分享教師的科研經(jīng)驗　提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力
——以高壓靜電紡絲技術(shù)為例說明科研反哺教學(xué)途徑

余燈廣,潘　登,王　霞,羅傢蠐,Gareth R Williams

(1.上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200093;2.UCL School of Pharmacy,London,WC1N 1AX,UK)

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分享教師的科研經(jīng)驗提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力
——以高壓靜電紡絲技術(shù)為例說明科研反哺教學(xué)途徑

余燈廣1,潘登1,王霞1,羅傢蠐1,Gareth R Williams2

(1.上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海200093;2.UCL School of Pharmacy,London,WC1N 1AX,UK)

摘要：分享教師的科研經(jīng)驗,能夠有效地實施科研反哺教學(xué)、促進大學(xué)生自我教育、主動學(xué)習(xí)、并提高他們的創(chuàng)新能力。以高壓靜電紡絲技術(shù)為例闡述如何通過科研有效地進行反哺教學(xué),提出了五條增強科研反哺教學(xué)的途徑:課程上多開設(shè)探索性實驗課,給學(xué)生提供更多的分享老師科研經(jīng)驗的機會;多位老師協(xié)同教學(xué)完成一門課的教學(xué),讓學(xué)生分享更多老師的科研經(jīng)驗;鼓勵學(xué)生走進教授團隊研究室,感受科研氣氛與創(chuàng)新環(huán)境;發(fā)現(xiàn)學(xué)生興趣,進行因材施教,分享給學(xué)生最需要,最能激發(fā)靈感的經(jīng)驗;老師應(yīng)該熱愛科研,與時俱進,掌握最先進的科技,積累更多更好的科研經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：科研反哺教學(xué);高等教育;創(chuàng)新能力;高新技術(shù)

創(chuàng)新型科技人才指既具有扎實廣博的科學(xué)知識,又具有求實的科學(xué)態(tài)度、勇于獻(xiàn)身科學(xué)和追求卓越的科技創(chuàng)新人才。培養(yǎng)具有鮮明時代特征、適應(yīng)時代發(fā)展的創(chuàng)新型科技人才,是現(xiàn)代高等教育的目的和任務(wù)[1]。在高校中,教學(xué)和科研是推動其發(fā)展的兩翼,是人才培養(yǎng)的兩大支柱。教學(xué)是科研的前提和基礎(chǔ),科研是教學(xué)的提升和發(fā)展,兩者相輔相成、互相促進。也只有教學(xué)科研互動,有效地實施科研反哺教學(xué),才能達(dá)到教學(xué)與科研雙贏,才能創(chuàng)建良好的育人環(huán)境,培養(yǎng)造就一批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)社會發(fā)展需要的高素質(zhì)科技人才[2]。

高壓靜電紡絲技術(shù)(簡稱電紡),應(yīng)用靜電場力自上而下(top-down) 地制備聚合物納米纖維。該技術(shù)早在1934年就被一份美國專利公布,但是直到1995年由于納米科技的熱潮以及電子顯微鏡等研究微觀世界工具的出現(xiàn),才重新被認(rèn)識并復(fù)生[3]。通過電紡技術(shù)制備的納米纖維氈除了具有表面積大、孔隙率高、可以組裝成連續(xù)的立體三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等特征外,本身還具有將宏觀可視特征(可視纖維膜)與微觀尺度結(jié)構(gòu)(納米范疇的直徑)很自然地結(jié)合在一起的特點。這些特點使得電紡納米纖維在幾乎所有的科技領(lǐng)域都有潛在應(yīng)用。近幾年來,相關(guān)的科研報道一直呈指數(shù)級增長[4]。

本文以電紡技術(shù)為例,闡述增強實施科研反哺教學(xué)的方法,提出了五條可行性的途徑,以期通過分享老師的科研經(jīng)驗、促進大學(xué)生自我教育、主動學(xué)習(xí)、提高他們的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

一、課程上多開設(shè)探索性實驗課

沒有經(jīng)過社會實踐,就不可能形成現(xiàn)代社會所需要的能力和素質(zhì)[5]。同樣沒有經(jīng)過系統(tǒng)化實驗課的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練,就不可能成為優(yōu)秀的科研創(chuàng)新人才。實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)的重要組成部分,也是培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力和創(chuàng)新精神的重要途徑,對鞏固學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識具有重要意義。

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)一般由一些基礎(chǔ)實驗和驗證性實驗組成。雖然有利于學(xué)生鞏固理論知識、掌握簡單的實驗方法和操作技能,但在培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識、分析和解決實際問題能力方面有所欠缺。近年來,為適應(yīng)高等教育人才培養(yǎng)和社會需求,本科實踐教學(xué)環(huán)節(jié)增設(shè)了一定的綜合實驗項目,但與創(chuàng)新性人才、卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)仍然存在較大差距。如果將現(xiàn)有科研中與本科實驗教學(xué)相關(guān)的部分研究工作納入到實驗教學(xué)中,通過科研工作和實驗教學(xué)有機結(jié)合的模式,增設(shè)一些探索性實驗課,可使學(xué)生更有效地分享老師的科研經(jīng)驗、培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。

如圖1所示(見下頁),從紡絲液調(diào)配到制備出載藥納米纖維,其工藝過程并不復(fù)雜。但是這個科研內(nèi)容卻可以與眾多的本科實驗教學(xué)相結(jié)合。如聚合物領(lǐng)域中大分子溶液調(diào)配實驗(涉及大分子溶解過程知識,即吸收溶劑、溶脹、解纏繞、進入本體溶液)。再如現(xiàn)代材料分析方法這門學(xué)科中大量本科實驗都可以結(jié)合到電紡納米纖維科研工作中來,如:掃描電鏡、透射電鏡、原子力顯微鏡、熱分析、傅立葉紅外、力學(xué)性能測試、藥物體外溶出實驗等。

科研一線的大學(xué)教師一般在縱向上具有較為深厚的實踐經(jīng)驗,橫向可以將科研實驗與更多的課堂教學(xué)知識進行有機關(guān)聯(lián)。在探索性實驗課上,他們一般都能夠給學(xué)生提供較多分享科研經(jīng)驗的機會、有效地傳授給學(xué)生新知識,促進學(xué)生去主動思考、主動學(xué)習(xí)和提高。一種良好的學(xué)習(xí)循環(huán)應(yīng)當(dāng)如下進行:首先通過課堂傳授學(xué)科的基礎(chǔ)知識,然后進行一些驗證式實驗或模仿式實驗,鞏固加深對所學(xué)知識的理解;在上述基礎(chǔ)上,再進一步進行一些探索性研究實驗,反思所學(xué)的學(xué)科內(nèi)容和基礎(chǔ)實驗,促進學(xué)生們理論聯(lián)系實際、升華知識,提升他們的創(chuàng)新思維能力。

傳統(tǒng)教育模式重理論、輕實踐,重知識的傳授、輕能力培養(yǎng),這種模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代社會上綜合素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要[6]。黨的十六屆六中全會通過的《中共中央關(guān)于構(gòu)建社會主義和諧社會若干重大問題的決定》中指出:“要注重增強學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)造能力和就業(yè)能力、創(chuàng)業(yè)能力?！边@項決定為我國高等教育人才培養(yǎng)提出了明確的目標(biāo),也要求高等教育在改革上重視大學(xué)生創(chuàng)新與創(chuàng)造力的培養(yǎng)。為此在大學(xué)課程設(shè)計上,多開設(shè)探索性實驗課,以便更多地分享教師的科研經(jīng)驗,提高學(xué)生們的創(chuàng)造力,是符合當(dāng)下時勢和政策的需要的。

圖1　以高壓靜電紡絲技術(shù)為例說明如何有效地通過科研反哺教學(xué)

二、多位教師共同完成一門實驗課教學(xué)

大學(xué)學(xué)習(xí)目的,主要是讓學(xué)生掌握終身學(xué)習(xí)的方法,獲得終身學(xué)習(xí)的能力,而不僅僅限于掌握目前的知識。所謂“授人以魚僅供一飯之需;教人以漁則終生受用”。作為教師,要自覺學(xué)習(xí)新知識、接受新觀念,更新教學(xué)內(nèi)容、理念和方法,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。但教師的精力是有限的,況且每個教師的研究側(cè)重點和成才過程都不相同,對學(xué)科不同知識點有不同的認(rèn)知深度及廣度,因此他們擅長的學(xué)科知識點、科研方法與手段都不相同。基于此,在大學(xué)部分課程安排上,尤其是實驗課,可以由多個教師共同完成一門課的教學(xué)。這樣有利于學(xué)生掌握不同的學(xué)習(xí)方法、分享不同的科研經(jīng)驗。就像蜜蜂采蜜一樣,使得學(xué)生能夠博眾家之長。

例如圖1中“現(xiàn)代材料分析方法”這門課由四位不同的授課教師共同講授完成,而實驗課則由八位教師(分別負(fù)責(zé)其中一種現(xiàn)代材料分析方法)協(xié)同實施。這門課所學(xué)的內(nèi)容在學(xué)生們以后的工作中都能得到較好的應(yīng)用。不同的教師除了最擅長的知識點不同外,每個教師的風(fēng)格和科研興趣都不一樣,但是常?？傆幸粋€教師的科研內(nèi)容能夠激發(fā)某一部分學(xué)生的興趣。

從美國和澳大利亞的資產(chǎn)評估專業(yè)人才培養(yǎng)模式中我們看出了國外資產(chǎn)評估人才培養(yǎng)模式都有著一套從準(zhǔn)入考試到高等教育，最后到后續(xù)教育的完善的培養(yǎng)流程，我國雖然也開始慢慢形成這樣的培養(yǎng)模式，但無疑還要經(jīng)過很長一段時間。本文結(jié)合國外的培養(yǎng)情況和我國現(xiàn)有國情，提出以下改進措施。

高校使用的是統(tǒng)編教材,提供給學(xué)生的是一個系統(tǒng)的知識體系,其內(nèi)容上有相對的穩(wěn)定性和廣泛性,并且由于在編寫過程中存在時間上的相對滯后和編寫人員的局限,因而在教材中很難及時、全面反映出相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域中的最新研究進展。多位教師協(xié)同完成一門實驗課的教學(xué)可以將相對大量的科研成果與進展豐富到教學(xué)內(nèi)容上,促使教學(xué)與科研聯(lián)系的更加緊密,既促進了理論與實踐教學(xué)內(nèi)容的知識更新,又從一定程度上彌補了教材的缺陷,充分滿足學(xué)生旺盛的求知欲和求新的需求。如圖1在“納米纖維”的“分析表征”科研中所獲得的科研結(jié)果可以向眾多學(xué)科提供最新教學(xué)素材,包括《聚合物科學(xué)》、《電流體動力學(xué)》、《納米材料學(xué)》、《現(xiàn)代材料分析方法》、《藥劑學(xué)》等。

三、鼓勵學(xué)生走進教授團隊研究室

科研是一項復(fù)雜的創(chuàng)造性的腦力勞動,其靈魂在于探索和創(chuàng)新,而不是機械的重復(fù)和模仿[7]。實驗可以重復(fù)模仿,科研則是創(chuàng)新的。學(xué)生走進教授團隊研究室,感受科研氛圍、直接參與科研實驗,無疑是對其創(chuàng)新能力最直接的培養(yǎng),也是最直接、最有效地分享教師科研經(jīng)驗的最佳途徑。

在參與教師的科研活動中,學(xué)生可以親身經(jīng)歷和體會科研工作,接受現(xiàn)場的言傳身教、案例分析,更有利于培養(yǎng)學(xué)生探索求知、實事求是、批判創(chuàng)新的科研精神;有利于激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、判斷和解決問題的能力;有利于提高學(xué)生對于學(xué)科基本問題的認(rèn)識和理解,培養(yǎng)其開放的心智和濃厚的興趣。當(dāng)然,學(xué)生在參與科研的過程中要學(xué)會合作,不僅與指導(dǎo)教師合作、與同伴合作,而且還可與眾多的研發(fā)人員進行合作,給予學(xué)生全面的實踐鍛煉機會,培養(yǎng)學(xué)生的主體意識和團隊合作精神。

對于這種鼓勵學(xué)生走進教授團隊的做法,完全可以通過建立“本科生導(dǎo)師制”進行實施,并允許學(xué)生中途更換導(dǎo)師,以博采眾家所長。學(xué)生入校后可選擇感興趣的學(xué)科專業(yè)的教師為自己的導(dǎo)師。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,學(xué)生可結(jié)合導(dǎo)師的科研方向確定研究課題;導(dǎo)師可從文獻(xiàn)查閱、課題設(shè)計和實驗操作到數(shù)據(jù)分析、論文寫作等過程對學(xué)生加以系統(tǒng)化指導(dǎo)。如圖1“高壓靜電紡絲工藝實施”在材料學(xué)院的三個教授團隊中都可以進行,而所制備的納米纖維在應(yīng)用上卻各有不同,學(xué)生走進這些教授團隊,可以感受不同的科研氛圍,并獲得系統(tǒng)化的專業(yè)訓(xùn)練。

教授團隊研究室不僅聚集高校優(yōu)秀的科研資源硬件,同時具有優(yōu)秀的創(chuàng)新氛圍,能夠為大學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)與創(chuàng)新活動提供良好的環(huán)境,是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的基地。

四、發(fā)現(xiàn)學(xué)生興趣 因材施教

李政道先生曾說,科研就是為了滿足我們的好奇。為了更廣泛更好地讓科研反哺教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生對相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣,滿足學(xué)生的好奇心,首先應(yīng)該發(fā)現(xiàn)學(xué)生的最佳興趣點,通過學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

部分高校教師由于受傳統(tǒng)的授教模式影響,授課模式常常僵化單一。目前部分高校的課堂上,仍采用“滿堂灌”的教學(xué)方法,即以教師為主角,對學(xué)生進行填鴨式灌輸,很少考慮學(xué)生的接受程度和興趣所在。一定程度上學(xué)生的主體地位沒有得到充分的認(rèn)知和尊重,只是被動地接受教師所注入的知識,因而缺乏思考和想象的空間,喪失學(xué)習(xí)興趣,使授課效率大幅度下降。

因此除了活躍課堂氣氛外,將學(xué)生引入到實驗室、研究室,則完全可以通過“做”引發(fā)學(xué)生的興趣和靈感。在“做”的過程中會使教師與學(xué)生之間有充足的交流機會,既能充分發(fā)揮教師、學(xué)生雙方的主觀能動性,形成師生之間相互對話、相互討論、相互觀摩、相互交流和相互促進,更主要的是學(xué)生會從客觀科研現(xiàn)象中產(chǎn)生巨大的興趣,并迫切地希望從教師那里獲得經(jīng)驗、激發(fā)靈感,與教師“共舞”。

五、教師要熱愛科研

教師不但要做一個優(yōu)秀的教育工作者,還要做一個出色的科學(xué)研究者,具有教育者和研究者的雙重特質(zhì)。高校教師的工作已不僅僅是傳授知識,更肩負(fù)著對學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這就要求教師能夠及時跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿信息,把握學(xué)科發(fā)展動態(tài),從事有價值的科學(xué)研究,將科研工作的思路、方法和進展帶入教學(xué)領(lǐng)域,不斷充實教學(xué)內(nèi)涵,實現(xiàn)科研反哺教學(xué),為高校教學(xué)工作提供永不枯竭的動力源泉。

教師如果能夠堅持開展科學(xué)研究,就會對所研究領(lǐng)域的動態(tài)和前沿比較熟悉,就能把所講授的專業(yè)基礎(chǔ)知識與本人所研究的方向結(jié)合起來,通過自己切身的創(chuàng)新經(jīng)驗,把知識講活,使教學(xué)充滿活力,使學(xué)生在掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時,也對本專業(yè)的最新進展有所了解。當(dāng)然學(xué)校應(yīng)當(dāng)大力倡導(dǎo)研究型教學(xué)方式,支持教師在教學(xué)過程中引入在研的科研項目,更新充實教學(xué)內(nèi)容,啟發(fā)學(xué)生運用已有的學(xué)科專業(yè)知識嘗試解決新問題,從而拓寬學(xué)生的視野,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

另外,教師在科研項目選擇上不應(yīng)僅以個人興趣為唯一選擇,而應(yīng)該注意盡可能與自己的教學(xué)密切結(jié)合起來,進而主動把自身擁有的科研資源適時轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源,對于搞好科研反哺教學(xué)亦非常重要。教師應(yīng)當(dāng)具有一種以提高教學(xué)水平為目標(biāo)、將科研精神融入教育理念的責(zé)任感;在具體的教研工作中,注意將科研成果與進展豐富教學(xué)內(nèi)容、將科研方法轉(zhuǎn)化成教學(xué)手段、把科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)平臺、把科研設(shè)計導(dǎo)入教學(xué)實驗,全力實施科研反哺教學(xué)、深化科研反哺教學(xué)。

目前,高校在促進科研反哺教學(xué)的保障制度建設(shè)方面還比較薄弱,還沒有形成完善的保障體系,突出表現(xiàn)在對科研反哺教學(xué)工作缺乏有效的組織領(lǐng)導(dǎo),缺乏相應(yīng)的配套激勵措施,教師在科研反哺教學(xué)工作中所付出的勞動還沒能得到充分的認(rèn)可等等。致使教師開展科研反哺教學(xué)工作的積極性大打折扣。因此,進一步建立健全相關(guān)保障制度,創(chuàng)造良好的政策環(huán)境,對于高校深入開展科研反哺教學(xué)工作具有重要意義。全面促進科研反哺教學(xué)是一項系統(tǒng)工程,需要進一步加強各部門的協(xié)調(diào)配合,相互支持,通過聯(lián)合管理研究課題、設(shè)立聯(lián)合辦公機構(gòu)等方式,切實改變科研與教學(xué)管理部門工作脫節(jié)的現(xiàn)狀,延伸管理職能,提高管理水平。

當(dāng)然,不同高校由于師資人力、物力資源以及學(xué)生自身的知識背景和基礎(chǔ)不同,可以先采用一些局部有針對性的試點運作。譬如對于大學(xué)高年級學(xué)有余力的學(xué)生,開設(shè)一個科研基地班,將學(xué)校在科研上一些前沿的領(lǐng)域和優(yōu)勢科目進行深層次傳授,激發(fā)學(xué)生的興趣、熱情和信心,為卓越工程師或創(chuàng)新型科技人才的培養(yǎng)提供有效的人才儲備。再如,對于所實施的大學(xué)生創(chuàng)新項目中,可以鼓勵同學(xué)跨學(xué)科、跨系、甚至跨學(xué)校進行聯(lián)合申請,拓展學(xué)生的科研認(rèn)知視野。當(dāng)然,也可以鼓勵高年級同學(xué)自發(fā)組織成科研小組、走進高校一些優(yōu)秀的科研團隊、提高科研實踐學(xué)習(xí)能力和團隊協(xié)作創(chuàng)新能力。

六、結(jié)束語

先進技術(shù)不僅是一種科研平臺,同時也是一種優(yōu)秀的教學(xué)平臺,一種分享教師科研經(jīng)驗、實施科研反哺教學(xué)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性、提高學(xué)生創(chuàng)新能力的平臺。本文以高壓靜電紡絲技術(shù)為例,提出了五條加強科研反哺教學(xué)的途徑。實際上在高校發(fā)生的一切科研活動,在一定程度上都是可以應(yīng)用于教學(xué)的現(xiàn)實教材,可以構(gòu)想出眾多科研反哺教學(xué)的方法與途徑。

總之,在高等教育系統(tǒng)上,教學(xué)要建立在科研的基礎(chǔ)上,科研也要圍繞教學(xué)展開,以實現(xiàn)教研相長,齊頭并進。對于大學(xué)教師,教而不研則淺,研而不教則空,因此不僅要進行教學(xué)、科研工作,更重要的是要將二者進行有機結(jié)合,將科研的方法、途徑以及最新成果反哺大學(xué)教學(xué),竭力培養(yǎng)大學(xué)生的興趣、提高學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維能力。大學(xué)教師不僅傳道、授業(yè)、解惑,而且創(chuàng)新。

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(編輯: 鞏紅曉)

Cultivating Undergraduate Student’s Creativity by Sharing Scientific Research Experiences of Academic Staff—With Electrospinning as an Example to Illustrate How to Nurture Teaching from Scienfific Researches

Yu Dengguang1,Pan Deng1,Wang Xia1,Luo Jiaqi1,Gareth R Williams2

(1.School of Materials Science and Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China;2.UCL School of Pharmacy,29-39 Brunswick Square,London,WC1N 1AX,UK)

Abstract：It is expected that research-led teaching can effectively encourage undergraduate students to self-educate,learn actively and improve creativity. In the paper,five different ways for enhancing research-led teaching are proposed with electrospinning as an exemple of research technique. This approach permits 1) setting up more interactive experimental classes in which students can share their teachers’ experiences in scientific research;2) implementing a unified curriculum through the cooperation of group teachers;3) encouraging the students to enter into their professors’ laboratories;4) elucidate the students’ interests and share with them the requisite experience;and 5) ensuring that the teaching staff keep pace with the advanced techniques and strive to expand their range of research experiences.

Keywords：research-led teaching;higher education;creativity;advanced techniques

收稿日期：2014-10-08

基金項目：上海理工大學(xué)2016教師教學(xué)發(fā)展研究重點項目(CFTD160012)

作者簡介：余燈廣(1969-),男,研究員。研究方向： 電流體動力學(xué)。E-mail:ydg017@usst.edu.cn

中圖分類號：G 642.0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-895X(2016)02-0179-05

DOI:10.13256/j.cnki.jusst.sse.2016.02.015