面向材料科學與工程專業的研究性教學探索

王 卓,趙慧君,梁寶巖

(中原工學院 材料與化工學院,河南 鄭州 450007)

研究性教學在本科教學實踐中能夠切實增強學生自主學習和創新能力,在高等教育領域廣受關注。研究性教學不僅是落實科教興國、人才強國和創新驅動發展戰略的重要舉措,也是加強創新型人才培養,加快一流創新生態構建的必然要求。從目標導向的教學活動來講,研究性教學以培養高水平創新型人才為目標,有效促進了學生探究精神和獨立思維能力的發展,強化了學生理論和實踐相結合的能力,使學生能夠更好、更快地適應職業發展的需要,實現自身價值的最大化。

材料科學與工程專業是以培養具有多學科交叉、創新能力突出的高素質復合型工程技術人才為首要目標,畢業生應掌握扎實的專業基礎知識,較強的工程實踐能力、創新能力和科學研究意識。本文首先闡明了研究性教學的理論內涵,進而結合材料科學與工程專業的綜合培養方案,從課堂教學設計、創新實踐活動和教學效果評價等環節探討了如何將研究性教學落實在學生培養的全過程中。強調了研究性教學在學生綜合能力培養方面的重要性和必要性,對于材料科學與工程專業的課堂、實踐教學設計和改革等具有一定的指導價值。

1 研究性教學的理論內涵

研究性教學是以發展學生的創新能力為首要目的,具體課題為落腳點,深入分析復雜問題為實踐手段,讓學生在真實情境中培養學習能力、分析和解決問題能力、團隊合作能力和創新創業能力等。因此,研究性教學是以增強學生對未來學習、工作適應能力的教學方法[1]。相較于傳統的呈現性教學,研究性教學并非單純“把問題放在桌面上”,而是將學習和探究活動有機結合,在解決具體問題的過程中既突出學生的認知發展,又有效激發其創新實踐能力,進而實現自身綜合能力的培養。

研究性教學的核心是培養能夠解決實際問題的創新型人才,應將科學研究活動貫穿于人才培養的全部過程,推進科教融合和產教融合,提升學生理論創新和動手實踐能力[2]。在課堂教學中,通過研究性教學能夠激發學生的創新精神和學習熱情,提高學生的學習效率和學習的深度與廣度。在實踐活動中,研究性教學要求學生運用專業基礎知識調研、分析、解決工程實際問題,增強了學生的思維能力、創造力和溝通能力,同時能夠有效培養學生動態調整學習策略的能力,養成終身學習的習慣。

2 研究性教學的課程設計

2.1 創新培養模式

作為貫穿于學生培養全過程、以提升學生創新研究能力為首要目的教學方法,研究性教學更加關注學生的學習與成長體驗,主張推動發現學習、深度學習和團隊學習等模式,塑造學生思考、調研、分析和創新等技能,提高學生解決復雜工程問題的能力[3]。在研究性教學活動中,首要工作是創新研究性培養模式,樹立研究性教育理念,并將其深度融合在通識教育、學科基礎、專業教育、實踐教育和個性化發展教育的各個環節中,培養具備創新思維和能力的高素質創新型人才。

通識教育課程培養學生掌握科學創新基本理論與途徑,塑造以科學眼光看待學習問題的專業素養;學科基礎課程幫助學生掌握全面的專業基礎理論知識,提升對專業的全方位認知;專業教育課程在強化專業基礎的同時強化其在研究性教育中的主導作用,加強推動專創融合教育;實踐教育著重鍛煉學生運用專業知識分析、解決實際問題的能力,進而潛移默化地培養學生自主學習、終身學習的意識;個性化發展教育重點關注學生的職業發展與規劃,拓寬學生的專業知識深度,強化其工程研究能力。通過系統的研究性教學設計,逐步構建教學新體系,形成學生培養新生態,是實現高素質創新型人才培養的重要基石。

依據研究性教學思想和材料科學與工程專業的培養目標,在大一、大二時以基礎理論知識、創新方法和創新思維的培養為主,讓學生學習和體驗研究性的課堂教學。在教學活動中應首先體現研究性教學價值,以幫助學生提高學習效果和學科素養,充分發揮學生的創新能力,避免學習單調而乏味,使其在學科學習上更有自主性、更有深度,并能激發其積極性和主動性。在學習講授知識的同時,教師采用研究性教學模式幫助學生融合學習、研究、思考,學以致用,掌握解決實際工程問題的基本思路。大三、大四時期則以專業素養、研究創新和工程實踐能力的培養為主,在深入學習專業課程的基礎上學生應分層次、分類別、大范圍地加入教師科研團隊,深入基礎研究、技術攻關等活動開展科研創新實踐,培養學生分析和解決具體問題的能力。

2.2 創新理論教育

在課程教學設計中,首先針對不同的知識模塊,合理設計具有啟發性的開放問題,充分調動學生情緒,著重發展其批判、創新思維能力。同時使學生能夠以個人能力為中心,強化獨立思考和解決問題綜合能力的培養。其次,強化創新方法和科學研究方法的系統培養。以創新創業類課程為依托,激發學生創新精神和意識,樹立科學創新觀念。同時,結合專業課程,提高學生文獻檢索和項目調研能力等。教師在開展專業課程教學時引入項目化教學模式,增加研究性學習項目,將專業教學與科研活動進行有機融合[4]。①教學內容需與時俱進。教師結合課程特點及時將學科最新前沿研究成果和自身科研經驗引入課堂教學,促進教學與科研的良性互動。②教學內容應體現學科發展對人才成長的新需求,關注學生在學科知識領域科學視野的擴展,使學生能夠明晰專業理論和知識在科學研究中的具體應用。③教師應注重教學的引導性,設計開放性研究課題,讓學生將課堂理論知識有效應用在分析、解決問題的過程中。最后,強化研究設計課程及相關實踐教學,使學生掌握開展科學研究的基本技能和方法。創造科學研究和模擬實驗室的良好環境,讓學生以解決實際問題為宗旨,在實驗研究、仿真研究、工程實踐中充分發揮創新精神,加深對材料科學和工程綜合知識的理解與應用。

2.3 創新實踐教育

在理論與實踐教學的結合上,加強“雙導師制”的建設實施,提高教育教學質量。積極引導學生融入教師科研團隊,在科研、工程一線沉浸式鍛煉,把研究性實踐活動有機嵌入學生培養的各個方面。在整個能力培養環節中,逐步構建以創新研究、工程課題、實踐活動等為主體,層次分明、課內課外互補的研究性創新訓練體系。同時,全面落實學生科技創新實踐訓練,建設以學生為主體的研究性項目庫,并實現動態更新與拓展。著重推進數學建模大賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽和創業計劃競賽、大學生創新創業訓練計劃項目和“互聯網+”大學生創新創業大賽等學科競賽的廣度與深度,以實踐活動淬煉學生的創新意識與能力。

拓展科技創新性第二課堂,注重以科研帶教學、促教學,深層次提高學生的創新素養和綜合能力。教師以科學研究、企業研發項目等為依托,設計實驗開放課題,設置科研助理、實驗助理等崗位,讓更多學生參與到社會研發和創新實踐活動中,不斷激發學生的創新動力,提高其基礎研究能力。在研究型教學具體實踐過程中,首先要考慮的是學科的具體特點,同時結合具體課題的難易程度確定合適的研究深度和方式。其次,在課題設計上應注重問題導向和目標導向,引導學生自主研究問題和解決問題,將相關基礎理論應用到具體實踐中。再者,構建專業教師研究性教學項目庫,吸納學生盡早接觸實踐真問題、參與科研真課題,在導師帶領下發現問題、參與研究,使學生能夠提升職業技能、明晰職業規劃。在實習或科研助理等團隊項目中,讓學生充分體驗小組合作、責任分擔、方案設計、實踐操作等,深化學習,加深理解,使其真正掌握可操作性和實踐性知識、提升團隊協作能力,同時為學生將來工作和進一步深造打下基礎。

3 創新研究性教學評價模式

在研究性教學中,教師可以使用多種教學方式來激發學生的學習興趣,它可以使學生的學習變得更有趣、更富有挑戰性,并培養學生探究性學習的興趣和能力。與此同時,教師應持續創新評價模式,加強過程性考核方法研究,實施基于多種方式的調查評估研究性教學效果,使評價結果能夠更真實地評估研究性教學效果,更有效地評價學生的能力水平。

首先,在教學實踐過程中,充分采用專項問卷、深度訪談、小組討論等過程性考核方式,建立以學生學習經歷和學習能力為基礎的評估體系。在研究性教學中,教師應根據學生的學習水平和學習經歷全面評價學生在研究性教學中面臨的問題和取得的學習成果,以此明確教學成效,指導教學實踐,不斷提高教學質量[5]。其次,以開放性課題研究評估研究型教學的效果。在教學效果評估過程中,教學可設計系列開放性研究課題,鼓勵學生進行實際實踐,讓學生能夠更好地發揮潛能,并獲得更好的學習效果。最后,長效評價研究性教學效果。研究性教學注重將知識教學和實踐活動相結合,強調使學生在實踐中學習知識,發現規律,從而提高學習能力。因此,研究性教學要貫徹“培養能力”的原則,強調以學生的能力發展為核心。要求學生有能力探索知識,探究問題,解決工程問題。通過學生參加研究性課題、競賽等,長期追蹤評估學生的學習效果,通過效果反饋及時調整教學方法,解決學生的問題。