李忠學(xué)

[摘要] 通過參與本科生科研訓(xùn)練計劃課題研究,可以培養(yǎng)本科生的科研能力和激發(fā)他們的創(chuàng)新意識,端正他們的治學(xué)態(tài)度,并強化他們的科學(xué)精神、敬業(yè)和團(tuán)隊合作意識。本文基于筆者自己承擔(dān)多個本科生科研訓(xùn)練計劃課題獲得的實踐經(jīng)驗和曾遇到的問題,并借鑒訪問過的幾所英美高校培養(yǎng)本科生科研能力的一些行之有效的方法,提出一些進(jìn)一步改進(jìn)該計劃的建議。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)改革 本科生 素質(zhì)教育 科研能力 科研訓(xùn)練計劃

在《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》中已明確規(guī)定了今后15年我國科技工作的指導(dǎo)方針,即自主創(chuàng)新、重點跨越、支撐發(fā)展、引領(lǐng)未來。國家已把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置?？萍既瞬攀翘岣咦灾鲃?chuàng)新能力的關(guān)鍵所在,高等院校是培養(yǎng)高素質(zhì)科技人才的搖籃。為滿足國家發(fā)展對創(chuàng)新型人才的迫切需求,清華大學(xué)等國內(nèi)重點高校率先推出了高校的科研與教學(xué)改革,其中,本科生參與科研活動是實施高等學(xué)校教學(xué)改革,培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要舉措之一。本文首先介紹浙江大學(xué)為促進(jìn)本科生參與科研活動所采取的措施,然后再結(jié)合筆者自己在承擔(dān)多個本科生科研訓(xùn)練計劃課題中獲得的經(jīng)驗和所遇到的問題,分析現(xiàn)有本科生科研訓(xùn)練計劃的利弊,并借鑒自己訪問過的幾所英美高校培養(yǎng)本科生科研能力的一些行之有效的方法,提出一些改進(jìn)該計劃的建議。

一、浙江大學(xué)采取的本科生教育與教學(xué)改革措施

浙江大學(xué)在創(chuàng)建“綜合型、研究型、創(chuàng)新型”一流大學(xué)過程中,本科教育按照“轉(zhuǎn)變觀念、深化改革、穩(wěn)定規(guī)模、強化能力、注重素質(zhì)、提高質(zhì)量”的改革思路,積極推進(jìn)改革和建設(shè),努力構(gòu)建研究型大學(xué)本科教育教學(xué)新體系,如對本科生的專業(yè)調(diào)整實行國家目標(biāo)和學(xué)科發(fā)展相結(jié)合;對本科生的教育管理采取“學(xué)分制、學(xué)園制、導(dǎo)師制”三制并舉;強調(diào)“知識、能力、素質(zhì)”協(xié)調(diào)發(fā)展;依靠“課堂—網(wǎng)絡(luò)—實踐”三結(jié)合的創(chuàng)新教育手段;實現(xiàn)自主—競爭—開放—多樣的英才培養(yǎng)思路等。浙江大學(xué)還不斷加大本科生科研專項經(jīng)費投入,積極開拓多層次、多渠道的大學(xué)生科研訓(xùn)練途徑,已形成了國家、省、學(xué)校和學(xué)院四級學(xué)生科研實踐創(chuàng)新體系。同時,學(xué)校還積極拓展學(xué)科競賽種類和參賽層次,目前開展的有數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計、機械設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、程序設(shè)計、機器人、創(chuàng)業(yè)計劃、電子商務(wù)、多媒體作品、財會信息化、演講比賽、英語演講、課外學(xué)術(shù)科技作品、廣告藝術(shù)和智能汽車競賽等15個各級學(xué)科競賽。當(dāng)然,盡管浙江大學(xué)在本科生教育與教學(xué)改革方面已采取了許多行之有效的措施,但在某些方面仍有進(jìn)一步改進(jìn)的余地。下面,筆者將對自己承擔(dān)多個本科生科研訓(xùn)練計劃課題的實踐經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié),對實踐中遇到的問題進(jìn)行分析。

二、本科生科研訓(xùn)練計劃的實踐經(jīng)驗和遇到的問題

浙江大學(xué)本科生科研訓(xùn)練計劃采取學(xué)生立項和教師立項兩種形式,且學(xué)校鼓勵學(xué)生立項,但必須聘請指導(dǎo)教師。2005年作者結(jié)合自己正承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金資助課題“蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)仿生及新型有限單元法研究”設(shè)立了3個SRTP項目。在課題結(jié)題時,這3個小組(14位同學(xué))都完成了結(jié)題報告,并參加了結(jié)題答辯。

參與課題研究的學(xué)生收獲頗豐。課題試驗需要捕捉蜻蜓制作蜻蜓翅膀樣本,大部分同學(xué)先后都參加了這項野外活動。大家分工明確,各司其責(zé),通過這項活動使大家在緊張的學(xué)習(xí)生活后身心得到放松,同時還培養(yǎng)了同學(xué)們的團(tuán)隊協(xié)作意識,使大家對蜻蜓的生活習(xí)性和種類多樣性也有了一定的認(rèn)識。蜻蜓樣本試驗安排在浙江大學(xué)華家池校區(qū)生物微結(jié)構(gòu)實驗室。在獲取蜻蜓前后翅及其不同剖面的微結(jié)構(gòu)、翅脈結(jié)點、關(guān)節(jié)和翅痣的高清晰度圖片時,在實驗室的老師指導(dǎo)下,大家認(rèn)真學(xué)習(xí)了多種蜻蜓的翅膀樣本制作以及專用高清晰度掃描儀、光學(xué)顯微鏡、Giko IB-5離子濺射儀和掃描電鏡的操作和支持軟件的使用,同時還對蜻蜓翅膀的切片技巧、蜻蜓翅膀獨特的起拱起皺結(jié)構(gòu)、翅脈的分布規(guī)律、翅膀及關(guān)節(jié)和翅痣橫截面的微結(jié)構(gòu)有了深入了解。蜻蜓翅膀力學(xué)性能測試被安排在野外進(jìn)行,大家利用自備材料和工具制作簡易的試驗裝置,并精心構(gòu)思試驗方案,對蜻蜓翅膀的抗彎剛度進(jìn)行測試,同時觀察了翅脈和翅膜協(xié)同變形的特征。通過這項試驗,大家對微小且半透明的蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能試驗的難度有了比較深刻的認(rèn)識,同時也激發(fā)大家開動腦筋積極尋找解決問題的途徑。

同學(xué)們還嘗試借助于AUTOCAD或Photoshop等軟件窗口獲取蜻蜓翅膀尺寸和翅脈節(jié)點坐標(biāo)。采用這兩種方法能得到非常精確的翅膀尺寸和翅脈分布圖,這為后面進(jìn)行蜻蜓翅膀力學(xué)性能分析打下了良好的基礎(chǔ)。在蜻蜓翅膀結(jié)構(gòu)性能分析時,我們分別采用了結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000和ANSYS。這一階段的研究工作促使同學(xué)們學(xué)習(xí)了一些軟件操作技巧。

在準(zhǔn)備研究報告的初始階段,同學(xué)們都不知該如何著手,報告的初稿中問題很多,如摘要不夠簡潔、未能概括報告的主要內(nèi)容;病句和錯別字很多;報告的各級標(biāo)題安排不合理;英文摘要的翻譯詞不達(dá)意等。通過系統(tǒng)的文獻(xiàn)閱讀和接受有針對性的寫作指導(dǎo)后,大家最終圓滿地完成了這項工作,且研究報告的內(nèi)容和質(zhì)量得到了答辯委員會委員們的高度評價。

通過課題研究,同學(xué)們既獲得了學(xué)校要求的學(xué)分,自己各方面的能力也得到了明顯提高。小組部分同學(xué)在申請國外大學(xué)的研究生入學(xué)資格時,在他們的申請信中也常重點強調(diào)參與SRTP課題研究的經(jīng)歷和內(nèi)容,這對他們成功申請獎學(xué)金非常有幫助。

當(dāng)然,在開展課題研究中也發(fā)現(xiàn)一些問題,如學(xué)校將SRTP課題申請僅安排在大三階段,審批時間也較長,到課題正式開始時,許多同學(xué)已開始忙于考研或找工作,很難有足夠的精力參與課題研究;課題研究經(jīng)費偏少,且直到課題驗收時才下?lián)芙?jīng)費,這在一定程度上挫傷了大家的積極性;課題經(jīng)費支出安排不合理,有些涉及野外活動的課題的開支無法報銷;有些同學(xué)缺乏參與的主動性,需要不斷地督促才勉強參加幾次小組活動;缺少必要的激勵措施,對完成好的課題組沒有適當(dāng)?shù)莫剟畹取?/p>

三、國外高校培養(yǎng)本科生科研能力的一些成功經(jīng)驗

帝國理工學(xué)院(Imperial College London)在英國綜合類和工程類高校排名中都穩(wěn)居三甲,他們的本科生與研究生教育也享有盛譽。為培養(yǎng)在校大學(xué)生的科研能力,帝國理工學(xué)院專門設(shè)有在校大學(xué)生研究機會計劃(Undergraduate Research Opportunities Programme,簡稱UROP),該計劃對所有在校注冊的本科生和部分碩士研究生開放。學(xué)生們大多是利用暑假期間參與這類項目,也有少數(shù)在學(xué)習(xí)期間參與,這取決于學(xué)生和教師們的意愿。通過參與該計劃,學(xué)生們可以達(dá)到如下目的:

1.參與一個具體的研究計劃,以自己的節(jié)奏自主學(xué)習(xí)新的知識;

2.在某一研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)自己的學(xué)識;

3.進(jìn)一步深化自己的興趣和愛好;

4.開展交叉學(xué)科知識的學(xué)習(xí);

5.以參與者的身份發(fā)表學(xué)術(shù)論文或研究報告;

6.能盡快啟動自己最后一學(xué)年的研究計劃;

7.為畢業(yè)后繼續(xù)攻讀博士學(xué)位作好準(zhǔn)備;

8.找一份有意義的暑期勤工儉學(xué)工作。

但學(xué)生并不能通過參加大學(xué)生研究機會計劃(UROP)來獲得學(xué)分。

美國佛羅里達(dá)大學(xué)(University of Florida)在培養(yǎng)本科生的科研能力方面非常有特色。該校鼓勵所有在校本科生參與科研活動,學(xué)生們可以用他們的科研成果作為大學(xué)學(xué)者計劃(University Scholars Program,簡稱USP)榮譽論文的一部分。學(xué)生們可以通過以下途徑參與科研工作:

1.瀏覽校網(wǎng)上發(fā)布的本科生科研信息數(shù)據(jù)庫(Undergraduate Research Database)。該數(shù)據(jù)庫提供該校所有領(lǐng)域指導(dǎo)教師的介紹資料和他們擬定的課題信息,且每日都進(jìn)行更新,因此,很便于學(xué)生與指導(dǎo)教師之間建立聯(lián)系。學(xué)生如果對其中的某個研究職位感興趣,并愿意參與其中,就可以和指導(dǎo)教師建立一對一的合作關(guān)系。如果他或她僅對與某個指導(dǎo)教師的研究課題感興趣,而不愿意參加USP,必須提前和該導(dǎo)師進(jìn)行溝通。

2.學(xué)生也可以通過自己相識的教授引見,與自己感興趣的課題的相關(guān)指導(dǎo)教授聯(lián)系。有時校內(nèi)的公告牌上也有教師們張貼的啟事,尋找有興趣的學(xué)生參與一些課題。

3.學(xué)生還可以主動與指導(dǎo)教授協(xié)商出一個雙方都感興趣的研究課題。

4.學(xué)生也可以向校外的機構(gòu)申請參與他們的研究課題。學(xué)校允許學(xué)生通過這種途徑參與科研而獲得學(xué)校的學(xué)分。

此外,學(xué)校還為發(fā)表或展示學(xué)生的研究成果提供了一些平臺,如有專門為大學(xué)生舉辦的刊物Journal of Undergraduate Research等。

筆者的合作教授每年都接收多名本科生到他的實驗室開展科研活動,且學(xué)生來自不同的系或?qū)I(yè),有剛?cè)雽W(xué)的新生,也有高年級的。這些本科生們初始階段的工作通常從學(xué)習(xí)安裝軟件和學(xué)習(xí)Linux操作系統(tǒng)及其它軟件操作開始,等學(xué)生有一定基礎(chǔ)后,教授會指導(dǎo)學(xué)生做一些科研工作,有時還能完成一些高水平的科研論文。我所在的機械與航空航天系有位教授多年來一直指導(dǎo)本科生從事無人機模型的研究,在其實驗室外的走廊上貼滿了他們參加美國歷屆無人機競賽的獲獎證書,他們已連續(xù)多年蟬聯(lián)這類競賽的冠軍。

美國西北大學(xué)(Northwestern University)的McCormick工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院專門建立了本科生科研活動網(wǎng)上平臺,學(xué)生可以憑自己的ID和密碼登陸該平臺,瀏覽按學(xué)院的實驗室名稱、工作內(nèi)容描述或工作類型排列的、專門提供給本科生的各種參與教員研究課題的機會。學(xué)生們也可以將自己的個人信息(如專業(yè)、年級和此前的相關(guān)經(jīng)歷等)和簡歷一起張貼上去,以供教員和其他潛在的雇主登錄該網(wǎng)站后查閱其個人資料。

西北大學(xué)還設(shè)有本科生研究基金(Undergraduate Research Grants,URG),以資助本科生在各個領(lǐng)域開展自主的、創(chuàng)新性的科研活動。一旦獲得URG的資助,本科生可以在其導(dǎo)師的指導(dǎo)下全身心地投入到他們的學(xué)術(shù)研究活動中,其科研活動可以安排在校內(nèi)實驗室、圖書館、工作室、也可以在校內(nèi)或世界其它地方。每年學(xué)生都有多次機會申請這類研究基金。年度研究基金資助額度可達(dá)1000$,其經(jīng)費僅限用于科研開支。暑期研究基金可提供3000$的經(jīng)費用于學(xué)生暑期研究項目的科研開支和生活費。學(xué)生們每年可以在秋、冬兩季規(guī)定的截止日期前申請學(xué)年研究基金,或在冬季末之前申請下一年的暑期研究基金。課題研究期間如需作國際旅行,且開支超出規(guī)定額度,只要學(xué)生能單獨列出詳細(xì)的旅行費,也能得到追加資助。如果學(xué)生需要在學(xué)術(shù)會議上展示其創(chuàng)新成果或研究發(fā)現(xiàn),他們還可得到出席會議的旅行基金資助(最大額度500$)。

此外,McCormick全體股東本科生研究基金(McCormick Corporate Partner Undergraduate Research Grants)也為本科生的科研活動提供資助。

四、對進(jìn)一步改進(jìn)本科生科研訓(xùn)練計劃的建議

借鑒部分英美高校培養(yǎng)本科生科研能力的成功經(jīng)驗,并結(jié)合筆者自己在本科生科研訓(xùn)練計劃實踐中獲得的經(jīng)驗和遇到的問題,提出如下幾條改進(jìn)該計劃的建議:

1.取消對本科生參與科研訓(xùn)練計劃年級的限制,使他們從大學(xué)入學(xué)到本科畢業(yè)前都有資格和機會參與各種本科生科研訓(xùn)練活動。

2.建議學(xué)校將每年定期組織的全校性SRTP科研訓(xùn)練活動經(jīng)費轉(zhuǎn)設(shè)為本科生科研能力訓(xùn)練基金,每年給學(xué)生和指導(dǎo)教師多次申請該基金的機會(如春、夏、秋、冬四個學(xué)期各受理一批次申請),由學(xué)校組織成立多個跨學(xué)科、跨專業(yè)的基金評審小組對申請項目會審,且盡可能縮短評審周期。

3.鼓勵教師結(jié)合自己的研究課題提出適合本科生能力培養(yǎng)的SRTP題目。

4.吸引校外各種組織、機構(gòu)和個人在學(xué)校設(shè)立有利于培養(yǎng)本科生科研能力的基金。

5.建立專門的本科生科研能力訓(xùn)練信息網(wǎng)絡(luò)平臺,提供校內(nèi)外的各種基金信息,使其既可宣傳本科生科研能力訓(xùn)練計劃、受理基金申請,同時還能幫助教師和校外機構(gòu)或組織發(fā)布研究課題信息、本科生張貼課題需求意向廣告和個人背景資料等。

6.對課題完成較好、已取得突出成績的學(xué)生和教師給予一定獎勵,對結(jié)題課題考核達(dá)良好以上的指導(dǎo)教師,補助一定的工作量。

7.加大對本科生科研訓(xùn)練計劃的宣傳力度,力爭使每一位本科生和教師都對該計劃有所了解。

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