教师科研引入“电子科学技术专业实验”课程教学模式的探索

宋 哲，冯秋菊

(辽宁师范大学 物理与电子技术学院，辽宁 大连 116029)

随着我国经济的发展、生产力的提高，各行各业对创新型人才的需求急剧增加。高校作为培养高级专业人才的摇篮，肩负着义不容辞的责任。实践教学是高等教育中重要的组成部分，是培养大学生实践创新能力的重要途径。2000年后，教育部先后颁发了“关于进一步加强和改进普通高等学校实践教学工作的若干意见”“国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)”“全面提高高等教育质量的若干意见”等一系列文件，明确指出要大力加强实践教学，切实提高大学生的实践能力和创新能力，全面推进素质教育[1]。因此，如何提高大学生的实践创新能力是各高校教学改革的一个主要方向。

多年来，各高校都加大了实践教学环节的比例和强度，在实践教学中更注重学生创新实践能力的培养，并提出了许多行之有效的方法[2-5]。以辽宁师范大学电子科学与技术专业为例：1)减少实验课程中验证性题目，增加综合性、设计性、研究性题目，培养学生综合运用知识、分析问题和解决问题的能力；2)开放实验室，学生可以通过申请参加开放实验室项目和教师指导学生科研训练项目，自主安排时间进入实验室进行研究，题目可以是教师提出也可以是学生自己提出，研究过程中以学生为主教师为辅，充分调动学生的积极性和主动性，培养学生的实践动手能力和创新意识；3)组织参加各类科技竞赛，包括国家级、省级、市级的电子设计大赛、物理实验竞赛、小型机器人设计大赛及挑战杯赛等，也有校内的物理实验技能竞赛、电学实验技能竞赛等，培养学生的团队合作精神、竞争意识和创新能力；4)建立校企联合实验室和校外实习基地，学生可以通过参与产学研合作项目和生产实习，了解企业的需求和先进技术，开阔眼界，为更好的就业奠定基础；5)提供创新学分，学校对获得专利、发表科技论文、完成创新报告并达到一定标准的学生赋予相应的创新学分，这一机制能够激励学生积极参与到各种创新实践活动中。

这些措施为学生提供了进行实践训练的机会，能够有效培养学生的实践能力和创新能力。但是无论是开放实验室项目、教师指导学生科研训练项目、产学研合作项目还是科技竞赛项目都是学生自愿申请参加的，有的还要通过选拔才能参加，真正能够参与其中的学生只占少数。同时，学生参与教师科研项目、了解相关领域前沿的机会也不多。所以，我们以电子科学技术专业实验这门必修课为试点，探索一种将教师科研项目引入专业实验课程、培养学生科研能力和创新意识，并惠及到每位学生的教学模式。

1 教师科研项目在电子科学技术专业实验课程的引入

专业实验教学和科学研究存在一定的相关性和互补性，二者相结合可以相互促进、共同提高[6]。教师科研项目是强化实践教学和培养学生创新能力的良好平台，将教师科研项目引入实验教学中，既可以保证实验内容的新颖性和前瞻性，又可以让学生接触到先进的科研设备和技术，极大吸引学生实验的兴趣，能够有效提高学生的综合素质，培养学生的创新能力和科学研究能力[7-10]。所以将教师的科研项目引入到专业实验课中是可行的、有意义的，许多教师在这方面进行了有益的探索[11-14]。

以电子科学技术专业实验课程为改革试点，彻底改变传统的实践教学模式，通过引入教师的科研项目，把实验课程变成一次科研训练活动，变成一个学生能参与教师科研项目的实践教学平台。由于电子科学技术专业实验是一门必修课，使得所有学生都能够参与其中，得到锻炼。具体改革方案如下。

1.1 实验内容的改革

为了达到训练学生科学研究能力的目的，在实验内容安排上做了较大调整，不是像一般实验课程那样规定好若干个实验题目让学生来做，而是给出几个研究方向供学生选择，整个实验课程学生要完成某个研究方向中的一个研究课题，题目是结合教师的科研项目由教师和学生自由商定，灵活性很强。由于电子科学技术专业实验是一个综合性很强的课程，同时，电子科学与技术专业又是由光电子技术、微电子技术及物理电子技术等多个专业合并而成的，涉及的领域很广，所以在实验内容的选择上充分考虑了我校电子科学与技术专业的培养目标，即培养光电子、微电子、电子技术领域的应用型人才，拟定了纳米材料、纳米器件、LED技术、光伏技术、稀土发光材料、光开关技术及集成电路仿真等7个研究方向。教师可以将自己科研项目中已经取得的成果转化成研究题目，让学生重复一遍研究过程，也可以将自己正在进行的科研项目拿出一部分让学生来研究，从而使学生真正参与到教师的科研项目中，了解科学研究的全过程，熟悉科学研究的方法和手段，培养初步的科学研究能力，为今后进一步的学习和工作奠定基础。

1.2 教学模式的改革

科学研究不同于实验课，它要有一个查阅文献、理论研究、实验测试及结果分析等过程，需要投入的时间较多，并且灵活，所以整个课程采取全开放式教学模式，打破传统实验课固定实验题目、固定上课时间及教师主讲的授课方式。学生在选好研究课题后，可以在一学期的时间内，自主安排研究计划，实验室完全开放，学生可以随时进入，在研究期间如果遇到问题，可以随时找指导教师进行讨论。在完成课题的过程中，学生是研究主体，从文献的查阅、实验方案的设计到测试结果的分析等各个环节都由学生独立完成。教师主要起指导、检查、监督的作用，教师帮助学生根据课题内容把研究工作划分为几个阶段，督促学生按照计划按时完成各个阶段的研究内容，并根据各阶段的完成情况，对每位学生进行综合评价。这种教学模式学习时间灵活，能够培养学生自主学习和独立思考的习惯，提高学生动手能力、知识应用能力、分析问题和解决问题的能力，培养学生团队合作精神、创新意识和初步科学研究能力。

1.3 考核方式的改革

由于实验课程变成了科学研究，不能简单地用一次考试来评价成绩，应该更侧重考查学生知识综合运用能力、分析问题解决问题的能力及实践能力和创新能力等。为了保证考核的公平性和合理性，可以将成绩分成两部分。1)课题研究过程，约占60%，由指导教师打分。教师依据学生在课题完成过程中的参与程度、操作水平、合作精神、贡献大小、数据分析能力、解决问题能力等方面在各个阶段结束时对学生进行评价，各阶段成绩之和即为这部分的总成绩。2)论文及答辩过程，约占40%，由答辩组教师打分。课题完成后，每个学生要完成一篇研究论文(或报告)，每个小组对研究结果要进行公开答辩，答辩组教师主要依据学生的论文质量、研究结果、答辩时的表述和回答问题情况、成果的创新性等方面进行评价。这样的考核方式能够比较客观公正的评价一个学生的科研能力。

2 保障措施

2.1 学生分组

电子科学技术专业实验安排在第7学期，面向大四学生开设的。经过前6个学期的学习，学生已经掌握了一定的理论基础知识和基本的实验技能，具有一定的知识综合运用能力，可以开展简单的科学研究活动。考虑到学生学习能力和综合素质有所不同，而科学研究比普通实验课对学生的探索能力、认知能力及解决问题能力等方面要求更高，为了保证研究课题能够顺利完成，不延误教师的科研进度，保证教师参与的积极性，在对学生进行分组时，要充分考虑学生的综合能力，尽量做到优势互补，把不同特点的学生分在一组。每小组3～5名学生，推选出1名负责人，总体负责课题的各项工作。这样分组既能保证课题顺利完成，又能调动学生的积极性，大家各尽所长，互相帮助，能力强的带动能力差的，让所有学生都参与到科学研究中，得到科研训练。

2.2 政策保障

为了培养学生的创新精神和实践能力，学校在教学计划中规定了每个学生在校期间要完成3～6个创新学分，并制定了“辽宁师范大学本科生创新学分实施细则”。细则中明确将学生参与教师科研项目纳入创新实践学分的项目。学生通过“电子科学技术专业实验”这个平台，参与教师的科研项目，完成相应的科研训练任务，按细则规定，经教务处审批后，可以获得2～4学分。学生获得的学分数主要依据发表论文情况、申请专利情况、其本人对项目完成的贡献大小，经指导教师拟定、学院审核、教务处批准而定。创新实践学分是本科生在校期间必修的学分，所以能够促进学生更加积极主动高质量地完成“电子科学技术专业实验”课程中的科研题目，争取多获得创新实践学分。

为了调动教师参与的积极性，学校除了确认教师相应的课时以外，对于指导学生公开发表论文或申请专利的教师，应额外给予一定的课时奖励，对于课题研究过程中需要经费的，校方也应给予大力支持。

实验室对学生是免费开放的，为了保证实验室及人员安全，学生首次进入实验室时，指导教师必须对学生进行安全教育，讲解强电、激光、危险气体、危险化学药品、大型仪器等的正确使用方法。在整个课题研究过程中，可以指派1～2名研究生在实验室中协助教师指导学生完成实验任务。

3 举例说明

在LED技术研究方向，学生可以开展ZnO同质结LED的制备及性能研究，也可以开展ZnO/GaN异质结LED的制备及性能研究，这些题目是教师科研项目中基础性的工作，适合本科生研究。课题可以在教师的科研实验室内完成，实验室能够提供从材料生长、器件制作到样品测试的所有实验设备。本小组的学生经过协商选定题目后，教师先对课题研究意义、研究内容、制备方法、LED器件的制作和测试等方面予以讲解，使学生们对研究题目及研究过程有一个总体的了解。教师将课题研究分成查阅文献(2周)、材料生长与测试(6周)、器件性能检测及结果分析(5周)、撰写论文(2周)、答辩(1周)5个阶段。学生们通过查阅文献，能够了解ZnO材料的制备方法及表征手段，再结合实验室条件，互相讨论后选择一种材料生长方法，并确定生长条件，如反应源的配比、生长温度、气体流量等，材料生长方案经过教师把关通过后，由学生们相互合作，共同完成材料生长、LED器件制作、性能测试及结果分析，完成课题任务。期间遇到的问题，鼓励学生们独立思考、协商解决。教师会每周安排1次组会，在组会上要求学生对本周所做的工作进行汇报和总结，对学生自己解决不了的问题和困难给予适当的指导和启发，通过大家讨论的方式予以解决。组会可以使教师及时掌握学生的研究动态，起到督促作用。此外，在实验室内安排一名研究生，负责在实验过程中对实验室安全、实验仪器和测试仪器的操作等方面对学生给予指导和讲解。对课题研究过程的前4个阶段，每个阶段结束后，教师根据学生完成情况、出勤率、实验仪器操作能力及数据分析能力等进行成绩评定，其中第一阶段占10%，第二阶段占20%，第三阶段占20%，第四阶段占10%，第五阶段由答辩小组教师根据论文完成情况和答辩情况进行成绩评定，占40%。

整个课题研究过程完全以学生为主体，充分发挥了学生的主观能动性，学生了解了科学研究的过程、方法和手段，很好地培养了学生的团队合作精神、实践动手能力、分析问题解决问题能力和初步的科学研究能力。

4 结束语

通过对电子科学技术专业实验教学模式的改革，为学生提供了一个参与到教师科研项目的实践平台，使每位学生都能得到科研训练的机会。开放式和学生为主体式的教学方式，能够很好地调动学生参与科研的积极性和主动性。在完成科研课题任务的过程中，能够使学生接触到相关领域的研究热点和前沿，提高学习兴趣；能够将理论知识与实践技能有机地结合起来，有效提高学生动手能力、知识综合运用能力、分析问题解决问题能力；能够使学生很好地理解科学研究的意义和方法；能够培养学生团队合作精神、创新意识和初步进行科学研究的能力，为以后的学习和工作奠定基础。