“以小課題為載體、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室為開放情境”的教學(xué)方法設(shè)計(jì)及實(shí)踐

朱丹

摘要：根據(jù)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才對(duì)高等教育的迫切需求，調(diào)研分析當(dāng)前研究型教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，開展“以小課題為載體、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室為開放情境”的教學(xué)方法設(shè)計(jì)及實(shí)踐。通過結(jié)合大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目的執(zhí)行，以科創(chuàng)題目作為小課題載體，創(chuàng)設(shè)開展科創(chuàng)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)驗(yàn)室為教學(xué)開放情境，引導(dǎo)學(xué)生確立小課題，通過選題、自主設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)研究，以及進(jìn)行小研究課題的數(shù)據(jù)分析處理，提升研究?jī)?nèi)容，撰寫總結(jié)報(bào)告等，培養(yǎng)學(xué)生以創(chuàng)新能力為代表的綜合能力。

關(guān)鍵詞：小課題；大學(xué)生研究訓(xùn)練；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）43-0172-02

高層次、高素質(zhì)和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的迫切需求。1998年，卡內(nèi)基教學(xué)促進(jìn)會(huì)下屬的博耶本科教育委員會(huì)發(fā)表了題為《重建本科生教育：美國(guó)研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》的研究報(bào)告，指出：“學(xué)習(xí)是基于導(dǎo)師指導(dǎo)下的發(fā)現(xiàn)而不是信息的傳遞。在研究型大學(xué)，要由那些既傳遞知識(shí)，又發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造、應(yīng)用知識(shí)的人來教學(xué)生，要將本科生從接受者轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄空??！眻?bào)告公布后，在美國(guó)各研究型大學(xué)掀起了本科教育改革的浪潮，建構(gòu)以科研與教學(xué)相結(jié)合的本科教育體系，成為美國(guó)高等教育改革的熱門話題。美國(guó)的眾多高校將“科學(xué)研究方法”作為大學(xué)低年級(jí)本科生的一門必修課開設(shè)，并且通過多種方式有目的、有計(jì)劃地對(duì)本科生進(jìn)行系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，構(gòu)建研究型的教學(xué)體系。例如，麻省理工學(xué)院實(shí)施“本科生研究機(jī)會(huì)方案”、加州伯克利分校實(shí)施的“本科生科研實(shí)習(xí)生計(jì)劃”等，加強(qiáng)本科生教學(xué)和科研的結(jié)合。

國(guó)內(nèi)方面，2009年《文匯報(bào)》發(fā)表了以“中國(guó)大學(xué)為何創(chuàng)新力不足”為題的“錢學(xué)森世紀(jì)之問”，引發(fā)了中國(guó)大學(xué)的深思和在教育教學(xué)方面的改革探索和實(shí)踐。中國(guó)的大學(xué)推動(dòng)教學(xué)改革，加速實(shí)現(xiàn)從單向知識(shí)傳授的傳統(tǒng)型教學(xué)向培養(yǎng)能力、關(guān)注創(chuàng)新型教育的研究型教學(xué)轉(zhuǎn)變。清華大學(xué)通過對(duì)國(guó)外著名大學(xué)人才培養(yǎng)模式的深入調(diào)研，摸索實(shí)施了一系列重要的“研究型”教學(xué)改革舉措，以培養(yǎng)“高層次、高素質(zhì)、多樣化、創(chuàng)造性”人才為目標(biāo)，通過實(shí)施“強(qiáng)基礎(chǔ)、寬口徑”的通識(shí)教育基礎(chǔ)上的寬口徑專業(yè)教育模式，開設(shè)“新生研討課”，推行“本科生導(dǎo)師制”，改善教學(xué)體系和評(píng)估機(jī)制等措施，以“大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃”、各種學(xué)科競(jìng)賽等作為有效載體，加強(qiáng)本科生的培養(yǎng)教育和科研的聯(lián)系，形成了一套以培養(yǎng)能力為主要特征的“研究型”教育新機(jī)制。華中科技大學(xué)“Dian組合”創(chuàng)新了項(xiàng)目制本科研究性學(xué)習(xí)模式，開發(fā)了本科生的科研潛力。

綜合上述，研究型教學(xué)是國(guó)內(nèi)外高等教育發(fā)展的重要方向，對(duì)培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才，具有十分重要的意義。其中，科創(chuàng)和研究訓(xùn)練等通過學(xué)生研究小課題的實(shí)踐訓(xùn)練方式，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要方式。開展以小課題為載體的教學(xué)方法的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，勢(shì)在必行。

在上述研究型教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的背景下，本文開展了“以小課題為載體、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室為開放情境”的教學(xué)方法的設(shè)計(jì)及實(shí)踐。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的主要實(shí)施過程，是學(xué)生個(gè)人或幾人組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，在科創(chuàng)項(xiàng)目導(dǎo)師的指導(dǎo)下，進(jìn)行選題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析處理和撰寫總結(jié)報(bào)告等工作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、組織能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，包括提出、分析和解決問題的興趣和能力。筆者在負(fù)責(zé)指導(dǎo)的南京航空航天大學(xué)大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目“光子輔助的寬帶毫米波陣列收發(fā)系統(tǒng)”的實(shí)施中，通過以科創(chuàng)題目作為小課題載體，創(chuàng)設(shè)開展科創(chuàng)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)驗(yàn)室為教學(xué)開放情境的教學(xué)方法設(shè)計(jì)和實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生確立小課題，進(jìn)行小課題的研究分工、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)，以及數(shù)據(jù)分析處理、撰寫總結(jié)報(bào)告等，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

第一，確立小課題的選題和研究分工。通過該環(huán)節(jié)，從選題開始激發(fā)學(xué)生探索問題的能力，創(chuàng)建能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的環(huán)境，同時(shí)培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和分工的能力。首先，引導(dǎo)學(xué)生負(fù)責(zé)人發(fā)揮主動(dòng)性，組建出一個(gè)由4位同學(xué)組成的科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)。隨后，結(jié)合筆者自身在微波光子學(xué)方面的科研，以及學(xué)生對(duì)微波和光子結(jié)合的前沿技術(shù)的興趣，通過討論確定科創(chuàng)項(xiàng)目的題目為“光子輔助的寬帶毫米波陣列收發(fā)系統(tǒng)”。在確定題目之后，通過對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和相互討論，進(jìn)行小課題研究的分工：四位學(xué)生分別負(fù)責(zé)“光子輔助的毫米波陣列收發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建”、“多路信號(hào)在光域的上轉(zhuǎn)換”、“光子射頻收發(fā)單元的實(shí)驗(yàn)搭建”以及“光載毫米波信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)搭建”四個(gè)部分的內(nèi)容。在這一過程中，師生組隊(duì)的模式對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力進(jìn)行了很好的鍛煉。以科創(chuàng)小課題為載體的研究式學(xué)習(xí)活動(dòng)，要求學(xué)生能夠理論聯(lián)系實(shí)際，不僅是要掌握相關(guān)學(xué)科的書本知識(shí)，還要發(fā)表自己的見解，提升通過查閱文獻(xiàn)等自主調(diào)研學(xué)習(xí)的方式追蹤和學(xué)習(xí)科研主題的能力。此外，要在課題選定、科研思路、可行性分析、合作分工等方面，嘗試全新的學(xué)習(xí)方式和合作方式。人的創(chuàng)新能力體現(xiàn)在吸取知識(shí)的能力、對(duì)周圍事物的理解能力、應(yīng)變能力和對(duì)未來知識(shí)的駕馭能力，而不僅是學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)知識(shí)的多少。這種創(chuàng)新能力必須要在實(shí)踐中培養(yǎng)，通過以小課題為載體、創(chuàng)設(shè)情境的研究討論，正是推動(dòng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的靈活、有效的實(shí)踐型教學(xué)方式。

第二，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室為開放情境的實(shí)踐性教學(xué)。通過自主設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)研究，以及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理，撰寫總結(jié)報(bào)告等過程，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題的創(chuàng)新能力，充分內(nèi)化所學(xué)知識(shí)，掌握進(jìn)行創(chuàng)新研究的基本方法?；诠P者所在的雷達(dá)成像與微波光子技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)，小課題的執(zhí)行主要通過引導(dǎo)、組織學(xué)生采樣理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來進(jìn)行研究。首先，理論分析基于偏振調(diào)制構(gòu)建光子輔助的寬帶毫米波陣列收發(fā)系統(tǒng)的原理。在此基礎(chǔ)上，基于Optic System仿真軟件對(duì)子系統(tǒng)和子功能產(chǎn)生進(jìn)行仿真。此階段，引導(dǎo)和組織學(xué)生思考、討論如何將光子輔助的寬帶毫米波陣列收發(fā)系統(tǒng)分解成有互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力。在仿真的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、分析、歸納，根據(jù)前述分工，對(duì)如何搭建“多路信號(hào)在光域的上轉(zhuǎn)換”實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，“光子射頻收發(fā)單元的實(shí)驗(yàn)搭建”以及“光載毫米波信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)搭建”等問題提出假設(shè)性解決方案，并讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、反饋、討論，對(duì)假設(shè)方案進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)，最終通過自主發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，內(nèi)化所學(xué)知識(shí)，掌握進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新研究的基本方法。在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，撰寫總結(jié)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)提升和表達(dá)能力。這種對(duì)創(chuàng)新研究方法的實(shí)踐訓(xùn)練，使得學(xué)生真正意義上地掌握了學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，并能夠把這種學(xué)習(xí)方法和能力運(yùn)用到他們的其他學(xué)習(xí)和后續(xù)工作中，內(nèi)化為個(gè)體的能力。

“以小課題為載體、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室為開放情境”教學(xué)方法的實(shí)踐，為以充分培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力等多方面綜合能力的研究性教學(xué)方法的實(shí)施提供了有益嘗試。通過結(jié)合大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目的執(zhí)行，以科創(chuàng)題目作為小課題載體，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)室為教學(xué)開放情境，引導(dǎo)學(xué)生確立小課題，通過選題、自主設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)研究，以及進(jìn)行小研究課題的數(shù)據(jù)分析處理，提升研究?jī)?nèi)容，撰寫總結(jié)報(bào)告等過程，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

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