以基于项目的学习高效培养学生创新能力方法的探索_王东华.pdf

令第三部分馨读滩壤;舞镶鬓鑫 馨攀羹粼以基于项目的学习高效培养学生创新能力方 法的探索王东华冯翠玲李振莉魏静王征陈海霞姚春红(天津大学药物科学与技术学院,3 00 072 )摘要:,目前大学教育中学生创新能力的培养存在三个难 题:一是学生创新能力的培养效率,二是学生的 自主学习的意识和 能力的培养,三是如何在缺乏先进教学仪器设备等实验条件下进行创新能力培养本文从提高学生创新能力的需求为出发点,设计了一种新型实用的学生创新能力培养的模 式,采用基于项目的学习方 法,通过 对项目研究流程中的CD IO(Cone eiv e,Design,Implement,Ope ra t e )四个方面进行过程控制来有 意识进行 相关素质培养,以创新思维表格培养学生创新思维能力,助教法与PK教 学法提高学生自主学习意识,以简单实验模拟复杂项目来解决实验教学设备不足问题,探索以较低成本、高效率、大规模地培养学生的创新能力的方 法关健词:创新能力,PK教学法,学习过程控制,思维培养创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,是经济全球化对人才的普遍要求,也是我国进行经济结构调整、产业升级的需要大学生的创新意识和创新能力如何,不仅关系到我国高等教育改革和发展的成果,也关系到我国在未来国际社会中的地位。

因此,创新教育在高等教育中处于越来越重要的位置此前,很多教学工作者在学生创新能力培养方法上做了大量的探索性工作,取得了良好的效果[ l一4〕但是目前多数创新能力培养都是良好的实验设备和实验条件下进行的,可推广性不强,而且培养的效率和培养的质量 还有待提高,直到目前,我国仍旧缺乏一种 良好的教育模式,能够以低成本的方式高效率、大规模地进行学生创新能力 的培养本文从学 院对学生创新能力的需求为出发点,设计了一种新型实用的学生创新能力培养的模式,采用CD IO理念,以基于项目的学习方法,以产品研发的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联 系的方式 进行学习,通过对项目研 究流程中的C D IO(Con ce iv e,De sign,Implement,operate)四个方面进行过程控制 来有意识地进行相关素质培养,一6口,同时以创新思维表格培养学生创新思维能力,以助教法与PK教学法提高学生 自主学习意识,以简单实验模拟复杂项目来解决实验教学设备不足 问95面向未来工程职场的CD IO教育模式研究与实践题,从而探索以较低成本、高效率、大规模地培养学生创新能力的方案1问题提出大约十年前药学院就开始思考创新人才的培养问题,为了寻找学生缺乏创新能力的原因,通过仔细地分析学生从小学一直到大学的全部学习内容,发现学生整个学习的流程中培养创新能力的机会仅仅只有一次,那就是大四的半年毕业设计,而这半年学生要完成资料查阅、方案设计、项目实施、论文撰写等方面的事情,同时还面临找工作等诸多事宜,学生创新能力的有效培养,尤其是创新思维的有效培养很难保证。

由上述分析可知,学生创新能力缺乏的最大原因是缺乏培养的机会,因而培养创新人才的首要措施就是增加学生创新能力培养时间因此,学院决定修改培养计划,从2003年起将三年半大学课程压缩到两年半,最后一年半学生进人各个课题组进行毕业论文研究工作,给予学生更多的机会进行科研创新方面的培养这样,药学院学生的动手实践时间会远远大于其他学院,无疑可以改变他们创新能力缺乏的状态但是,这样的方法很快凸显出一些问题,那就是:(1 )本科生人数多,又未受过相关科研素质培养,教师的负担加重;(2 )由于教师有科研任务,需要按时完成,本科生占用资源而产出少,影响科研任务的完成;( 3)培养费用高,老师的课题所使用的试剂和仪器一般都比较昂贵,用这些进行基本科研素质培养无疑使培养成本大增因此,部分老师不愿意接受本科生,认为本科生进人实验室时机并未成熟为解决这个矛盾,需要在本科生进实验室前通过基础培养尽力使他们具备一定 的科学素养和创新能力,使学生进人实验室后成为老师的资源而不是负担,这样老师就会乐意接受学生2解决方案显然,问题的关键在于如何在较短的时间内培养学生创新能力为了实现这个目标,面临三个问题:( 1)教什么;( 2)在什么课上教;( 3)如何教。

2.1教什么由于每个老师科研方向不同,故学生进科研组前所教的东西应该在科研活动中具有通用性,才能适应各个科研组的科研活动因此老师在创新能力培养时不打算只是教学生知识,而是把注意力放在培养学生科研过程的合理性和科研思维9 6.第三部分霏群潺镬柔蒸熬蘸{羹 熬{馨馨 摹黝的合理性上通过不断对比他们与专家在这方面的差距来纠正他们的一些科研习J质,培养相应科研素质以芦丁的提取实验为例,老师将芦丁的提取作为一个项目研究模板,给学生分析在项目研究过程中,专家会在项目的C - -DI一O四个阶段 中分别如何实施,比如他们会如何查资料,查什么数据库,如何进行创新思维,碰到问题如何考虑与实验,在这些过程中的合理性在什么地方等,让同学们有意识地在这些科研过程中培养对所有的研究项目都通用的科研技能老师期望可以通过短期培养使学生具备如下素质:¹ 熟悉整个科研流程和科研环境;º 有文献查阅的意识,能查阅文献并应用;» 有创新的方法和意识;¼有提出问题、分析问题、寻找解决方案的能力;½有 自主学习的精神以上是老师想要短期培养的内容,最终期望做到的是,当经过培养的学生与一个专家同时进人一个对两个人而言都是全新的领域时,学生的研究能力不弱于专家。

2.2在什么课程上教既然最终目的是培养学生进行项目研究的能力,那么最好的培养方式也就是基于项目的学习,也就是以C D IO的模式来进行培养由于老师主要培养学生科研过程的合理性和科研思维的合理性,培养的是通用的科研技能因此,教学的载体不一定是复杂的项目,也不一定需要先进的教学设备因为简单项目与复杂项目在研究流程上是一致的,比如上面说的芦丁的提取实验,如果作为一个项目来做,与其他复杂的提取项目在研究流程上并没有本质差别,都需要查资料,阅读归类,进行创新思维,设计小实验验证 等因此,老师就可以使用芦丁的提取实验来模拟其他提取项目对学生进行相关创新能力的培养,这样就使创新能力的培养可以在低成本情况下大规模进行基于以上论点,学院的专业实验课开始独立设课,而专业实验课程的相关实验均被当作创新能力培养的载体,通过对专业实验的教材和相关实验要求进行修改以承担对学生创新能力培养的任务这样就解决了在什么课程进行创新能力培养的问题2.3如何教( 1 )过程控制如何教是学生创新能力培养的核心,老师主要采用过程控制的方法来对学生瓢鬃黔黝黝翼翼翼黯翼翼{篡亘包步来工程 咫扬的旦叩教宣掉超究 气塞践进行创新能力的培养,通过比较学生与专家在研究过程上 的差异来有意识地进行相关素质和 习惯的训练。

例如采用滴定实验结合PK教学法对学生进行操作可 重现性及操作合理性的训练,让他们意识到虽然他们以前做了很多实验,但是从研究过程方面来考虑却仍存在很大缺 陷,他们实验中很少反思自身操作的可重现性问题和操作过程的合理性问题,而这些问题是科研中最基本的问题,直接会影响科研效率而老师对此进行培养的目的,就是使他们意识到这些问题并纠正不 良科研习惯,使整个研究过程更合理,整个科研思维更合理2 )创新思 维表格在创新能力培养中进行步骤的过程控制是比较容易 的,因为这些可以看得见,最困难的是如何高效率进行创新思维培养,因为现在普遍观点是创新思维是天生的,不能培养的在这里先举个例子来看看一般创新如何产生以合成阿司匹林的实验为例,阿司匹林合成是一个醋的合成反应,可以归类为合成醋的反应(也可采用其他归类方式,思维方式相 同),下一步可查询所有关于阿司 匹林的合成的资料和所有合成醋的反应的文献,值得注意的是,在这需要同学们尽量查找世界上最全面、最权威、最系统的文献(虽然暂时难以做到,但要有这个意识),这样创新的起点才高资料查找后比较现在阿司 匹林反应与所查合成醋资料的异同,它们应该是包含关系,然后关注包含之外 的方法,对阿司匹林合成是否有替代作用。

如现在反应是以浓硫酸为催化剂,而酷的反应 中可以应用多种酸碱催化剂,这时就可以考虑用其他酸碱催化剂替代本实验催化剂进行尝试,然后对创新的依据与现有条件下的替代合理性进行分析,得到合理的实验设计,再通过实验验证想法,这样就完成一个创新流程一旦成功,就是很好的创新将上面方法总结起来,制成一个表格,称为创新思维表格其内容如下:¹本实验的学科分类及借鉴;º实验操作过程 中涉及的学科或设备分类及相互借鉴;» 类似实验及其影响因素等方面与本实验的相互借鉴;¼本实验内容与以前的实验进行联系及相互借鉴;½本实验内容与其他学科进行联系及相互借鉴;¾本实验内容与日常现象或感兴趣之内容进行联系及相互借鉴创新思维表格的主要思维方式如图1所示学生被要求逐项填写这个表格以培养他们的创新思维能力,这样,创新思维就成为一个可以培养的过程,也可以通过过程控制来进行培训,老师通过这个表格促使同学们思考并观察同学们是如何思考的,思 考的合 理性在什么地方同时,表格是开放的体系,其他的一些思维方法也可以随时作为要求内容而放人表格中,保证思考的周密性与完善性9 8今第三部分馨镶藉秦寒巍赘更更高层分类类其其他课题借鉴鉴鉴学科或者问题大类类替替代代替替 代代图1创新思维模式图由于实验过程的可替代因素很多,而每一个可替代因素都有可能成为创新点,毫无疑义的是,只要学生们依据这种方式进行思考,他们的新思路会层出不穷。

创新表格一经应用就取得了立竿见影的效果在老师就表格相关内容与使用方法对同学作出明确的讲解后,不久,有同学就可以比较娴熟地运用这种技巧来进行实验的设计,如在上述阿司 匹林合成实验中采用的是水浴加热,因为水对反应是一定有影响的,原有的实验是有可改进之处的有个同学观察到了这个问题,然后开始运用表格方法寻找解决方案他的思维过程是这样的,水浴加热一归类加热设备一在归类中寻找其他可替代的加热设备一观察实验室有无可替代加热设备(实验室有红外加热设备)一以红外灯进行加热替代水浴,为了在实验前确证他想法的合理性,他查阅了相关文献,发现有类似的红外加热进行反应的案例,证明了他改变设备的想法的可行性,于是开始设计如何采用红外灯对反应进行加热,并将想法付诸实施,获得了很好的实验效果同时,这种方法也给其他同学以启发,他们之前从来没想过,实验之间,学科之间可以相互联系,一个同学将化学实验中的反滴定法与生物实验中的酶联法结合了起来,发现了二者的方法是一致的,她很兴奋,在总结报告中,她表述了自己对创新思维表格的心得:对于这个表格,在写一份关于滴定实验的实验报告时我有着深刻的体会我觉得它的思路是一个间接求解的思路,那时候我正在进行生物化学的复习,在进行预习报告表格填写时,突然发现生物化学酶联测定法的思路与之很像,应该说主体思路有5 0%左右是相同的。

尽管我平时也希望有所创新,但是如果没有实验表格的引人,没有“与其他学科相联系”这项要求的引人,我恐怕很难把滴定实验的思路与生物化学著名的酶联法相联系,可以说,各个学科之间都是有相交叉、相通的地方,但是如果没有这种要求,养不成这种习惯,一个人自己是很难想到的而且找到学科间的联系后,下意识地思考,将会对以后的创新带来更大的可能性面向未来工程职场的CD IO教育模式研究与实践嘴渺丫即拔冲 协 冷 ,~冷 凌 赶 次 设 明 改卜叭咚凌 a吕从出,郊尸形二一5沼 冲尸次 石 们 R冲 支 狡 凌 飞 《、夕 哪n懈只效吕 冲 ‘‘明双们水刃识 酬 则 冲吸矛洲“袱针叼 州洪以 叹 灵 汉 爷 汉经过一段时间 的实践老师们欣喜地发现,学生的创新能力培养并没有想象中的困难创新思维训练表格是有效的创新能力训练的手段多数同学在仅仅经过一个学期训练后,就会具有一定的创新思路和 良好的创新能力3 )助教制度和PK教学法以创新思维表格虽然可以有效地培养学生的创新能力,但是,实施过程中因为需要学生大量地查阅资料,大量地思考,大量地。