本科生科研思维养成的卓越工程师培养模式研究

肖桂元 雷云 陈学军

摘要：作者在调查研究中发现：科研实践训练的缺失在当代中国大学本科教育中非常普遍，是我国大学本科生教育培养过程中一项长期忽视的内容。近年来，科研创新训练作为实践教学的一种培养手段，越来越受到我国高校的重视，科研训练既可以加强工程实践动手能力，又可以提升项目设计能力，还可以促进科研创新能力的直接提升，反过来还可以促进理论知识的加强。作者认为加强本科生的科研思维养成应该从课程设置的改进、培养学生默会知识的强化、培养学生找出有价值的问题和解决问题的能力、培养学生利用文献的能力及利用图书馆网络资源的能力几个方面着手，关键是在培养过程中注重学生的科研能力的提升，从而提升学生的综合素质。因此，作者认为科研思维训练应该作为卓越工程师培养体系的一个重要内容。

关键词：卓越工程师；科研思维；工科学校；本科生培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0181-03

科研思维，就是培养学生在科研中树立科学的思维方式。能够从普遍性的现象中找出问题，结合科学理论，形成具体的科学的思维方法及逻辑推理能力；能够从间断性的现象中发现其现象之间存在的关联性、同一性、普遍性；能够通过一个现象，逐层地推理，形成一个完整的科研实践体系[1]。当代大学生要适应社会及岗位的要求，就必须提高个体的创新素质和实践能力，而创新能力的培养在大学本科生培养体系中一个主要方面就是科研思维的养成。立足事实，观察分析事实，依据事实进行科学缜密的逻辑推理分析，进一步构建完整的科研思维框架及思维体系[2]。科研思维的载体是科学研究实践活动。因此，训练学生的科研思维就要在教学实践活动中引入科学研究。当今社会，为数众多的大学本科生不同程度地存在知识结构体系不完整、知识面狭窄、实践技能差、科研思维缺乏、科研能力弱等问题。

笔者曾经在任教的142名土木工程专业本科三年级的学生中发放了调查问卷，研究显示：73.9%的同学认为自己跟“科学研究”或许毫无关系；92.3%的学生认为“科学研究”高不可攀，无法企及；94.4%学生不明白“科学研究”的具体含义；95.1%学生不知道如何开展科学研究；96.5%的学生从未设计过研究性实验方案；此外高达97.9%的学生表示从未曾参与过老师或同学主持的各种形式的科学研究项目或课题。

多年来我国的教学与生产实践存在一定程度的脱节或者说联系不够紧密。目前我国培养学生的实践能力主要通过用人单位的工作实习和教学单位的实习实验两种方式。这种方式培养的缺点和局限性，笔者认为主要是没有充分发挥学生的主观能动性，学生在实习实验中扮演的角色有很大一部分是旁观者。通过科学研究培养，培养学生在解决问题的过程发挥主观能动性，首先可培养学生的实验操作技能使其得到全面提升，在检验和巩固课堂所学的基本知识和理论的同时还可以促进学生反过来对书本知识进行更深一步的探索；科研实践的训练既可以培养学生的观察能力、勤于思考的能力、善于发现问题的能力，还可以培养在找出问题后想方设法去解决问题的能力；既可以培养学生观察现象，总结现象并进行合理的推理，解决问题，反过来还可以培养学生更深入地寻找问题。因此，一方面培养学生良好的学习习惯，提升本科学生科研实践技能，另一方面培养学生提升科研思维能力从而更好地解决问题[3，4]。总之，科学研究实践的培养，不但可以培养学生对专业知识进行系统梳理，对实验技能的强化，提高学生创新能力，而且可以培养学生的科研思维素质。科研训练是培养创新人才，强化素质教育，促进知识掌握向个体能力转化的捷径[5]。

一、课程设置的改进

课程是我国大学教育最基本的方法，也是本科生最主要的接受知识的途径，所以为了培养学生的科研思维，课程设置的改进必不可少，要尽力摆脱故有的“填鸭式”教育，寻找一种可以充分调动学生积极性和兴趣的课程设置。由此，可从以下三方面进行课程的改进，使得学生更容易对科研活动产生兴趣，即教材改革、教学方法改革，实验平台建设。

在教材改革方面，应注重学生学习的阶段性、方法性，即引导学生在学习的过程中应具有的一种学习能力和习惯，这样才能培养学生获取知识的能力，为科研思维打下坚实的基础。首先，每门学科，先要构建好知识的框架及结构，避免先将杂碎的细枝末节一股脑灌输给学生，使学生容易丧失学习的兴趣，本末倒置。其次，内容的人性化，本科生知识储备量有限，教材的内容必须满足学生现阶段的理解能力并且使其有一定的提高，这样才能让学生在可以较好掌握所学知识基础上进一步提高自身的理解能力；教学方法改革是围绕培养科研思维教学改革的核心，涉及教师和学生两个方面，将过去的教师按部就班的讲解转变为以教师围绕教学目的提出思考问题，学生参与讨论，教师引导学生思考，摆脱老式的“有距离”的教学，让学生成为教学环节的一部分，并且可以很好地提高学生学习的主动性、积极性和善于思考的重要的学习习惯。为给学生提供创新实验平台，首先课程设置内必须包括一定量的实验环节，实验是提起学生兴趣的一个很好的途径，并且可以让学生积极地把课堂学习到的知识纳入实践过程中来思考和消化，围绕设计性实验和创新实验内容，开展实验创新设计实验，建设综合实验为主题的实验平台。

二、培养学生运用默会知识

默会知识又叫非显性知识，指不能被清晰表达和阐释的知识。匈牙利裔英国哲学家波兰尼通过研究认为，我们知道的知识要远远多于我们能表述的知识，通过语言和其他表述形式的人类文明，都得益于默会知识的积蓄，人类的认知过程的本质也是“一个默然的认识过程”。

默会知识的存在犹如人类涵养水源的宝库，取之不尽，用之不竭。她贯穿科学问题的提出、分析和科学问题的解决的每个环节，而且比显性知识的作用更加明显。因此，只有思想的默会能力可以来表达科学发现，仅此而已。

所以，在培养学生的科研思维方面，教师和学生都要充分重视默会知识在学习过程中的作用，并将其融入到教学和学习过程中。笔者的调查问卷研究显示：多于65%的学生在课堂学习中，只会注意眼睛所见耳朵所听的显性知识，因此，教师在讲解知识的过程中，应该多一些和学生交流学习中思维的方法和习惯，即“train of thought”，思维的路线，这是培养学生科研思维方法的一种非常有效的途径。这样既可让学生养成高效良好的思维习惯，又可以潜移默化地让学生的思维投入到课堂学习过程中。

三、培养学生发现问题和解决问题的能力

科研思维的体现，很大程度上就是能否发现和提出具有研究价值的新颖的科研问题，而科学问题的提出，需要学生掌握足够多的理论知识及分析问题的能力，科学问题没有现成的资料及显而易见的呈现方式供我们参考，有时候科研人员在做实验的过程中发现的一个异常现象会触发我们的灵感，然后仔细琢磨，广泛查阅资料，反复开展实验等科研基本方法进行验证。所以，默会知识在个人的主观印象到产生灵感发现一个新颖有研究价值的科研问题起到关键的作用。所以，这就与上文所述不谋而合，教师在教学过程中更应该注意怎么样培养学生在看到一种现象的时候去进一步观察和思考。

在解决相关问题方面，提出有价值的问题后，学生会利用已有的知识和已经具备的实验条件及理论方法来尽可能想办法解决自己提出的问题或验证自己的猜想及推断。但由于所提出问题的具有新颖性，过程中经常会出现以前从没遇到过的新问题和新情况，并且很难通过现有的能力预测结果，所以仅靠前人的现有的信息来解决新出现的问题显然是不够的。因此，波兰尼提出，研究者如果想要做出一定的研究成果，必须形成许多连他自己也不清楚的科学技巧，或者说，必须将那些一般意义上的科学技巧如观察、记录、描述、资料分析等个性化、实践化，转变为他自己的独特的知识，使之成为他自己科学实践结构中不可分割的一部分。这个过程是一种缄默的过程。即由于科研工作大都是前人没有做过的，没有很多经验可循，研究者必须运用以往科研中形成的直觉、洞察力等无法言传的默会知识找出真正的解决之道。[6]所以在问题的解决过程中，教师的作用更多地体现为一个旁观的引导者，应该在学生找寻解决问题的过程中适时地给予适量的帮助和引导，使学生个性地、实践地解决所提出的问题。

四、培养利用文献的能力及利用图书馆网络资源的能力

如前言所述，现有的显性资料在科研活动中起到了举重若轻的作用，不管是了解所要研究方向的研究现状还是现有的研究方法，都需要通过大量阅读相关文献来提升自己的学术修养。这个过程是一个枯燥乏味的过程，如何让学生在这一过程中保持兴趣和主观能动性是教育工作者需要解决的问题。培养学生的科研思维，就是要培养学生学会去探索，培养学生去获取知识的能力，培养学生去学会解决问题的能力。科研能力培养的目标就是消除“填鸭式”教学的桎酷，学会思考、学会交流、学会沟通、自主创新性思维和活动是科研创新培养的目标[7]。所以，图书馆资源和网络资源的利用便是解决此问题极佳的方式。由作者多年的大学教学工作经历发现，当今信息时代的大学本科生对于文献的检索能力依旧很差，平时我们布置学生撰写课程论文的时候，绝大部分学生主要使用类似于百度这样比较低级的信息检索方式，很少有本科生会使用CNKI、维普等检索工具[3]，要想作好科学研究，要想了解高手在做什么，要想取得领域里面的最高成就，只有接触EI、SCI这种国内外权威的第一手资料才能完成预定目标。因此科研思维的培养第一步就是要学会文献检索和筛选，就必须使用多种检索工具来了解我们需要了解的东西。因此，我们的学生在第一次实验之前，便可以专门进行一次检索工具的使用培训。然后给学生定领域、定方向，定学生要做的内容，安排学生主动查阅文献，在文献检索的进程中来培养学生探索和提出问题的能力[7]。把握思考的方向是老师的责任，本科生往往很盲目，由于专业知识缺乏，需要老师来帮助他，无论是实验过程中的偏差原因分析、实验方案、实验方法还是学生思考的方向和问题，都是我们应该把握的问题。参与到教师的科研项目中来[8]有利于培养学生能力。从老师的课题项目的方案制定开始，培养学生独立查阅文献，独立思考，独立探索的能力，可以强化学生的科研思维和创新能力。

五、加强学校实验设备的配置

本科生的科研思维及创新能力的培养及高校科研的拓展和创新，除了要具有多学科知识交叉渗透的综合性专业化教师队伍外，还必须具备综合性、开放性的实验设备硬件设施和网络化、数字化和信息化的实验平台。专业而具有丰富经验的实验室老师指导相应环节的实验既可以减少因仪器故障而导致的实验中断，提高实验效率，又有利于学生对实验操作技术的学习强化。学生在课堂之余能进入实验室参与相关的科研活动，才能发挥课堂教学的有益而不可替代的补充作用，如果没有基本的实验条件的话，要想培养创新性人才那只能是一句空话。良好的实验设备条件不但是培养卓越工程师的必备条件，而且是培养卓越工程师强大实践能力的有效而直接的途径之一。通过实验过程，学生不但可以培养动手能力，而且可以锻炼科研思维，科研项目的设计往往驱使学生去探索、迫使学生去弄清楚基本原理，激发学生创新的源动力，促进学生更广泛地掌握理论知识。激发学习源动力，变被动学习为主动学习，促进本科生科研思维的培养[9]。

六、教学中着重培养学生的科研思维与能力

科研思维的养成，源于生活的方方面面。讨论、实验、讲座、课堂都是科研思维培养的重要阵地。其中最主要的培养科研思维的方式是最终还是要回归到课堂中，因为课堂是最主要的让学生最直接接触知识的圣地，课堂上培养本科生基础理论，传授基本知识，培养本科生科研思维及创造性潜质，教学过程中教学方法得当，善于培养、善于引导，只要注意本科生的科研思维的培养，完全可以培养学生形成敏锐的学术嗅觉，强化探索和捕捉科学问题的能力。此外，实习也是教学工作中一个重要的培养创新的场所，指导老师既可注重强化基本操作和工作技能训练，还可侧重启发科研思维，培养科研能力，在实习实践中营造浓厚而轻松的科研氛围，结合实际启发学生的科研选题意识，引导学生加强科研能力。然而扎根实验室则可培养本科生忠于原始记录、尊重科学事实的严谨的科学态度；也可以培养学生对实验事实进行严密论证或分析科学问题并用论文形式与他人交流的自己看法的能力。这样，不但可以培养学生消除浮而不实的作风，而且可以促使其以严谨的态度处理科学问题，从而提升科研思维能力。实验过程及分析过程也是培养我们科研思维的一个重要内容；学术讲座也是我们科研思维培养的重要阵地；此外还有文献阅读，广泛的阅读往往可以学习到人家严谨的思维和科研作风。

实践告诉我们，努力创造条件，积极引导，培养大学本科生的科研兴趣，让他们积极参与到科研实践活动中并加强指导，激发主动探索的科研精神，培养大学生获得基本科研思维能力、提升科研创新实践能力是一件有意义的伟大事业。

相信通过广大教育工作者的努力改革和教学实践，“卓越工程师”计划的实行定会具有光明的前景。

参考文献：

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[2]潘久武.谈科研思维及其类型特点[J].上海教育科研，2009，（2）：78-79.

[3]李玉贤，张佳乐.大学生科学实验能力培养的探索和实践[J].中国现代教育装备，2011，（15）：144-145.

[4]郑焱.在实验教学中培养学生的科研思维能力初探[J].首都医科大学学报（社会科学版），2010，（增刊）：427-428.

[5]郭英，刘洁，伍百奇.有机化学实验技能大赛的教学实践与思考[J].石家庄职业技术学院学报，2006，（2）：49-50.

[6]高耀丽.从默会知识的维度看研究生科研能力的培养[J].学位与研究生教育，2006，（1）：26-29.

[7]周泉城，陈善峰，王相友，等.科研思维在食品加工机械与设备教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012，（3）：60-61.

[8]杜军良，罗娅君，胡晓黎，等.生物专业化学实验技能培养浅谈[J].广州化工，2011，（20）：134-135.

[9]周志平，尹丽娟，王什，等.大学生科研能力的培养与教师专业化发展的实践探索[J].河北师范大学学报教育科学版，2005，7（6）：68-72.