科研訓練教學體制建設及實踐范文
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培養具有創新意識的高素質人才，是教學改革研究的重點。所謂人才既指出類拔萃的精英型人物，也指具有某種特長的大眾型人物。頂尖型的精英不是靠培養就能產生的，而是適當的環境造就出來的，因此應多方面提供條件，使其脫穎而出。至于具有某種特長的大眾型人物，這才是我們塑化培養的對象，是我們教學研究的客體。
科研訓練是培養大眾型人才科學思維和創新意識的手段，它的實施依托于實驗實踐教學改革[1]。大多數高校的實驗教學體系是：大學一年級開設基礎設計型實驗，二年級增加基礎綜合實驗，三年級的時候才有研究綜合實驗和業余科研。即使一些高校設置了本科生科研訓練項目（如中國農大的URP計劃），也是從二年級學生開始的[2]。之所以這樣安排，是因為大家普遍認為低年級的學生理論知識不全面，實踐經驗不足，達不到完成科研項目的水平，不能出成果。但實際上，現如今大學本科生主要是“90后”，這一學生群體的特點已發生了明顯的變化[3]，他們做事的目的性非常明確，且獨立性強、信心十足，希望盡快立足于社會。這使得很多大一的學生一步入校園就開始思考和追問：我在這個專業能學到什么？對我的就業有什么影響？鑒于這種情況，我們的教育理念與方法、手段也應適時改變，要盡早地讓學生感受到學有所獲，感受到成功的喜悅。科研訓練能將理論知識與實踐相結合，不僅能滿足學生學有所獲的這一需求，而且能夠讓學生正確地審視自己，拓展知識面，鍛煉能力，增加實戰機會。但關鍵是什么樣的教學方式能夠適應在一年級學生中開展科研訓練的要求。
二、在一年級本科生科研訓練中實施項目遞進教學模式的構建
化學專業是中國農業大學理學院的特色專業。在多年的教學實驗改革中，筆者所在教研室圍繞培養學生創新能力和實踐能力，積極探索出一套適合農林院校特色的“一體化、多層次、開放式”的實驗體系，通過對不同階段不同的教學內容嘗試了啟發討論式、問題導向式、比較式、開放式等多種教學方法，在此基礎上構建了對一年級本科生開展科研訓練的項目遞進教學模式，取得了較好的效果。項目遞進式教學模式簡單地講就是以學生為主體，對一個獨立完整的實驗項目進行層層推進式研究的教學活動。它由項目教學法發展而來[4]，是對項目教學法的引申和擴充，因而不僅保留了項目教學法激活學生思維，提高學生解決實際問題能力的特點，更重要的是還增加了遞進環節。遞進就是按照一定章法層層深入、環環緊扣地解決問題，它最大的益處是將一個問題的難度分散，采取后者否定前者的形式達到預期的目標。這種方式彌補了低年級本科生理論實踐知識薄弱、不能直接入題的缺陷，使得在一年級本科生中進行科研訓練成為可能。項目遞進式教學模式的實施方法可以用圖1簡略表示。
三、項目遞進教學模式的實踐
（一）科研訓練的選題
本科生進行科研訓練可以直接參與到教師的課題中，也可以開展自主項目研究[5]。顯然直接參與教師的科研課題更適合一年級學生。由于題目選取得是否恰當，是訓練能否順利進行的關鍵，因此，要求所選的項目課題貼近生活，為學生所識，能夠吸引學生的注意力，以便使其充滿興趣地、自愿地去做。而且這個項目不能過于細小，它要有系統性，關聯眾多知識點。筆者以中國農業大學化學專業一年級本科生科研選題為例進行詳釋。環保是當前熱門的社會話題，重金屬離子對人們身體健康的影響為大家所共知，因而污水的凈化處理方法受到人們的普遍關注。絮凝劑可以使液體中分散的細粒固體形成絮凝物，經過處理使其沉降，再用物理方法把它們分離出來，達到凈化水質的目的，所以絮凝劑在污水中的應用是科研的一個熱點。為此，我們就選擇研究制備不同類型的絮凝劑為科研訓練內容，并探討它的應用。選題得到了學生的積極響應，有近1/4的本專業學生參與研究。這個題目既包含了無機化學、有機化學的基礎知識，也用到分析化學和物理化學的內容。對一年級學生來說，相關物理、化學的知識還未接觸，有一定的難度。因此，我們將這個題目分成若干個階段任務，先提出第一階段的要求———制備一種無機高分子絮凝劑。科研訓練的實施安排在一年級第二學期的期末和夏季小學期進行。這時學生們已經基本適應了大學的生活和學習方式，所以拿到題目后大家知道首先要做的就是查閱文獻。
（二）自主查閱文獻制定實驗方案
與其他項目教學法不同的是，這一科研訓練要求每個人獨立完成實驗，不分小組，避免了魚目混珠的現象。所以大家根據自己查閱的文獻設置出許多不同的實驗步驟和工作程序，比如聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁、聚合硅酸鐵等，單單聚合氯化鋁的合成方法就有4種方案。對方案的優劣，教師不作過多評價，而是在查看實驗方案后，準備必要的實驗條件，讓學生們獨立完成。
（三）項目的實施
項目的實施是整個教學過程的核心環節。實驗室的使用處于一種開放狀態，學生根據自己既定方案獨立制備出絮凝劑，并要檢查去污效果。教師充當引導者，巡視實驗過程，隨時解答實驗中的問題。項目實施過程中，學生們不僅使用了平常教學接觸不到的濁度計、化學耗氧量（COD）測定儀、原子吸收光譜儀，而且教師與學生，學生與學生彼此可以近距離地溝通交流，營造了一種濃厚的學術氣氛。
（四）項目討論評價并引申
這一步是完成第一階段實驗，遞進到第二階段的重要過程。在學生們制備出實驗產品后，大家一起分析評價每個人實驗操作的得與失：為什么各人實驗時間長短不一？為什么同類型產品去污效果卻存在差異？期間特別要求學生比較不同類型產品間的去污能力。由此推進引申出第二階段實驗要求———改進實驗設計，提高水質凈化效果。比如，對于聚合氯化鋁合成時的溫度、酸度及堿液加入方式的選擇；對于聚合硅酸鐵，如何尋找恰當的鐵（Fe）/硅（Si）配比等等。
（五）項目的再實施與再引申
學生們在經過前面實驗的鍛煉后，對絮凝劑有了感性認識，這時，經過再次查閱文獻，并且深入地理解相關的理論，對影響實驗步驟的每一種因素反復進行實驗探討，可以尋找出最佳的實驗方法。這樣，學生們真切地體會到了實驗由無數次的失敗到成功的過程。在以上基礎上再向學生指出合成絮凝劑的研發趨勢是廉價、實用、無毒和高效，從而進一步提出新的目標要求：用天然原料合成對環境和人類健康友好的高效絮凝劑，不僅要降低水質的濁度，而且要能去除水中的重金屬離子。這一步是項目遞進式教學模式進行科研訓練的關鍵，教師在這一步將訓練的層次推向高層。這也是科研訓練與綜合設計實驗不同的地方。學生們不僅要了解未學過的吸附知識，而且所做的課題別人未必做了或做的不全，所以這方面的資料比較少，學生們需要借鑒前面的實驗方法，自己提出設計思路并試驗之。
（六）遞進過程：項目擴展
學生們經過不斷地探索研究，發現可以用農村常見的麥秸稈制備黃原酸酯絮凝劑，其獨特的空間網狀結構可以對污染物進行網捕，另外由于其陰離子的官能團為sp2雜化，具有共軛體系，使得硫離子的負電荷能在較大的空間分散，呈現的負電場能夠捕集重金屬離子，對重金屬離子有很好的親和作用。在此基礎上，學生們又設法尋找最佳的合成條件，并且進一步試驗了它對銅離子的去除率。
（七）項目再評價
這一步是對全部實驗過程的總結，是實驗結果的升華。在對絮凝劑進行全面系統的理論總結時，特別指出這一科研訓練項目的重點不在結果上，而在于學生們自己從實驗實施過程中學到了什么。
四、項目遞進教學模式在一年級本科生科研訓練中的作用
在2009年北京市高校大學生化學實驗競賽中，“利用農業廢棄物制備絮凝劑處理廢水中的重金屬離子”這一項目獲得了三等獎。這個項目就是在一年級本科生科研訓練基礎上進一步完善的成果。這充分說明采用項目遞進教學模式對一年級本科生進行科研訓練是可行的。項目遞進教學模式將一個與實際生活相關的科研課題分成若干層次，每個層次有不同程度的發展遞進，直至達到最終的研究目的。這種模式在訓練一年級學生吃苦精神、創新能力和科研能力方面起了重要的橋梁作用。項目遞進式教學模式的訓練過程是調動學習積極性的過程。由于教學模式是在貼近生活的項目上進行，目的明確，極大地激發起了學生的興趣，經常有同學為了解決一個問題而廢寢忘食。項目遞進式教學模式的訓練過程也是能力培養的過程。在實驗過程中經常會出現意想不到的現象，比如在麥秸稈磺化過程中為什么會有氣泡，同樣鐵（Fe）/硅（Si）配比的絮凝劑性能上差別怎么那么大等等。學生遇到問題再也不是躲，而是主動地尋找答案，因此創新能力和獨立思考能力有了顯著提高。使用遞進式教學模式在一年級本科生中進行科研訓練還帶來了良好的輻射作用。在暑假紅色“1+1”科技實踐活動中，學生們發現密云縣豐各莊村水的顏色有問題，立刻取樣化驗水的各項指標，并設想各種解決辦法。雖然最終水質的檢測是合格的，但同學們這種敢于發現問題、解決問題的做法不就是這種科研訓練帶來的益處體現嗎？
五、開展項目遞進式科研訓練應注意的問題
（一）充分做好物質、人員準備
教師在項目遞進這種科研訓練中起主導作用，他引導作為實驗主體的學生從被動實踐自覺過渡到主動實踐。這就要求教師必須具有豐富的教學經驗，對自己的教學思想、教學手段有清晰的認識，而且能夠靈活地應用多種教學方法（諸如啟發式、討論式等等）耐心地引領學生完成整個實驗過程，還必須要求教師有從事科研工作的經歷，有深厚的理論與實踐相結合的沉積，只有這樣才能從科研積累中，提煉出能夠與現實結合具有一定深度和廣度的項目內容，才能做到教學的引申和推進，并能準確地解答學生在實踐過程中出現的問題。物質準備包括完善的創新教學實踐體系和實驗室的硬件配置。合理完善的教學體系是進行有效教學活動的基礎，實驗室資源(經費、空間、時間)是項目能否順利進行的決定性外部條件。試想，如果沒有教學體系改革，沒有與實驗相關的人、物作支撐，項目遞進式教學模式的構建不就是空中之閣嗎？
（二）合理安排時間
項目遞進式教學模式操作時間長，從訓練項目的布置到結束，短時間是無法完成的。筆者的經驗是，采用正常教學周和小學期結合來分段完成。正常教學周查找資料做前期的準備工作；小學期時間充裕，可以有連續的時間反復實驗，為科研訓練提供了必要的條件。
（三）調整學與教的心態
一年級本科生心氣很高，而實驗進行不可能一帆風順，尤其是科研訓練，它不同于綜合實驗，沒有現成的方案可循，只是借鑒一些方法，所以有可能在實驗結束的時候也沒有理想的結果，而科學是一項嚴肅嚴謹的活動，不能有任何的虛假。這種情況下，如何幫助學生承受挫折，樹立信心堅持下去，適時耐心地進行心理疏導，也是教師的一項工作。雖然一年級學生的知識點融合及理論的系統性還有欠缺，但是采用項目遞進教學模式對低年級學生進行科研訓練是符合學生特點和社會要求的，它在營造主動實踐的氛圍上，在提高學生創新意識和科學思維能力上的作用是顯而易見的。
