李忠學

[摘要] 通過參與本科生科研訓練計劃課題研究,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,端正他們的治學態(tài)度,并強化他們的科學精神、敬業(yè)和團隊合作意識。本文基于筆者自己承擔多個本科生科研訓練計劃課題獲得的實踐經驗和曾遇到的問題,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,提出一些進一步改進該計劃的建議。

[關鍵詞] 教學改革 本科生 素質教育 科研能力 科研訓練計劃

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方針,即自主創(chuàng)新、重點跨越、支撐發(fā)展、引領未來。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)新能力的關鍵所在,高等院校是培養(yǎng)高素質科技人才的搖籃。為滿足國家發(fā)展對創(chuàng)新型人才的迫切需求,清華大學等國內重點高校率先推出了高校的科研與教學改革,其中,本科生參與科研活動是實施高等學校教學改革,培養(yǎng)高素質創(chuàng)新人才的重要舉措之一。本文首先介紹浙江大學為促進本科生參與科研活動所采取的措施,然后再結合筆者自己在承擔多個本科生科研訓練計劃課題中獲得的經驗和所遇到的問題,分析現有本科生科研訓練計劃的利弊,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,提出一些改進該計劃的建議。

一、浙江大學采取的本科生教育與教學改革措施

浙江大學在創(chuàng)建“綜合型、研究型、創(chuàng)新型”一流大學過程中,本科教育按照“轉變觀念、深化改革、穩(wěn)定規(guī)模、強化能力、注重素質、提高質量”的改革思路,積極推進改革和建設,努力構建研究型大學本科教育教學新體系,如對本科生的專業(yè)調整實行國家目標和學科發(fā)展相結合;對本科生的教育管理采取“學分制、學園制、導師制”三制并舉;強調“知識、能力、素質”協調發(fā)展;依靠“課堂—網絡—實踐”三結合的創(chuàng)新教育手段;實現自主—競爭—開放—多樣的英才培養(yǎng)思路等。浙江大學還不斷加大本科生科研專項經費投入,積極開拓多層次、多渠道的大學生科研訓練途徑,已形成了國家、省、學校和學院四級學生科研實踐創(chuàng)新體系。同時,學校還積極拓展學科競賽種類和參賽層次,目前開展的有數學建模、電子設計、機械設計、結構設計、程序設計、機器人、創(chuàng)業(yè)計劃、電子商務、多媒體作品、財會信息化、演講比賽、英語演講、課外學術科技作品、廣告藝術和智能汽車競賽等15個各級學科競賽。當然,盡管浙江大學在本科生教育與教學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一步改進的余地。下面,筆者將對自己承擔多個本科生科研訓練計劃課題的實踐經驗進行總結,對實踐中遇到的問題進行分析。

二、本科生科研訓練計劃的實踐經驗和遇到的問題

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

參與課題研究的學生收獲頗豐。課題試驗需要捕捉蜻蜓制作蜻蜓翅膀樣本,大部分同學先后都參加了這項野外活動。大家分工明確,各司其責,通過這項活動使大家在緊張的學習生活后身心得到放松,同時還培養(yǎng)了同學們的團隊協作意識,使大家對蜻蜓的生活習性和種類多樣性也有了一定的認識。蜻蜓樣本試驗安排在浙江大學華家池校區(qū)生物微結構實驗室。在獲取蜻蜓前后翅及其不同剖面的微結構、翅脈結點、關節(jié)和翅痣的高清晰度圖片時,在實驗室的老師指導下,大家認真學習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構、翅脈的分布規(guī)律、翅膀及關節(jié)和翅痣橫截面的微結構有了深入了解。蜻蜓翅膀力學性能測試被安排在野外進行,大家利用自備材料和工具制作簡易的試驗裝置,并精心構思試驗方案,對蜻蜓翅膀的抗彎剛度進行測試,同時觀察了翅脈和翅膜協同變形的特征。通過這項試驗,大家對微小且半透明的蜻蜓翅膀結構力學性能試驗的難度有了比較深刻的認識,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。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,這為后面進行蜻蜓翅膀力學性能分析打下了良好的基礎。在蜻蜓翅膀結構性能分析時,我們分別采用了結構分析軟件SAP2000和ANSYS。這一階段的研究工作促使同學們學習了一些軟件操作技巧。

在準備研究報告的初始階段,同學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容;病句和錯別字很多;報告的各級標題安排不合理;英文摘要的翻譯詞不達意等。通過系統(tǒng)的文獻閱讀和接受有針對性的寫作指導后,大家最終圓滿地完成了這項工作,且研究報告的內容和質量得到了答辯委員會委員們的高度評價。

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

當然,在開展課題研究中也發(fā)現一些問題,如學校將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;課題研究經費偏少,且直到課題驗收時才下撥經費,這在一定程度上挫傷了大家的積極性;課題經費支出安排不合理,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的獎勵等。

三、國外高校培養(yǎng)本科生科研能力的一些成功經驗

帝國理工學院(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)在校大學生的科研能力,帝國理工學院專門設有在校大學生研究機會計劃(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。學生們大多是利用暑假期間參與這類項目,也有少數在學習期間參與,這取決于學生和教師們的意愿。通過參與該計劃,學生們可以達到如下目的:

1.參與一個具體的研究計劃,以自己的節(jié)奏自主學習新的知識;

2.在某一研究領域貢獻自己的學識;

3.進一步深化自己的興趣和愛好;

4.開展交叉學科知識的學習;

5.以參與者的身份發(fā)表學術論文或研究報告;

6.能盡快啟動自己最后一學年的研究計劃;

7.為畢業(yè)后繼續(xù)攻讀博士學位作好準備;

8.找一份有意義的暑期勤工儉學工作。

但學生并不能通過參加大學生研究機會計劃(UROP)來獲得學分。

美國佛羅里達大學(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,學生們可以用他們的科研成果作為大學學者計劃(University Scholars Program,簡稱USP)榮譽論文的一部分。學生們可以通過以下途徑參與科研工作:

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

2.學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指導教授聯系。有時校內的公告牌上也有教師們張貼的啟事,尋找有興趣的學生參與一些課題。

3.學生還可以主動與指導教授協商出一個雙方都感興趣的研究課題。

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

此外,學校還為發(fā)表或展示學生的研究成果提供了一些平臺,如有專門為大學生舉辦的刊物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,且學生來自不同的系或專業(yè),有剛入學的新生,也有高年級的。這些本科生們初始階段的工作通常從學習安裝軟件和學習Linux操作系統(tǒng)及其它軟件操作開始,等學生有一定基礎后,教授會指導學生做一些科研工作,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)多年蟬聯這類競賽的冠軍。

美國西北大學(Northwestern University)的McCormick工程與應用科學學院專門建立了本科生科研活動網上平臺,學生可以憑自己的ID和密碼登陸該平臺,瀏覽按學院的實驗室名稱、工作內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)、年級和此前的相關經歷等)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站后查閱其個人資料。

西北大學還設有本科生研究基金(Undergraduate Research Grants,URG),以資助本科生在各個領域開展自主的、創(chuàng)新性的科研活動。一旦獲得URG的資助,本科生可以在其導師的指導下全身心地投入到他們的學術研究活動中,其科研活動可以安排在校內實驗室、圖書館、工作室、也可以在校內或世界其它地方。每年學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1000$,其經費僅限用于科研開支。暑期研究基金可提供3000$的經費用于學生暑期研究項目的科研開支和生活費。學生們每年可以在秋、冬兩季規(guī)定的截止日期前申請學年研究基金,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,只要學生能單獨列出詳細的旅行費,也能得到追加資助。如果學生需要在學術會議上展示其創(chuàng)新成果或研究發(fā)現,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、對進一步改進本科生科研訓練計劃的建議

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

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

2.建議學校將每年定期組織的全校性SRTP科研訓練活動經費轉設為本科生科研能力訓練基金,每年給學生和指導教師多次申請該基金的機會(如春、夏、秋、冬四個學期各受理一批次申請),由學校組織成立多個跨學科、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、機構和個人在學校設立有利于培養(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練信息網絡平臺,提供校內外的各種基金信息,使其既可宣傳本科生科研能力訓練計劃、受理基金申請,同時還能幫助教師和校外機構或組織發(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生和教師給予一定獎勵,對結題課題考核達良好以上的指導教師,補助一定的工作量。

7.加大對本科生科研訓練計劃的宣傳力度,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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