课余科研创新教学探索

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本文作者：陈厚桂 查晓明 华小梅 孙元章 单位：武汉大学 电气工程学院

课外科研是本科生创新能力培养的重要载体，与专业培养计划之间在内容上相互依存、在时间上相互影响。在目前的教学模式下，课外科研在本科教学里长期不受重视，究其原因，主要是：其一，课外科研的课外性，其开展不能与正常的教学秩序冲突；其二，学生的学习任务重，没有多余的时间开展课外科研，这使得课外科研实际上处于边缘化的状态。

1学校构建课外科研支持体系

教育部从2006年起设立“大学生创新性实验项目支持计划”，目的是通过科研项目引导大学生自主地训练知识综合和创新能力，一些关于“大学生创新性实验项目支持计划”的教学研究也已经开展［1－5］。该计划主要针对大三学生，获批的国家项目研究期为2年，学校项目研究期为1年，已经取得了良好的示范效应。但是，该计划独立于培养计划之外，学生只能利用业余时间开展，因此，该计划的实施和落实是个难点，主要表现在：（1）学生的学习任务重，能分配给项目研究的时间少；（2）学生仍处于学习阶段，知识体系不完整；（3）属于课外科研，时间零散。工科学生强调动手能力，创新能力必须是建立在实践基础上的创新［6－8］。解决好课外科研和专业培养计划在时间上的冲突问题，解决好科研过程的严谨性和课外科研管理的松散性问题，是课外科研健康发展的基础。在学院的支持下，项目组从2008年开始，以“大学生创新性实验项目支持计划”为平台，构建完成了课外科研支持体系。本文首先分析课外科研对本科教学的意义；其次，以电气工程与自动化专业为例，分析大学4年的学习压力度变化，寻找课外科研的定位；最后，根据培养目标构建全学程的课外科研支持体系。

2课外科研在本科教学体系中的定位

创新能力培养是“大学生创新性实验支持计划”的核心，学校和学院利用这个平台，把创新能力培养的过程分解到课外科研的每一个部分，用理性的科研过程阐释创新的内涵和价值。

2．1辅助培养计划内的课程教学通过创新性、提高的科研训练，提高学生对课程知识的理解和把握能力。课外科研在培养创新能力方面高于教学实验，一方面教学实验虽然也涉及到创新实验，但是，由于其主体教学目标是理论验证，创新性实验的数量很少，而课外科研完全是一种创新性活动，活动的创新性大；另一方面，实验教学只注重本课程的学习，对培养计划的综合性不够，而课外科研以科研项目为引导，其开展必须使用大部分计划内课程，在很多情况下，还需要自主学习计划外课程，知识的覆盖面和综合程度大。因此，课外科研是教学实验的扩展和延伸，对计划内课程有辅助作用。

2．2实现本科教学和研究生教学的衔接通过系统的训练，培养学生的信息搜集能力、科研素质、论文撰写、申请书撰写、工作汇报和答辩，以及基本的科研技能，弥补本科教育和研究生教育之间的断带。研究生教育以科研为平台，要求学生具有一定的科研能力［9］，包括文献阅读和综述能力、专业知识运用能力、项目规划能力、学术论文撰写能力、学术汇报能力等。这个能力的培养周期很长，在短学制情况下，基本科研能力的培养难度很大。本科教育以课程教学为平台，以培养理论知识为核心，学生的知识综合能力不足，对课程一知半解。项目组曾经调研一些已经保研的大四学生，发现很多学生对专业知识的掌握仅仅局限在课程或考试本身，很多电气工程及自动化专业的毕业生，甚至不知道“Protel”、“PCB”的内容和应用，很多优秀毕业生把这些知识的获取寄希望于研究生阶段，但是实际上，研究生阶段的状态与他们的设想相距甚远，于是又寄希望于博士生阶段。本科教育与研究生教育之间存在断带，这个断带是本科教育对科研能力要求低与研究生教育对科研能力要求高的矛盾造成的。这种现状影响了研究生教育，也影响了导师指导研究生的积极性，因此，本科教育和研究生教育之间需要一个过渡期，这个过渡期以课外科研为平台，向上衔接研究生教育，向下衔接本科教育。与研究生教育对科研培养的定位不同，过渡期的科研定位是训练，提高学生对科研过程的认知能力，而不是追求科研成果。

2．3实现本科教学与社会服务的衔接通过系统的训练，培养学生的基本研发技能，信息搜集能力、团队协作能力、沟通技巧等。在与企业家交流的过程中发现，很多企业不愿意招收应届毕业生，他们普遍认为应届毕业生动手能力差，到企业后要重新培训。虽然学生的学习成绩优秀，但是解决实际问题的能力很差，还有一些学生与人合作能力差。本科教育与社会服务之间也存在断带，这个断带是本科教育对实用性的要求低与社会服务对实用性的要求高的矛盾造成的。本科教育与社会服务之间需要一个过渡期，这个过渡期的教学也需要以课外科研为纽带，向上衔接社会服务，向下衔接本科教育，这个阶段的教学重在实用性。

3全学程课外科研支持体系

3．1大学生本科四年的学习压力度分析课外科研的特点是课外，其开展不能影响正常的教学秩序，在设计课外科研培养方案时，首先要分析大学生的业余时间到底有多少，哪些业余时间可以用来开展课外科研。按照武汉大学电气工程与自动化专业培养计划的规定［10］，本科毕业必须修满150学分，其中必修课108学分，选修课42学分，表1是第1—8学期培养计划中学分和学习压力度统计表。为了保证数据的可比性，只选择必修课和实践课作为对照，其中学习压力度是随机调查了30名毕业班学生，调查他们对学习压力的主观感受，取最大学习压力的第5学期的压力度为10度，其他参照给出主观结果。表1中的数据表明：学生的学习压力主要集中在第4—6学期，第1—3学期学生的压力不大，第7—8学期压力较小。在第1—3学期，学生还处在高中到真正大学生活的过渡期，学习主动性不强，学习方法是高中阶段的延续，如“大学英语”、“大学物理”、“中国近代史纲要”等，虽然在第3学期也开设一些专业基础课，如“电路”，但是这些课程与大一的课程有强烈的相关性；此外，这些课程对实践的要求不高。第1—3学期的教学安排降低了学生的感受，因此他们感到压力不大。进入第4学期，有“电机学”、“模拟电子”、“电气工程基础”、“信号与系统”等难度大的课程需要完成，学生感到学习压力增大。这些课程的学习方式与1—3学期的完全不同，需要注重实践，此外，保研成绩也是以1—6学期的成绩为衡量标准，因此需要学生格外努力，这个过程一直延续到第6学期。第7学期的课程主要是专业选修课和其他选修课，第8学期主要是本科毕业设计，这2个学期的学习压力较小。第4—6学期是学生学习压力最大的阶段，与“大学生创新性实验项目”既冲突又合作，一方面，从时间上看，“大学生创新性实验项目”的实施时间在第5—6学期（国家项目执行期在第5—8学期，但是覆盖面小，不具有代表性），此时，课外科研与培养计划在时间上存在冲突；另一方面，从“大学生创新性实验项目”实施条件上看，项目的实施所依赖的基础正是第4—6学期所开设课程。创新项目在时间上与培养计划的冲突性，和在内容上对培养计划的依赖性，构成了“大学生创新性实验项目”开展的一对矛盾体，这个矛盾是否能够得到合理解决，将直接影响到“大学生创新性实验项目”的实施。因此，学校和学院需要系统地安排学生的课外科研，一方面制定详细的训练安排，另一方面，构建全学程的培养体系，延长课外科研的开展时间。

3．2构建课外科研教学体系虽然课外科研的定位不是获得科研成果，而是提高学生对科学研究过程的认知能力，但是其开展必须以科研项目为载体，以科研成果为引导。课外科研与培养计划在时间上是冲突的，在内容上是相互依赖的，为了解决这个矛盾，在制定课外科研支持体系时，需要延长课外科研时间，同时，精心设计课外科研内容，使之与培养计划紧密结合。为了延长课外科研的开展时间，围绕“国家大学生创新实验项目”在学院层面，再增加3个支持计划，表2是课外科研支持计划表，这4个支持计划与创新发展规律相一致。创新分为好奇、兴趣、质疑和探索3个阶段，课外科研的开展必须贯穿这个过程才能有效果。在针对大三学生的“大学生创新性实验项目支持计划”的基础上，针对本院实际情况，进行了拓展，包括：针对大一新生的科研习惯训练，这个阶段主要是参加论坛性质的“电气汇智创新课堂”；针对大二学生的“电气学院创新预研项目支持计划”；针对大四学生的“创新性毕业论文支持计划”。这3个计划与国家大学生创新支持计划成为一个整体，使研究期从2个学期扩展到了8个学期，延长了创新项目的实施期。为了使课外科研内容与培养计划紧密结合，确定6类基本科研技能，表3是基本科研技能与培养计划课程的关联性的对照表。科研技能包括：文献阅读、综述能力，数学工具运用能力、电磁场分析能力、电路设计能力、编程工具和文章撰写能力。其中，电磁场分析和电路设计与培养计划关联性最大，而文献阅读、综述和论文撰写在培养计划中没有涉及。综合表1、表2和表3，设计电气工程与自动化专业课外科研支持体系。图1是电气工程与自动化专业课外科研支持体系图。课程学习压力度是通过调查获得的学生对课程学习压力的直观感受，实验课程数量是培养计划中实验课按学期的分布，基本科研技能训练是按照表3展开的专业基本科研技能在各学期的分布，科研项目与竞赛项目是学生可参加的课外科研支持计划和可参加的全国性竞赛。

3．3构建课外科研管理体系与其他教学形式相比，课外科研的组织比较松散，主要表现在：（1）教学内容不固定，非常零散。没有固定的教材、固定的参考书，教学内容涉及本专业的所有课程和其他专业的课程。（2）教学对象不固定。参与训练的学生有长期、短期的，还有临时咨询的。（3）教学时间不固定。教学时间一般在学生正常教学计划之外，所以时间非常零散，大部分在中午、周六、周日和晚上。上述特点使得课外科研教学的组织非常困难，为解决这个问题，建立了一套松散和紧密相结合的教学组织模式。该模式的主要内容是：4～5个学生构成项目组，每个项目组指定一个负责人联系和组织项目，课外科研采取实验室指导和实验室外开展相结合的形式。要求每个项目组每周在实验室外（如在宿舍）开短小（30分钟以内）的本周讨论会，讨论会的内容要有简单的记录（50～60字即可），以养成科研习惯；每个组每月在实验室与教师交流一次，反映研究中的问题和困惑，学生有问题可以随时与教师联系，获得指导。为了在制度上解决教学时间松散的问题，购买指纹考勤机，规定每个学生一年内在实验室实验的时间必须达到400h，在实验室之外的研究有规范的记录。对学生在一个科研周期（一般为1年）的科研过程的考核有明确的指标，表4是一个科研小组的任务表。为解决教师精力有限的问题，采用专职的管理教师和兼职的指导教师相结合的形式，兼职的指导教师每周在实验室的总工作时间为8h。建立“电气实践与创新开放实验室”网站，网站开设有：实验室介绍、研究方向、实验室结构、实验室管理、科研动态、人才培养、助学招聘、仪器介绍、学术前沿、电子爱好者协会、科研合作11个栏目和文件下载、我们的汇智、仪器预约、实验申请4个交互栏目。研究方向包括：电气与电子类、边缘和交叉类、前沿探索类、新兴教学仪器类4个分类。松散和紧密相结合的教学组织形式解决了课外科研的业余性和科研行为的严谨性的关系，通过“电气实践与创新开放实验室”网站这个平台使教学目标得到很好的落实。通过对学院零散的教学资源和学生零散的业余时间的有机整合，建立了一个高效开展课外科研教学的新模式。这个模式解决了教学和业余科研在教学资源方面的矛盾，融合了项目管理、本科生教育和研究生教育。

4结论与讨论

课外科研从属于本科教学，但是又定位在正常教学之外，其开展对于提高大学生的知识综合和创新能力具有无可替代的作用，但是，由于课外科研的特殊性，其开展举步维艰，长期以来，一直是本科教学的“硬骨头”。搞好了课外科研，本科教育与研究生教育、社会服务之间就实现了自然对接，就解决了社会大众对大学教育脱离实际的疑惑。通过研究，建立了一套全学程课外科研支持体系，该体系的优点在于：（1）解决了课外科研与培养计划课程在时间上的冲突性；（2）使课外科研与培养计划课程在内容上联系更紧密；（3）解决了课外科研形式松散的问题。该体系经过了教学实践，以该体系为核心的成果获得了2010年武汉大学教学成果奖，从2008年开始，学生陆续开展了创新项目21项，其中国家项目6项；发表科研论文30篇，参加EI论文检索的国际会议5次；获得武汉大学创业大赛，省“挑战杯”、国家“挑战杯”等多项奖励，已获得了学校、学院和学生的普遍认可，该体系已初见成效。