提高大学生科研创新能力的探索实践

李秋荣+肖海燕+谢丹阳+王丽秋

[摘要]针对大学生在创新计划项目过程中出现的问题，提出了“3WERPS”指导模式，即3W（what、why、where）文献检索和分析，ER（experimental research）试验研究和PS（presentation skills）口语交流和书面写作。多年实践表明，加强指导教师的导读、导研与导写训练，营造良好的科学研究氛围，是提高大学生科研创新能力的关键。

[关键词]指导模式；科研创新能力；提高；探索

[中图分类号]G642.4[文献标识码]A[文章编号]10054634（2017）050106040引言

目前，理工科院校的本科毕业生，普遍动手能力差、专业面窄，解决工程实际问题的经验不足，很难满足用人单位的实际要求，尤其是继续攻读硕士学位以后，科研创新能力的不足非常明显。理工科大学生要在未来的科研工作中做出突出贡献，大学期间的科研实践能力提高尤为重要。大学生科研创新能力是学生在开展科学研究活动时，运用科学方法探求事物的本质和规律的过程中所表现出的本领。大学生创新训练计划项目是培养学生的综合实践能力和科研创新能力的重要实践环节，是培养学生运用所学知识解决实际问题，提高实践能力的重要手段[1，2]。

1本科生创新训练计划项目实施过程中的问题大部分燕山大学化工系教师每年会指导本科生的创新计划项目，而事实上本科生在实验室做的实验并不多，即使项目最终取得校级奖励，这些实验数据大部分是由研究生完成的。这样的创新训练计划项目对本科生意义何在？本科生为了“创新与特长教育”课程的加分才积极参加活动，有一部分学生做的非常好，但目前看不占多数。许多大学生不仅缺乏科研好奇心和勇于探索的意识，而且缺乏吃苦耐劳精神，降低了专业指导教师的积极性。学生创新计划项目从立项到结题约1年，学生对课题还懵懵懂懂的时候，就要交结题报告了，只能找研究生要数据，不但没有提高其科研能力，反而助长其不良的科研风气[3]。

燕山大学化工专业的多数学生考取了研究生，成绩优秀的学生报考国内知名高校的化工及其他相关专业。本校硕士生源主要来自燕山大学里仁学院和其他二本院校。针对优秀学生流向外校问题，以及为了使科研能力强的学生在本科期间为学校化学工程与技术一级学科的建设和发展贡献自己的聪明才智，化工专业鼓励学生在一年级下学期进入实验室，参与指导教师课题组的科研项目，而且第三学期开始提前筹划撰写《大学生创新训练计划项目申报书》，这样不仅可避免项目研究周期短的问题，而且能从现实上使优秀的科研人才脱颖而出。雷云逸等[4]建议本科生尽早进入实验室，以引导、激发学生对本专业的兴趣，提高学生从事科研试验的主动性，有利于培养大学生的创新意识与创新能力，张菡等[5]提出科研导师制有助于培养本科生科研创新能力。

笔者从2000年开始一直指导大学生的课外科研项目，当时化工专业还没有硕士点，在这种情况下，希望本专业有科研实验兴趣学生提前进入实验室从事科研活动。研究课题是根据专业实验或化工领域的热点问题衍生出来的，为了保证所研发的项目顺利开展，在实践过程中摸索出一套指导学生进行科研训练的“3WERPS”模式（如图1所示），ABC三阶段分别为A3W（what、why、where）导读分析，BER（experimental research）导研试验和CPS（presentation skills）导写交流。

2“3WERPS”指导模式

2.13W阶段——通过導读，培养学生文献检索分析能力随着现代科学技术的发展，科技文献数量呈几何级数快速增长，比如在Elsevier数据库中输入关键词“TiO2 photocatalysis”，则会出现两万多篇英文文献，本科生根本不可能泛读上万篇外文文献，学生则根据自己的需要，从大量的科技文献中迅速查找到与自己研究相关文献资料。

学生进行科研实验之前，必须重视对科研文献的阅读和理解。在大量的信息中，化学化工及其相关信息资源就犹如汪洋大海中的小鱼虾，分布杂乱、极具动态性、难以捕捉，在捕获这些资源之前，必须先清楚以下3个问题。

1） “what”找什么？什么是你感兴趣的内容？

2） “why”为什么找？明确查询内容的研究目的和意义？

3） “where”从哪里找？为你提供信息资源检索服务的工具在哪里？

学生阅读了大量的科技文献，特别是部分英文文献的学习，极大开拓了视野与知识面。整个科学技术发展史表明，积累、继承和借鉴前人的研究成果，是科技发展的重要前提。学生在着手研究课题前，必须利用科学的文献检索方法来了解这个课题是如何提出来的，其他研究者在这方面做过什么样的工作，实验方法和表征手段如何，有什么成果和经验，还存在哪些问题。只有这样，才能正确制定科学合理的研究方案，避免重复别人的研究。

大学生要提高科研能力，对所需文献的查找及分析是前提，否则只是被动完成教师布置试验任务的实验员，而且也会进行重复研究。20世纪80年代初期，上海市的一家保温瓶厂，投入上百万元经费，组织科技人员进行攻关，解决了以镁取代银镀膜工艺，正准备申请国家发明奖。上海市科技情报所的检索查新发现，在1929年，英国的一家公司就为以镁代银镀膜工艺申请了专利。该专利已过法定保护期，早已成为公知公用技术，不需要支付任何费用就可以使用了。所以，文献检索分析阶段是非常重要的，要求学生学会使用EndNote参考文献管理软件，能够对大量文献进行筛选和分析，经过认真思考，进行实验方案的设计和规划，指导的本科生基本都是在实验室经过半年多训练以后，才申报学校的科研立项，这样研究的目的明确，能提出科学合理的可行性方案。

2.2ER（experimental research）阶段——通过导研，提高学生试验研究创新能力1） 学生要有锲而不舍的科学精神。做科研试验非常枯燥，要让学生们看到实验室的指导教师和师兄师姐们认真钻研和反复试验，增强其吃苦耐劳的意识。学生只有经历了挫折和失败，才会变得更加顽强与坚韧。一位本科生在实验室做了两个月实验。笔者审阅他的文章时，发现数据结果（X射线衍射）与所描述样品应具有的特征不符合，要求其重复进行试验来验证。如果文章发表出来，不一定有人会通过实验来验证其结果，但是研究者要对自己的文字负责。笔者时刻告诫学生写的东西要经得起检验。后来，学生又重复了一个月的实验，最终得到理想的结果。endprint

学生在科研实验过程中要付得出辛苦，耐得住寂寞。当结果不理想时，修改实验数据，缺乏严谨的科学精神，这种学生不仅不适合做科学研究，而且缺乏诚信。作为指导教师必须具备这种精神，在研究思路上不仅给学生正确的引导，而且身体力行，给学生以信心和力量。学生不付出相应的时间，不会取得成功。教师绝不能让学生有投机取巧和弄虚作假的想法。

2） 要培养学生细致的观察能力。化学是一门实验性极强的科学，实验数据的认真记录和积累虽是实验中的重要环节，而实验中的细致观察，尤其是对有些异常现象的观察特别重要，有时一个易被忽略的小细节往往会导致一个重要的发现。2012年本科生在实验中发现，以废弃的花生壳、豆杆、松木屑等为植物模板制备的金属氧化物，其吸附染料和重金属铅的性能明显优于没有模板的金属氧化物，后来学生展开了系统研究，这期间发表6篇相关的2区SCI收录英文文章。

3） 加强学生对实验仪器的操作能力。实验手段的进步是化学发展的关键，古人云“工欲善其事，必先利其器”，让学生在实验室中不仅能对仪器中常见的小问题自行解决，如空气烘干器的电阻丝、离心机中磁刷和马弗炉中热电偶的更换，对工艺条件和反应装置也能进行创新改进研究，以达到提高反应效率和样品质量的目的。

大学生参与科研实验有利于培养思考与探索的意识，提高自身发现问题、分析问题和解决问题的能力。学生在科研试验探索中磨炼了意志，增强了自信心，为今后走上工作岗位积累了宝贵的经验财富。学生在教师指导下进行科学试验研究的系统训练，在这个阶段要加强师生交流研讨，指导教师要经常和学生分析讨论实验结果，及时修正样品制备的工艺路线和实验条件的不合理之处，减少不必要的资源浪费和时间消耗。

2.3PS（Presentation skills）阶段——通过导写，增强学生口语表达和书面写作能力表达能力（presentation skills）包括口语交流、书面写作，对大学生来说至关重要[6]，斯坦福大学校长约翰·亨尼斯（John Hennessy）曾说过：“写作与演讲是一切学科中最有价值的两项技能。”创新计划项目论文的写作是学生科研能力和创新思维能力的提升，是对前期工作的整体总结与升华。指导教师更要注重启发学生的创造性并给予必要的指导。

导师应严格要求学生科研原始数据的准确度，杜绝弄虚作假的不良风气。学生若出现篡改实验结果的情况，指导教师应要求其离开实验室。同时，鼓励学生发表科研论文，提高科研写作水平。圆满完成的创新计划项目，学生可以整理成论文。笔者指导的应用化学和化工专业的5名本科生，从大二进入实验室进行科研活动，学生们在课余时间经常来实验室，不断地向老师、学长请教，与同学、朋友交流，无形中增强了学生的学习能力和交流能力，并于 2014年开始参与专利的撰写和科研论文写作，申请1项发明专利（改性生物形态氧化铝复合高吸油树脂的合成方法， 2014.05.12，中国，ZL 201410197235.4），发表1篇SCI收录论文（Synthesis and oil absorption of biomorphic MgAl layered double oxide/acrylic ester resin by suspension polymerization.Chemical Engineering Journal，2016， 284：989～994，影响因子：5.321），2篇中文核心期刊（精细化工和化工新型材料），大学生科技作品“生物形态氧化铝复合高吸油树脂的合成及性能研究”获得河北省特等奖、第14届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。

弗萊明发现了青霉素，但这并不是他的创新。1897年，法国人迪塞纳发表了博士论文，称发现青霉素能有效地消灭细菌，但他的研究成果并没有被应用。若当时迪塞纳的研究成果能临床实际应用，在第一次世界大战中就能拯救许多生命。这位年轻有为的法国细菌学家死于肺结核，其发现的青霉素本可以治疗这种疾病。弗莱明在1928年发现青霉素后，用了10年时间，寻求帮助和支持。最后，他找到了两位医生——英国牛津大学的钱恩（Ernst Boris Chain）和弗洛里（Sir Howard Walter Florey），获得了其物质和技术上的帮助，最终使青霉素得以量产。这两位医生与弗莱明于1945年获得了诺贝尔医学奖。迪塞纳虽然早弗莱明31年发现了青霉素的作用，但却没能把这项发明开发成产品。这对他个人乃至整个人类来说都是损失。因此，教师要在激励学生潜下心来做研究的同时，鼓励学生尽快把自己的原创性成果公布出来或开发成产品。否则，看到别人发出和自己一样的成果时会感到遗憾。科学如果没有发表或制造，那么这个研究成果只能走进坟墓。

3结束语

“3WERPS”指导模式的各个阶段相互联系，即是递进关系，互相改进、相互制约，以达到良性循环。导师的作用是为导读，导研、导写；学生要勤读、勤研、勤写。图2描述了教师与学生在科研训练中的互动关系。学生对文献进行精或略阅读，分析并发现问题，定期写出总结笔记，多和教师沟通。教师和学生进行良性的讨论，这样才能教学相长，提高学生的科研能力。

当前，高校毕业生就业竞争日趋激烈，企事业单位更加注重其在校的各种能力训练，尤其是科研创新能力训练。高校毕业生要想在更多的竞争者中脱颖而出，其在校期间的科研创新能力非常重要。本科生要积极参与创新计划项目，在指导教师的引导下提高科研创新能力，为未来的工作和终身学习打下良好基础。

图2教师和学生的相互作用关系

参考文献

[1] 孙燕飞. 论高校学报对大学生科研能力的培养[J]. 教育教学论坛，2015（34）：4546.

[2] 柳长安，白逸仙，杨凯. 构建“需求导向、校企合作”行业特色型大学人才培养模式[J].中国大学教学，2016 （1）： 3641.

[3] 李秋荣，曾宪文，王丽秋.对学生科研能力和毕业设计（论文）质量影响的关键因素分析[C]. 2012第二届高等教育理工类课程教学研讨会会议论文.Delaware：Scientific Research Publishing，2012.

[4] 雷云逸， 沈霞. 化学学科本科生提前进入实验室的有效性[J]. 实验室研究与探索，2015，34（7）：181183.

[5] 张菡，黄天寅. 全程化科研导师制下的本科生科研创新能力培养研究[J]. 当代教育理论与实践，2014，6（6）：154156.

[6] 刘学东，汪霞.斯坦福大学通识教育课程新思维[J]比较教育研究，2015（1）：4246.endprint