與申請。該部分比較詳細地介紹了科研論文的撰寫方法以及畢業論文的準備、撰寫、修改、答辯等的實踐程序，使學生初步掌握科研方法的實踐與思維技巧，為在本科學習階段撰寫高水平的研究論文（或研究報告）、做好本科論文（或畢業設計）以及今后從事深入的科學研究工作打下堅實的基礎。在授課過程中使學生明確，研究者在科研工作中取得的高質量的科研創新成果（理論、實驗、調查等）是撰寫高質量論文的理論基礎，沒有創新性研究成果，就失去了撰寫科研論文的基礎，高質量的科研論文的寫作也就無從談起。通過選擇并分析優秀的中英文科研論文，講解了論文的基本構成；針對題目、關鍵詞、摘要、引言、正文、結論、參考文獻等部分講解了科研論文的撰寫方法與格式規范要求，分享了Endnote文獻管理軟件的使用方法和技巧，使學生掌握文獻管理和高效率寫作方法。

（4）科研道德與規范。該部分為2個學時，主要包括科研道德和規范的基本要求及科研工作者所應具備的品德。目前，科學道德與學風問題已成為各國政府和社會各界關注的熱點問題。通過本部分的學習使學生充分了解研究者的品格、科研素質、科研規范的含義及要求。

（5）課程實踐展示。該部分為2個學時，通過學生課程大作業的文獻綜述分享和項目申報書PPT匯報展示，檢驗學生對所學科研方法和技巧的掌握和應用情況。

2 教學方法探索

（1）互動式、案例式教學。如在科學研究特征的講授中，通過學生熟知的“牛頓在伽利略、惠更斯等人的工作基礎上深入研究、總結出物體運動的三大定律”作為引言案例，說明科學研究具有繼承性特征；通過愛因斯坦提出相對論所帶來的時空觀革命和現代物理學的發展的案例，使學生認識到科研需要創新性。通過社會科學和自然科學研究對象、處理方法、研究特點的對比，加深學生對自然科學研究的認識，并進一步具體落實到材料科學與工程學科的研究對象和研究方法上。通過近三年全球研發投入份額數據表及行業研發支出份額數據圖中不同國家的對比，展現我國對科學研發的重視，使學生明白“科技強則國強”的重要性。通過介紹碳纖維、光刻膠、芯片制造等高端材料領域的關鍵技術上我國尚且受制于人的現狀，激發學生的科研興趣和學習熱情，使學生明確自身所擔當的歷史使命。在科研問題選擇的講授中，列舉我國科研人員的科研發現過程，如從荷葉的超疏水現象觀察發展出仿生超浸潤截面材料科學的研究歷程，從壁虎行為觀察發展出的分子摩擦學、超級附著技術和自清潔技術等的研究歷程，從蟲子蛀食塑料袋現象發展出的微生物降解塑料的研究歷程等。通過科研故事的分享，讓學生深刻認識到問題意識是科學發展的前提，引導學生在日常學習和生活中充滿好奇心、多看多想多問，培養問題意識。

（2）開放式討論。結合授課內容，通過布置作業的形式讓學生利用網絡資源提前自主查詢相關材料并在課堂上開展分享討論，加深學生對相關知識點的認知。如在科研道德與規范內容的授課中，通過讓學生利用網絡提前查閱學術不端、學術造假和學術腐敗等事件，并在課堂上進行說明分享，讓學生深刻認識到造假、篡改數據或漠視科學倫理帶來的嚴重危害和堅守科研誠信的重要性，使學生在從事科研活動中嚴格遵守科研道德要求。

（3）專題調研報告及項目答辯模擬。在課程伊始即安排學生自行分組，成立3～5人的課題小組完成課程大作業。各個課題小組自主選擇與材料科學與工程領域相關的感興趣的研究課題，選出小組組長并進行分工合作。利用所學知識進行相關課題的信息查詢、收集、篩選和資料匯總，撰寫相關文獻綜述報告以大學生創新訓練項目為例，撰寫所選課題的項目申請書和準備匯報PPT。大作業開展過程中，學生們態度積極認真，學習和討論氛圍濃郁，具有較高的參與積極性。通過自由命題的方式充分發揮學生們的主觀能動性，通過自由分組和團隊合作，在增加團隊凝聚力的同時共同進步，取得了較好的教學效果。

3 結語

科研導論課是大學階段所涉及科研相關內容的第一門課程，對學生了解本專業科研特點和從事相關科研活動具有重要意義。詳細的基礎知識學習加上完整的科研訓練，易激發學生們的科研熱情，也使得他們在本科階段就已具有較強的科研能力，這些都為培養優秀的拔尖創新人才奠定了基礎。本文簡要介紹了材料科學與工程專業的“科研導論課”的內容設置思路和教學方法探索實踐，通過采用多媒體課件的教學手段拓寬教學內容、加大課堂教學信息量，注意將科研典型案例或本學科相關領域最新科研進展情況加入課堂教學之中，激發學生學習興趣。通過介紹本專業最新科研領域發展情況和創新性科研成果，提高了學生的科研熱情，建立了專業自信心，并增加了課程互動性。通過理論與實踐相結合的方式，讓學生自主去參與科研論文的撰寫和科研項目申請書撰寫的工作中，既培養了學生的創新和團隊合作意識和能力，又鍛煉了學生的科研信息收集、成果撰寫與發表等科研必備技能，為學生后續進行科研訓練以及今后從事深入的科學研究工作打下堅實基礎。