王 震 张立秋 孙德智
(北京林业大学环境科学与工程学院,北京 100083)
知识创新是指通过科学研究获得新的自然科学和技术科学知识的过程,其目的是追求新发现、探索新规律、创立新学说、创造新方法、积累新知识[1]。执行这一职能的主体主要是研究型大学和高水平的科研机构。从这个意义上说,高等教育,尤其是研究型大学的教育水平,影响着国家创新体系的建设。相对于教学型大学而言,研究型大学所培养的人才必须具有更强的创新能力。然而,到目前为止,我国研究型大学的发展可以说在很大程度上还停留在起步阶段,相关的理论研究和实践探索还有待不断地深入与完善。其中,最值得关注的一个方面就是本科生创新能力的培养。
世界大多数研究型大学的共同特征之一就是“在本科教学基础上致力于培养和造就富有创新意识和能力的高级人才,并通过教学相长,激发科研灵感和研究欲望,以产生新的科研动力”[2]。相比之下,我国的研究型大学仍遵循传统理念,以培养硕士生和博士生为主,而对本科生创新能力的培养重视不够。例如,我国本科生的创新能力主要通过毕业论文环节进行训练,但目前在实践中往往将完成毕业论文视为专业知识的直接运用,而忽视了毕业论文完成过程的实质是锻炼学生的自主能力[3]。更让人忧虑的是,在本科生日常的专业教学过程中,创新能力培养的环节严重缺乏,基本上仍沿用着中学阶段的“填鸭式”教学模式。正如陈皓明先生所言,“我国高等教育在知识创新能力培养方面与发达国家还有相当大的距离,最大的差距表现在课程缺乏研究性”[4]。从创新人才培养的角度,加强本科阶段学生研究素质的培养有着深远的现实意义。因此,必须大力推行教育创新,深入研究和探索针对本科生创新能力培养的教学模式。
知识创新能力的培养是一项系统工程,有别于传统的教育教学模式,需要全新的思路。因此,笔者认为,要加强本科生创新能力的培养,就要推行研究性教学模式。传统的教学模式以知识和技能的传授为主,侧重于学生主体对外界客体的认知与掌握;而研究性教学模式的教学目标是建立在掌握一定知识基础上的能力训练,侧重于学生主体对自身内在世界的认知与改进。
与很多重复性劳动不同,知识的发现和技术的发明都是创造性工作,需要科研工作者具备一些关于“创造性”的内在素质。这些素质大致可以分为2类:一类是科学家式的“个性”,例如独立性、幻想、好奇心、奉献精神等;另一类是科研工作所需的各种基础“能力”,例如洞察力、搜寻证据的能力、表达能力等。在这2类素质中,前者尤为重要,是驱动力,是灵魂,是核心;而后者是支撑,是实现方式,是载体。现代教育理论也指出:“创造性与个性有着密切的关系。”[5]因此,大学要培养创新人才,特别要关注学生个性的发展,这是创新人才成长与发展的前提。如果没有个性的发展,创新人才就不能诞生。同时,大学还要关注学生基本科研能力的培养。从这个意义上讲,研究性教学模式的目标就是培养具备科学家个性和科研基本能力的人才。
研究性教学模式有利于学生了解科研职业与科研人生,激发学生的科研兴趣,使学生从内心深处热爱科学研究这一事业,而非带着某种功利色彩。但是,研究性教学模式对大学教师提出了更高的要求。大学教师不仅要有渊博的知识、广阔的视野,还需要有一套崭新的教育理念和方法;要崇尚个性与创造性的融合,尊重学生的个性,不仅把学生看作是认知主体,更重要的是要把学生看作是创造主体;要从现实需要出发,提倡启发式、诱导式教学,寓教于乐,给学生以潜移默化的感染,而不是传统的“填鸭式”灌输。教师的角色不应再是传统的单一的“教书匠”,而应该是有感染力的“艺术家”。
研究性教学模式的目标设计固然重要,但是如果没有相应的教学内容来实现,其不过是一个“空中楼阁”。因此,针对研究性教学的目标,笔者根据知识创新过程的客观规律,在充分认识科学研究工作特点的基础上,结合本科生的知识水平和能力水平,对教学内容进行了设计。笔者根据多年来的研究和实践,归纳总结了知识类型、知识创新与科研工作者内在素质之间的关系(详见图1)。
图1 知识类型、知识创新与科研素质之间的关系
创新活动的产物就是知识,创新过程决定着人类社会中知识类型的格局,而科研工作者的素质决定着科学创新过程的质量和深度。研究性教学的主要目标,实质上就是培养或训练学生的科研素质。科研工作者的内在素质可以有很多,笔者只列举了一些对本科生比较重要的基本素质(详见图1),并按照教学目标的要求,把他们分为2大类,即科研“个性”和科研“能力”。
①个性方面:包括“独立思考、质疑精神、创造激情”3种。其中,独立思考,是科学研究工作者的基础素质;质疑精神,也可以称为好奇心;创造激情,也可以称为创造兴趣,具有一定的幻想性。这3种个性都是驱动知识创新的“原动力”。
②能力方面:包括“逻辑思维能力、洞察能力、沟通能力、协作能力”4种。其中,逻辑思维能力,是知识认知、知识组织、知识演绎的轴心力量,是基础能力;洞察能力,是在科研过程中发现问题、凝炼问题、回答问题的能力,是关键能力;沟通能力和协作能力,是科研群体交流和科研团队合作中必不可少的能力,是支撑能力。
上述科研“个性”和科研“能力”的培养需要落实到具体的专业教学内容中去,而培养过程需要模拟真实的知识创新的过程或者科研过程。
知识是人类对世界客观规律的反映。随着人类认识的扩展和深入,知识的类型可以分为3类,分别是“已有知识”(主要指被社会各界普遍认同的成熟知识)、“前沿知识”(主要指已经存在但还有待科学领域进一步检验的尚未完全成熟的知识)、“未知知识”(主要指人类社会还没有发现或认识到的知识,是科学研究的主要目标)。当然,这3类知识的划分是相对的,因为没有100%的已有知识,也没有一成不变的前沿知识。
对应于上述3类知识,科研工作者的知识创新过程主要包括3个阶段,即知识掌握阶段、知识深化阶段、知识创造阶段。同时,对应于知识创新过程的这3个阶段,研究性教学也可分为3个主要阶段。
①第1个阶段——知识掌握。其针对的对象是“已有知识”。一个科研工作者只有对本领域的基础知识掌握得十分扎实,才能提出具有前沿性的、切实可行的研究方向。对本科生而言,以其知识水平很难做到这一点。因此,研究性教学在这一阶段要以“已有知识”为主要教学内容,选择那些知识容量相对较小、知识难度相对较低的专业知识点,对本科生进行综合性创新能力的训练。
②第2个阶段——知识深化。俗话说“不破不立”。研究性教学在这一阶段要引导本科生对已经掌握的知识进行深度的再认识,考察其中的不合理之处、未明之处。在这个环节中,需要学生找到自己对已有知识的疑惑点和进一步深化认识的兴趣点。
③第3个阶段——知识创造。知识创造阶段是最具有专业难度的一个过程,至少包括2个步骤:第一,要凝炼出科学问题;第二,要通过实验等方式回答所提出的科学问题。显然,以本科生的主客观条件是达不到这个阶段的要求的。因此,研究性教学在这一阶段要对本科生进行包括“看、学、练、用”4个层次在内的正规训练。这就要求在真实的课堂环境中,教师要通过“模拟演习”来展示给学生看,使学生可以亲自接触到相对真实的科研过程。
概而言之,研究性教学模式的教学内容应该涵盖“知识掌握、知识深化、知识创造”整个知识创新过程,以锻炼并形成学生的科研“个性”和科研“能力”。其具体做法是:结合所学的专业课程,选择适当难度的课程教学内容,组织学生展开专业知识点的学习和讨论,使学生通过亲身参与知识创新的过程达到研究性教学的目的。其中,所选择的知识点(或拟创新点)既可以是假设的本领域的前沿知识点,即只对学生或教师来说是“新知识”;也可以是真实的本领域的前沿知识点,即对本领域的科学家来说是“新知识”。在研究性教学过程中,要重在训练学生对知识创新过程的真实体验。
根据研究性教学模式所设计的教学内容,笔者设计了“回忆、讨论、演讲、问题回答”4个教学环节。其中,前3个环节主要强调“体验”,最后1个环节主要强调“观察”。
①回忆环节:旨在实现“知识掌握”阶段的教学任务,重在培养学生“独立思考”的个性和逻辑思维能力。
②讨论环节和演讲环节:旨在实现“知识深化”阶段的教学任务,重在培养学生的“质疑精神”和洞察、沟通、协作能力。
③问题回答环节:旨在实现“知识创造”阶段的教学任务,是一个互动环节,但主要由教师来完成,目的在于激发学生的“创造激情”,为其将来从事科研工作埋下理想的“种子”。
上述4个环节是一个连续进行的过程,需要具体落实到7个步骤上(详见表1),包括要求学生对所学内容进行总结、分组讨论、小组总结和演讲、向教师提出问题、由教师查阅资料后进行回答等。
表1 落实课堂教学环节的具体步骤
污染生态学是环境科学领域中的一门新兴学科,其教学内容和研究内容的涵盖范围都十分广泛,包括了与自然生态破坏有关的各种类型的环境问题;而且,这些内容的学习与国家和社会的需求结合得比较紧密。由于社会各界的普遍关注,所以这部分知识对大部分本科生来说并不陌生,知识点的专业化程度较低、难度适中,可以让学生有所总结、有所感悟和有所发现。因此,本研究选取污染生态学中的“大气污染”部分作为专业知识点,实施了研究性教学模式。
笔者认为,选取大学2、3、4年级的本科生作为研究性教学模式的实施对象较为合适。其主要原因在于:①选取大学4年级本科生作为实施对象,可以直接促进毕业论文工作的开展,并有利于本科生实现从本科阶段到研究生阶段的“平滑”过渡;②选取大学3年级本科生作为实施对象,有利于学生在完成前2年基础课程学习的基础上,带着“研究”的视角学习高年级的专业课程;③选取大学2年级本科生作为实施对象,有利于尽早改变本科生在中学阶段养成的“填鸭式”思维模式,从而尽快适应并养成“自学式”和“发现式”思维模式,以避免到学习后期积重难返。目前,本研究已选取大学2年级的83个学生(其中环境科学专业学生27人、环境工程专业学生56人)作为实施对象,进行了初步探索。
将学生分成10个小组进行回忆、讨论、演讲环节的教学活动。学生关注的主题涉及“大气污染”部分的3个知识点,分别是全球变暖现象、酸沉降现象、臭氧层破坏现象的原理及防治。学生对相关主题的关注程度(即各主题学生关注的比例)详见图2,学生小组就知识点总结提炼的问题详见表2。
图2 研究性教学模式涉及的知识点及学生的关注程度
从学生小组的提问情况看,只有1个小组没有针对知识点提出问题,其原因可能是学生在对知识点的掌握、小组内交流的组织、对新教学模式的适应等方面存在一些问题。这还需要在将来的研究中深入探讨。
表2 学生小组就知识点提交的问题
课程教学结束后,笔者组织学生对教学过程进行了评价,主要是了解学生对课程教学内容、教学方法、教学效果的认可程度和总体印象。学生对课程教学的评价情况详见表3,每个评价指标的满分为10分,根据分值评价结果划分为5个等级,分别是“很好(10≥分值≥9)、较好(9>分值≥8)、一般(8>分值≥7)、较差(7>分值≥6)、很差(6>分值)”。
表3 学生对教学评价指标的打分情况
从评价结果上看,环境科学专业和环境工程专业的学生对课程教学内容、教学方法、教学效果的认可程度都比较高,评价结果达到“很好”等级的指标占75%(不考虑专业差异),评价结果达到“较好”等级的指标占25%(不考虑专业差异),没有评价等级较低的指标。从不同专业的认可情况来看,环境科学专业学生对课程教学的认可程度比环境工程专业学生稍高。这说明环境科学专业学生更适应这种新的教学模式。另外,本研究还调查了2个专业学生对课程教学的总体印象。调查结果显示(详见图3),学生对课程教学的总体印象根据满意程度可划分为“非常满意、比较满意、基本满意、不满意”4个等级,50%以上学生对课程教学“非常满意”,没有“不满意”的情况出现。
图3 学生对课程教学的总体评价情况
近十几年来,我国高等农林院校为社会培养了一大批环境保护本科专业人才。为了落实质量工程,实施分类指导,促进规范化办学和特色办学,不断提高环境工程专业人才培养质量,教育部高等学校环境工程教学指导委员会于2009年5月在南京农业大学举办了“全国高等农林院校环境工程专业规范建设研讨会”,全国40多所农、林、水产类高校的有关院系领导、环境工程专业学科点负责人等100多名代表参加了会议[6]。会上笔者就北京林业大学环境工程专业的建设作了典型发言,介绍了上述教学模式的改革与探索,得到了与会代表的广泛肯定。
斯坦福大学校长卡斯帕尔教授在谈及斯坦福大学成功的办学经验时,曾经指出“这里没有任何秘密,斯坦福大学只是坚持在宽松自由的学术环境中使教学与科研有机地结合”[2]。笔者认为,这种结合不仅可以促进科研工作本身的发展,更重要的是能够促进教学内容的更新,培养青年学生的创新能力。“研究性教学模式”的提出,就是要注重培养学生的创新精神和创新能力,培养和造就高素质的科技人才,为我国创新能力和创新效率的不断提高提供坚实的基础和不竭源泉。
从整体效果上看,本研究所设计的研究性教学模式的实施取得了较好的教学效果。但是,许多潜在的问题也是不容忽视的。其中最大的挑战就是教学质量不易控制,教学内容取决于教师的专业背景、知识宽度和组织能力;同时,教师的工作量也大幅度增加。例如,学生提出的问题涉及的学科领域较广,而且学生提炼问题的水平差异较大,所以教师不仅需要具有广博的知识面,还需要具有很强的组织能力和过硬的科研综合素质。因此,需要“教学型”“科研型”和“管理型”3者相结合的教师人才。这对教师群体来说是一个很苛刻的要求。
另外,研究性教学模式的实施对学校环境也有要求,既要有宽松的教学环境,又要有可以定量考核的教学管理体系。因此,高校在开展此类教学实践时应该慎重,要循序渐进,不可拔苗助长、急功近利。
[1]路甬祥.建设面向知识经济时代的国家创新体系[J].世界科技研究与发展,1998,20(3):70-72.
[2]徐祖广.研究型大学在建设国家创新体系中的地位和作用[J].清华大学教育研究,1999,20(2):22-25.
[3]马忠,屈波,张金鑫.基于提高自主学习能力的本科生毕业论文训练体系[J].清华大学教育研究,2008,29(1):113-118.
[4]李凝.解析“研究型大学”[N].科技日报,2002-12-04(17).
[5]刘智运.论高校在建设创新型国家中的新使命[J].教学研究,2008,31(1):1-4.
[6]襄桦.清华参与组织全国高等农林院校环境工程专业规范建设研讨会[EB/O L].(2009-06-05)[2009-10-01].http://news.tsinghua.edu.cn/new/news.php?id=20653.