科學的數據記錄與處理助力交叉復合型創新人才科學素養的培養與提升*

邵葵陽，商海波

（1.延邊大學 醫學院，吉林 延吉 133002；2.延邊大學 理學院 化學國家級實驗教學示范中心，吉林 延吉 133002；3.延邊大學 融合學院 生物功能分子學，吉林 延吉 133002；）

《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》明確提出“核心素養體系”的概念，并將“核心素養”放在深化課程改革、落實立德樹人根本任務的基礎地位［1］。眾所周知，化學、數學、物理、生物學等學科共同成為當代自然學科發展的基礎學科，與人類生活息息相關，同時，這些學科在與其他學科相互交叉發展融合的歷程中，也表現出非同尋常的潛力。比如，化學學科的研究方法，在原子、分子水平的物質基礎研究對推動醫學、生物學等領域的發展起著不可忽視的作用。又比如，分子生物學是化學與生物學交叉融合的產物，伴隨著高精度分析科學技術的發展，極大地助力人類從分子水平研究生物大分子的結構與功能，闡明生物現象本質［2］。隨著社會經濟的多元化發展，交叉復合型人才需求日益增長，逐漸成為科研機構、高等學校及企事業單位等不可或缺的資源。因此，交叉復合型創新人才的培養，尤其是在科學素養方面，對于踐行“立德樹人”的教育理念，推進專業人才培養改革，促進多學科交叉增長點具有重要意義。不同實驗課程因其理論知識與實踐技能相結合的特點，成為綜合培養學生學科核心素養的主要渠道之一，但是多數實驗教學中往往不重視甚至忽略了對學生科學數據記錄與處理意識、能力與責任的培養，這一環節的缺失將對交叉復合型創新人才在實證推理、科學探索、創新能力、科學態度和社會責任等維度上的科學素養的培養產生重要影響。

1 科學的數據記錄與處理的重要性

科研實驗記錄是科技檔案的一部分，是指科學研究過程中，關于實驗計劃、步驟、結果、分析的各種文字、數據、圖表、音像等原始資料。實驗數據的收集和記錄貫穿科研活動的全過程，是科學研究的原始資料，并為科學研究提供重要信息。實驗記錄的基本要求是真實、及時、準確、完整，避免漏記和隨意涂改。科研實驗記錄具有可溯源性，客觀真實性和全面準確性。

1）科學的數據記錄與處理是科學研究的生命線

化學、醫學、生物研究都是實踐學科，任何結論的推理論證與發表需建立在真實的實驗數據總結分析的基礎之上，因此，客觀真實、全面準確的實驗數據記錄與處理不僅能回答科學問題，而且是反映科研誠信的直接證據。“失之毫厘，謬之千里”，從“巴爾的摩案”“黃禹錫事件”、到“小保方晴子論文撤稿事件”［3］，半個世紀里，很多國家都遭受過科研不端行為的侵蝕。誠然，不良的科研誠信，不僅損害個人學術聲譽，還會極大的影響相關科研領域的發展，污染學術生態，錯誤引導科研發展方向，甚至對企業、社會、國家的經濟投入造成損失。

2）科學的數據記錄與處理是提高工作效率的重要手段

全面規范的實驗記錄，包含實驗過程中的諸多細節，如實驗條件、實驗現象、異常結果等，這些關鍵的實驗細節是實驗人員（或研究者）完成必要的重復實驗的重要依據。同時，詳實的實驗記錄更有助于實驗人員明晰實驗思路，總結實驗經驗，分析實驗成敗原因，極大地提高工作效率。

3）科學的數據記錄與處理是培養嚴謹的科學思維的重要載體

嚴謹、務實、認真的科研態度是實驗人員的基本素質之一，貫穿整個實驗研究活動的全過程。實驗數據記錄與處理是培養嚴謹的科學思維的重要載體，凝結著實驗者的科學思維過程。研究者通過記錄實驗目的、實驗設計、實驗實時數據、實驗現象、數據計算與分析等，逐步形成數據實驗數據、實驗設計方案、實驗現象之間的關聯性和整體性。好的實驗數據記錄與處理有利于對實驗方案設計的合理性進行判定及修正，有助于科學問題的論證分析，以及實驗探究與創新意識、嚴謹的邏輯思維的培養。

2 學生實驗數據記錄與處理存在的問題

本文以化學專業本科生基礎化學實驗課為例，歸納和總結學生實驗數據記錄與處理中存在的典型問題：1）忘記記錄實驗環境特征（如，天氣、氣壓、濕度等），甚至實驗日期、參與人員等；2）盲目認為自己記性好，可以記住實驗過程，不及時記錄，常常實驗全部結束甚至第二天才寫“實驗回憶錄”；3）為圖方便，在教材、紙片，甚至拍照形式等隨意記錄，忽略了實驗記錄本的功能及重要性；4）實時記錄數據時，數據信息不完整，很容易導致數據混淆，如記錄稱量數據時，不寫藥品名稱、稱量序號、單位等；5）數據記錄時，隨意刪減所得實驗數據，無任何相應分析說明；6）實驗數據處理時結果呈現不規范，如有效位數保留、科學記數法使用混亂等；7）實驗數據處理時，計算有誤，字跡潦草，數據處理過程溯源分析十分困難；8）實驗數據處理后，無法將實驗結果與實驗方案、實驗操作過程有機銜接，缺乏推理論證分析。

3 實驗數據記錄與處理不規范的原因分析

無論是處于不同學習階段的本科生，還是以研發為主要任務的研究生，都存在不同程度的數據記錄與處理不規范的問題，主要歸結于學生知識體系混淆、理論與實踐脫節、科研誠信與社會責任感意識淡薄、教師對數據記錄與處理教學重視度不夠等原因。

1）知識體系混淆，理論與實踐脫節

大多數高校會把分析化學相關實驗設置在大一年級階段，目的是能夠讓學生運用分析化學理論課中學習的有關誤差分析、有效數字、準確度與精密度的知識，規范地記錄和處理實驗數據，做到理論與實踐相結合，同時在后續其他實驗課程中不斷練習、強化、鞏固，使科學的實驗數據記錄與處理成為一項基本專業技能。但是因為其它實驗課程分設在不同學期，訓練鞏固不及時，加之不同課程對實驗數據記錄和處理的要求不統一，導致學生有關實驗數據記錄與處理方面的知識掌握不牢固，理解不透徹，運用不靈活［4］。

2）科研誠信和社會責任意識淡薄

在走入大學校門之前，學生獲得的學科教育多為理論知識。絕大部分高中學校還無法滿足全面開展實驗教學，而且由于高中實驗教學更偏向于驗證性、定性實驗。因此，學生對于數據記錄及分析方面的訓練較少，學生對于實驗數據的概念十分模糊。目前，高校科研誠信教育的主要對象為碩士、博士研究生，而對理工科本科生的教育存在一定程度的缺失。加之，本科教學中理論知識體系為主，實驗數據蘊含的科學價值、社會意義很少涉獵，導致學生對于科學的數據記錄與處理的意識淡薄，在科學態度、社會責任感等方面的重要性認識不足，對實驗數據缺乏敬畏之心。

3）教師對數據記錄與處理教學重視度不夠

目前，多數教師在教學中評價學生實驗往往以實驗結果為主，實驗過程化評價，尤其是在規范數據記錄等方面的評價占比較少，無形中導致學生更刻意地去得到完美的實驗結果，忽視數據的過程化分析。除此之外，教師實驗課講授過程中，普遍以“實驗原理”“儀器與試劑”“實驗內容（或實驗方案）”“數據記錄與處理”的順序進行講解，但是實驗數據記錄形式（一般是表格形式）、數據處理方法與實驗方案之間的關聯性以及實驗數據的深層教育意義強調相對較少，導致學生以實驗數據為核心依據溯源實驗操作、推理論證的思維訓練欠缺，對于科學的數據記錄與處理對自身科學素養培養與未來職業發展的重要性認識不足［4］。

4 基于科學素養培養與提升下的數據記錄與處理的思考

1）實驗教學中加強科學的數據記錄與處理的能力訓練與培養

在實驗教學中，教師應向學生詳細講解實驗報告冊中各部分的內涵、內容側重點，以及記錄書寫要求，強調實驗數據原始記錄的重要性，提高其評價占比，并可嘗試“無原始數據記錄，無分數”的評價標準。在此基礎上，不同時期實驗課程達成共識，實現分階段分層次訓練，加強和鞏固科學的數據記錄與處理的能力，讓學生明晰和理解不同類型（或實驗目的）的實驗，數據處理與呈現的要求亦不同。另外，教師亦應該打破傳統的教學思路，充分挖掘“數據記錄與處理”部分的綜合性。教學中融入數據處理方法與實驗方案之間關聯性思想，引導和培養學生以實驗數據為基礎，結合實驗現象與原理，推理論證分析實驗成敗原因的能力，逐步建立數據反映實驗方案和操作的概念，提升個人邏輯思維與創新能力。

2）開展多樣的宣傳教育形式，加強數據誠信與責任意識

通過多種形式，加強學生的數據誠信與責任意識是提高學生科學素養的重要環節。除教師課堂融入和強調數據誠信與社會責任之外，學校、學院亦可采取講座、動畫制作、文藝展演、知識競答比賽、優秀實驗報告展覽等宣傳教育形式，逐步加強學生的實驗數據誠信意識以及社會責任意識［5］。

3）順應實驗數據信息化趨勢，制定和推廣電子化數據記錄要求

在當今高速發展的電子信息時代，計算機數據計算、多樣化數據處理軟件、大量的儀器檢測與表征等電子化數據急劇增多，已滲透到實驗活動中的每一個階段，尤其是化學、醫學、生物學相關的實驗活動。因此，目前出現傳統紙質與電子化數據記錄雙向并行的現象，時常面臨忽略紙質記錄、兩種記錄無法對應、電子記錄因設備故障永久丟失的問題，對實驗人員全面準確記錄以及保管實驗數據提出了更高要求。在如此環境下，教師不僅要順應時代發展趨勢，逐步引導學生學習專業軟件處理數據，多樣化分析數據，提高實驗效率，還要針對電子化數據制定和推廣相應的記錄、保管要求，如數據文件命名、備份、搜索、查閱、與紙質記錄如何對應等，更進一步的落實權限管理范圍、痕跡追蹤等，確保實驗記錄的真實性、保密性和安全性。