工科研究生專業課高效教學方案探索

張 浩

(軍事科學院防化研究院，北京 100191)

進入21世紀以來，知識爆炸的態勢愈發明顯。根據中國科學技術信息研究所的統計數據，2017年全球研究者共發表SCI論文194萬篇，尤其是信息技術、醫學、新材料、能源與環境等熱點研究領域知識更新迭代愈發加快。在這種新形勢下，如何通過專業課的內容與教學模式設計，增強工科研究生在信息海洋中發掘信息[1-3]、消化掌握知識、設計方案、進而解決實際問題的能力，有助于推動我國研究生培養與創新工程發展[4]。本文基于筆者在軍事科學院研究生院開設《納米化學》課的實踐基礎，從激發科研興趣、筑強辯證思維、提升研究能力及成果表達能力出發，探討如何實現合理的課程內容設計與高效授課方式建立。

1 正確世界觀與科研大局觀的建立策略

研究生教育的首要任務是促使研究生形成正確的世界觀，使他們堅信辯證唯物主義，萬物有規律，以及科研實踐活動是闡明萬物規律并為我所用的唯一途徑。只有這樣才能激發研究生在本科四年專業通識教育的基礎上在科技領域繼續深造的熱情，確保專業課教學取得事半功倍的效果。言傳與身教均是傳遞世界觀的好方式，但在研究生基礎課密集飽滿的半年到一年時間中，前者顯得更加靈活與高效。

講述偉大科學家或科學發現背后的故事是傳達科研世界觀的良好方式，可以視情況穿插在授課途中。需要注意兩點，一是故事要凝練其精華講述，3～5 min為宜，亦可起到調節課堂節奏重新凝聚研究生注意力的目的，否則過于冗長不但會干擾潛移默化傳達世界觀的初衷，也會影響專業知識傳授；二是講述口吻要客觀，并使用開放性而不是總結性的結尾，因為敘述遠比說教要更有效、長效，且后者容易引起研究生的逆反心理。

適度地將科學史、軼聞穿插進課堂專業知識的傳授，還能調節氣氛，促使研究生產生對課堂的興趣，進而高效聽課與獲取知識。如何選擇合適的科學史段子？如何將故事與知識進行結合與穿插，筆者有以下兩點建議。

1.1 需與時俱進，介紹最新的科學故事

顯然，在課堂上講述達爾文在小獵犬號上的經歷或者牛頓的蘋果與萬有引力發現之關系是不合時宜的，也不會引起研究生的興趣。如何選擇最新最能激發研究生興趣的科學文章？筆者建議從每期《Science》和《Nature》及其子刊的社論部分選取。這些社論多是出自深編輯或者大科學家手筆，均為針對整個科研界方方面面的重大科學問題、最新研究進展、經費政策、歷史大事、科研倫理等進行深入的闡述，一般篇幅在2頁左右，深度、長度適中，既系統探討熱點科學話題，又能做到深入淺出通俗易懂，特別適合進行10 min左右的講述。因此，筆者在《納米化學》每次授課的開篇，都會精心選用一篇近期貼合授課主題的社論，與研究生分享。既起到很好的“熱身”作用，也能為他們展示開闊的全球科研視野。

1.2 需貼近科研、貼近聽眾，與專業知識講授無縫銜接

在授課的間隙，穿插科學小故事或蘇格拉底式的問答教學方式，能很好的調節課堂氣氛，使研究生保持大腦興奮，聽課效率高。臺下研究生目光是否注視教師是檢查授課內容是否吸引研究生最直接的判斷標準。筆者發現，根據授課知識的艱深程度與授課進程預估，相隔15～20 min安排一些貼切主題的故事分享或問答，能夠確保研究生全程緊跟教師授課。

圖1展示了一堂典型《納米化學》課(2學時，其20講中的第11講)的內容設置，用餅圖的分割描述授課時間的使用情況。本次授課的主題是眾所周知的石墨烯材料。教師首先用10 min分享了《Nature》2019年刊發的一篇社論，主題為紀念劍橋大學哲學學會成立200周年，闡述了該學會對現代科學的塑造，從而不僅有效地調動起了課堂熱度，也為下面講述從納米碳材料到石墨烯材料的發現與開發史做很好的鋪墊。隨后，重點介紹石墨烯的發現與基本性質，在其中穿插介紹石墨烯獲得諾獎的前因后果及獲獎者的逸事。在緊跟的第二節課上，首先介紹了筆者訪問英國石墨烯研究院的見聞，緊接著重點介紹了石墨烯的制備，隨之拋出請聽課研究生構思石墨烯應用與工業化推進的方案與前景，保持課堂氣氛熱度，再以石墨烯的應用情況介紹結束本次課程。從課堂反應來看，兩節課均無人看手機，證明課程設置較為成功，授課效果良好。

圖1 一堂典型《納米化學》課(2學時)的內容設置Fig.1 Content setting of a typical nano chemistry course(2 class hours)

2 科研方法論的高效構筑，實現“授人以漁”

從一名具備數理化基本知識的本科生，到能夠在科研任務中獨擋一面的研究生，除了進一步積累和夯實本學科專業基礎，至少需要具備以下能力：根據導師的課題任務檢索文獻獲取信息的能力；消化信息并提出研究不足之處的能力；針對熱點方向科學問題設計、完成實驗、分析數據、突破瓶頸的能力；以及撰寫論文/作報告等成果表達能力[5]。掌握了這幾種能力的研究生，無論是繼續從事科研工作或技術開發，都能夠獲得高效的進步。

如何通過專業課的內容設置和授課方式設計，實現以上能力的傳授？許多大學教授已有了比較一致的認識，那就是強化課程中的跨學科分組討論與答辯考核[6]。筆者根據開設《納米化學》專業課的實踐經驗，提出以下幾點建議。

2.1 按照課題領域分組，精選匯報文獻

筆者2006年在北京大學上博士基礎課時，各專業課的分組討論的分組方式多為研究生自發組織。筆者認為，授課教師應主動作為，對研究生的課題方向進行統計分析，按照課題相似性進行分組，并與所有組員共同調研、篩選出本研究方向最重要的文獻用于課堂作業。這種策略與研究生自發成組相比，會有兩點優勢。首先，將相同大方向的研究生成組，共同討論與自己未來科研密切相關的重要文獻，能夠更大的調動起研究生的興趣與主觀能動性，并使他們在后期課堂討論中獲得更大收獲[7]。其次，有助于授課教師全面掌握研究生的課題方向與潛在關注點，促使教師在后期備課能更加貼合研究生的知識需求，授課時也能有的放矢地激發其興趣，提升教學效果。下面以筆者承擔授課的《納米化學》為例，闡明這一策略。

圖2示出選修《納米化學》專業課研究生研究課題、研究方向分布、分組討論文獻情況。可以看出，38名研究生的專業方向主要集中在材料學、化學、醫學三大領域。雖然他們研究課題方向有差異，但仍能夠比較合適地分為儲能材料、功能材料、傳感器、生物消解、有機合成、分析檢測和含能材料七個分組。在分組之后，筆者與各小組的組員共同檢索、確定了課堂分組討論的文獻。文獻的選擇標準為：本領域近5年來的高引文獻，最好是發表在頂級期刊上。訂立此標準的考慮一是頂級的文獻創新性更強，工作量大且系統，該領域研究生對其進行精讀可謂事半功倍；二是直接將本領域科研成果的最高級系統展示在研究生面前，促使其全面了解領域的研究態勢，激發其見賢思齊，樹立攻堅克難的信心。

筆者安排期中考試為文獻匯報與答辯：每組匯報時，該組所有組員同時站在前排，組內自行選定一人進行文獻匯報，之后所有組員依次回答教師和聽眾關于文獻研究但不局限于文獻范圍的學術問題。消化以及匯報文獻時，要求將課堂所學的納米技術相關理論、方法應用到理解文獻、梳理知識點的過程中，教師與聽眾也將在答辯環節結合納米科技領域普遍關注的問題進行提問。隨后，根據每人的答辯情況打出期中考試的成績。這個規則促使每名組員都能認真參與文獻的整理與匯報，并保證學員能夠得到與之付出和實力相符的成績。從考試結果來看，所有研究生均圓滿的完成了布置任務，基本掌握了閱讀整理文獻、思考輸出知識、提出未來有前景研究方向的能力。到本課程期末結業時，每名研究生都獨立完成了一次各自研究領域的文獻調研匯報答辯，相當于一次開題報告的預演。

值得一提的是，用社交媒體分享文獻、交流問題非常高效，對課堂分組的日常討論有很好的促進作用，值得推廣適度應用。

2.2 英文授課為主，中文為輔

全英文授課是當前高效推進研究生教育國際化的重要舉措，也是研究生教育的潮流。但筆者發現，當用英語講述專業術語較多、關系較復雜的內容時，相當一部分研究生很難全程跟上講述。在此類艱深內容方面，筆者采用英文為主、中文為輔的講述方式，根據學生課堂反饋(眼神、坐姿能反映出聽眾的理解程度，眼神集中在教師身上且身體微前傾，略帶參與感，表示能很好的聽懂)，及時調整講述語言的中英文比例以及解釋深度，才能獲得最好的授課效果。

圖2 選修《納米化學》專業課研究生研究課題、研究方向分布、分組討論文獻情況示意圖Fig.2 Schematic diagram of postgraduate research topics， research direction distribution and literature discussion in groups for elective courses of nano chemistry

2.3 實驗技術、科技論文寫作等技術的傳授要貼近實戰

一名優秀的工科研究生必須掌握一流的實驗技術，而傳授實驗技術的最好方式無疑就是協助研究生找一篇領域內近期的頂級文獻，按照文獻的實驗方法，從合成、分析、表征、應用全程走個遍，而不是專門去一項項按照專業書籍學好各項實驗技術再考慮科研課題的事。這種“到大江大海里學游泳”的實驗技術訓練方法一方面能使研究生迅速入門，從完美的模仿中迸發創新；另一方面能打消研究生對未來堅信科研工作的不確定感，使其堅定信心投入到科學研究中去。在《納米化學》課的教學實踐中，當講到應用化學氣相沉積法制備納米材料的實驗技術部分時，我在課下采用全員邀請、自愿參加的形式，帶領研究生按照文獻步驟完成了一組碳納米管的制備實驗。調查結果表明，參加實踐的研究生100%表示，通過真實的實驗，不僅是把紙面上的實驗步驟立體化為真實的場景，更從視覺、觸覺、嗅覺等方面深入體會了一種納米材料的誕生過程，無論從熟練掌握實驗技術還是激發靈感創新方面都有更好的效果。

撰寫并發表科研論文是研究生最重要的任務之一，除了學習《ACS Style Guide》等經典英文學術論文撰寫教程外，教師也應該鼓勵研究生盡早、盡量多的用英文來撰寫實驗報告和階段匯報，參考經典文獻，更直接地掌握英文的行文規則與圖、表及其他實驗結果的規范描述方法，到戰場上去練兵而不是紙上談兵。教師在早期應該勤于幫學生修改英文報告，促使其盡快形成良好的英文寫作能力。長此以往，在研究生生涯的中期，他們便能熟練的應用英文撰寫報告，水到渠成的完成英文科技論文的撰寫。

3 結 語

為適應信息爆炸年代工科研究生的培養需求，本文在如何通過合理的課程內容設計與高效授課方式激發研究生的科研興趣、筑強其辯證思維、提升其研究能力及成果表達能力方面進行了探討。可采取開設教學與科研相結合的專業課程，巧妙、適度的灌輸科學史觀同時保證課堂氣氛與效率，并采用按照研究生課題領域分組精選匯報文獻的方式加強其信息的獲取與應用能力。此在，本文也介紹了在中英文教學方式安排與實驗技術、科學論文撰寫能力培養方面也進行的探索與實踐結果。