學科交叉視域下的理工科專業高年級本科生科研素質培養模式的構建

張金亮，張鵬輝

北京師范大學 資源學院，北京 100875

學科交叉視域下的理工科專業高年級本科生科研素質培養模式的構建

張金亮，張鵬輝

北京師范大學 資源學院，北京 100875

在學科交叉前沿認清理工類專業高年級本科生科研素質培養的重大意義，打破跨學科融合的壁壘，將階梯式教學模式與“觀、描、量、析”實踐教學法合理運用于教學培養之中，為高年級本科生搭建科研學習與實踐的“教學—項目—研究—交流”互動平臺，并引入教師評價與學生評價相結合的科研能力多元評價體系，發掘學生的學術科研潛能，構建了學科交叉視域下高年級本科生科研素質培養模式，完善了基于多學科融合的學生科研培養機制，培養具有創新精神和科學創造力的多學科交叉復合人才來滿足國家未來的發展要求。

學科交叉；理工類專業；高年級本科生；科研素質；培養模式

作為新興學科的生長和發展點，多學科的交叉融合引發了世界各國高校的普遍關注。如何在學科交叉視域下培養高校學生的科研素質，如何讓高校實施創新人才培養的革命落到實處，是我國推行高等教育的一項重要任務，是我國高教事業改革發展的內在要求，也是一個嶄新的研究課題，這就要求我們對于理工類專業高年級本科生的培養途徑進行深入的探索和有效的改革。

一、以學科交叉為核心的科研素質的培養意義

學科交叉可以推動不同學科之間的思維碰撞，能夠激發學生尤其是高年級本科生的認知欲望，讓高年級本科生科研素質的培養與社會需求相契合，能夠更好地滿足學生個體發展需求的基礎性和長效性，催生原創性的科技成果，海納百川，取則行遠，從而更好地提升受教育個體的人生利益，更有利于培養拔尖人才。多學科交叉復合人才往往是最富有創新性精神和科學創造力的人才，是推動科學技術進步、促進社會經濟發展的骨干力量，是我國社會主義現代化建設的生力軍[1]。社會需求是高校發展的動力，高校應緊緊圍繞我國社會進步、經濟發展的需要，符合社會發展的方向，積極推動多學科的交叉融合與發展，營造多元的校園科研文化氛圍。

21世紀是大科學的時代，對于我國高校而言，進行改革創新，充分發揮好高校的學科綜合優勢，加快學科交叉融合，促進跨越發展，提升辦學水平、人才培養素質和整體競爭力，是使之盡快進入國際高水平大學的競爭體系的必由之路[2]。由此，我們可以看出，多學科交叉整合和開辟新的研究領域是未來科技發展最具吸引力的部分，也必將是中國科技著眼長遠水平的重大戰略選擇。

二、以學科交叉為核心的創新性培養模式

1.階梯式教學培養模式

傳統的理工科人才培養模式存在著一些問題，已不能滿足學科的發展要求，主要包括專業設置和課程體系嚴重落后于產業發展的實際需要，人才培養模式單一，缺乏系統性和靈活適應性，工程設計和教學活動嚴重脫離實際，設計教育和工程實際嚴重缺失等等問題[3]，已經無法適應當前科技迅速發展的形勢。圍繞作為前沿學術陣地的交叉學科，在教學實踐中，基于全新的教學認識，階梯式教學培養模式應運而生。

所謂階梯式教學培養模式，即依照所交叉學科及其有關的前序課和后繼課及畢業設計等教學環節的開出順序，劃分為相互制約的三個階段：基礎加強和拓展階段、專業領悟和夯實階段、畢業設計和提升階段，實現跨學科的知識組合與運用。

第一階段為基礎加強和拓展階段，豐富基礎理論教學。

課程教學是學生進行專業知識學習的核心環節，而新概念和新理論層出不窮，這就給教師提出了更高的要求。開展青年教師教學基本功比賽，邀請教學經驗豐富的教師觀摩指導，并進行教學交流，對青年教師隊伍授課基本功提出了更高的要求，讓青年教師能夠不斷提高教學技能和更新教學理念，促使教師由傳授者過渡為促進者，推行更為優質的教學。經過長期教學實踐，結合培養目標，設計完善交叉課程體系的“三基”—基本理論、基本知識、基本技能，從整體上把握知識的橫縱聯系。進一步剖析后，確定交叉學科課程體系的基本理論教學中的核心內容，廣泛收集國內外已有論著的研究成果，在保留傳統精髓內容的同時，融入大量科研實踐資料和新興理論，形成了特有的完整知識體系，進而將這一體系落實到教學中去。既體現了基礎研究，又反映了前緣的研究領域；既汲取國內外相關研究的理論進展，又配合最新科研成果實例解剖，開拓了學生的視野和思路，促進其對知識的掌握。立足于教材，適度地再現和引入學科知識產生的過程[4]，授課以關鍵點為主，形成以探究性學習為主的教學新課堂。同時，調動一切積極因素，改變教師一言堂狀態，實現課堂互動，創造寬松開放的課堂環境，通過柔性化的教學過程，打造出一種“自主、合作、探究”的特色課堂[5]。

第二階段為專業領悟和夯實階段，教學和實驗相結合。

實驗教學是提高課程體系教學質量的關鍵。采取主講教師主持實驗的集體備課，明確重點、難點和教學法，精選實驗教學內容和做好實驗課前準備，做到“講課和實驗、主講和輔導、教師和學生”多方面的有機結合。此外，還可通過增設選修課達到深化提高的目的。

強調全面系統的綜合分析，并啟迪創新意識，引導學生的思維深入到知識的發現或再發現的過程中去[4]。在整個教學過程中，始終貫穿啟發式、討論式教學，鼓勵不同認識、不同見解的現場爭論，鼓勵學生的創新思路和求異思維，實施挑戰性的研究性學習，以利于個性和創造性潛質的激發。為了提高教學效果，同時配置了相應的多媒體教材和教學標本，以利于教學使用和增加學生學習興趣。由于教學內容具有先進性、科學性和實用性，學生爭相選課，學習興趣濃厚，取得了良好的教學效果。優質教學需要學生的這種積極的學習方式和狀態，正如德國教育家第斯多惠所說：“誰要享有發展和培養，必須用自己內部的活動和努力來獲得?！盵6]在教學中，還要著重理工類專業高年級本科生的自主學習能力、科學研究能力與溝通協作能力。

第三階段為畢業設計和提升階段，開展全面綜合訓練。

畢業論文的選題約有一半是與交叉學科有關，反映了其在生產實踐中占有越來越重要的地位。需要論文指導教師去及時發現和有預見性地進行超前研究并為高年級本科生設立相應的研究課題。從選題到文獻檢索，從實驗到論文撰寫，從這階段要求學生結合畢業設計內容，應用所學的基本理論、基本概念和基本技能，解決生產實際中的某些問題，最終達到綜合訓練、全面提高分析問題和解決問題的能力。在論文寫作實踐中能夠讓高年級本科生開闊研究思路，通過理論知識、研究方法和思維方式的交叉和綜合集成，將新穎的研究片段凝聚成科研成果，提高畢業設計的水準。同時，這些內容也為理工科學生在畢業后開展相關交叉學科的深入研究奠定了基礎。

2.“觀、描、量、析”四字實踐教學法

觀，即觀察認知；描，即描述現象；量，即計量讀數；析，即釋析機理。在現象的觀察與描述之中尋求答案，強調實踐與理論的關系；在學習態度上要求做到“三勤”，即腿勤、手勤、腦勤。

積極創建校外實踐教學基地，合理利用實驗室資源，開展系統的實踐教學。綜合實踐教學，更有助于激發興趣，有助于形成綜合應用知識的實際能力，拉近了理論與實踐的距離；同時在教學之中，教師應借助交叉學科的相關性對學生的學習方式和思維方法進行啟示和點撥，堅持教學內容與培養科研素質相結合，鍛煉學生科研思維的廣闊性、深刻性和靈活性。教學理論可以為實踐教學活動提供認知框架，我們在這一實踐教學過程中，始終貫徹“加強基礎、吸收醫用、提升能力”的方針，但每個過程之間又不是簡單的重復，而是一個由低級到高級、由簡單到復雜、循序漸進的發展過程，只有牢牢加強教學與生產的結合，才能使學生具備熟練應用課程體系的“三基”解決問題和分析問題的能力，同時也提高了各種實踐教學資源的利用率。強化實踐教學環節，要在教學中引導學生學有所思，在學習中尋找自己的興趣點，通過查閱文獻和教師答疑，加深對專業知識的掌握，更有利于科研思維的交叉復合效應。高年級本科生通過實踐教學的培養與鍛煉，不僅可以更好地理解教學內容，掌握專業知識，形成適應科研活動的智力結構，還能提高其發現問題、獲取信息、分析判斷和實際動手能力，掌握科研方法，熟悉科研程序，提高綜合素質[7]。

3.構建“教學—項目—研究—交流”互動平臺

教學與科研是統一的，通過科研項目，可以讓學生走進實驗室，接觸真實的科研環境，而優良的科研環境則更利于激發學生的靈感，組織學生參觀作為高校重要組成部分的重點實驗室，更好地了解重點實驗室涵蓋的研究方向和研究成果，了解院系的改革發展成就?？蒲许椖繉嵭须p導師制甚至由多名導師組成的導師組，導師可以由專業教師和實驗室教師聯合擔任，這樣可使高年級本科生接受來自不同學科領域教師的共同指導，研究課題可以根據學生的時間靈活安排。選聘優秀博士生與優秀研究生擔任課程助教或實習助研，以彌補指導人員的不足，并增加學習與研究之間的親和力，導師應針對學生的興趣點及其學習情況，因材施教，為高年級本科生量身確定研究課題。學生通過閱讀文獻，結合已有的知識儲備，發揮主觀能動性，提出課題研究思路、方法及步驟，并在導師的指導下，設計完成詳細、合理的研究方案。實踐教學可以集中安排時間進行,也可以在假期、業余時間進行。其中集中實驗可在2～4周完成，分散實驗可在4～8周內完成。研究方案的開展實施離不開研究經費的支撐，研究經費可以導師科研課題經費和學院適當資助相結合的方法施行。

積極開展學術交流，在交流中激發靈感，開闊學術視野，拓展學科思維。聯合知名企業或研究機構打造實習、科研基地，促使科研與實際的緊密結合；鞏固和發展現有的對外交流與合作，并積極拓展新的交流渠道，圍繞特定項目促進學術交流，開展實質性合作，鼓勵和支持學生積極參加國際學術活動，參加國際學術合作項目，在國際期刊上發表文章。通過交流，使科研走向生產化、國際化和正規化。通過項目課題的開展，提供了科研實踐的平臺，也可使高年級本科生熟悉課題項目立項、申請、實驗設計與操作、研究結果分析、撰寫科研報告或學術論文以及答辯等一系列流程。通過交互平臺的構建完善，有助于發揮多學科融合優勢培養復合人才。

4.引入科研能力多元評價體系

為了真正將本科生的科研素質培養落到實處，需要引入一套科學合理的評價體系，這樣可以更好地激發學生的潛力、興趣和主觀能動性。將畢業生優秀程度和科研成果貢獻程度列為教師評價的重要考核指標，通過獲取評價反饋，提升教師素質，優化教師結構，強化科研行為，有助于高水平創新型教師隊伍的形成與發展。學生評價體系是學生科研素質與科研能力評價的重要組成部分，學生通過參加課外實驗與實踐環節訓練，參加指導教師的研究課題以及參加課外科技創新活動獲得的成果，或在國內外學術核心期刊上發表的文章、申請專利、綜合分析研究報告及在校期間取得的有關專業資格證書等情況，都可按規定折合一定的學分，運用教師評級與學生評級相結合的方式對科研成果進行等級評定，也可作為學校在免試推薦研究生、評獎評優及頒發獎學金等方面的重要參考。通過科研能力多元評價體系的成功引入，實現理工類專業高年級本科生科研素質培養績效的綜合評價。

三、科研素質培養模式的啟示與實施效果

在實踐探索中，形成了“學術隊伍—科學研究—人才培養—條件平臺—學術交流”相輔相成的五位一體的人才培養支撐體系，這種多元的組合，可以更好地培養科研尖兵和高新技術企業骨干。由社會各領域或專家組成的專業或行業學會每3～5年對相關學科的培養方案和效果進行評估，這樣更有利于保證人才的培養質量[8-9]。在學科的交叉和融合中，促使探索性合作研究的構思，不斷轉化成學術與技術成果，從而形成“交叉學習—交叉討論—交叉研究”的良好循環機制[10]。

以北京師范大學資源學院創建資源環境與能源領域交叉學科為例，依托3個國家級和省部級重點實驗室、8個校級實驗室和5個野外實踐教學基地，全面服務于學生的教學與科研訓練，開展了這一交叉學科的實踐探索工作，走出了一條可行的道路?；诳茖W研究、國際交流與學生教育互動，形成了一套師生共同成長的、又好又快的創新性人才培養模式，打造出“導師—博士—碩士—本科生”縱向為一體的資源環境和能源領域研究梯隊，形成了一個高效率、高活力、有合理結構的隊伍。近5年來，在學科交叉視域下，學院在承擔國家和省部級重大科研任務、高質量創新人才培養等方面成績突出，同時形成了一批重要科研成果，先后獲省部級科技進步獎4項、教育部科技進步二等獎1項、中國石油和化學工業協會科技進步獎二等獎1項、中國石油和化學工業協會科技進步獎三等獎5項、省級教學成果獎三等獎1項、校級教學成果獎二等獎1項、出版教材和專著5部、發明專利15項、軟件著作權6項，為國家的社會和經濟發展提供了重要的科技支撐。資源環境與能源領域學科交叉視域下圍繞提高高年級本科生科研素質的培養模式初見成效，在學校及相關學科領域內引起了較為強烈的反響。

[1] 趙鵬大.加強研究生教育改革，促進多學科交叉復合型人才的培養[J].中國地質教育， 1996，(4)： 6-9.

[2] 謝和平.綜合性大學的學科交叉與跨越發展[J].國家教育行政學院學報， 2004，(5)： 44-50.

[3] 章麗萍，姚威， 陳子辰. 面向戰略性新興產業發展的工程科技人才培養研究[J].中國高教研究，2012，(10)：25-29.

[4] 余文森.優質教學的教學論解讀[J].教育研究， 2007，(4)： 66-71.

[5] 鐘啟康.“課堂互動”研究：意蘊與課題[J].教育研究， 2010， (10)： 73-80.

[6] 第斯多惠.德國教師培養指南[M].北京：人民教育出版社， 1990： 78.

[7] 彭蕾， 孫波.加強理工院校本科生科研素質培養的思考[J].高等教育研究學報， 2009， 32(4)： 70-71.

[8] 施曉慧.創建中國國際“人才型”大學——訪英國利物浦大學華人副校長宋永華[N].人民日報， 2006-12-20（3）.

[9] 郝克明，馬陸亭.關于培養高素質創新人才的探討——高新企業人才素質和培養模式調研報告[J].教育研究， 2007，(6)： 3-12.

[10] 朱曉蕓，蔡娥，徐曉忠.學科交叉與創新性師資培養體系建設的實踐與啟示[J].浙江社會科學， 2012，(9)：123-127.

Title:Construction and Discussion of Scientific Research Quality Training Mode in Interdisciplinary Sight of Science and Engineering Senior Undergraduate

Author(s):ZHANG Jin-liang, ZHANG Peng-hui

interdisciplinary; science and engineering specialities; senior undergraduate; scientific research quality; training mode

G640

A

1006-9372（2014）03-0016-04

2014-05-14。

高等學校博士學科點專項科研基金項目（20110003110014）；國家自然科學基金面上項目（41172109）。

張金亮，男，教授，主要從事石油地質的研究與教學改革工作。