科学训练课程对工科学生科学素养的提高研究

徐书克　许胜

摘要：为了提高工科学生的科学素养，提升其解决实际问题能力，对两年级的工科院校学生开设科学训练课是必要的，通过教师有目的预设具有工业应用背景的微课题，对学生进行文献能力培养（查阅、总结、撰写文献报告），分析问题以及解决问题能力培养（在教师指导下由学生自主制订课题的实践方案，并通过实验进行预案验证，在实践中发现新的问题，不断进行修正，然后处理实验数据、总结实验结果，按照科研论文的要求撰写实验报告），整个流程实质就是完成一个微课题，通过教学场景转换依次对学生进行项目作业的实践训练。事实证明，本科生经过微课题训练后，对完成项目的流程有了清晰的认识，为将来的升学就业提供了坚实的实践基础。

关键词：工科学生；微课题；训练；促进；科学素养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）08-0061-02

目前，我国的高等教育规模达到了人类历史之最，据2014年国家统计局发布的数据[1]，我国在校生大学生人数创纪录达到2468万，适龄青年接受高等教育毛入学率达到34.5%[2]，高等教育的快速发展，使得高等教育已经不是传统意义上的精英教育，而成了大众教育，极大提高了我国适龄青年的受教育率，有效地提高了我国人口素质；而另外一方面，大量的企业，不仅仅是中小民企，还包含相当多一部分外企，因为招不到合适的员工而苦恼，形成了有中国特色的用工荒，企业用工荒与大学生就业难现象的同时存在，看似滑稽的局面背后掩盖着我国高等教育不适合时代发展的弊端，大量的高校把发展目标定位于研究型大学，追求学科门类齐全的麻雀式的办学方针，在扩招政策下产生了一大批万人大学，招生规模上了档次，但是专业设置以及培养质量却未能同步，其培养的所谓具有深厚理论素养而缺乏实践能力的“人才”不能适应时代的发展要求，学生在校四年，除了掌握一些基础理论知识（实际上学生接触的很多知识已经严重落后工业实际），实践能力极差，根本不符合企业的需求，因此大量毕业生找不到工作而成了失业者，造成社会资源的极大浪费。令人欣喜的是国家高层已经注意到此现象，并痛下决心进行改革[3]，教育部计划在不久的将来分批把600所本科院校转变为职业教育系列，希望以此纠正我国高等教育的发展偏差，促进教育与我国的经济发展同步。华东理工大学作为国家教育部直属高校，一直都重视本科生的科学素养教育，着重加强我校本科生的实践能力训练，因此，我校本科生的就业率一直维持在95%水平[4]，平均薪资排名远远高于我校综合实力排名[5]。在诸多措施中，从大学两年级开始开设科学训练课是培养学生科学素养的重要手段。本文对我校科学训练课的教学内容以及涉及的问题进行了探讨。

一、微课题教学流程设置要求以及培养目标

课程设置的目的是让学生对如何解决具体工程问题有个清晰的概念，并进行初步实践。按照当代科学认知的普遍规律以及科学方法论，在接到一个任务（项目）时，首先进行相关的情报工作，进行文献检索以及情报的综合分析，然后立足于现有的技术条件进行解决方案的初步规划，经过实践的检验并在实践中不断修正，形成解决方案并总结规律，撰写论文，在方法论上完成了发现问题到解决问题的循环，也就是从理论到实践再回到理论的提高过程，因此，科学训练课程对工科学生的方法论的认知很有必要。任务布置阶段在多媒体教室完成，任课教师对课题的工业背景进行介绍，对要解决的问题进行说明，根据研究任务把课题分解为若干模块，每个模块需要的学生一般设为3～4组，每组学生2人；每个小组的任务各不相同，这样就有效避免了个别学生的懒惰和抄袭。举个例子，某位教师的微课题为“酯化反应催化剂绿色化研究”，28个学生2人一组，合计14组，课题任务分解为绿色催化剂制备（模块1）、绿色催化剂催化酯化反应（模块2）、对照组（模块3）共3个模块，模块1催化剂制备具体分为硅胶负载硫酸基氧化钛制备以及表征（催化剂1）、介孔材料负载过渡金属催化剂制备以及表征（催化剂2），合计需要4组学生承担任务；模块2依据任务不同，分别设置为催化剂1催化酯化反应影响因素（时间组、催化剂量组、酸醇比例组）合计容纳3组学生，催化剂2同样如此，容纳3组学生；对照组使用传统催化剂无机酸，考察不同无机酸、时间、催化剂量以及酸醇比例等4个因素，容纳4组学生。在确定任务后，进入情报能力培养阶段，在图书馆中，教师进行文献检索教学，每个组学生的任务都不相同，指导学生根据任务进行相关文献检索并制订实验方案，撰写出开题报告。教师审定开题报告后进入实验室，指导学生按照方案进行实验验证，对学生进行实践能力培养教学，各个小组彼此独立操作又相互依赖，每次实践课后都按照模块进行讨论，不断修正原有的方案，全面培养学生动手分析问题和解决问题的能力。实践课结束后，学生开始进行数据分析和整理，最终完成科技论文的撰写，锻炼了其逻辑思维能力，整个教学流程到此结束，完成了从理论到实践再回到理论的螺旋式上升。几轮实践下来，学生普遍反映教学效果良好。

二、微课题设置的注意事项

整个流程中微课题的选择是核心，微课题的设置由任课教师结合自己的科研课题，为学生列出微课题，要求课题具有可实践性（用具体的实验解决）、工业应用性（紧密结合工业实际）、探索性（需要通过实践解决问题）。这就要求任课教师不仅要具有丰富的理论基础知识，还要有雄厚的科研工作积累以及精准的情报工作技能，以及丰富的实践操作能力。由此可见，教师很重要，是决定微课题教学成败的关键。一个良好的微课题应该具备以下几个特征。

1.具备良好的工业背景。工科院校本科生是要面向社会，就业岗位基本为企业研发、生产、管理进行服务等岗位，因此微课题选择具有应用背景的题目，是一种“就职演习”，必须接地气，才能真正地培养学生服务企业的能力。就上述课题而言，众所周知，酯化反应在工业上具有广泛的应用基础，如高端酯类润滑油基础油、化妆品基质葡萄糖酯、香料乙酸丁酯等。研究酯化反应催化剂的绿色化具有重要的实际意义。endprint

2.具备良好的可操作性。微课题教学时间短，不可能面面俱到，因此需要培训操作新技能的课题不太适合大学二年级同学进行，在操作层面应该立足于学生已经掌握的实验技能上。我校参加科训课程的是已经修完有机化学实验的二年级下半学年的学生，一般的院校在有机化学实验课的设置中，都安排了酯化反应教学内容，学生具备了必要的实践操作技能，因此，不再需要基本技巧的训练，一旦实验方案确定，就可以迅速进入实践环节。

3.具备一定的创新性。作为科学训练课，不能雷同于普通的实验课程，因为实验课程的教学内容是培养学生的操作技能和验证教材知识的。而科学训练课面对的是实实在在的要解决的工业难题，因此其解决方案必须通过新的实践进行探索，具备一定的创新性。作为酯化反应而言，传统的无机酸催化剂具有腐蚀设备、造成大量含酸废水污染环境等缺点，亟需开发具有环境友好型的新型催化剂，现在通用的方法就是使用固体酸催化剂。所以本课题研究内容兼顾了工业应用和科学前沿，学生执行起来倍感兴奋。

三、微题课教学的创新意义

首先，微课题教学过程突破传统意义上的教学模式约束。传统意义上本科教学，依据课程性质，教学场所一般安排在教室或者实验室进行，往往一门课程从开始到结束都是在同一个场所完成，且其教学目的单一，学生产生审美疲劳是很正常的。微课题的教学实践从课堂起步：布置课题，分组并分配任务；然后转移至图书馆进行情报能力培养；再进入实验室进行实践研究，锻炼动手解决问题能力，最后再次回到课堂，总结实践经验，验证实践方案，提升理论水平。经过教室→图书馆→实验室→教室，随着教学场地转移，教学任务与培养目标也跟着转移，经过一个完整的循环，再次回到教室的时候，学生经历的心路历程要比单一场所教学的效果好得多。

其次，微课题教学符合科学认知论的要求。科学认知论认为，解决问题的过程是发现问题到解决问题再到发现问题，经历一个从理论到实践，然后回到更高级的理论的循环过程。传统本科的教学，理论教学偏重于理论推导，实验教学侧重于基本技能培训，都不能很好地对二者进行综合。毕业论文环节虽然能够弥补，但是由于面临毕业、就业、升学等压力，此时学生的学习积极性已经开始下降。在大学二年级开设微课题教学，实现了在一个独立的教学单元内完成了团队协作、情报能力、科学研究方案制定以及实施、实验数据处理以及归纳等多方面能力培养，使学生了解了具体实践中项目作业流程，学习了自主设计解决方案，体会了企业中才有的分工协作的团队精神，有效地把理论教学与实践能力培养结合，促进了学生科学素养的提高。对近三届学生调查结果表明，完成该项目工作的同学在综述性论文撰写（情报能力体现）、实验方案制订（项目流程掌握能力体现）、实验数据处理（归纳能力体现）等诸方面都有所提高，能够更快地适应后续阶段课题组的要求，同时在求职环节体现出更好的优异性。

参考文献：

[1]国家统计局2014年2月24日发布统计信息第10项：教育、科学技术和文化的数量[Z].

[2]教育部：2013年高等教育毛入学率34.5[EB/OL].中华人民共和国教育部门户网站，2014-07-07.

[3]600所本科转型职业教育高等教育酝酿大变[N].经济观察报，2014-05-09.

[4]2014年75所部属高校本科就业率排名[EB/OL].人民网，2014-05-22.

[5]2014年毕业生薪酬最高的25所大学盘点[EB/OL].中国教育在线，2014-04-11.endprint