科研实验室助力本科创新人才培养的探索与实践.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 4 期 2023 年 8 月Vol.26 No.4 Aug.2023高等学校创新创业教育改革 科研实验室助力本科创新人才培养的探索与实践李 娜,黄先莉,马 亚,葛 镜(华中师范大学 物理科学与技术学院,湖北 武汉 430079)摘 要:科研实验室是高校开展科学研究及实践创新的重要场所,对培养本科创新人才有着重要的促进作用。华中师范大学夸克与轻子教育部重点实验室在长期探索和实践中,打通教学与科研之间的壁垒,参与了本科创新人才的培养。重点实验室组建了本科教学团队,创新课程建设,在常规化教学过程的各个方面融入创新训练。同时利用重点实验室平台优势拓展本科教学,开展竞赛培训,推动人才培养国际化,开展科普教育和宣传,吸引优质生源,为本科创新人才的培养提供了有力支撑。关键词:科研实验室;创新人才培养;教研融合中图分类号:G642 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.04.057Promotion of scientific laboratory to the exploration and practice of cultivating undergraduate innovative talentsLI Na,HUANG Xianli,MA Ya,GE Jing(College of Science and Technology,Central China Normal University,Wuhan 430079,China)Abstract:Scientific research laboratory is an important place for universities to carry out scientific re-search and innovation practice,and plays an important role in promoting the cultivation of undergradu-ate innovative talents.The Key Laboratory of Quark and Lepton Physics of Ministry of Education of Central China Normal University has broken through the barriers between teaching and scientific re-search,and deeply participated in the cultivation of undergraduate innovative talents for a long time.The laboratory sets up undergraduate teaching team,innovates curriculum construction,and integrates innovation training in all aspects of routine teaching process.The advantages of laboratory platform are also used to expand undergraduate teaching,carry out competition training,promote the internationali-zation of talent training,carry out science popularization education and publicity,attract high-quality students,which provides strong support for the cultivation of innovative talents.Key words:scientific laboratory;cultivation of innovative talents;integration of teaching and re-search 收稿日期:2021-06-02 修改日期:2021-06-22作者简介:李娜,博士,工程师,主要研究方向为高等教育管理。E-mail:lina_phy 基金项目:2018 年湖北高校省级教学研究项目(项目编号:2018089)。国家发布的国家中长期教育改革和发展规划纲要(20102020 年)中指出“创新人才培养模式。遵循教育规律和人才成长规律,深化教育教学改革,创新教育教学方法,探索多种培养方式,形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。”文中强调了高等教育需“支持学生参与科学研究,强化实践教学环节1。”因此,培养拔尖创新人才,整合优质教育资源,优化人才培养体系对于促进人才培养、满足国家需求,有着至关重要的意义。实验室作为人才培养和科学研究的重要阵地,是高等学校综合实力和核心竞争力的重要体现。按照其在高校中承担任务的不同,实验室可分为教学实验室和科研实验室。本科实验教学平台通常立足于基础知识和技能的教学,忽视学生的个性和特长培养,也很少涉及学科现状。科研实验室主要定位于服务科学研究和研究生培养,往往有更充足的经费投入、更先进的仪器设备和更优秀的师资队伍,可以开展学科前沿性的实验研究。发挥科研实验室在培养本科创新人才中的重要作用,促进本科生尽早接触学科前沿,了解和掌握行业最新动态,对于本科创新人才的培养显得尤为重要2-3。许多高校对于科研实验室参与本科教学的模式进行了积极的探索和实践4-5。1 重点实验室基本情况华中师范大学夸克与轻子教育部重点实验室(以下简称:重点实验室)依托“理论物理”国家重点学科,设有高能重离子碰撞实验、夸克物质理论、粒子物理及唯象学,以及粒子探测器及快电子学技术四个研究方向,包含八个研究性课题组。实验室聚集了一支由国家级人才计划入选者和国家自然科学基金委创新群体为核心的研究队伍,现有研究人员 50 余人,占地面积 4500 平方米。除了对研究生人才培养外,重点实验室多年来也一直积极探索对本科创新人才的培养,逐渐形成了一套行之有效的方法与措施。2 教学科研一体发展2.1 组建教学团队教学团队建设是本科教学质量与教学改革的重要内容,是以团队协作形式推进教学改革、推动教师队伍建设、提高教学质量的重要举措6。重点实验室依照“学院主导、分段实施、名师牵头、观念创新”的总体思路组建专业主干课教学团队,以资深教授为团队核心,中、青年教师为支撑,优化成员队伍结构,推进教学工作中的“传、帮、带”,以团队形式保障教学质量、推进教学改革。重点实验室现有 5 名教师分别担任“电磁学”、“统计物理”、“复变函数与数理方程”、“电子技术基础”和“模拟电子技术”等专业主干课首席教授负责人,还有多名教师为专业主干课团队成员。以重点实验室成员为主的理论物理教学团队入选国家级教学团队;以重点实验室国家级人才计划入选者王新年教授为负责人的“高能核物理教师团队”入选学校“黄大年式教师团队”。在教学中以学生为中心,围绕促进学生的主动学习来组织教学活动是高校教学改革创新的重点7。重点实验室成员在教学实践中大胆探索,积极创新,整合教学资源进行教学内容和课程体系改革,采取以问题为导向、以任务驱动的研究型教学方法与学习方法,力争让学生更多参与到学习中,积极探索、思考和实践,提高学生学习的主动性、积极性和学习效果。目前教学团队已获得校级教学创新奖多项。此外,重点实验室响应国家号召,把教授为低年级学生授课作为实验室的重要制度。近年来,实验室教授为本科授课率达 100%。实验室教师承担本科生必修课、选修课、实验课等课程教学,涵盖普通物理、理论物理、公共物理、无线电物理、电子科学与技术、信息与通信工程等多个方向。2.2 推动个性化小班教学为体现以生为本,推行个性化教育,增强学生在课堂教学活动中的主动性,越来越多的高校开始全面推动小班教学8。重点实验室师资力量雄厚,十分有利于本科生个性化教学的实施。对于拔尖人才的培养,如物理学基地班和数学物理交叉班,因为学生基础较好,所以专门开设了教学班级授课,教学大纲和教学安排不同于普通班级,专业课程难度有一定程度的拔高。教学模式采取“大班授课+小班研讨”,由教学和科研经验丰富的教授担任主讲教师,讲授课程的理论体系、重要知识点等,然后将整个教学班级分为 23 个 20 人的小班开展研讨,由主讲教师和博士生进行指导,帮助学生巩固课程的基本知识并拓展研讨内容。主讲课时和研讨课时通常是11配置,也会由教师根据课程难度进行调整。教师会在授课时指定本周小班研讨的内容、习题等,学生课下准备,研讨课全体学生一起参加讨论,每位学生都有多次讲述和研讨的机会,其表现计入平时成绩。2.3 建设“本-研”一体化培养课程体系在培养厚基础、宽口径、高素质人才教育体系要求下,为优化课程的结构与系统,加强“本-研”课程之间的有机衔接,重点实验室成员配合学院从大三下学期开始开设与实验室研究相关的个性发展课程。每一方向开设 7 门课程供学生选择,其中 3 门为选修中的“必选”,即选定这一方向后则必须修满032 李娜,等:科研实验室助力本科创新人才培养的探索与实践相关的 3 门课程,为今后的研究生学习打下基础。例如,选择粒子物理方向个性发展课程的学生,必须选修“粒子物理导论”、“高能物理实验入门”和“粒子物理与宇宙学”三门课程。学有余力的学生还可选修“Monte Carlo 模拟”、“量子统计”、“群论”、“夸克物质理论导论”等课程。这些课程与学院物理学专业研究生课程“粒子物理”、“高能物理实验方法”等课程衔接紧密,起到了桥梁的衔接作用。2.4 指导毕业设计(论文)毕业设计(论文)是培养学生综合运用所学理论知识和技能,提高分析和解决实际问题能力,是实现教学、科研与实践相结合的综合性教学环节。毕业设计(论文)存在一般性完成任务的情况较多,创新意识和能力较弱的问题,更有部分学生因为要备战考研,对待毕业设计(论文)积极性不足,很难按照要求按时完成论文开题。除了加强过程控制和监管以外,构建符合学生需求的研究内容也提高毕业设计(论文)教学质量的重要手段9-10。重点实验室利用自身的师资和科研优势,鼓励博士生导师、教授参与本科生指导,拓宽毕业设计(论文)的选题范围,为有意继续升学深造的学生提供紧贴科学前沿的研究课题。这一举措将科研与毕业设计(论文)教学紧密结合、相互渗透,激发学生做毕业设计(论文)的积极性,既能使学生了解学科的发展方向和技术发展现状,启发学生的创新思维,又能使毕业设计(论文)的实践环节与今后的学习研究结合起来,有利于保障毕业设计(论文)的完成时间和质量。3 以重点实验室为平台拓展本科教学3.1 推进本科教学国际化建设世界一流大学和一流学科,是中共中央、国务院作出的重大战略决策,一流本科是一流大学的重要基础,加强本科人才培养国际化则是创建一流本科的重点工作之一11-12。重点实验室与欧洲CERN/LHC-ALICE、美国 BNL/RHIC-STAR、德国GSI/FAIR-CBM、北京 BES-III、CERN/LHCb、俄罗斯 DUBNA/NICA-MPD 和国内 EICC 等大型实验国际合作组开展紧密合作研究,同十余个国家的二十多个研究机构签订合作协议,重点实验室成员有着丰富的海外经历和优秀的英语表达能力,因此能够深度参与学院本科教学国际化建设。重点实验室参与了学院物理学基地全英文授课专业的建设,成员开设有“原子物理学”、“力学”、“热力学与分子物理”、“模拟电子技术”四门全英语教学课程,以及“光学”、“电磁学”、“量子力学”、“数学物理方法”、“原子物理学”、“高能物理导论”、“现代物理导论”、“统计物理”、“通信原理”等双语教学课程。目前,有三名外籍教授在学院担任全职教师,以及多名外籍特聘教授为本科生授课,以期培养具有国际视野的物理学科研究人才。重点实验室作为国际学术交流的平台,在国际上享有较高的知名度,有利于邀请国内外知名学者到学院授课、举办系列学术讲座、科普讲座等活动。如德国科学院院士 Johanna Stachel 教授、欧洲科学院院士 Peter Braun-Munzinger 等都曾受邀来访做报告。3.2 深化科研指导与训练不同于常规教学,本科生学科竞赛有着特殊创新教育功能,对培养学生创新能力,优化人才培养过程,提高教学质量有着积极的促进作用。竞赛需要基础知识的储备、理论联系实际和科研能力的训练,再以竞赛的方法,推动学生独立探索。在发现问题、解决问题的过程中,激发学生的学习兴趣、增强学习自信心,从而提高学习成绩。教师将专业课知识和竞赛内容有机结合,围绕促进学生的主动学习来组织教学活动,以赛促教,改善过去纯理论的教学模式。重点实验室积极参与组织学生参加各类学科竞赛,成绩优异。以 2019 年为例,学生获得全国大学生物理学术竞赛国家级二等奖 1 项、全国大学生物理实验竞赛国家级三等奖 3项、全国大学生电子设计竞赛国家级一等奖 2 项、二等奖 1 项等多个奖项。3.3 以赛促教,以赛促学重点实验室于 2004 年开始持续开展对每届本科生进行科研训练。每年 9 月份学期初,对下一年度的计划项目进行宣传、培育和遴选。学生根据自己的兴趣和特长,1 至 3 人组成一个科研小组,进入不同的研究室。项目的立项需填写申报书并答辩,每个项目持续 2 年,通过答辩后方可结项。本科生在科研过程中,不仅能完成对理论知识的验证,还可以提高分析问题、解决问题的能力,同时自身的实践能力和创新能力也能够得到训练,培养了团队意识和协作精神。近年来,随着“大学生创新创业训练项目”在全国高校的全面铺开,大学生科研已作为“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的重要组成部分。1322013 年,重点实验室所在的物理科学与技术学院获得了国家基础科学人才培养基金“科研训练及科研能力提高”项目,更大力推动了本科生参与科学研究。目前,重点实验室教师年均指导本科生创新创业项目十余项,参与学生 30 多人。通过科研训练,使学生了解学科发展动态,掌握科学研究的基本方法,培养和提高学生获取知识的能力,提高了学生的综合素质。在科研训练项目的基础上,每年都有本科生在教师的指导下发表高水平科研论文,曾获多项省级大学生优秀科研成果奖。此外,科研活动的延续还可以和毕业设计(论文)衔接起来,补充了毕业设计(论文)环节的时间,拓展了研究的深度和广度,有利于提高毕业设计(论文)质量。3.4 吸引优质生源通过参与学校科普节活动、优秀大学生夏令营、面向高中生、本科生举办系列物理学前言专题讲座等活动,激发学生对物理的兴趣。近五年,给物理学院学生、武汉市高校和湖北省内外县市高中生等宣讲物理学奖得主重大成就和物理学前沿动态、组织参观核物理计算中心和硅像素实验室,组织科普宣传活动等共计 40 余场次,累计听讲座人数 6500 余人次。重点实验室网站上还设有专门的“科普教育”一栏,对于即将开展的科普活动进行预告,吸引有兴趣的师生参加。此外,专门设立重点实验室开放时间,组织和邀请本科生到实验室参观,现场开展科普宣传活动。同时,重点实验室还积极响应学院组织,派遣教师到兄弟院校开展科普报告和宣传,吸引优质生源报考本校研究生。4 结语教育部启动一流本科专业“双万计划”的实施,对高校促进专业质量提升和推动高水平人才培养体系形成提出了新的要求,也为高校实验室建设注入了新的内涵。随着华中师范大学物理科学与技术学院物理学专业获批 2019 年度国家级一流本科专业建设点,重点实验室更应充分挖掘自身特色和优势,全方位地参与本科人才培养,大力提升本科创新人才的培养质量,吸引更多的优质生源报考重点实验室研究生,实现重点实验室的最大效益。参考文献(References):1 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