以研究能力培養為導向的課程教學改革與實踐

魏 維，劉雙虎，鄒茂揚，王鐵軍，文 武

（成都信息工程大學 計算機學院，四川 成都 610225）

0 引 言

走中國特色新型工業化道路，迫切需要培養一大批創新型工程人才。參與“卓越工程師培養計劃”的專業，努力實踐，探索如何培養一大批能夠適應和支撐產業發展的創新型工程人才[1-3]。讓本科學生具備一定的科研能力是培養與提高本科生創新意識、創新思維和創新能力的內在需求。

美國、澳大利亞、英國等國家高校十分注重本科課程中研究能力的培養。麻省理工學院從1969年開始就推行本科研究機會計劃（undergraduate research opportunity programmes,UROP）[4]，英國和澳大利亞的一些高校鼓勵本科生參與科研，研究成為正規課程的一部分，通過正規的課程學習獲取研究經驗[5-6]。1980年開始，美國教育界對本科教育的培養目標進行了新的定位，由原來的培養全面發展的人才轉變為培養創新型人才，各個大學對教學方式和培養體系進行了改革和創新[7]。我國本科生培養中，課程教學普遍重知識傳授，輕研究能力培養。學生科研能力與科研素養培養涉及環節眾多，且各環節具有很強的相關性。

1 科學研究能力內涵與意義

科學研究需要多方面的能力, 如把握、跟蹤領域的研究前沿和熱點能力、發現問題的能力、科研思維和創新能力、科研實踐能力、科技文獻查閱能力、科技成果整理與寫作能力等[8]。科研素質包括科學的思維方法、良好的行為規范、學術道德、誠信精神、嚴謹的態度等。科研能力和科研素質是科研工作者必備的能力素質，也是碩士生學會研究的重要內涵。

基本的科研能力和科研素質培養應先通過1門專業課程來實現，然后再推進本科生的各項研究計劃。這些課程學習的環節不僅要發展學生運用適當的原理和方法來認識、理解、揭示、質疑、批判、反思等能力，更應該重點注重學生基本科研能力、基本科研素養培養。如果能夠在課程教學過程中將知識傳授和培養基本科研能力結合起來, 有助于學生早日具備良好的科研能力和素養, 為他們順利開展本科研究項目打下基礎。在課程教學中，采用研究性/探究性教學模式，給予學生研究體驗, 通過促進學生科研認知與實踐能力的提高來實現其長遠發展目標，最終學生才能適應瞬息萬變的社會，從而受惠終生。

2 專業課程基本科研能力及基本科研素養培養

2.1 熟悉并經歷科研項目開展的過程

科學研究的過程一般主要包括：問題、創意的提出；信息檢索、分析與文獻管理；開題；設計、實驗、計算；研究成果整理與發表（口頭報告、論文、專利）；同行評價、引用、應用；發展、延伸出新的問題。科研程序是科研工作進行中表現出來的階段及過程。

在課程中要求每個學生必須同步完成選擇一個專題（與課程相關），針對此專題/主題開展簡化的項目研究過程，學生體驗完整的科研基本程序和過程如圖1所示。學生通過課程中親身體驗，熟悉可簡化的科學研究開展基本程序和過程，為后續實施“壓頂石”的研究項目科研能力培養奠定基礎。課程中簡化的科研體驗依次經歷專題學習、算法改進，然后作一個報告、最后調試完成一個系統（根據現有的論文和算法）、撰寫一篇論文（文獻綜述）。以上是基本要求，對基礎較好的同學則相應調整兩個環節達到較高要求：撰寫自己改進后的論文、實現或改進一個系統。

圖1 課程中學生體驗完整的科研基本程序和過程

2.2 基本科研能力和素養培養的落實

2.3 課堂教學方式方法改革

課程承載的“基本科研能力培養及基本科研素養養成”決定了課程教學除基于傳統的“講授—接受”教學模式外，還需綜合“學生參與式教學、探究式教學 ”等教學模式，并適當結合“翻轉課堂”進行課程教學。

探究式教學：課題的選擇和展開就是在教師的指導下，通過研究性的學習方式，主動地發現問題、分析問題和解決問題的過程。從而在項目展開過程中，學生探究式地完成整個科研過程。

參與式教學：學生參與“報告、調試或實現/改進一個系統”等環節的成績評定；學生自己選擇自己的研究主題、確定報告內容、選擇要調試或實現/改進的系統。

表1 基本研究能力及科研素養在課程中的落實與培養

適當結合翻轉課堂：課堂補充文獻檢索、論文閱讀、文獻撰寫等“微專題”，學生在課外完成整個課題的研究過程，課堂變成了老師學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括報告、討論、系統演示等，具備了翻轉課程的特征。

2.4 考核方式改革

用多元評價機制，以課程教學全過程為載體進行研究能力培養，需要采用多元的考核方式，考查學生學習過程中學習的能力、應用知識的能力，需要借助項目實踐表現、答辯等手段完善多元化的考核與評價體系。

典型的課程考核方式：①過程考核（70%），包含3部分，其中論文成績占40%，系統調試成績占30%，專題報告成績占30%；②平時成績占（30%），其中實驗占80% ，出勤占20%。

兩類 Heisenberg 群上的 Hausdorff 算子的最佳常數 ····················郭久華 (5,721)

3 關鍵途徑與實現路線

3.1 “討論”環節是提升科研能力的有效途徑之一

討論主題預先布置給學生。為了參加主題討論，學生先要查閱大量相關資料，并進行閱讀和分析，理清此專題的研究思路、方法、技術。然后理解實現工程的細節，對整個工程實現有個全面評價。最后歸納、總結出每一方法的優點和不足之處，提出認為可以進一步研究的努力方向。討論課時，將自己準備的資料和思想完美表達出來，使得同學和老師認同，回答教師和同學的問題。

3.2 項目實踐是培養學生實踐研究發現問題、解決問題能力的有效途徑之一

實踐項目的完成，不僅在課后花費大量的時間和精力查閱最新資料、掌握領域的研究現狀、對比總結主流的方法及存在的局限，更重要的是要探究設計完成自己的方法。項目實踐過程中，學生研究發現問題、解決問題的能力均得到提升。

3.3 “跨學科”和“前沿性”內容有助于科研創新能力的培養

跨學科的討論課程、跨學科領域內容的引入，對于自身科研創新能力的培養作用十分明顯。筆者在課程中設置“人腦視覺系認知”的一章內容，從認知神經與計算機學科交叉的角度引導學生進行研究性學習。認知神經學的引入，使得學生從全新視角考慮問題，學習積極性大增，激發了研究的興趣，培養學生的科研能力的過程也顯得輕松和有趣。

3.4 專題報告是綜合訓練學生科研素質的形式之一

學生報告環節不僅有助于了解和掌握課程的主要知識點和該領域的最新研究成果，而且在主題選擇、專業論文閱讀、歸納能力、表達與展現能力、快速思考能力、專業論文的寫作能力等方面都能得到訓練和提高。

每一個主題包括很廣泛的內容，應根據報告的目標來組織報告內容。細節方面，還需要考慮聽眾通過這次報告應掌握和理解哪些內容。要求先確定報告的目標，再圍繞目的去組織、調整、取舍和制作PPT。報告技巧上還需考慮報告時的互動和研討環節、規定時間的收放掌握等。這些實踐有助于培養學生對科研課題的選擇能力和敏銳度。

3.5 “論文”環節是提高學生成果整理和寫作能力的有效途徑

無論是綜述性還是其他研究成果的論文，研究生能夠學習科技論文語言的正確表達，掌握科學語言的規范使用，促進良好學術道德的養成。

4 實踐與探索

探究性是研究能力培養關注的本質屬性，筆者在3屆以上的媒體計算與內容分析和軟件工程理論與應用課程中，按此方法進行了以研究能力為導向的課程教學模式改革。采用多種教學模式組合進行課程教學，課程的研究性氛圍濃，學生的研究能力提升明顯。主要用到研究式教學、傳統教學模式、拋錨式教學模式、合作學習模式，以及自學─輔導式等教學模式。行課中靈活采用啟發式、研討式、參與式、案例式、以問題為本等豐富的教學形式進行教學。

以媒體計算與內容分析課程為例，學生對課程在基本科研能力及素養培養各方面的匿名評測結果如圖2所示。通過匿名問卷調查分析，修完課程后學生認為自己對應的基本科研能力在課程學習中得到提升，基本科研素養得到培養和加強。學生對課程的滿意度提升。

圖2 學生對課程在基本科研能力及素養培養教學產出評價

5 結 語

在本科生研究能力培養體系中，研究計劃項目實施是培養研究能力與研究素質的“壓頂石”，而課程內基本科研能力與素質培養則是“地基”。

以基本科研能力及素質培養為主線，以課程內容為載體，通過教學模式的整體優化轉換，實踐了研究能力導向的教學改革。以學生為中心，采用探究性教學，學生參與教學過程，帶動了課堂教學師生關系、教學評價、教學管理等一系列改革。實踐證明，通過改革，學生的基本科研能力及素質得到了系統提升，為后續各項本科研究計劃中繼續提高研究能力打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]魏維, 謝明元, 何晉, 等. 試析卓越計劃中的校政企關系[J]. 高等工程教育研究, 2012(4): 45-49.

[2]魏維, 謝明元, 何晉, 等. 試論專業生態環境建設[J]. 高等工程教育研究, 2013(6): 137-142.

[3]魏維, 何嘉, 何晉, 等. 以專業建設理念為引領 分層分流培養卓越工程師[J]. 中國大學教學, 2014(6): 49-52.

[4]Available UROPs Available UROPs [EB/OL]. [2017-07-18]. http:// web.mit.edu /urop/research/.

[5]Willison J, O’Regan K. Commonly known, commonly not known, totally unknown: a framework for students becoming researchers[EB/OL]. [2017-07-18]. www.eric.ed.gov/ERICWebPortal/recordDetail?accno=EJ778291.

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[7]王國紅. 美國本科生科研的實施措施和對師生的影響[J]. 高等工程教育研究, 2010(3): 122-125.

[8]趙維昌, 朱冰. 學會學習、學會研究、學會創新: 對本科生、碩士生、博士生素質教育的思考[J]. 學位與研究生教育, 2011(2):52-56.