研究性教学对水利工科学生科学素质形成的分析

陈平 徐英

[摘 要]科学素质是衡量个人综合素质的因素之一。工科大学生是国家未来建设的中坚力量，其科学素质的提高无论是于国于己都具有十分重要的意义，而大学生科学素质的培养是一项复杂的系统工程，需要多方面的综合努力。针对水利工科学生的特点，开展研究性教学，改变“填鸭式”的教学模式，利用课堂教学、课程作业和实践性教学环节，于细微处有意识地加强工科学生科学素养培训是十分有效的。

[关键词]研究性教学 工科 科学素质 分析

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）12-0010-04

一、引言

培养适应社会需求的高素质创新人才是当代高等教育的核心问题。科学素质是当代大学生参与社会与科学活动的基本条件。21世纪的大学生绝大部分进入独生子女时代，优越的生活条件、计算机与网络的迅猛发展、社会的包容等，使他们表现出了自我意识强、思想活跃、缺乏探究吃苦的精神等显著的特点，这是大学生与研究生的科学素质下降的动因[1] [2] [3]，也直接和间接的反映了本科生高等工科教育不能与时俱进的缺陷。[5] [6]

科学素质的培养是一个系统工程，需要改革传统的教学方法，培养学生的探究性学习兴趣和独立思考的能力，提高学生的实践创新能力，形成学生自主学习的习惯，激发学生探究和创新的意识。科学素质的培养是高校人才培养的主要任务，也是研究性教学追求的目标。加强教学方案与教学模式的改革与研究，是国内外高等院校提高教学质量、实现人才培养目标的关键与保证。工科专业课程教学内容往往知识点零碎、实践性突出，学生感到难学。针对这些特点，教师在课程体系改革、教学方法、实践教学、课程考核改革、教材选用等方面都进行了总结与探索，不断开展研究性教学的探讨与尝试，提出行之有效的教学方案与教学模式。研究性教学的开展是对传统教学方式的改革，是提高大学生科学素质的重要措施之一。

研究性教学的主要目的是探索以学生为本、有利于学生自主学习与科学研究的教学模式，开展自主学习与研究，培养学生勇于探索、求实创新、主动学习的良好习惯。研究性教学意味着开放的教学目标、开阔的教学视野、平等的教学气氛、活跃的思维品质、自由的交流情景、进取的探索意识、独立的质疑态度等，这需要多方面的协同合作。研究性教学的开展对工科学生科学素质的关系研究较多[7] [8] [9] [10]，而对其形成过程与影响程度研究较少。本文采用实施前后对比与实施过程中各学期的对比方法，分析研究了研究性教学对水利工科学生科学素质形成的影响与形成过程。

二、研究性教学于细微处培养水利工科学生科学素质

（一）探究性学习，扩大学生视野

大学学习没有了应试教育的压力，给了学生更多自由学习的时间与空间，以及良好的学习环境与条件。中学生时代那种应试教学方法，对于大学生科学素质的形成来说远远不够。推广启发式教育与探索性学习，不囿于书本，可以更好地培养起学生探索科学的好奇心。大学生的学习方法应该从课堂学习扩大到课外学习、自主学习，从继承性学习扩大到创造性学习，从间接知识的学习扩大到获取直接知识的学习。教师的任务不仅仅是告诉学生概念、方法、结论和答案，而且要鼓励学生大胆探索，主动探求学科的发展过程和最新科学知识，更重要的是要培养他们获取知识的能力。

在课堂教学中，教师要有意识地结合书本知识的讲授介绍相关的最新理论与方法，使他们能够对学科的最新进展动态有所了解，特别是要结合工程实例去讲解，指出不同的观点、方法与理想化条件的缺陷等，激发他们进一步探究的欲望。教师应常常在课堂上提出探索性问题，让学生课后到图书馆或网上数字图书馆查阅相关的最新资料来佐证自己的观点，或对该问题进行充分的阐述，并在课堂上进行交流。例如：现行水文频率计算配线法是否是最好的方法？学生们通过查阅文献资料，从多方面进行了论述，有的探究其发展历史，有的论述经验频率公式的合理性，有的探究配线好坏的评价标准，有的论述网上广为流传的不同配线程序的科学性等。后来还有学生采用VB与EXCEL相结合的编程方法，自己嘗试开发可视化配线程序。通过学生自己查阅文献和思考，可以激励他们探索的积极性，扩大他们的视野，让他们对一些看似简单的问题有了自己的见解。

（二）指出现有方法与理论的不足，引导学生思考

以灌输知识为目的的教学不自觉地剥夺了大学生的怀疑和批判精神，而这种精神对科学发展恰恰是不可或缺的。大多数学生对科学理论永远怀着一种崇敬的心情，而这种心情无论是对理解该理论的真正价值，还是理解该理论的条件性和局限性都没有任何益处，最终会让学生屈服于学术权威、丧失怀疑与创新的精神。

在水利工科的专业基础课与专业课中，由于自然条件的复杂性，许多现象无法从理论上获得解析解，有很多方法与原理还是建立在一定假定的基础上或通过试验得出的，不少公式为假定条件下的理论方法或经验公式。在课堂教学中，教师就必须十分注意结合实际情况，指出书本上现有方法的局限性与不合理之处，并告诉学生目前许多学者对该问题的相关研究进展。如在设计洪水计算时，雨、洪同频率假定的问题、单位线的线性汇流问题等，都是建立在假定基础上的理论与方法，这些都是存在缺陷的。告诉学生这些，目的是使学生既不盲目崇拜书本理论，又意识到自己与前沿研究的近距离性，这样可以激发他们的学习的积极性与深入思考的能力，也为今后有兴趣探索与解决该问题提供可能性。

（三）重方法与过程，不一味追求结果

学生从小学到高中，再到大学一、二年级的课程学习中，绝大部分是经典理论的学习，这些学习往往都有统一的解题公式、方法与标准答案，所以学生习惯于对标准答案的追求，不一定注意方法与过程的合理性，只求结果正确就行。而水利工科的专业基础课与专业课程学习往往在大学三年级开始，专业基础课与专业课的学习却相反，如工程水文学的许多计算，虽然没有复杂的导数、积分或微分方程，只是加减乘除，但更注重的是科学的概念、正确的方法、参数的合理选取与严谨的计算过程，其结果却不一定是唯一的。许多的水利工程规划与设计，更注重概念的清晰、方法的正确、科学的推理，只重结果的思维是行不通的。针对许多学生的不适应，教师在课堂教学和学生作业中应有意识地加以培训与引导、讲评。

（四）严格要求，培养严谨的科学态度

专业基础课与专业课的作业往往是大作业，有时需要很多张表、图协助计算才能完成。如工程水文学是大学三年级第一学期开设的水工专业的专业基础课，频率计算配线法是第一次大作业，由于学生刚从经典理论课程的学习转来，大学一、二年级数学、物理等经典学科只追求计算结果的现象较明显，这暴露出了许多问题。经对水利水电工程2006级两个班92人的工程水文学作业情况统计分析，我们发现以下问题。1.年平均降雨量计算值保留到小数点后两位小数的有23人次，保留到3位小数的有18人次，保留到4位小数及以上的有9人次，总计占到总人数的54.3%。在他们看来，似乎是保留小数越多越精确，却不去考虑小数的真实科学意义。2.在计算表格中，数据乱涂乱画的15人次，表格线歪斜及分格不均匀的17人次，无表号与表名的27人次，总计占到总人数的64.1%。3.配线图的问题。无纵坐标名称与单位的28人次，经验点据点错位置的25人次，曲线不光滑、粗细不均匀及用圆珠笔、钢笔画图的21人次，无参数标注与图例的22人次，图形比例不当的13人次，无图号与图名的31人次，总计占到总人数的152.2%。4.计算过程及结果无单位的15人次，不采用标准单位的6人次，总计占到总人数的22.8%。

从第一次专业基础课大作业中的许多细微处可以看出，学生缺乏严谨的科学态度与科学素养。为此，在作业批改后，笔者专门花费1小时左右时间进行作业点评，指出其存在的问题与严重性，分析问题的来源，在要求作业重做一遍的同时，又鼓励学生时刻注意严谨科学态度的培养。在后面的课程设计、毕业设计中，学生的图表规范性有较大提高，学生们均表现出了较高的科学素养。

（五）注意国家及行业规范与标准的运用

工科专业的学生最终要走出校门，服务于社会。工程的规划设计都是以国家及行业规范与标准为准绳的。大学三、四年级刚接触到专业基础课与专业课程的学习时，学生还普遍停留在教师给足已知条件，他们按照一定的原理与方法进行计算的习惯阶段;对有关参数的取用、适宜方法的选定等自己不知道或不习惯去查阅相关规范与标准，往往只习惯于到课本中找答案。为此，在课程设计与毕业设计中，应尽量少给数据资料，有意识地让他们结合实际情况和规划设计需要，充分利用图书馆或资料室，有目的地进行文献查索与收集资料，查阅相关的规范与标准，做到每一个参数或数据的取用都科学合理，并标注出处。

（六）注意特殊数据的分析

数据与图是工科专业学生未来的工作语言。对计算过程或实验中出现的特殊数据，应实事求是，不能简单认为是错误的或不合理的就摒弃掉，要加以充分的分析，多问为什么会出现这样的特殊性，认真对待，弄清来源的可能原因。如是实验中出现的，应分析1.是否是由于实验误差（允许的误差值范围）引起的？2.是否是实验操作不当（包括数据的读取等）引起的？3.是否是实验设计不当（甚至是错误）引起的？4.是否是新的未认识的现象？如果是计算中出现的，应分析1.计算资料是否可靠？2.计算方法与步骤是否得当？3.公式参数取用是否合理？4.是否是新的或未认识的规律性？如水文计算中特大洪水或暴雨资料包含了丰富的信息，要重点分析处理;计算结果要结合水文地区规律性进行合理性检查，不合理的结果要分析原因及蕴涵的意义，不能简单处理。

三、研究性教学对水利工科学生科学素质形成分析

（一）调查方法

（1）调查对象

水利水电工程专业于2009年开始在三年级学生中开始实施研究性教学，针对2009年前后各两年（2006级～2007级和2008级～2009级）的三年级学生作为跟踪调查对象（即2008～2013年毕业的6届），每年1个班30人左右的跟踪调查，从三年级第1学期到毕业离校4个学期的情况。

（2）调查内容

为了综合反映学生的科学素质水平，选择三、四年级各学期有代表性的理論与实践课程：课程理论教学与作业、课程设计、实习报告和毕业设计。

为了便于对比与量化分析，分别统计分析这4门课程所反映出的方法与过程的恰当性、数据与单位的标准性、图表的完整性（图表号名等要素齐全、图形比例恰当、分布匀称）、规范与标准的应用情况（引用数量、准确性）、学习的主动性（提问多少、上课与完成任务的准时性、缺席迟到情况）、纸面的整洁性（手工作业无随意涂改、打印稿排版规整）、规划设计的创新性等7大方面。为了统计方便，主要统计出现错误的人次。这些指标虽不能完全反映学生科学素质的高低，但也能从中表现出一定的基本科学素养。此外，我们还统计分析了各年级学生的不及格率、旷课率等指标。

（二）结果与分析

通过查阅开展研究性教学前后两年的各年度学生的作业、课程设计、实习报告、毕业设计及教师的平时成绩记录表等，按照存在的问题进行统计，统计的具体数据见表1和表2。

表1   研究性教学实施前2007年、2008年毕业的两届

60名学生跟踪分析数据统计情况表

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表2   研究性教学实施后2012年、2013年毕业的两届

65名学生跟踪分析数据统计情况表

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由以上数据统计分析表明：

1.研究性教学开展后，学生的科学素质是有明显提高的。比较表1和表2可以看出，研究性教学开展后学生出现错误人次是不断减少的，总犯错误与无创新的人次（按人平均数）下降了55.6%;从另一个方面看，也就是说学生的科学素质提高了55%左右。另外，经统计比较，学期成绩不及格率下降3.7%，旷课率下降7.3%，考研录取率提高6.2%，课后提问人次上升23%。根据以上指标综合，实施研究性教学后，学生科学素质平均提高16%左右。毕业生就业率一直保持在100%。这一成果的取得，是整个教学改革与许多教师包括学生自己多方努力的结果，但也从侧面反映了培养水利工科学生科学素质是有效的。

2.从各学期统计的结果看，学生的科学素质是不断提高的。表1和表2中各学期的犯错及无创新人次，也是随时间的递增而不断减少的，这说明学生的科学素质随着年级的增长而不断提高。这除了与整个培养体系有关外，也与学生的认知水平和专业训练有很大关系。

四、结语

大学生科学素质的培养对我国经济的发展、积极建设创新型国家和促进科学兴国起着举足轻重的作用。工科学生是国家工程建设的主力军，如何在理论和实践上把科学素质教育观念切实地贯穿到高校素质教育实践之中，是一个值得我们深入研究和探讨的重大课题。

开展研究性教学，对工科大学生科学素质的形成效果是明显的。当然，大学生科学素质的培养涉及教育理念、教育体制、课程设置、培养方法等多方面内容，是一个综合而复杂的系统工程。本文仅仅是探讨了从培养方法上如何有效提高工科大学生科学素质的一点具体做法，还很不全面。科学素质对大学生而言更多表现为一种科学习惯。于细微处培养工科学生科学素质，对学生科学习惯的养成具有十分重要的作用。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 郭平.大学生科学素质的培养[J].中国青年研究，2006（4）：35-37.

[2] 邓倩.中国研究生科学素质现状的调查分析[J].中国高教研究，2006（6）：24-26.

[3] 郭彦霞.中国师生科学素质现状调查[J].理工高教研究，2006（5）：68-71.

[5] 张白茹.加强大学生的科学素质教育[J].高校理论战线，2006（3）：35-37.

[6] 冯惠敏，黄明东，曾德军.工科教育中科学素质的偏失[J].理工高教研究，2003（1）：26.

[7] 孙莉玲.工科人才科学素质培养体系建构初探[J].煤炭高等教育，2006（4）：80-82.

[8] 赵晓江，赵雪婷，郭曉萍.落实素质教育 构建创新教育体系[J].中国科教创新导刊，2012（1）：24.

[9] 吴绍芬.高校实施素质教育的误区与出路探讨[J].高教探索，2011（6）：22-26.

[10]  朱桂琴.研究性教学及其基本范式[J].教育探索，2003（7）：37-38.

[责任编辑：陈 明]