利用教师科研项目培养测绘专业本科生的创新能力

李 黎，连达军，陈国栋

(苏州科技大学空间信息与测绘工程系，江苏 苏州 215009)

建设创新型国家的核心就是增强自主创新能力，培养具有国际竞争能力的高水平高素质创新型人才。创新能力是指人们运用已有的知识和理论，完成创新过程、产生新理论、新发明、新方案、新成果的一种综合能力[1]。2015年5月，国务院办公厅颁布的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》指出：深化高等学校创新创业教育改革，是国家实施创新驱动发展战略、促进经济提质增效升级的迫切需要，是推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业就业的重要举措[2]。因此，创新型人才的创业能力是创新思想和创新实践的一种具体表现，创新创业会产生巨大的社会经济价值[3]。

大学生是未来建设创新型国家的主力军，高校的主要功能包括人才培养、科学研究和服务社会，对于培养创新人才至关重要[4-5]。创新型人才和普通人才的最显著区别是前者不但具备较强的专业知识，而且具有较强的理论联系实际解决现实问题的创新能力，而这一能力的培养主要通过教师指导与学生实践相结合，使学生经过系统训练，培育创新思维和锻炼创新能力[6-7]。但一些高校还普遍存在对大学生创新重视不够、教学方式陈旧、创新教育理念滞后、创新教育意识欠缺、创新教育体系不健全等诸多问题。如何高效合理地优化教学和创新能力培养的关系，着实提高普通高校本科学生的较强创新能力，是新时期各高校教育教学改革研究的重要内容[8]。

测绘学科是测绘遥感技术与地理信息技术的结合，大数据推动了测绘地理信息学科的发展，大数据时代的到来对于测绘地理信息学科的发展提出了新的要求，同时也为创新型人才培养提供了新的契机[9]。测绘数据采集、存储、分析和应用以及地理信息服务过程，都需要大量的测绘仪器和专业软件、仪器研发和软件开发及技术方法创新等。无所不在、多维动态、互联网+网络化、全自动与实现化、从感知到认知、众包与自发地理信息及面向服务是其新特点[10]，这些特性决定了测绘专业人才必须要具有较强的实践能力和与时俱进的创新能力[11]。

现代高等教育的核心已从传授知识的本身逐步向获取知识的方法和能力转换，大学生创新科研训练项目的目的之一在于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，这也是一般科学研究活动所要具备的基本功[12]。本文通过总结多届科研创新训练小组的实践指导体会，提出一种适用于大学本科生的创新科研训练模式，以保证和提高创新教育的质量和效果，最终目的是培养学生提出问题、分析和解决问题的兴趣和能力，这其中既包括实际动手能力，更要求理论分析能力，也包括论文写作能力，即通常所说的科研训练。

1 普通高校本科教学现状与创新能力培养存在的问题

1.1 当前本科教学管理制度存在的问题

影响本科生创新能力培养效果的首要原因是我国现行的高等教育培养制度。本科教学计划、培养目标、学生成绩的考核方式严格统一，规矩太多、约束过强，学生自主选课机会较少，降低了学生兴趣、热情及个性自由发展的空间和机会；常规理论课程太多，学生疲于应付，造成学生无暇开展自己感兴趣的科研活动，参与创新项目的机会较少；实践教学内容设置与实际问题联系不紧密，学生在实践环节不能有效接触学科的实际问题，且所占的比重较少，教学过程往往流于形式。因此要增强学生的创新能力培养就必须有完善的本科生创新能力培养的制度建设。

1.2 创新教育体制不完善

当前高校的很多本科创新创业教育课程安排在职业规划和就业指导课程中，内容多为理论教育而缺少实践，学生多为应付考试拿学分，很难做到理论联系实际，将其应用于今后的创新实践之中去。总体来说，单独形成体系可供学生选择的创新课程不多，需要学生自行去网上搜集一些碎片化的创新知识，不利于学生的学习掌握，更谈不上实践运用。有些高校提供了类似于大学生自主创新项目和大学生“挑战杯”竞赛等创新项目，但其支持范围和力度有限，学生参与人数有限，收效甚微。

1.3 教师的积极性不高

高校教师主要来源于国内外各大高校和科研院所的博士群体，虽然他们专业理论知识丰富，但相对缺乏指导本科生进行创新的经验，难以将自己的创新经验分享给学生。除此之外，学校在教学管理上更加重视传统的课堂理论教学，本科生囿于现行培养制度下的理论课学习，缺乏像研究生一样长期完整的时间保证，碎片化时间难以保证创新实验的有效开展，很难引导学生深入了解创新的具体细节，进展缓慢，使得教师们指导本科生参与创新项目的积极性不高。现行教学管理者对教师指导学生参加各类学科竞赛和创新活动的重视不够，缺乏和教师工作量相匹配的评价标准，这也是教师积极性不高的另一个主要原因。

1.4 学习方式的转变

本科生创新性项目的主要资助对象是本科二、三年级学生，该阶段学生刚刚学完大量基础课和专业基础课，学习方式仍然延续了中小学时期的灌输式课堂知识，习惯于填鸭式教育方式，验证式的实验，不加思考地完成作业，产生了思维定式，不求突破常规，对基于问题导向的研究学习方式处于完全陌生的状态。传统保守的惯性思维和行为模式限制了学生的创新能力，而大学生创新科研训练项目的基本要求是在教师的指导下学生自主完成科研项目的前期调研、研究方案和技术路线设计、研究论文(或报告)撰写及成果展示，切实锻炼并提高学生的科研能力和创新能力。

2 高校教师科研项目培养本科生创新能力的优势

(1) 师生双方互惠互利的有益合作。大部分本科生根本不知道科研项目的基本套路和规律，更没有前期基础，提不出真正的问题。教师的科研项目是通过大量阅读文献提出的问题，有明确的研究目标和思路，经过同行专家的评审，能体现出最新研究方向，研究方案经过精心设计，具备可行性。依托教师科研项目子课题的本科生科研小组既有了可供研究的问题，也有了前期研究基础，沿着教师科研项目的既定技术路线和预期研究目标，本科生也容易找到前进的方向。承担科研任务较多而研究生数量不足的高校教师也需要人手协助其开展科研工作，通过积极指导本科生，可以使其成为教师的得力科研助手，对于师生双方无疑是互惠互利的。

(2) 培养学生的科研能力和拓宽学生视野。学生通过参与老师的科研项目，除了巩固专业基础理论知识学习，更重要的是可以掌握一些基本的实验技能和科研方法。教师的科研项目不同于验证性的课程实验，研究结果没有确定的答案，需要学生自己发现问题，通过查阅相关文献分析问题和尝试不同实验方法解决问题，经过理论联系实际发现其中蕴含的规律性，教会其批判性思维，培养他们钻研探索、求知问真的独立思考精神和科研精神，最终逐渐形成自主学习实践能力和创新能力。参与纵向科研项目能让学生了解相关研究方向的国内外研究现状和发展趋势；参与教师和企业联合的横向项目可让学生较早了解企业需求、研发模式和运营模式，可以拓宽学生的视野，这也是让学生和用人单位发生联系的重要方式。

(3) 有利于培养学生的团队协作意识、写作能力和口头表达能力。针对具体问题，需要教师分派既定科研任务给不同的科研小组，在项目的调研、分析、实施、验证,以及论文撰写和成果展示等各个环节，学生参与科研项目中的组会、各种学术性报告会，团队内部各成员之间需要交流，无疑会锻炼学生的沟通能力和人际交往能力。

3 教师科研项目培养本科生创新能力的体系构建

3.1 健全学校创新培养机制

学校应该建立相应的奖励制度鼓励教师吸收本科生自愿参与其科研项目。如指导本科生申报国家级、省级或校级的大学生创新项目，或指导本科生科研论文写作发表等，都要给予教师一定的科研奖励或适当地换算成教学工作量。该过程可以与导师制结合，争取每个教师都能提供一些科研选题，供感兴趣的本科生选择加入。

高校应完善本科生学分认定和评价制度。在本科生完成专业理论课程之后，允许学生通过参加创新活动来换取相应学分，鼓励本科生申报国家或省级本科生创新项目、大学生挑战杯和大学生科普创意创新大赛等各级各类创意创新竞赛项目，给予参与科研项目的本科生一定的奖励措施。如参与项目给予相应的实践学分，发表论文给予学分或特别奖励等，以提高学生参与科研项目的积极性。

3.2 科研小组梯队建设

在专业基础课教学过程中，教师可了解学生的知识掌握情况和学习态度，可有针对性地号召一些有科研热情、自主学习能力强、学有余力的学生积极参与老师自己的具体科研项目或申请大学生创新训练项目。教师可以吸收本科生从大一或大二就进入实验室并参与其感兴趣的科研方向，在此期间高年级带低年级，一直到本科毕业论文阶段，均追踪完成同一研究方向或项目，必然能得到更系统有效的锻炼。

3.3 明确研究思路

本科生科研创新训练的对象一般是大一或大二的低年级学生，虽然他们已经掌握了一些简单的专业理论知识，但对于基于问题的研究型学习非常陌生，不懂基本的科研方法和程序，对所要开展的科研工作一片茫然，如果没有人手把手地指导，学生必然不知所措，无处下手，严重的挫败感会伤害学生的积极性。因此，需要指导老师明确所要解决的科研问题，要让每一个参与者都清楚要完成的科研任务并按部就班地执行，知道要做什么怎么做，否则很有可能会出现人人“打酱油”的状况。这一环节的任务对于参与者而言，包括解决问题和分析问题两方面的能力及其对应的基本方法训练。若要创新科研训练达到事半功倍的效果，必须让学生明了该项目的研究目标、技术路线和研究方法。

3.4 培养科研品质

每年都有新生力量参与到课题中来，起步阶段可以让熟悉的高年级学生指导新学生熟悉实验过程和研究内容，指导新同学进行一些简单的功能实现，初步锻炼他们独立解决问题的能力，然后再逐步融入科研小组中。在此期间，失败和返工不可避免，不仅锻炼了学生独立思考和解决问题的能力，更需要学生具备细心、耐心和迎难而上的好品质，在遇到瓶颈时能及时调整思路，合作精神和协作能力也是很重要的科研品质。最后，对于刚刚入门的学生也要帮助他们在科研方面树立正确的价值观、责任感和道德感，要有质疑精神和批判性思维，要有数据和成果的保密意识，要有保证任务顺利进行、不能拖其他组员后腿的时间紧迫感，要有保证原创不抄袭、不一稿多投的职业道德底线。

4 实践成果分析及经验总结

4.1 实践成果

2013年，笔者有幸获得了一项国家自然科学基金资助项目，从事GPS气象学在暴雨短临预报方面的研究。从2014年开始，便将部分较为简单的科研工作分割到本科生毕业设计和本科生创新项目中去，吸引部分有能力的本科毕业生和低年级本科生有传承地连续开展工作。到2018年上半年为止，笔者指导的本科生共有14人参与到科研项目中，已发表论文5篇(1篇EI收录，4篇CSCD核心)[13-17]，有2篇即将投稿，获得校级以上本科生创新项目3项，校级本科毕业论文3人次，详见表1、表2。

表1 本科生创新训练项目及各类奖励

表2 本科生参与发表的论文[13-17]

4.2 指导经验总结

4.2.1 挖掘合适的学生

教师在专业基础课教学阶段，就可将科研项目的研究内容和专业知识建立联系和拓展，介绍该科研项目的科学意义或应用价值，让学生充分了解科研项目的研究现状和有待研究解决的科学问题，鼓励并邀请有兴趣的学生参与科研项目。

4.2.2 检索及阅读文献

针对具体的问题，初始阶段可以给学生提供几篇经典的中文文献，让学生对本研究方向和内容有个大致的印象；然后指导学生通过已读文献的参考文献、学校图书馆及网络数据库等途径学会自己动手检索和阅读文献，掌握国内外的最新科研动态，获得解决问题的研究思路和方法。

指导教师先提出一个与专业领域实际问题紧密结合的科学问题，刚开始时学生缺乏相关的专业知识和动手能力，因此，指导教师需要耐心地指导他们查阅相关文献，对相关问题进行分析和判断，深入了解该方向的研究现状，通过查阅文献资料提出解决问题的具体方案，优化技术路线，指导学生独立开展研究工作，逐步解决问题，学会基本的数据处理和统计分析方法。这些环节的训练不仅提高了学生文献阅读能力，而且增强了他们分析问题和解决问题的能力，最终全面锻炼了学生的科研能力。

4.2.3 设计试验方案

学生通过阅读文献，提出自己的研究思路和解决办法，可以先在组员内部进行沟通交流，形成统一意见后完成技术路线报告，再提交给指导老师作出评估和点评，及时修正不合理或不实际的思路和方案，经反复修改最终敲定试验方案。

4.2.4 数据处理及统计分析

教师应要求学生每周提供试验过程的阶段性报告。要求学生详细记录所选参数，整理好数据处理过程的相应图表，分析数据统计结果，追踪学生的工作进展，及时发现并调整可能存在的工作偏差，纠正到正确的工作方向上来，保证试验有序稳定的完成。

4.2.5 论文的撰写和修改

数据处理和统计分析结束之后，可对研究结果进行评估，如果问题得到了较好的解决，查阅对比相关文献后有一定的创新性，便可以撰写论文。在写作之前，教师与学生一起讨论论文的创新点或亮点何在，指出论文撰写的切入点，然后让学生自行撰写。由于大部分学生是第一次写科技论文，教师最好选择一篇参考价值较高的论文，提供给学生模仿去写。初稿完成了，再由指导老师提出修改意见，让学生了解不足之处，通过反复修改完善后提交投稿，投稿之后的审稿意见也应有学生参与讨论修改，直至发表见刊。

5 结 语

目前高校有大批的教师从事科研工作，教师承担的科研项目经过设计和分割可以成为激发大学生创新能力的课题，成为培养未来科学家的训练平台。以指导教师科研项目为依托的本科生创新能力培养拓宽了大学生创新能力培养的项目来源，创造了有利于培养创新能力的新模式和环境。在教师指导之下，学生科研小组通过组内分工协作，各自独立完成子项目的资料收集、文献阅读、技术路线设计、研究方案制定、研究成果总结、研究报告或科技论文撰写等方面的任务，使学生切实得到科学研究的锻炼，培养学生创新思维，提高创新实践能力，对培养新时期具有竞争能力的高素质创新性人才有着积极的意义。

作为一种不太成熟的新培养模式，基于科研项目的大学生创新能力培养尚存在诸多问题，必须根据不同学科专业的特点不断探索，积累属于自己的具体操作模式。如如何调动本科生兴趣和积极性来参与教师项目，如何选择合适的学生组成科研小组，选择什么类型和难度的项目更适合本科生科研创新训练，如何循序渐进地引导学生深入项目研究等，如何考核和评价指导老师和学生双方的科研业绩并给予激励更是值得研究的教育科学问题。