基于人機(jī)環(huán)專(zhuān)業(yè)微課題的“科研課堂”教學(xué)模式探討

曹曉東，楊 波，龐麗萍

（北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191）

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，我國(guó)當(dāng)下正面臨著嚴(yán)峻的產(chǎn)業(yè)變革考驗(yàn)和激烈的全球競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。為了適應(yīng)和應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我國(guó)課程教學(xué)改革不斷深化，培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的高素質(zhì)應(yīng)用型人才成為未來(lái)發(fā)展方向［1］。在此形勢(shì)下，高等院校對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)教育應(yīng)注意理論與實(shí)踐并重［2］。尤其是對(duì)工科類(lèi)本科生的教學(xué)方式不能只局限于講授課程理論知識(shí)，更需要結(jié)合科學(xué)研究或工程應(yīng)用案例，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。近年來(lái)，提出的新工科理念［3-5］就明確了對(duì)學(xué)生系統(tǒng)思維、問(wèn)題導(dǎo)向、“大工程觀”和解決復(fù)雜工程問(wèn)題等能力的培養(yǎng)要求。這是中國(guó)科技界和教育界應(yīng)對(duì)智能化、信息化科技革命與產(chǎn)業(yè)革命，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展而采取的重要戰(zhàn)略舉措。北京航空航天大學(xué)作為一所綜合性研究型高校，應(yīng)充分發(fā)揮其學(xué)術(shù)資源豐富、學(xué)科建設(shè)前沿性強(qiáng)、科研實(shí)踐氛圍活躍等優(yōu)勢(shì)，為新工科建設(shè)背景下學(xué)生科研與實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供良好的平臺(tái)［6-8］。

一、課程現(xiàn)狀與問(wèn)題分析

北京航空航天大學(xué)自2021年春季學(xué)期開(kāi)始進(jìn)行“科研課堂”的試點(diǎn)建設(shè)工作，目前開(kāi)展范圍覆蓋了學(xué)校的主要優(yōu)勢(shì)理工科院系，包括航空航天學(xué)科群（材料科學(xué)與工程學(xué)院、航空科學(xué)與工程學(xué)院、交通科學(xué)與工程學(xué)院、宇航學(xué)院）、信息學(xué)科群（電子信息工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院、網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院）、醫(yī)工交叉學(xué)科群（生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院）和理科學(xué)科群（物理學(xué)院）。“科研課堂”的建設(shè)主要依托省部級(jí)以上重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，面向二、三年級(jí)的本科生開(kāi)放。“科研課堂”采用小班研究型教學(xué)模式，開(kāi)設(shè)1學(xué)期（32學(xué)時(shí)），接受3～8名本科生選課。每門(mén)次科研課堂都基于一項(xiàng)微課題研究開(kāi)展，要求從國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重大項(xiàng)目、重要校企合作等高質(zhì)量科研項(xiàng)目中，梳理、篩選、提煉出適合本科生專(zhuān)業(yè)認(rèn)知及實(shí)踐創(chuàng)新水平的微課題。在學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)及微課題研究后，科研導(dǎo)師以成果為導(dǎo)向進(jìn)行考核，給出“通過(guò)”或“不通過(guò)”的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。對(duì)于學(xué)生在“科研課堂”中取得的優(yōu)秀創(chuàng)新性成果，經(jīng)科研導(dǎo)師推薦可直接參與申報(bào)“挑戰(zhàn)杯”“馮如杯”等科技競(jìng)賽。

“科研課堂”作為一門(mén)面向本科生試點(diǎn)建設(shè)的科教融合實(shí)踐類(lèi)課程，筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了一些值得深入探討和研究的問(wèn)題。首先，作為授課對(duì)象的二、三年級(jí)的本科生，在進(jìn)入“科研課堂”前基本沒(méi)有接觸過(guò)科研項(xiàng)目，其科研技能和創(chuàng)新意識(shí)較為薄弱。這主要是因?yàn)樵谥械湍昙?jí)本科生的教學(xué)中，一般強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的灌輸，關(guān)于前沿科研成果和最新技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)容相對(duì)較少，忽視了對(duì)學(xué)生學(xué)科視野和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。其次，“科研課堂”的微課題設(shè)計(jì)必須符合該階段學(xué)生的認(rèn)知水平和實(shí)踐能力。如果微課題的研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)得過(guò)于簡(jiǎn)單，則難以有效鍛煉學(xué)生的科研意識(shí)和實(shí)踐能力，可能導(dǎo)致課程淪為“水課”；反之，如果研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)得過(guò)難，則學(xué)生在基礎(chǔ)薄弱的情況下難以順利完成微課題研究，反而會(huì)降低其參與科研的興趣和積極性。最后，學(xué)生科研能力的培養(yǎng)一般需要較長(zhǎng)的周期，而每門(mén)次“科研課堂”的開(kāi)設(shè)時(shí)間只有一個(gè)學(xué)期。如何在較短的時(shí)間內(nèi)，最大程度地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科研能力，亟須進(jìn)一步研究。

二、“科研課堂”教學(xué)模式探討

針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)貫徹落實(shí)新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念，以解決實(shí)際研究問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，以有效提升本科生的科研素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，對(duì)“科研課堂”的教學(xué)模式進(jìn)行了一些探索與實(shí)踐，具體探討如下。

（一）微課題的設(shè)計(jì)思路

顧名思義，微課題是指從實(shí)際科研項(xiàng)目中梳理、篩選和提煉出一個(gè)適用于開(kāi)展短期科研實(shí)踐和研究型教學(xué)的微型課題。科研導(dǎo)師長(zhǎng)期從事一線科研工作，對(duì)自己研究方向的前沿科技成果和工程技術(shù)有深入且獨(dú)到的見(jiàn)解，因此微課題的選題可以來(lái)源于科研導(dǎo)師自身正在從事的重要前沿科研項(xiàng)目，如國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等。通過(guò)讓學(xué)生接觸專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的前沿研究進(jìn)展，可以將學(xué)生帶到學(xué)科高站位的基點(diǎn)，拓寬其學(xué)科視野，激發(fā)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)，調(diào)動(dòng)其參與科研實(shí)踐的積極性。但需要注意的是，微課題的立項(xiàng)必須符合本科生的專(zhuān)業(yè)認(rèn)知水平及實(shí)踐創(chuàng)新水平，不能一味地?cái)U(kuò)大研究范圍和拔高課題難度。因此，好的微課題設(shè)計(jì)應(yīng)該做到以小見(jiàn)大、見(jiàn)微知著，既可以聚焦于前沿研究問(wèn)題，又可以從中解構(gòu)出基礎(chǔ)性和實(shí)用性強(qiáng)的研究?jī)?nèi)容，具體可包括理論建模、實(shí)驗(yàn)研究、實(shí)測(cè)分析、樣機(jī)研制、數(shù)值模擬等研究類(lèi)型。例如，人機(jī)與環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)（簡(jiǎn)稱人機(jī)環(huán)專(zhuān)業(yè)）開(kāi)設(shè)的一些代表性微課題包括“與空間站同呼吸——電解制氧技術(shù)演示與實(shí)驗(yàn)”“飛行器防冰：超疏水技術(shù)演示與實(shí)驗(yàn)”“用于火星短時(shí)高熱流散熱的膜蒸發(fā)器”“火星探測(cè)器進(jìn)入過(guò)程的氣動(dòng)力熱特性研究”“用于人體熱物理治療的智能溫度控制技術(shù)”等，這些微課題的特點(diǎn)是基于能激發(fā)學(xué)生研究興趣的前沿研究問(wèn)題，找到難度適宜的學(xué)習(xí)和研究實(shí)踐切入點(diǎn)，以達(dá)到培養(yǎng)本科生科研創(chuàng)新能力的教學(xué)目的。

在確定微課題內(nèi)容后，還要充分考慮“科研課堂”的教學(xué)需求，在教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)和安排上應(yīng)該做到“短周期、重過(guò)程、有實(shí)效”。每門(mén)次“科研課堂”的開(kāi)設(shè)時(shí)間為1學(xué)期，除去教學(xué)、研討和匯報(bào)環(huán)節(jié)，微課題的整體研究周期應(yīng)控制在3個(gè)月左右。而“科研課堂”的教學(xué)效果很大程度上取決于學(xué)生的自主探索程度和實(shí)踐過(guò)程，因此在較短的研究周期內(nèi)，應(yīng)保證微課題能涵蓋科研課題的基本過(guò)程，即文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、研究實(shí)踐、結(jié)果分析、成果總結(jié)。微課題的研究目的不僅僅是產(chǎn)出成果，更重要的是讓學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中體會(huì)科研開(kāi)展的思維邏輯和推進(jìn)步驟，并學(xué)習(xí)到常用的研究分析方法。微課題實(shí)踐最終應(yīng)能產(chǎn)出一定的實(shí)質(zhì)性成果，包括論文、研究報(bào)告、專(zhuān)利、試驗(yàn)樣品、樣機(jī)、軟件程序等。通過(guò)檢驗(yàn)成果質(zhì)量來(lái)反映“科研課堂”的培養(yǎng)效果，這樣有助于鍛煉學(xué)生的成果總結(jié)能力和表達(dá)能力，也可以讓學(xué)生體會(huì)到從無(wú)到有的研究樂(lè)趣和成就感。總之，微課題的選題與內(nèi)容設(shè)計(jì)是“科研課堂”教學(xué)的立腳點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。優(yōu)秀的微課題設(shè)計(jì)與實(shí)踐能夠形成可持續(xù)性的研究型教學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)建教學(xué)相長(zhǎng)、教學(xué)與科研相互促進(jìn)的師生學(xué)習(xí)研究共同體，對(duì)學(xué)生今后從事科研或工程實(shí)踐具有積極的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用。

（二）科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

保障“科研課堂”教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵在于構(gòu)建可以有效培養(yǎng)本科生科研創(chuàng)新能力的教學(xué)模式，具體可從以下幾個(gè)方面開(kāi)展：科研意識(shí)、理論知識(shí)、科研技能、實(shí)踐創(chuàng)新和協(xié)作交流。對(duì)學(xué)生科研意識(shí)的培養(yǎng)需要引導(dǎo)其了解科研活動(dòng)的基本邏輯和過(guò)程，并使其嚴(yán)格遵循學(xué)術(shù)道德和規(guī)范。對(duì)學(xué)生科研意識(shí)的培養(yǎng)實(shí)際上貫穿了整個(gè)“科研課堂”的教學(xué)過(guò)程。科研導(dǎo)師可結(jié)合微課題進(jìn)展，逐步向?qū)W生講解開(kāi)展科學(xué)研究的思維邏輯，在實(shí)踐過(guò)程中逐漸加深其對(duì)研究過(guò)程的理解，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的學(xué)術(shù)價(jià)值觀。講授理論知識(shí)雖然不是“科研課堂”的主要目的，但對(duì)于幫助學(xué)生打好研究基礎(chǔ)，使其快速融入微課題研究具有重要作用。中低年級(jí)的本科生還沒(méi)有接觸很多專(zhuān)業(yè)課程，且“科研課堂”在試點(diǎn)建設(shè)過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科選課，因此，部分學(xué)生對(duì)微課題涉及的專(zhuān)業(yè)知識(shí)可能缺乏了解。科研導(dǎo)師應(yīng)根據(jù)研究背景，凝練相關(guān)的理論知識(shí)作為教學(xué)內(nèi)容，并提供教材與文獻(xiàn)供學(xué)生查閱。

對(duì)學(xué)生科研技能的培養(yǎng)是“科研課堂”的教學(xué)重點(diǎn)，也是開(kāi)展研究實(shí)踐的基礎(chǔ)。學(xué)生應(yīng)掌握的科研技能主要包括文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、學(xué)術(shù)報(bào)告及論文寫(xiě)作。對(duì)于學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研能力的培養(yǎng)，應(yīng)使其能夠根據(jù)微課題研究?jī)?nèi)容收集文獻(xiàn)資料，并進(jìn)行閱讀、分析和綜述，為后續(xù)開(kāi)展科研工作奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)程中，科研導(dǎo)師可以先演示如何利用搜索引擎和數(shù)據(jù)庫(kù)檢索中英文文獻(xiàn)，并結(jié)合示例論文講解如何結(jié)合粗讀和精讀來(lái)高效閱讀文獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生在閱讀和分析文獻(xiàn)時(shí)形成批判性思維，并結(jié)合范文指導(dǎo)學(xué)生如何撰寫(xiě)高質(zhì)量的文獻(xiàn)綜述。方案設(shè)計(jì)是從理論準(zhǔn)備過(guò)渡到研究實(shí)踐的必要步驟，其培養(yǎng)目的是讓學(xué)生能夠依據(jù)微課題的研究目標(biāo)和內(nèi)容，設(shè)計(jì)出可實(shí)施的具體方案。科研導(dǎo)師可以先集中講解研究方案的常用設(shè)計(jì)思路，包括研究對(duì)象和范圍、研究手段（實(shí)驗(yàn)測(cè)量、理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬等）、研究結(jié)果的呈現(xiàn)與分析、成果總結(jié)形式等。在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)微課題研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)初步的研究方案。隨著研究的進(jìn)行，科研導(dǎo)師可以采用例會(huì)的形式與學(xué)生進(jìn)行交流研討，針對(duì)學(xué)生研究方案存在的問(wèn)題進(jìn)行反饋修正。學(xué)術(shù)報(bào)告與論文寫(xiě)作是總結(jié)和表達(dá)研究成果的兩種主要方式，也是貫穿研究者學(xué)術(shù)生涯的重要工作。在學(xué)術(shù)報(bào)告與學(xué)術(shù)論文中存在很多規(guī)范性和專(zhuān)業(yè)性的表達(dá)要求，應(yīng)由科研導(dǎo)師結(jié)合具體范例進(jìn)行講解。例如，學(xué)術(shù)報(bào)告的基本框架、幻燈片的制作標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告過(guò)程的基本規(guī)范等；學(xué)術(shù)論文的主體架構(gòu)，各部分的寫(xiě)作內(nèi)容和邏輯關(guān)系，圖表的制作規(guī)范，寫(xiě)作語(yǔ)言的要求以及期刊論文的投稿、修改和發(fā)表等。除了基本規(guī)范和要求外，在報(bào)告準(zhǔn)備和論文寫(xiě)作過(guò)程中也有很多經(jīng)驗(yàn)技巧。科研導(dǎo)師應(yīng)結(jié)合自身的研究經(jīng)驗(yàn)，指出一些初學(xué)者的常見(jiàn)錯(cuò)誤，幫助學(xué)生提高學(xué)術(shù)報(bào)告和論文寫(xiě)作水平。最后，可以結(jié)合微課題研究對(duì)學(xué)術(shù)報(bào)告和論文寫(xiě)作進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，以匯報(bào)答辯和研究報(bào)告等形式進(jìn)行考核。科研導(dǎo)師應(yīng)定期與學(xué)生交流進(jìn)展情況，指出其內(nèi)容和格式上存在的問(wèn)題并提出改進(jìn)意見(jiàn)，幫助學(xué)生提升對(duì)研究成果的總結(jié)和表達(dá)能力。

對(duì)實(shí)踐創(chuàng)新和協(xié)作交流能力的培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展微課題自主探索和研究實(shí)踐的過(guò)程中。科研導(dǎo)師通過(guò)具體講解和演示，指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)儀器和使用分析軟件，為學(xué)生自主開(kāi)展科研實(shí)踐打下技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，做好學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的安全教育培訓(xùn)工作，監(jiān)督落實(shí)實(shí)驗(yàn)室安全管理要求和實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程。微課題研究應(yīng)始終堅(jiān)持實(shí)踐第一，克服以往只注重理論學(xué)習(xí)、忽視理論聯(lián)系實(shí)際的弊端，鍛煉學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)和科研技能解決實(shí)際研究問(wèn)題的實(shí)踐能力。科研導(dǎo)師要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與微課題研究的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探究，使學(xué)生的思維模式逐漸從被動(dòng)接受向主動(dòng)思索轉(zhuǎn)變。只有激發(fā)了學(xué)生的研究興趣和動(dòng)力，才能有效培養(yǎng)其獨(dú)立研究和自主創(chuàng)新的能力，使其運(yùn)用創(chuàng)新思維推進(jìn)微課題的研究實(shí)踐。科研導(dǎo)師在此過(guò)程中主要起輔助作用，即根據(jù)學(xué)生的研究進(jìn)展情況給予適度的指導(dǎo)，啟發(fā)式地引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)踐中遇到的問(wèn)題。在進(jìn)行科研實(shí)踐訓(xùn)練的同時(shí)，還應(yīng)強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和學(xué)術(shù)交流能力。

（三）基于OBE理念的成果考核

成果考核是評(píng)估“科研課堂”教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)體現(xiàn)出對(duì)新工科人才創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)要求。傳統(tǒng)考核形式是通過(guò)打分制將學(xué)生分出不同等級(jí)，人為形成了一種孤立競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，顯然不利于學(xué)生自主探索精神與協(xié)作交流能力的培養(yǎng)。成果導(dǎo)向型教育（Outcome-based Education,OBE）是由Spady于1981年提出的一種教育理念，具體是指教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過(guò)教育過(guò)程最后所取得的學(xué)習(xí)成果。《華盛頓協(xié)議》全面接受了OBE理念，使其成為工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的核心理念之一。OBE理念作為新工科建設(shè)和教學(xué)改革中的核心［9-11］，其培養(yǎng)理念與“科研課堂”的建設(shè)思路十分契合。實(shí)行基于OBE理念的成果考核機(jī)制，有助于提升學(xué)生參與微課題實(shí)踐的積極性，同時(shí)，在考核過(guò)程中可以促進(jìn)其成果總結(jié)和表達(dá)能力的提高。

“科研課堂”的考核成績(jī)采用“通過(guò)”或“未通過(guò)”的形式表示，該考核強(qiáng)調(diào)的是每名學(xué)生是否達(dá)成了自己在微課題中所承擔(dān)的研究任務(wù)要求，體現(xiàn)出OBE理念教育包容性和成果導(dǎo)向性的特點(diǎn)。學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中會(huì)體現(xiàn)出研究基礎(chǔ)和能力的差別，且這種差別可能會(huì)很明顯。科研導(dǎo)師應(yīng)秉持所有學(xué)生都是成功的學(xué)習(xí)者的理念，根據(jù)每名學(xué)生的特點(diǎn)合理安排其研究任務(wù)，并鼓勵(lì)引導(dǎo)學(xué)生持續(xù)挑戰(zhàn)自己，逐步達(dá)成預(yù)定的研究目標(biāo)。“科研課堂”的考核應(yīng)聚焦于學(xué)生最終達(dá)成的頂峰成果，而不是研究過(guò)程中的階段性結(jié)果。針對(duì)學(xué)生研究中遇到的困難和問(wèn)題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行溝通解決，彈性把握研究進(jìn)度和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，最終目的是提升研究成果的完成質(zhì)量。通過(guò)實(shí)行OBE考核還可以將學(xué)生之間的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)化為合作，即鼓勵(lì)學(xué)生為共同達(dá)成研究成果而相互交流與協(xié)作。通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的方式，使能力較強(qiáng)的學(xué)生能做出一些成果，同時(shí)帶動(dòng)能力較弱的學(xué)生得到鍛煉和提升。

“科研課堂”的考核可以采用成果評(píng)判與匯報(bào)答辯相結(jié)合的形式。科研導(dǎo)師應(yīng)向?qū)W生明確研究成果和匯報(bào)答辯成績(jī)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以及評(píng)價(jià)權(quán)重分配，以保證考核成績(jī)的公正性和規(guī)范性。作為微課題研究的結(jié)題成果，用于評(píng)判的研究成果應(yīng)具有實(shí)質(zhì)性和較高的完成度，主要形式包括研究報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、樣機(jī)樣品和程序代碼等。在提交研究成果的基礎(chǔ)上，學(xué)生還需根據(jù)各自的任務(wù)分工，以團(tuán)隊(duì)匯報(bào)答辯的形式對(duì)微課題研究的全過(guò)程進(jìn)行交流分享。科研導(dǎo)師根據(jù)每名學(xué)生研究成果的達(dá)成情況及匯報(bào)答辯表現(xiàn)，依據(jù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)權(quán)重進(jìn)行綜合考核。

三、教學(xué)實(shí)踐案例

圍繞上述教學(xué)理念與培養(yǎng)模式的探討，以筆者開(kāi)展的人機(jī)環(huán)專(zhuān)業(yè)的兩種類(lèi)型微課題為案例，對(duì)“科研課堂”的教學(xué)實(shí)踐情況進(jìn)行介紹。

（一）實(shí)測(cè)分析類(lèi)型微課題

第一種微課題為“北航本科生宿舍室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量實(shí)測(cè)與評(píng)價(jià)”，共有3名大二學(xué)生參與。該微課題基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，結(jié)合實(shí)地監(jiān)測(cè)和問(wèn)卷調(diào)查研究方法，對(duì)北航校內(nèi)宿舍室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和學(xué)生的主觀感受進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)研究。使用環(huán)境傳感器對(duì)宿舍內(nèi)的溫度、相對(duì)濕度、CO2、PM2.5、PM10、TVOC、甲醛、光照度和噪聲參數(shù)進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，發(fā)放問(wèn)卷調(diào)研了學(xué)生對(duì)室內(nèi)環(huán)境的主觀感受、環(huán)境滿意度及生活工作狀態(tài)。結(jié)合主觀和客觀數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)了宿舍室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量及其對(duì)學(xué)生的影響，并提出改進(jìn)建議。教學(xué)形式結(jié)合了理論教學(xué)、研究實(shí)踐、例會(huì)研討和匯報(bào)答辯：對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和科研技術(shù)進(jìn)行了理論教學(xué)；依據(jù)微課題進(jìn)度開(kāi)展了文獻(xiàn)綜述、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)據(jù)分析的研究實(shí)踐；適時(shí)進(jìn)行例會(huì)研討，從研究方案的制訂與實(shí)施到數(shù)據(jù)分析和成果總結(jié)，指導(dǎo)學(xué)生解決了遇到的問(wèn)題，找出不足之處并提出了改進(jìn)方案；進(jìn)行期中文獻(xiàn)綜述和期末課題結(jié)題兩次匯報(bào)答辯，考核研究成果并總結(jié)課題完成情況。學(xué)生在課程中實(shí)踐了文獻(xiàn)的檢索、閱讀和綜述，掌握了基本的實(shí)測(cè)技術(shù)和分析方法，鍛煉了成果總結(jié)和表達(dá)能力，同時(shí)在研究實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到了團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流的重要性。成果產(chǎn)出包括每名學(xué)生獨(dú)立完成的文獻(xiàn)綜述小論文及共同完成的結(jié)題報(bào)告，主要成果已總結(jié)形成SCI期刊論文。

（二）樣機(jī)研制類(lèi)型微課題

第二種微課題為“用于人體熱物理治療的智能溫度控制技術(shù)”，依托于某醫(yī)工交叉結(jié)合項(xiàng)目，旨在將醫(yī)學(xué)上的人體熱物理治療需求與工程上的微型高效制冷技術(shù)相結(jié)合。該微課題的具體目標(biāo)是研制出具有主動(dòng)制冷、制熱功能，能快速、精確、穩(wěn)定控溫的熱物理治療樣機(jī)。共有5名大三學(xué)生參與，他們已完成了主要專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，具備了一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，但尚無(wú)將理論付諸實(shí)踐的研究經(jīng)歷。課程首先有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了理論教學(xué)環(huán)節(jié)，主要講授人體熱調(diào)節(jié)理論和蒸汽壓縮式制冷循環(huán)仿真方法。同時(shí)，結(jié)合時(shí)事熱點(diǎn)（如甘肅白銀馬拉松百公里越野賽失溫死亡事件）給出定量研究案例，指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，搭建了理論與實(shí)踐之間的橋梁。鑒于樣機(jī)研制的實(shí)操性，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量與控制理論知識(shí)的講解，包括熱電偶、鉑電阻、壓力變送器、流量計(jì)等不同的傳感器及其信號(hào)類(lèi)型，以及PID控制整定原則與PWM控制原理等。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生組成了小型研究團(tuán)隊(duì)并制訂了研制方案，綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)，協(xié)同開(kāi)展機(jī)械制圖、電路設(shè)計(jì)、代碼編寫(xiě)、組裝與調(diào)試等實(shí)踐工作。在例會(huì)上分析討論研究進(jìn)展與遇到的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整改進(jìn)，最終順利完成了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制，實(shí)現(xiàn)了8分鐘內(nèi)制取5～10°C（±0.5°C）冷卻水的預(yù)期溫控目標(biāo)。最后，學(xué)生共同完成了研究報(bào)告并進(jìn)行匯報(bào)答辯，對(duì)研究歷程做了系統(tǒng)性的梳理總結(jié)，并演示了樣機(jī)工作效果。

結(jié)語(yǔ)

“科研課堂”作為一門(mén)理論教學(xué)與科研實(shí)踐有機(jī)融合的小班研究型教學(xué)課程，為本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)這一難題提供了有效切入點(diǎn)。本文結(jié)合北京航空航天大學(xué)人機(jī)環(huán)專(zhuān)業(yè)微課題的“科研課堂”教學(xué)實(shí)踐案例，探討了微課題的選題思路與內(nèi)容設(shè)計(jì)、適用于本科生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式及促進(jìn)成果總結(jié)和表達(dá)能力提升的OBE考核機(jī)制。通過(guò)“科研課堂”的學(xué)習(xí)，學(xué)生強(qiáng)化了科研意識(shí)，掌握了基本的科研技能，并在微課題研究過(guò)程中逐步提升了實(shí)踐創(chuàng)新和協(xié)作交流能力。