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清华大学实验室科研探究课培养学生大思维

《中国教育报》2009年06月15日 ■刘蔚如 顾淑霞

  2003年,清华大学曾在全国率先推出了一门新型课程——新生研讨课,使新生在入学伊始就能在院士、教授、博士生导师等大批高水平教师引导下尽早进入科学研究领域。如何使新生研讨课的效果延续扩大,并逐步演化成一种新型的教学思路?2007年3月,清华大学在全国率先开设面向全校本科生的大型选修课——实验室科研探究课,就是对新生研讨课深入拓展的新尝试。

  该课程涵盖理、工、文、医等领域,主讲教师中既有院士、国家级教学名师和高水平教授,也有实践经验丰富的工程师。截至2009年春季学期,全校共有32个院系的80多个实验室参与开课,100多位教师倾情参与,2500余名学生选课。学生每学期可以从所有单元中自主选择8个不同院系的教学单元,计1学分;各学期可续选探究课,最多可计4学分,跨学科观摩32个项目。

  构建基于广泛科研资源和人文资源的本科通识教育平台

  为落实“通识教育基础上的宽口径专业教育”这一教学改革理念,清华大学多年来一直在进行积极探索。如何在入学早期迅速打破学生已经习惯了的应试教育的学习方式和思维习惯,并将新生研讨课的教学效果延续扩大;如何向本科生开放实验室并促进实践教学与基础课程的有机结合;如何更好地实现低年级本科生通识教育和高年级本科生的宽口径专业教育之间的衔接,并逐步演进成一种新型的教学改革思路,改进学生的学习状态,使本科生尽早接触科研实际,形成开阔的视野、大气的思维,学校一直致力于寻找可行的途径。

  实验室科研探究课的具体做法是,在全校范围内,以实验室为依托,筛选一批典型科研成果,组织学生轮流到相关教学单元实验室,由高水平教师进行现场教学,以科普语言和各种直观形式,如实验现场、图板、音像资料、报告文档、启发式提问等,全方位展示科研过程。在课程教学单元讲授中,教师讲述科研项目的立项背景和实施的过程、所依托的装备条件和遇到的问题、解决问题的思维方法,与学生进行讨论交流,分享自己的经验教训、心得体会。该课程还设立概论讲课和资料阅读环节,帮助学生从宏观上了解科学技术的演进和产业的发展;在微观上用具体案例引向深入,并密切联系参与前沿研究的科技人员,与科研实践相结合。这有利于学生感悟工程文化的厚重内涵和积淀过程,从中探究社会、经济发展与科学技术间的内在规律,从而提高学生对整合自身知识结构重要性的认识。

  课程的作业就是要求学生记实践日志,记录在各单元学习中的所见所闻,记录自己的探究与发现,力求在共性中找出差异,在差异中发现共性。用这个方法,有意识地引导学生了解自己的思维过程,关注自己思维方式的变化,在老师的指导和影响下打好认知科学的基础,学会积极思维,引导深度思维。

  这样,就低成本地建立起了一个基于广泛科研资源和人文资源的、可使大部分学生受益的、可引发学生兴趣的,同时又具有一定深度的通识教育平台。学生在不同实验室看到这些基本技术的不同运用,容易形成比较全面的感性认识,在后续的基础课和专业课中再遇到这些概念的时候,就有一个比较好的实践与认识支撑。老师们也注重从自己的科研工作中提炼方法论传递给学生。这样,就可以把在高年级和研究生阶段要进行的哲学教育提前,为本科教育添上哲学启蒙的催化剂。

  精仪系教师刘莉在实验室科研探究课中开设了“仿人机器人研究及实践教学”的授课单元,并将课程与仿人足球机器人SRT项目衔接起来,最终有3名上课学生参加了SRT项目。

  打造融通的教学组织形式,实现全局优化

  清华大学副校长袁驷说:“我们不是孤立地开这门课,而是与其他课程有所融通,与其他教学环节有所融通,使整个教学体系的全局得到优化。”

  实验室科研探究课各教学单元的信息,都会通过学校教务处发给新生研讨课的各位教师,以便各位教师对后续选上探究课的学生进行内容和方法的指导,使新生研讨课的思想成果因学生接触更广阔的科研资源而得到延续、印证和拓展。

  实验室科研探究课还为学生提供了了解SRT学生研究项目和各类赛事的畅通渠道,帮助学生进行项目的理性选择,在学生的研究项目中已经出现了学科交叉的苗头。不仅如此,学生还可以根据实验室科研探究课所获取的线索,主动找相关教师寻求跨学科的业务指导。有的学生在观摩到教师所从事的各个具体科研项目的过程和方法后,借鉴到自己的暑期实践活动中,对暑期社会实践进行顶层设计,借助探究课的网络平台把实践地办成后续课程学习的试验田,形成与实践地的反馈关系,印证课程所学理论,活化后续课程学习,提高社会实践选题的延续性和教学功能。

  学生在实验室科研探究课的学习过程中,从发散式学习中开始收敛自己的兴趣方向,逐步与课堂理论学习相呼应,并逐渐与专业接轨,在正式步入专业研究之前实现较宽泛的实践和视野的铺垫。

  最不容忽视的是实验室科研探究课与第一课堂的融通。为了激励第一课堂的学习兴趣和动力,活化第一课堂研讨,增进第一课堂的教学效益,实验室科研探究课力争成为第一课堂的前期铺垫和后期实践场所。

  为此,实验室科研探究课在前期试点的基础上,请各单元教师提炼自己单元应用的基本概念和依托的基本实验技术,在探究课上提醒学生注意观察,为以后的理论课程作铺垫;同时,也将这些信息汇总提供给物理、化学、数学等基础课教研室,教师们在讲到这些基本概念时,可以提醒学生到相关单元进行实地考察。这样使学生对一个概念在理论和实践的不同场合和不同层次多次接触、相互印证,有助于认识的形成和深化。

  推进学生自主探究式学习,提高学习过程质量

  实验室科研探究课有别于以往其他课程之处在于使本科生进入科研实验室,并开始对教师所完成或正在进行的科研项目所涉及的丰富内涵进行考察、思考和探究,这对培养拔尖创新人才不仅可以起到扩大视野、完善知识结构的作用,还可能使学生形成跨学科、跨专业、跨系统的大思维,找到自己真正的专业兴趣点,消除对科研的神秘感并实现渐进的早期参与,以改善第一课堂的学习状态,激发参与第二课堂的积极性。

  近年来,受一些社会风气的影响,部分学生的学习目的趋于功利,轻视与学分无关的活动,探索热情有所下降。实验室科研探究课尝试从加强感官刺激、深化科研认知、接触榜样熏陶以及提供参与渠道等方面,使学生尝到科研工作的乐趣,引导学生在实践与感悟中重新唤起探索知识、追求科学真理的热情。

  在实验室科研探究课的后半学期课程中,老师可以自愿在网络课堂上上传有关研究资料,如研究选题名称、研究内容、计划及结题要求等,以便让学有余力且感兴趣的学生加入到该单元的探究团队中,老师将安排时间带领这些学生进行更深一步的教学、研究和讨论工作,为这些学生提供进一步深入探究的渠道。

  实验室科研探究课的所有教学单元均在各实验室现场进行,所讲授的内容均有活生生的具体事物作为旁证,学生还可以亲自动手实践操作,这能够使学生在较短时间内更大效率地完成对该学科所涉及研究领域的学习及了解。课程教师都来自于各实验室的科研一线,他们有着各自的经历和鲜明的特色,这是一份宝贵的财富。因此,课程坚持尊重每位老师的独创精神的原则,充分发挥每位教师的主观能动性,教师也极其尊重每位学生的发展,让学生自己来选择、尝试、规划和调整,教学过程中不过分强调知识的传授,而是努力使学生学会研究,学会静思,学会共处,在轻松自由的环境中,在老师的指导和帮助下,探索问题,追求真理,发展自己。

  英语系三年级学生黄学永从小喜爱电子,却阴差阳错地走进了文科的大门。学校开设实验室科研探究课后,黄学永选修了其中的8个教学单元。他考虑的是尽可能涵盖汽车、电子、计算机、机械等主流学科,因为它们之间具有很强的联系,比较容易在大脑中形成知识链,构架知识系统。知识一旦有了系统,就便于归纳演绎了。而只有经过自己的归纳演绎,才能上升到一定的高度,形成自己思考问题和解决问题的能力。

  黄学永认为,实验室科研探究课不仅仅是传授知识,最重要的是启发学生转变思维方式,提高思考能力,遇到一件事情,首先想到的是从整体上去把握它,从各种解决办法中寻找出一个更科学的解决方式。搞科研项目要有综合各方面知识的能力。自己是学外语的,有语言方面的认识,但如果研究生物大脑结构,却没有生物科学方面的知识背景,仅凭研究、观察很难取得突破,所以要把所有的知识联系到一起。

  全校多个实验室、多个院系同开一门课——实验室科研探究课,这在全国还是第一次。实验室科研探究课的设立更有利于盘活大学丰厚的科研积累,使科研实验室更好地为本科教学服务;课程建设的过程和日后的相互交流,也有利于教师和实验技术队伍向学科交叉与融合的方向发展。

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2009-06-17]
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