提高大学生创新性科研训练效果的探索——以“重霾污染天气时大气PM2.5数浓度谱分布特征研究”实验为例

马伟芳 赵桂玲 徐小牧 伦小秀 程 翔

（北京林业大学环境科学与工程学院，北京 100083）

一、开展大学生创新性科研训练的背景

创新性实验是大学生参加实践活动、培养创新能力和协作精神的重要方式之一，它能充分调动学生学习的主动性、积极性，激发学生开展科学探索的兴趣。在教师指导下，学生自主设计选题、独立组织实施实验、对问题进行分析与处理、撰写总结报告、完成答辩等工作。大学生创新性实验，不但能够加强学生对专业课程理论知识的理解和运用，而且还培养了学生的操作能力、创新意识及创新技能［1］。

北京林业大学自实施大学生创新性实验计划以来，教师踊跃申请项目，学生积极参与。笔者与环境学院4名大三本科生在2014年申请了大学生创新性实验项目“重霾污染天气时大气PM2.5数浓度谱分布特征研究”，并获得立项。这支学生团队虽然专业知识较为扎实、科研热情较高、动手能力较好，但综合解决问题的能力和创新性实践经历还有所欠缺。因此，在创新性科研训练期间，笔者指导他们独立设计不同功能区的监测布点方法、提出实验方案，初步探索了PM2.5在不同功能区的数浓度谱分布特征，使他们不仅将理论知识得以内化和吸收，同时还加强了对他们实践能力的培养［2］。

二、提高大学生创新性科研训练效果的探索

（一）对大学生创新性实验项目的立项加强指导

创新性实验项目的选题大部分来源于学生。部分选题具有一定的创新性，但有些选题过于天马行空，操作性较差。这是因为本科生的知识积累以及认识能力具有一定的局限，很难把握本学科最新发展的前沿动态，因此选题的创新性、方案设计的合理性受到了一定的影响。盲目确定的选题和方案，很难在项目研究过程中使学生的知识水平和创新能力真正得到提高，这也是很多大学生创新项目失败的根源。因此，教师应对学生的初步想法、选题方向、方案原理设计等方面给予必要的、适度的指导，对不够完善的项目选题提出修改意见，以保证项目选题方法可靠、方案可行，从而为大学生创新项目的顺利开展并实现创新计划的最终目的奠定基础［3］。

当笔者看到学生申请的课题是“重霾污染天气时大气PM2.5数浓度谱分布特征研究”时，首先对课题的可行性进行了论证，论证结果认为该课题选题新颖，研究方案可行性高。同时，指导教师所在的实验组可为该课题研究提供粒度谱仪设备，能对采集的市内不同功能区的大气样品进行检测和分析，再辅助对不同种的树叶进行扫描电镜观测实验，能够丰富实验内容，取得较好的预期效果。

（二）多途径激发大学生的科研潜能

提高学生的科研水平是一个循序渐进的过程。本科生在实验初期很迷茫，不知道该从何处着手。笔者根据学生已掌握的专业知识，指导学生查阅参考文献，扩充他们的专门知识，启发学生去思考如何逐步实现创新性项目的目标。在此基础上，学生提出了自己的创新性想法以及具体的实施步骤和措施。指导教师首先应对学生的研究思路、方案设计等进行合理的指导。学生经过与导师的充分沟通和讨论后，不断调整进度安排、完善研究方案。创新性科研课题选择了北京市具有代表性的功能区（二环内四个功能区、四环外四个功能区）开展实验。在项目开展过程中，学生还会遇到很多困难，但通过组内沟通和导师讨论，能及时解决这些困难。

其次，大学生创新性训练项目多有导师的科研项目作为支撑，可以为科研训练提供实验仪器和场地。一个大课题常由几个子课题组成，这些子课题往往是互相联系和互为依托的，所以负责子课题的学生在各自分工的基础上还需要相互协作，形成多个科研团队，团队之间必须有协作的精神、沟通的技巧和开放的胸怀。

第三，在创新性科研训练项目最后数据处理阶段，教师应给予充分的指导，鼓励学生自己查阅文献，升华实验结果。学生在这个过程中可以明显感受到科研能力和动手能力有所提高，同时教师对学生的试验结果进行客观、合理的评价，可以促进学生的全面发展［4］。

大学生创新性科研训练项目不仅激发了学生的潜能，同时也建立了以导师为指导核心的本科生人才培养模式。

（三）用学术论文巩固大学生科研训练的成果

得以立项的大学生创新性科研训练项目大多都具有一定的理论深度和应用价值，其实验成果可以学术论文的形式在期刊上发表，以实现社会共享。学术论文与科研相结合，可以提高学生的学习兴趣和主动性，不仅使学生了解了实验原理，学会使用实验工具和各种大型仪器，而且激发了学生的研究热情，巩固了理论知识，达到了学以致用的目的［5］。

更为重要的是，在撰写学术论文的过程中，学生由最初的不知所措，到最后对文章的结构、专业用语、数据结果的处理和讨论等了然于心，为以后毕业论文的写作打下了良好的基础。

三、大学生创新性科研训练的效果

（一）提高了学生的综合素质

创新性科研项目促进了大学生学习专业知识的兴趣［6-7］。学生通过主动查阅资料、收集信息，可以了解到本学科最前沿的科研进展情况，接触到最边缘、最新的高精尖科研信息，在极大地丰富了课外知识的同时，有效地巩固了课堂教学中的理论知识。通过实践操作和教师指导，学生逐步学会开展研究工作的步骤和方法。在科研训练过程中，学生动手能力、实验操作技能、文献查阅能力、语言表达能力和论文写作能力得到锻炼，学习的目标性大大增强［8］。

（二）提升了本科生毕业论文的质量

大学生创新性实验项目“重霾污染天气时大气PM2.5 数浓度谱分布特征研究”在执行过程中，学生逐渐认识到本项目可以作为一份完整的本科毕业论文来继续进行深入研究。于是一名团队成员在创新性项目圆满完成后，利用项目建立的方法继续开展了近一年的野外观测，揭示了北京市各个功能区大气颗粒物的组成，并利用源成分谱分析仪初步探讨了其来源和对区域气候的影响。由于研究成果具有创新性、独立性和完整性，该成员将其撰写成学术论文并发表，以此为基础，完成了毕业论文的写作。

大学生创新性实验项目和毕业论文相结合，使学生增长了见识、开阔了视野、提高了创新能力，提升了毕业论文的质量，为他们今后继续深造或就业奠定了良好的基础。

实践证明，通过大学生创新性科研训练，激发了学生们成才的欲望和创造的热情，优秀学生脱颖而出，团队协作的精神得以发扬。

教师从大学生创新性科研训练中也得到了收获，那就是在设计创新实验题目时对选题的科学性、创新性、针对性、实用性和可行性进行了研究。另外，大学实验室是培养和锻炼学生实践动手能力的主要场所，学院要加大实验室的建设力度及开放度，给学生提供一个充分开放和自由的实验环境，为学生开展创新实验提供良好的外部环境，缩短课堂教学与社会实际的距离，体现理论教学和实践教学的目的与意义。

［1］王祖源，毛骏健，吴於人.实施“国家大学生创新性实验计划”的体会［J］.中国大学教学，2007（9）：26-28.

［2］韦巧艳，李坚斌，刘曼萍，等.参加本科大学生创新性实验的心得与体会［J］.广西大学学报：哲学社会科学版，2009，31（增刊1）：145-146.

［3］郑秀英，张进明，白守礼，等.提高本科生实践创新能力的探索［J］.中国大学教学，2007（2）：47-49.

［4］李旦，赵希文，吴菊花.以过程为导向的大学生创新性实验计划评价体系研究［J］.高等工程教育研究，2010（1）：102-105.

［5］王波，张学铭，宋先亮，等.指导国家大学生创新性实验计划项目的实践体会［J］.高等农业教育，2010（10）：29-31.

［6］田喜洲.论大学生科研能力的培养［J］.重庆大学学报：社会科学版，2002，8（6）：128-129.

［7］刘学忠.论大学创新精神与创新能力培育的教学环境［J］.中国高教研究，2007（8）：50-51.

［8］毕开凤.论当代大学生科研意识和科研能力的激发与培养［J］.杭州商学院学报，2004（1）：63-65.