材料科学与工程专业科研导论课程的内容设置及教学方法探索

王 萌 韩 鹏 李国华

（中国矿业大学（北京）材料科学与工程系，北京 100083）

0 引言

随着科学技术突飞猛进的发展，国家之间开启在科学技术领域创新的竞争，各国都纷纷拿出了相应的科研规划，以期在核心技术方面占领制高点。我国学者更是清醒地意识到，自主创新是中华民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，是国家战略的重要组成部分。在2020年9月11日的科学家座谈会上，习近平总书记指出：“现在，我国经济社会发展和民生改善比过去任何时候都更加需要科学技术解决方案，都更加需要增强创新这个第一动力。同时，在激烈的国际竞争面前，在单边主义、保护主义上升的大背景下，我们必须走出适合国情的创新路子，特别是要把原始创新能力提升摆在更加突出的位置，努力实现更多“从0到1”的突破。”2021年4月19日习近平总书记在清华大学考察时指出：“广大青年要勇于创新，深刻理解把握时代潮流和国家需要，敢为人先、敢于突破，以聪明才智贡献国家，以开拓进取服务社会”。因此，实施创新教育，发展和培养学生的创新能力，已成为我国当前教育改革的重要课题。在建设创新型国家的过程中，研究型大学作为国家培养高素质拔尖创新人才的基地，构建创新人才培养体系已成为其最紧迫的工作之一。

对本科阶段教育而言，开展大学生科研活动对于培养具有创新意识和科研能力的优秀人才具有十分重要的意义。为帮助本科生顺利参与科研活动，众多高校在本科生培养计划中设置了科研导论课程作为创新创业教学环节必修课程之一。其目的是激发学生的科研兴趣，掌握典型的科研方法和研究技能，获得正确的科研方法和策略的指导，帮助他们在科研领域尽快入门。然而，目前虽然许多高校已开设了该门课程，但其课程内容设计和教学方法实践一直处于探索阶段，且不同学科科研方法本身也存在较大差异。如何在短短16个学时的课堂教学内使学生掌握科学研究必备的基本素养和技能，对于教师和学生都是有一定难度的。笔者作为中国矿业大学（北京）材料科学与工程专业科研导论课程的主讲人员，根据对本专业2018级和2019级两届本科生的授课教学实践，对该课程的课程内容设置与教学方法进行了一些探索，供读者及相关教师参考指正。

1 课程内容设置及实践

本课程设置的目的是介绍科研常识、唤醒学生创新意识、激发学生科研兴趣、培养学生基本的科研技能、树立学生的科研信心。课程内容主要包括科学研究概论、科研课题的选择与准备、科研成果的撰写与发表、科研道德与学术规范及课程实践展示五部分内容，分别涉及科研基础知识、科研方法技能及科研实践应用，几部分内容相辅相成，形成闭环，帮助学生体验在科学研究中理论、方法与实践的共同作用。

（1）科学研究概论。该部分为2个学时，主要包括科研与科学研究的基本定义、科研特征及价值、科研方法及作用以及当前国内外材料科学与工程专业领域的科研形势。该部分设置的目的是使学生对科研及其重要性形成正确认知，激发学生的科研兴趣，并且使学生了解本科阶段所涉及的科研相关活动，形成创新和科研意识。

（2）科研课题的选择与准备。该部分为6个学时，主要包括科研基本过程的简要介绍、科研课题的选择原则与方式、科研信息的收集方法及科研课题项目申请书的基本格式。该部分设置的目的是提醒学生在学习和实践中提高问题意识、掌握科学问题的基本结构，了解科研课题的类型及来源、知晓科研选题的原则和方法，尝试根据现有专业知识提出自身对材料领域感兴趣的科研课题方向，并掌握科研信息的收集方法。此外，结合笔者自身的课题申报和参与经验，向学生介绍了科研的选题原则、一般步骤和研究程序，使学生对科研活动所涉及的内容有基本认识；向学生介绍本科学习阶段涉及的科研活动，鼓励学生积极参与大学生创新训练项目，并学会根据所学基础专业理论知识从感兴趣的问题中凝练具有专业特色和研究价值的科研问题；向学生介绍科研信息的收集方式，重点介绍包括Science Citation Index （SCI）和The Engineering Index（EI）在内的国际检索工具及包括《中国科学引文索引》和《中国知网》在内的国内重要检索工具的使用方法和检索技巧。

（3）科研成果的撰写与发表。该部分为4个学时，主要包括科研论文的撰写与发表、专利的撰写与申请。该部分比较详细地介绍了科研论文的撰写方法以及毕业论文的准备、撰写、修改、答辩等的实践程序，使学生初步掌握科研方法的实践与思维技巧，为在本科学习阶段撰写高水平的研究论文（或研究报告）、做好本科论文（或毕业设计）以及今后从事深入的科学研究工作打下坚实的基础。在授课过程中使学生明确，研究者在科研工作中取得的高质量的科研创新成果（理论、实验、调查等）是撰写高质量论文的理论基础，没有创新性研究成果，就失去了撰写科研论文的基础，高质量的科研论文的写作也就无从谈起。通过选择并分析优秀的中英文科研论文，讲解了论文的基本构成；针对题目、关键词、摘要、引言、正文、结论、参考文献等部分讲解了科研论文的撰写方法与格式规范要求，分享了Endnote文献管理软件的使用方法和技巧，使学生掌握文献管理和高效率写作方法。

（4）科研道德与规范。该部分为2个学时，主要包括科研道德和规范的基本要求及科研工作者所应具备的品德。目前，科学道德与学风问题已成为各国政府和社会各界关注的热点问题。通过本部分的学习使学生充分了解研究者的品格、科研素质、科研规范的含义及要求。

（5）课程实践展示。该部分为2个学时，通过学生课程大作业的文献综述分享和项目申报书PPT汇报展示，检验学生对所学科研方法和技巧的掌握和应用情况。

2 教学方法探索

（1）互动式、案例式教学。如在科学研究特征的讲授中，通过学生熟知的“牛顿在伽利略、惠更斯等人的工作基础上深入研究、总结出物体运动的三大定律”作为引言案例，说明科学研究具有继承性特征；通过爱因斯坦提出相对论所带来的时空观革命和现代物理学的发展的案例，使学生认识到科研需要创新性。通过社会科学和自然科学研究对象、处理方法、研究特点的对比，加深学生对自然科学研究的认识，并进一步具体落实到材料科学与工程学科的研究对象和研究方法上。通过近三年全球研发投入份额数据表及行业研发支出份额数据图中不同国家的对比，展现我国对科学研发的重视，使学生明白“科技强则国强”的重要性。通过介绍碳纤维、光刻胶、芯片制造等高端材料领域的关键技术上我国尚且受制于人的现状，激发学生的科研兴趣和学习热情，使学生明确自身所担当的历史使命。在科研问题选择的讲授中，列举我国科研人员的科研发现过程，如从荷叶的超疏水现象观察发展出仿生超浸润截面材料科学的研究历程，从壁虎行为观察发展出的分子摩擦学、超级附着技术和自清洁技术等的研究历程，从虫子蛀食塑料袋现象发展出的微生物降解塑料的研究历程等。通过科研故事的分享，让学生深刻认识到问题意识是科学发展的前提，引导学生在日常学习和生活中充满好奇心、多看多想多问，培养问题意识。

（2）开放式讨论。结合授课内容，通过布置作业的形式让学生利用网络资源提前自主查询相关材料并在课堂上开展分享讨论，加深学生对相关知识点的认知。如在科研道德与规范内容的授课中，通过让学生利用网络提前查阅学术不端、学术造假和学术腐败等事件，并在课堂上进行说明分享，让学生深刻认识到造假、篡改数据或漠视科学伦理带来的严重危害和坚守科研诚信的重要性，使学生在从事科研活动中严格遵守科研道德要求。

（3）专题调研报告及项目答辩模拟。在课程伊始即安排学生自行分组，成立3～5人的课题小组完成课程大作业。各个课题小组自主选择与材料科学与工程领域相关的感兴趣的研究课题，选出小组组长并进行分工合作。利用所学知识进行相关课题的信息查询、收集、筛选和资料汇总，撰写相关文献综述报告以大学生创新训练项目为例，撰写所选课题的项目申请书和准备汇报PPT。大作业开展过程中，学生们态度积极认真，学习和讨论氛围浓郁，具有较高的参与积极性。通过自由命题的方式充分发挥学生们的主观能动性，通过自由分组和团队合作，在增加团队凝聚力的同时共同进步，取得了较好的教学效果。

3 结语

科研导论课是大学阶段所涉及科研相关内容的第一门课程，对学生了解本专业科研特点和从事相关科研活动具有重要意义。详细的基础知识学习加上完整的科研训练，易激发学生们的科研热情，也使得他们在本科阶段就已具有较强的科研能力，这些都为培养优秀的拔尖创新人才奠定了基础。本文简要介绍了材料科学与工程专业的“科研导论课”的内容设置思路和教学方法探索实践，通过采用多媒体课件的教学手段拓宽教学内容、加大课堂教学信息量，注意将科研典型案例或本学科相关领域最新科研进展情况加入课堂教学之中，激发学生学习兴趣。通过介绍本专业最新科研领域发展情况和创新性科研成果，提高了学生的科研热情，建立了专业自信心，并增加了课程互动性。通过理论与实践相结合的方式，让学生自主去参与科研论文的撰写和科研项目申请书撰写的工作中，既培养了学生的创新和团队合作意识和能力，又锻炼了学生的科研信息收集、成果撰写与发表等科研必备技能，为学生后续进行科研训练以及今后从事深入的科学研究工作打下坚实基础。