科研訓練作為一種教學方式的探究與實踐*

紀登輝 史少輝 封順珍 李金花 李 梅

(石家莊學院物理學院 河北 石家莊 050035)

張聰敏 趙玉一 王現忠

(石家莊學院圖書館 河北 石家莊 050035)

1 引言

應用型大學以培養應用型人才為辦學定位，但學術性也不可謂不重要.教學是立校之本，科研是強校之路，科研反哺教學[1].本科院校物理學專業多以培養中學教師為目標，要求學生掌握物理學科的基本理論、基本知識，具備初步的物理教學、實驗研究能力.而科學研究訓練是培養學生自學能力、研究能力、思維能力、表達能力和組織能力的有效方式方法之一.

在中國知網數據庫中，以“本科生”與“科研”作為關鍵詞精確搜索，截止2020年9月2日共搜索到詞條1567條[2].隨著教育的發展，國內研究者對本科生科研的關注度逐漸升高，尤其是2006年到2015年之間，論文數量呈現直線增長的趨勢，隨后幾年基本穩定在120篇/年的發文量.發表論文的研究機構達到40所，首都醫科大學以26篇發文量位居榜首，吉林大學以19篇位于第二，湖南中醫藥大學與北京師范大學以17篇并列第三.40所研究機構中醫學類高校占據大多數席位，共17所，占比42.5%.河北大學是河北省唯一一所入圍高校，發表科研成果8項，靳明、王獻玲、韋麗紅等人發表在《實驗技術與管理》期刊上的《基于本科生科研創新能力的探究型實驗設計與實踐》[3]，設計了生活中固體廢棄物制備活性炭及吸附性能測定實驗，通過對活性炭的碳源選擇、制備條件、形貌和吸附性能等方面的探索和實踐，鞏固了學生的理論知識，培養了學生的動手能力和創新能力.周志軍與楊麗坤共同發表的《科研成果轉化為本科生創新性綜合實驗探索》建議為高年級本科生開設綜合實驗課[4]，在實驗內容設置上應緊密聯系當前的研究熱點，隨時將新的成熟科研項目優化、融入到綜合實驗教學中.此外，有6項科研成果主要針對國內醫學類、旅游類本科生以及美國研究型本科生科研能力情況進行研究與探討.

湘南學院的李傳華等人對地方本科院校理工科學生參與科研訓練情況進行了探索[5]，指出學生科研意識不強，學校科研經費投入不足，組織管理不到位，師資隊伍建設滯后等現狀與問題.綜合類老牌院校基礎條件好，科研平臺多，師資力量雄厚，碩士生、博士生帶動本科生，科研氣氛較強.但是，地方性本科院校大部分沒有研究生培養任務，師資與科研平臺不足，本科生科研素質培養帶動創新思維和創新能力不強.因此，地方性院校如何增強學生參與科學研究的意識，提高學生的創新能力，獲得創新思維成為亟需解決的問題.本文將石家莊學院物理學專業學生作為研究對象，通過探索合理可行的科研訓練模式，輔助課程設計來實現培養目標及畢業要求，提升學生創新思維，探索人才培養新模式.

2 物理學專業科研訓練情況調研及分析

科研訓練情況網上問卷包括9個方面的內容，如表1所示，涵蓋入學初期的科研訓練基礎、科研訓練興趣、科研訓練計劃、科研訓練需求、科研訓練目的等5個維度.有效問卷185份，其中大一、大二、大三、大四所占比例分別為21.6%,29.2%,19.5%,23.2%，已畢業6.5%.針對題目1，有91.4%的同學在進入大學之前沒有接觸過科研項目，說明學生的科研基礎較弱.針對題目2，有著濃厚興趣的占比為55.7%、有點興趣的占比38.4%、完全沒有興趣的占比5.9%，說明了學生具有較強的科研意愿及興趣.針對題目4，選擇應當及早地普及科研宣講選項占比最高為88.6%，說明了學生對科研項目訓練的迫切需要.針對題目7，選擇打算積極參加科研小組的同學占比71.9%，再次說明了學生具有較高的科研興趣.針對題目3，何時參與科研項目比較合適，選擇大一、大二、大三、大四、研究生、不確定的占比分別為18.9%,35.7%,21.1%,5.4%,12.4%,6.5%.可以看出，大部分學生認為在本科階段有必要進行科研項目訓練，并認為在大二最合適，這與學生知識儲備逐漸增多有關.題目6為多選題，其中科研學習的體驗、申請發明專利、發表學術論文、為畢業論文打基礎、為考研做準備、出于興趣愛好的占比分別為80%，31.4%，41.6%，56.2%，58.9%，64.9%，可以看出，學生一方面是希望通過訓練來增強科學研究體驗，一方面是出于本人的興趣愛好.題目8和9體現出學生希望開設物理學前沿講座與創新型課題的強烈意愿.

表1 物理學專業科研情況調研內容

3 階梯式科研訓練模式

3.1 階梯式科研訓練模式基本構架

圖1給出了階梯式科研訓練模式示意圖.該模式基于問卷調查與問題獲得情況，形成階梯式科研訓練模式雛形，通過試運行階段，發現并優化階梯式科研訓練模式，加強學生對前沿學科的了解，提高寫作與作圖技巧，培養科學的思維，形成嚴謹的態度，促進溝通能力、合作能力、翻譯能力的提高，實現科研反哺教學.采用互聯網+方式對物理學專業學生實時進行問卷調查與跟蹤，主要針對學生的科研認識、態度、需求、興趣等；對師資隊伍與硬件平臺等方面進行調研與分析，獲取影響本科生科研瓶頸問題；打造科研學習小組，提高學生科研能力.通過選擇合適的科研課題，組建科研小組，實行教師帶高年級學生，高年級學生帶低年級學生，階梯式科研訓練模式，形成良好的合作交流氣氛.以成果發表，申請專利，申報創新創業項目，參加相關競賽作為外動力，推進科研學習小組研究動力.探索適合階梯式科研訓練模式過程中的相應制度，既要考慮到學生的身心發展，又要有相應的退出機制，讓科研訓練真正成為幫助學生創新的途徑，而不是給學生帶來負擔.

圖1 階梯式科研訓練模式運行圖

3.2 階梯式科研訓練模式----以半導體功能材料仿真科研小組為例

在對學生開展問卷調查，對師資隊伍與硬件平臺等方面進行調研與分析的基礎上，開始組建科研學習小組.以半導體功能材料仿真科研小組為例，其階梯式科研訓練模式示意如圖2所示.

圖2 半導體功能材料仿真科研小組階梯式科研訓練模式示意圖

半導體功能材料仿真科研小組由兩名骨干教師負責課題的論證以及日常科研運行過程中問題的解答與處理；團隊核心人員由畢業生、大四、大三、大二、大一學生構成，形成階梯式科研訓練梯隊，每個梯隊2～3人；科研小組運行過程中，導師因材施教，根據不同年級學生的特點，選擇論證相應的科研訓練計劃，重點培養高年級學生的科研訓練能力，提高創新思維；大三、大四是科研小組主力，大一、大二學生主要學習綜述類文獻；高年級學生在保證自己學業情況下，完成好自己科研課題，利用課余時間指導低年級學生進行基礎性研究工作；低年級學生在完成自己專業科學理論、專業技能、專業方法前提下，利用課余時間，在科研訓練及研究過程中增強科研意識，培養科研訓練興趣，提高科研訓練技能.

“導-高-低”階梯式科研訓練模式以課題為引導，成果產出為激勵措施，近年來發表論文4篇，其中EI收錄1篇[6]，中文核心2篇[7,8]，普刊1篇[9]，申請發明專利1項[10]，校級優秀畢業論文2篇[11]，院級優秀畢業論文4篇，互聯網+創新創業大賽校級三等獎1項[12]，如圖2所示.科研訓練研究成果產出的同時，培養了地方性高校學生對科研訓練的熱愛、對知識的向往以及嚴謹的科學態度，同時，交流協作能力、語言表達能力、知識轉化能力都得到了顯著提高.該模式是對高校本科教學的一種嘗試性探索，在一定程度上實現了科研與教學的有機結合，科研反哺教學.

3.3 半導體功能材料仿真科研小組組內成員感悟

畢業生甲:所有的鋪墊，所有的付出都是為了最后實驗結果得出結論.為了得到這個結論，從前期的零基礎學習，到動手去計算、繪圖，再到最后的數據分析總結，這個過程會經歷很多次的失敗，很多次的迷茫和疑惑，反復著這些事，很單調也很枯燥.但是,當所有的數據積淀匯總，就會得到很多意想不到的收獲.我們做人做事也是一樣，只有經歷了才會成長，只有去不斷地完善，不斷地去做才會得到你想要的結果，甚至超出預期.

大四學生乙:撰寫論文以前，我們一定要對論文選題有所了解，明確它所包含的內容，然后根據其內容和題目去查找相關文獻，進行調研，開始不需要看得太細致，把其中有用的部分摘出來或作相關記錄.如果導師推薦了文獻，需要著重進行閱讀.當自己的論文包含計算或實驗部分，前期一定要熟悉相關操作并多次重復以免出錯，這一部分將會是科研訓練成果的靈魂，一定要保證其準確性.

大二學生丙:在這幾個月里，我學習到了一些新知識，對科研有了一定的了解，學會了兩種新軟件的使用，對文檔的處理有所提高，知道了寫論文有哪些注意事項.這些新知識對我以后的讀書、工作都會有很大的幫助.同時，我也有許多需要反思的地方，比如學習的主動性，溝通協調能力，工作效率等都需要提高，學習要深入，不能淺嘗輒止，不懂就要問、就要查，不能只拘泥于現有知識，要主動探索拓展.

4 結束語

教學是立校之本，科研是強校之路，科研反哺教學，但地方性高校學生科研機會及平臺較少.本文通過科學調研，在掌握學生學情的基礎上，構建了階梯式科研訓練模式，實現了“導-高-低”三維一體教學模式，形成了導師引領，學生主體，高低年級有機結合的半導體功能材料仿真科研小組.階梯式科研模式的運行，不僅豐富了學生的學習體驗，培養了其對科研的熱愛，對知識的向往，形成了嚴謹的科研態度，而且交流協作、語言表達、知識轉化等能力都得到了顯著提高，實現了教學與科研的有機結合.