工科院校理科大學生創新與科研訓練實施方案研究

葉文江, 張志東, 邢紅玉, 孫玉寶

(河北工業大學 理學院, 天津 300401)

工科院校理科大學生創新與科研訓練實施方案研究

葉文江, 張志東, 邢紅玉, 孫玉寶

(河北工業大學 理學院, 天津 300401)

工科院校理科大學生培養具有基礎性和交叉性特點。基于河北工業大學物理專業大學生創新和科研訓練實施取得的經驗,總結了具體的實施方案。此實施方案可以加以推廣,能有效地促進大學生創新創業項目申請的公平公正,使真正有創新的項目得以實施,提高項目的先進性,同時還能使學生掌握一定的科研技能,為繼續深造打下良好的基礎。

創新與科研訓練； 基礎性； 交叉性； 實施方案

創新訓練是培養創新型人才的必然要求,是高等學校教學過程中實現素質教育和創新人才培養目標的重要環節,其注重受教育者的體驗和知識的內化,能夠使理論知識得到直觀的驗證,有助于知識的消化和能力的全面提高。創新訓練在培養學生發現、分析和解決問題的能力以及實踐、創新能力和創新精神等方面,具有不可替代的作用。河北工業大學物理系從2012年開始全面實施大學生創新與科研培訓方案，取得了一些成效，現簡述于下。

1 實施背景

根據《教育部 財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見》(教高[2011]6號文件)[1]和《教育部關于批準實施“十二五”期間“高等學校本科教學質量與教學改革工程”2012年建設項目的通知》(教高函[2012]2號文件)[2],教育部決定在“十二五”期間實施國家級大學生創新創業訓練計劃,目的是促進高等學校轉變教育思想觀念,改革人才培養模式,強化創新創業能力訓練,增強高校學生的創新能力和在創新基礎上的創業能力,培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才。不同的高校,包括“985工程”院校、“211工程”院校和地方高校結合本校的辦學特點和實際情況,提出了大學生創新創業訓練計劃項目的研究與實踐改革方案[3-7]。河北工業大學更是把此項目列為“十二五”期間教育部實施的“本科教學工程”項目,制定了“河北工業大學‘大學生創新創業訓練計劃’項目管理辦法”(校政字[2012]163號文件)[8],提出了很多便于項目開展的優惠政策,為項目的順利完成提供保障。即便如此,項目實施過程仍然存在一些問題，如教師和學生的創新意識欠缺、協同創新能力較差、參與創新訓練的學生選拔制度和項目考核制度不完善等。

此外,大學生參與科研訓練在很多大學里一直是大學生能力培養的重要手段,尤其是部屬高校。有的學生甚至從大二就開始跟教師進行科研訓練,到大學畢業時已完全掌握了從事科研的方法,為研究生階段的學習打下了良好的基礎,很容易取得更大的成績。河北工業大學也鼓勵大學生參與科研訓練,不過主要是針對優秀班的學生。相對于普通學生,優秀班的學生在課余時間要學習很多與科研相關的知識和技能,自然在科研訓練中存在一定優勢。不過,如果普通學生真正對科研有興趣的話,從事這項訓練也會取得很好的成績。如何擴大學生參與科研的范圍,讓更多的學生都參與進來并進行管理,也是實施方案研究的一個重要方面。

河北工業大學是典型的地方工科院校,應用物理系專業方向是液晶物理,是國家級特色專業,其目標是培養液晶物理人才,為液晶行業注入新鮮血液。基于液晶在顯示中存在的問題及液晶在非顯示領域的應用,物理系的教師從2012年開始連續3年指導學生申請大學生創新項目,每年都有國家級立項項目。目前,2012和2013年的項目已結題,指導學生發表中文核心期刊論文5篇,申請授權實用新型專利2項。同時,指導學生科研訓練發表論文8篇。本文基于大學生創新項目和科研訓練實施取得的經驗,總結了工科院校理科大學生創新與科研訓練的實施方案,為其他工科院校理科大學生創新與科研訓練實施提供借鑒。

2 實施方案

物理學科是基礎學科,與其他學科(如電氣、材料、電子、信息、生物等學科)有緊密的聯系,為其他學科提供基礎理論。液晶物理方向更是跨多門學科的研究方向,液晶顯示領域涉及光學、材料、電子及計算機等多個學科,液晶非顯示領域涉及電氣、材料、信息、生物等多個學科[9]。因此,物理專業大學生創新與科研訓練計劃的基本原則是發揮不同學科的優勢,形成互補,加快創新成果的周期。同時,指導教師也要在專業領域和專業相關的領域具有一定的基礎。除此之外,合理的選撥與考核制度能夠保證和監督訓練過程的順利實施。具體實施方案為:

(1) 指導教師自身業務及創新能力培養。如何為指導教師營造一個良好的學術氛圍,提高指導教師的科研水平及創新能力,并滲透到日常教學中,使學生受到啟發。首先,指導教師要不斷學習基本知識,把握學科發展動向；其次,定期召開學術討論會,及時糾正思路。

(2) 學生創新與科研訓練能力的培養。教授學生如何把握創新點,對提出的問題如何進行分析,抽象出創新點；如何使學生得到有效的科研鍛煉,為研究生階段的學習打下良好的基礎。教師在課堂教學中傳授科研經驗和技巧,學生要具體實踐,達到充分領會。

(3) 協同創新機制。如何使不同學科教師與學生之間達成合作意向,針對某一項目共同完成,充分發揮各自的優勢,實現協同創新[10-12]。針對物理專業的特點,其創新與科研訓練可能涉及信息、材料、電子等多個學科,可以嘗試與這些學科之間的合作。

(4) 創新與科研訓練學生選拔制度。創新和科研訓練的主體是學生,主要針對有興趣和一定基礎的學生,要求學生對項目的完成有必勝的信心,并且付出一定的辛苦,因此選拔學生具有非常重要的意義。可以通過考試加面試的形式,有針對性地選拔學生,使學生在創新和科研訓練中真正得到鍛煉。

(5) 創新與科研訓練項目考核制度。對獲批的創新項目,學校要進行中期檢查,目的是使項目按照預期的進度開展,并且保證質量。為了配合學校的檢查,同時也為了項目的順利完成,建立一個定期檢查考核制度,對完成較好的項目提出表揚,較差的項目提出警告,不同的項目之間定期進行溝通,形成互勉。科研訓練項目定期設定目標,完成較好的給予適當的物質獎勵,較差的也要給予精神上的鼓勵和實際幫助。

通過實施方案的實施,能夠達到3個目的:一是教師和學生創新與科研能力的培養,提出更多的創新點,發表更高水平的研究論文；二是創建合理的學生創新與科研訓練選拔競爭機制,充分調動學生參與項目的積極性；三是建立完善的創新與科研訓練項目考核制度,對每一個創新和科研訓練項目監督,促進項目按質按量完成。

3 實施案例

下面以2013年國家級大學生創新訓練計劃項目“液晶盒電容測試儀器的開發與應用”的申請與實施為案例分析實施方案的成效。

3.1 “液晶盒電容測試儀器的開發與應用”的申請與實施過程

液晶盒的基本構造是在2塊透明導電玻璃之間充入一定的液晶,其本身構成一個電容器[13]。與一般的固定電容器不同,液晶盒電容是可調的。在外加電壓作用下,液晶指向矢發生形變,整個液晶層的介電常數會隨之改變,這樣液晶盒的電容亦會發生變化[14]。利用液晶盒電容隨外加電壓的變化(C-V曲線),可以對液晶材料的彈性常數、介電常數、撓曲電系數及液晶盒基板的錨定能[15]等參數進行實驗測量。之所以選取“液晶盒電容測試儀器的開發與應用”這個題目,是由于液晶盒電容的精確測量在液晶材料特性及液晶器件參數確定中的作用。美國Agilent公司精密LCR表可以精確測量液晶盒電容,但是,儀器相對非常昂貴,而且由于需要脈沖直流電壓信號,液晶材料的撓曲電系數無法測量。關于液晶材料撓曲電特性對液晶盒電容的影響[16-17]及電容法測量撓曲電系數的設計方面的理論分析[18],指導教師已進行過詳細的研究,這些能夠保證項目的創新性,也為指導教師開展指導工作提供基礎。同時指導教師講授專業課的過程將最新的研究成果滲透進去,讓更多的學生了解,激發學生的興趣。

確定了題目之后,開始選拔學生,采取雙向選擇方式,召集準備做項目的學生和指導教師見面協商。指導教師可以把自己項目的研究內容、要求及預期達到的成果介紹給每一位學生,同時學生也要介紹一下自己的特長,使有興趣和有一定基礎的學生選擇最適合自己的項目進行研究。基于項目的研究內容,需要設計電路，并對其進行驅動控制,還要對液晶盒電容方面的理論分析,項目最終確定的負責人為物理專業的學生,項目組成員包括物理專業和信息專業的學生各1人。物理專業的學生主要負責液晶盒電容的理論研究及數值計算,為信息專業的學生設計電路提供必要的理論數據,而液晶盒電容測試儀電路的開發主要由信息專業學生負責完成。

項目實施過程中,為了項目的順利完成,每周項目組成員與指導教師進行交流,對遇到的問題及時解決,每個月不同項目組之間還要進行交流,互相學習成功的經驗。正是在此實施方案的引導下,“液晶盒電容測試儀器的開發與應用”取得了優異的成績,共發表中文核心期刊論文3篇,申請授權實用新型專利1項,達到了學生創新能力培養的目的。

3.2 “液晶盒電容測試儀器的開發與應用”的實施步驟與效果

學校開設的優秀班要求學生必須參加科研訓練活動,還要上報科研成果或訓練收獲。通過教師在課堂上對科研訓練重要性的講解及教師科研能力的成果體現,學生根據自己的興趣和理想選擇合適的教師作為項目指導教師,制定科研訓練計劃,明確科研訓練計劃的目標,并付諸行動。筆者在“計算物理”課程教學過程中,除了講授一些基礎的數值計算方法和計算機編程技巧外,不斷地滲透關于液晶顯示特性的計算,并將自己從事科研取得的成果展示給學生,連續2年(2013—2014年)指導3名優秀班的學生從事科研訓練。制定了嚴密的訓練實施步驟:

(1) 液晶物理及液晶器件物理相關理論的學習,包括液晶彈性理論、動力學理論等；

(2) 液晶器件顯示特性的模擬計算,熟練掌握液晶顯示電光特性、視角特性及動態響應過程的計算；

(3) 精通液晶器件工藝及顯示特性測試,能夠獨立進行液晶盒的制作及測試；

(4) 基板錨泊能對液晶微波調制特性的影響。

經過2年的訓練,學生自身科研能力有了很大的提高,掌握了液晶顯示特性計算的基本方法和液晶器件性能測試的基本實驗技能,由學生發表中文核心期刊論文2篇,申請授權實用新型專利1項。正是在此實施方案的引導下,也是在3位學生的激勵下,班里其他對科研感興趣的學生也投入到訓練當中。這些做法都極大地增強了學生從事科研訓練的興趣,達到了提高學生科研能力的目的。

4 結束語

本文基于河北工業大學應用物理專業的特點,研究了工科院校理科大學生創新與科研訓練計劃的實施方案,結合應用物理專業創新與科研訓練計劃的實施說明了方案的效果。關于創業訓練計劃也可以在此基礎上加以引伸,培養學生的創業能力。本實施方案可以加以推廣,能有效地促進大學生創新創業項目申請的公平公正,使真正有創新的項目得以實施,提高項目的先進性,同時還能使學生掌握一定的科研技能,為繼續深造打下良好的基礎。

References)

[1] 教育部、財政部關于“十二五”期間實施“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的意見[ED/OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s6342/201109/125202.html.

[2] 教育部關于批準實施“十二五”期間“高等學校本科教學質量與教學改革工程”2012年建設項目的通知[ED/OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5666/201202/xxgk_130542.html.

[3] 劉長宏,李曉輝,李剛,等.大學生創新創業訓練計劃項目的實踐與探索[J].實驗室研究與探索,2014,33(5):163-166.

[4] 高原.大學生創新創業訓練計劃項目過程管理的研究與探索[J].實驗室科學,2013,16(6):158-163.

[5] 郭莉,王菡,王栩楠.探索“大學生創新創業訓練計劃”的管理模式[J].現代教育技術,2012,22(6):118-121.

[6] 李洪濤,應航,來平凡.地方高校大學生創新創業訓練體系的探索與構建[J].西北醫學教育,2013,21(5):863-865.

[7] 史寶中,袁俊茹,張雅妹.大學生創新創業訓練計劃的人才培養模式探究[J].黑龍江教育學院學報,2013,32(10):5-6.

[8] 關于下發“河北工業大學大學生創新創業訓練計劃項目管理辦法”的通知[ED/OL].http://oa.hebut.edu.cn/ztg/40787.nsf/(AllDocsByUnid)/AFCAA60C3B2A6D0348257AA100314B77?OpenDocument.

[9] Yang D K,Wu S T.Fundamentals of Liquid Crystal Devices [M].Chichester:John Wiley & Sons Ltd,2006.

[10] 馬忠麗,劉宏達,王曉迪,等.論構建“協同創新”大學生創新平臺體系的必要性[J].實驗技術與管理,2013,30(11):34-39.

[11] 吳紹芬.協同創新與高校科技創新能力的提升[J].高校教育管理,2012,6(6):16-19.

[12] 李祖超,梁春曉.協同創新運行機制探析[J].中國高教研究,2012(7):81-84.

[13] Stephen William Morris.Measurements of the elastic constants of a liquid crystal [D].Vancouver:University of British Columbia,1985.

[14] 崔文靜,邢紅玉,葉文江,等.液晶可調電容器的研究[J].液晶與顯示,2013,28(2):173-178.

[15] 葉文江,劉小松,宋曉龍,等.基板錨定特性對液晶盒電容的影響[J].液晶與顯示,2014,29(5):686-691.

[16] 崔文靜,邢紅玉,張艷君,等.撓曲電效應對向列相液晶盒電容的影響[J].數值計算與計算機應用,2012,33(2):142-150.

[17] 崔文靜,邢紅玉,張艷君,等.混合排列向列相液晶盒電容特性研究[J].液晶與顯示,2012,27(5):608-612.

[18] Ye Wenjiang,Xing Hongyu,Cui Wenjing,et al.Determining the sum of flexoelectric coefficients in nematic liquid crystals using the capacitance method [J].Chin Phys B, 2014,23(11):(1-8).

Study on execution plan on innovation and scientific research training for science college students in engineering universities

Ye Wenjiang, Zhang Zhidong, Xing Hongyu, Sun Yubao

(School of Sciences,Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)

Education of science college students in engineering universities has the feature of fundamentality and intersectionality.Based on the experience acquired during actualizing the innovation and scientific research training for the students of physics division of Hebei University of Technology,the specific execution plan is summarized. When being generalized,this plan would accelerate the fairness of innovation and entrepreneurship project application so effectively that the truly innovative project could be executed to enhance the advancement of project.At the same time it can also make the students master the certain scientific research ability to lay a good foundation for the further study.

innovation and scientific research training; fundamentality; intersectionality; execution plan

2014- 03- 09

河北省高等教育教學改革研究項目(2012GJJG164);河北工業大學教育教學改革研究項目(201303002)資助課題

葉文江(1976—)，男，河北石家莊，博士，副教授，應用物理系系副主任, 從事液晶器件物理及實驗室建設與管理方面的研究工作.

E-mail：wenjiang_ye@hebut.edu.cn

G424.28

A

1002-4956(2015)7- 0019- 03