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“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式践行

已有 929 次阅读 2018-4-7 21:31 |系统分类:教学心得

 

“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式践行

 

《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》中明确指出:“高等教育要重视培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神”“以培养学生的创新精神和实践能力为重点”“培养学生的科学精神和创新思维”。但是,随着高校招生规模的不断扩大,接受高等教育的人群正在从“精英型”向“大众型”转化。即便是精英人群,因长期以来受我国“教师讲授、学生被动学习”这一教育教学体制和理念的影响,独立性和创造性也是明显不足。在这种大的教育背景下,学生专业学习目标不明确、学习兴趣不浓厚、缺乏学习动力等问题相继出现,成为了在培养学生创新精神、创新能力等方面需要克服的巨大困难。为了尽快改变这一现状,高等教育系统必须迅速建立起全新的人才培养模式及实践教学体系,为高校深化教育改革、全面推进素质教育奠定坚实的基础。

“课题组”作为高校中充满活力的基层组织,对学生能力的培养具有举足轻重的作用。部分高校以此为基础,采用起源于英国的“本科生导师制”人才培养模式,在培养学生创新精神、创新能力等方面取得了显著成果。北京建筑大学王崇臣教授课题组基于“本科生导师制”培养模式,提出并践行了“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式,极大地活跃了课题组研究氛围,加强了校内外学术交流,充分发挥了导师作用,从而显著提高了学生的创新及科研能力。

“以课题组为单元实现本硕协同育人”,是王崇臣教授课题组以“夯实基础、强化实践、鼓励创新、提高能力”作为人才培养理念,从2009年正式启动的人才培养模式。模式启动以来,课题组逐步建立了“导师—研究生—高年级本科生—低年级本科生”的金字塔式团队结构,凭借“大一进组接受熏陶、大二上手夯实基础、大三收获出成果、大四考研/出国开启新旅程”这一链条式培养体系,全方位培养本科生的科研能力,激发学生的创新意识和创新思维,引导学生“以用促学,学以致用”,使学生在实验基本操作、文献检索、成果表达等方面的能力得到了充分锻炼与提高。课题组内的本科生利用课余时间参加课题组科研活动,通过查阅文献和小组讨论(组会)的形式解决科研过程中遇到的问题;在安全限度内进行各种尝试,从“试错”中加强创新思维训练;使用各种仪器,进行相应数据处理,学会了以恰当的方式对自己取得的成果进行学术表达。这一系列措施与方法,“倒逼”本科生认真学习理论知识,从而有效地提高了基础学科学习成绩,培养了他们对相关软件(办公软件、绘图软件、数据处理软件及专业解析软件)的应用能力、口头表达能力和论文撰写能力,甚至还提高了英语四六级的通过率。通过这种途径培养出的本科生,个个基础扎实、实践能力强、具有创新意识、全面发展,综合素质优秀。

    著名的美国高等教育界“提高本科教育质量七原则”与“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式提出的“以课题组为平台”“朋辈传承制”“循序渐进的组内轮岗制”“组会/学术报告制度”和“因材施教的多元化培养机制”等原则完全吻合,从而为该模式的成功实施提供了坚实的理论基础与强大的实践依据。

1.“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才模式

1.1 以课题组为平台

北京建筑大学新型环境修复材料与技术课题组(nmter.bucea.edu.cn)以“城市雨水系统与水环境教育部重点实验室”“北京应对气候变化研究与人才培养基地”“北京市可持续城市水系统构建与风险控制工程技术研究中心”和“电子废物资源化北京市国际科技合作基地”为依托,开展用于环境修复的“金属-有机骨架材料”合成及应用、雨水中溶解性有机物及其共存污染物相互影响、土壤污染及生态修复以及水文化等领域的研究工作。

目前课题组有专职研究人员4名、硕士研究生14名(含5名在职研究生)、本科生19名(其中大一、大二、大三及大四的本科生分别为3名、4名、7名和5名)。课题组共同承担的项目有:国家自然科学基金面上项目1项、北京市自然科学基金面上项目及重点项目1项、北京市优秀人才项目1项、北京市青年拔尖人才培育项目1项、北京市教委面上科技项目2项、重点实验室(基地)开放课题4项及初中开放性实践项目1项。本科生独立承担的科研项目包括:中华环保基金会大学生小额资助项目3项、国家级大学生科研立项6项、北京市大学生科研立项8项。

课题组拥有独立实验室,内有合相色谱、电化学工作站、高效液相色谱、电感耦合等离子质谱仪、全自动水质分析仪、原子吸收光谱仪、离子色谱仪、流动注射分析仪、伏安极谱仪、粉末X-射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、三维荧光光谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪、Zeta电位仪、氮吹仪、旋转蒸发仪、光催化评价系统及二氧化碳还原评价系统等仪器设备。

立足于多角度的研究内容与项目平台,凭借完备的实验室与仪器设备,依仗自身不断提高的科研能力,课题组迄今为止共发表论文70余篇,其中被SCI检索的论文多达50余篇,他引537次,H指数为13,I10指数为19。尤其值得课题组成员骄傲的,是一篇在英国皇家化学学会近年推出的专门探讨能源和环境科学等领域问题的顶尖学术期刊上发表的论文。该期刊影响因子高达20.523,在国际“环境科学”期刊中排名第一(1/222)。这篇2014年撰写的Photocatalytic Organic Pollutants Degradation In Metal-organic Frameworks (《金属-有机骨架用于光催化降解有机污染物》)发表在Energy & Environmental Science(《能源与环境科学》)上(DOI:10.1039/C4EE01299B),发表时获得了三位资深审稿人的一致好评——“论文抓住了绿色化学和环境化学的研究热点”“具高效光催效果的水稳性金属-有机骨架的发展将因此篇论文的发表得到促进”“这是一篇具有极高价值的综述。该论文一定会得到期刊读者的广泛关注,预期将拥有极佳的引用率”。该论文从2014年9月发表至今,已被他引99次,于2015年4月被评为ESI高被引论文。

1.2 朋辈传承制

    “朋辈传承制”主要依靠“导师—研究生—高年级本科生—低年级本科生”这一金字塔式团队结构得以实施。每名研究生分别指导1名大四本科生,每名大四本科生指导1名大三本科生,以此类推。最低一层的大一学生在课题组内可以了解所学专业的基本情况,熟悉课题组研究内容和实验基本操作,同时掌握查阅文献的能力,尽快适应大学学习生活,顺利度过“大一迷茫期”。大一之上层次的学生则可以通过指导低年级同学提升自己的实验操作能力,通过查阅文献、解释实验现象和实验结果提高发现问题和解决问题的能力。

几位研究生和本科生的亲身经历,是对“朋辈传承制”的最好诠释。2015届硕士毕业生景焕平同学,在校期间发表了4篇高水平SCI论文,同时协助指导本科生李金和陈希备战化学实验竞赛。最终,两名本科生分别荣获了北京市大学生实验竞赛一等奖和“挑战杯”首都大学生科技竞赛特等奖,成绩优异。由于出色的科研能力和组织协调能力,景焕平同学被同济大学环境学院免试录取,继续攻读博士学位。即将于2016年毕业的硕士研究生张艳秋,在校期间共发表了5篇SCI论文,并申请了一项发明专利,同时还参与指导本科生参加各类科技活动和竞赛。以“挑战杯”首都大学生科技竞赛特等奖项目为基础,她指导王浩冉等本科生进一步完善其内容,提升其水平,最终携该项目获得了“挑战杯”国家级大学生科技竞赛三等奖。她指导的朱钿等本科生,参加国家级节能减排竞赛,同样荣获了三等奖。同济大学节能与环保课题组看中张艳秋同学各方面出色的能力,向她发出了博士资格审查(免试录取)邀请,最终录取结果将于4月中旬公布。同样将于2016年毕业的硕士研究生赵晨,目前已发表SCI论文2篇、中文核心期刊论文1篇。他在从事雨水中溶解性有机物方面的研究时,将课题组提出的溶解性有机物新方法和新技术应用于土壤溶解性有机物研究,科研成果优异。王朝阳等本科生在他的指导下,将相关研究成果整理完毕,已向中文核心期刊《环境化学》投稿。

1.3 循序渐进的组内轮岗制

“循序渐进的组内轮岗制”参照了同济大学化学学院“轮流蹲组培养模式”,即组员在某个方向训练一段时间后,可转至另一个方向从事新的研究内容。课题组目前共有4个研究方向,分别为“用于环境修复的金属-有机骨架材料合成及应用”“雨水中溶解性有机物及其共存污染物相互影响”“土壤污染及生态修复”及“水文化”。本科生在对某一研究内容有了较为深入的了解后,可自愿选择感兴趣的方向继续深入研究。“大一进组接受熏陶、大二上手夯实基础、大三收获出成果、大四考研/出国开启新旅程”这一链条式培养体系正是基于“轮岗制”建立起来的。

2014年暑期,1名研究生带领6名本科生完成了北京市出入境检验检疫局委托的“国产检测仪器设备验证与综合评价服务试点-流动注射分析仪”子课题。凭借在课题组“土壤污染及生态修复”研究中练就的实验操作技能、大型仪器设备操作技能,几名科研能力出色的本科生分工合作,从确定流动注射仪中的测试模块,到试剂配制、仪器调试、盲样测试和报告撰写,十分高效地完成了课题研究,成功接受了一整套系统科研工作的考验。课题成果得到了委托方的高度评价,同时反馈的仪器应用情况和建议也得到了生产厂家(北京吉天仪器公司)的高度重视。2014年8月,参与该课题的6名本科生转至“用于环境修复的金属-有机骨架材料合成及应用”方面的研究。由于在之前的训练中掌握了深厚的化学基本功,在新的领域他们的进展也非常顺利。随后,这一团队参加了北京市化学实验竞赛,荣获了一等奖2项、三等奖1项。这一切都表明,“循序渐进的组内轮岗制”非常有利于夯实学生的基本操作技能,使他们在提高科研水平方面获益颇多,更为他们真正步入科研领域奠定了坚实的基础。

1.4 组会/学术报告制度

组会/学术报告是课题组正常运转的必要环节。课题组组会时间固定,每周一次,内容包括导师定期介绍研究领域的最新进展,以及学生介绍自身研究成果和论文阅读心得等。为开阔组员的学术视野,课题组还不定期邀请研究领域知名专家、教授进行学术报告,也会有兄弟院校的优秀博士生、硕士生来组内交流学术成果和交换学习/研究心得。此外,从课题组毕业的同学回组内交流成功经验也是深受大家欢迎的组会内容之一。每当毕业季来临或竞赛活动即将开始时,组会还会成为一个预演平台。导师和同学们观摩毕业或竞赛答辩预演,对预演内容和表现形式等提出意见和建议,从而助其实现最佳展示效果。“组会/学术报告制度”非常有利于低年级学生早期接受科研氛围熏陶,培养他们的专业兴趣,引导他们扎实学习理论知识以解决实际问题,继而启发他们的创新思维。更重要的是,这一制度可以加强各层次学生和研究者之间的了解与交流,使课题组的人才培养呈现出可持续发展的态势。

1.5 因材施教的多元化培养机制

“因材施教的多元化培养机制”专注于发现学生的“闪光点”,真正做到“因材施教”,不以成绩论英雄。对科研工作是否足够热爱、是否具有创新意识,早已成为课题组选拔成员的重要原则。在这一原则的指导下,团队成员各具优势,团队氛围活跃,大家都在自己擅长的领域大显身手,为课题组的发展奉献出了自己的一份力量。以2013级的几名本科生为例,他们分别在电脑动画、手绘、制作PPT和计算机编程等领域小有成就,而这些优势在竞赛及科研工作中均得到了最恰当的发挥。比如:制作论文的图文摘要是向国际期刊投稿的重要环节,在课题组老师的指导下,几位同学充分调动自身优势,多次用精美的图文摘要征服了审稿人,为论文被顺利接收提供了强大的支持。再比如,活泼好动、动手能力很强的郑雅文同学学习成绩并不理想。但因为她对科研工作的极度热爱,课题组还是接受了她的进组申请,并安排她从事土壤重金属方面的研究工作。进组后,郑雅文不仅迅速掌握了日立和珀金埃尔默两家公司的原子吸收分光光度计的操作方法,还能根据实际需求设计土壤重金属测定方案。在系统掌握了土壤采样方法、土壤前处理技术及土壤重金属形态分析技术后,她又学习并掌握了使用地累积法、生态指数法、次生相/原生相比值法等评价土壤重金属污染水平。除此之外,她还能作为《仪器分析》这门课的助教给同班同学甚至高年级的学生做原子吸收分光光度计的使用培训。在课题组接受了一系列锻炼后,郑雅文同学不仅在科研能力的提升上取得了长足的进步,学习成绩也比刚进组时有了显著提高。

2.“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式运行效果

以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式从2009年至今,已连续运行了7年,其间受益的学生多达70多名。该模式有效地培养了学生的科研能力和创新能力。组内成员不仅在竞赛获奖、论文发表等方面大有斩获,而且在出国及考研方面的优势也非常明显。

2.1 激发学生理论课学习热情,提高学习成绩

目前,在校大学生普遍抱怨课堂学习枯燥乏味,认为课堂知识无用,学习兴趣不浓,学习效果不好,但本课题组内的本科生基本不会出现这种情况。因为在做实验、用仪器、分析数据等过程中,他们遇到的很多问题都必须通过查阅文献(包括教材)的方式解决。这无疑在很大程度上激发了本科生理论课学习热情,继而提高了他们的学习成绩。另外,本科生在从事科研活动时经常需要阅读英文文献,这一潜移默化的过程提高了他们的英语水平,使组内学生的四、六级通过率明显高于组外学生。“金属-有机骨架(MOF)吸附废水中的染料亚甲基蓝(MB)”这一课题的研究最好地诠释了以上论点。要想使MOF吸附MB,首先要了解的就是MB的电性和尺寸,然后要根据MB的性质设计合成具有一定孔道的MOF。MOF合成后,进行相应表征及吸附实验的前提是搞清楚吸附过程中对应的动力学方程、热力学参数以及吸附模型。课题研究的整个过程涉及高等数学(数据拟合)、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、仪器分析、环境化学、英语等诸多课程的知识点,学生如果不认真学习理论课,就无从完成这一课题。科研“倒逼”理论课学习的效果显而易见,学生们的学习效率和学习成绩都得到了有效提高。2015年毕业的4名本科生均为大一进组,他们在校期间学习成绩优异,分别获得了国家奖学金、综合奖学金和励志奖学金等奖项,且均以优异的成绩考取了硕士研究生。

2.2 有效提高学生科研能力

课题组通过系统的科研训练,使本科生能够熟练掌握实验基本操作、精密仪器设备的使用及数据处理方法,最终具备将成果进行合理的学术表达(如论文发表、参加竞赛等)的能力。通过这样一套完整的训练,本科生的科研能力得到了充分的培养与提高。迄今为止,以本科生为第一作者或参与作者发表的论文多达20余篇;本科生参加北京市化学实验竞赛,共获得一等奖3项、二等奖1项和三等奖12项,获奖人数高达41人;“挑战杯”首都大学生课外科技作品竞赛中,本科生获得特等奖1项、二等奖2项和三等奖2项。其中2014年,北京建筑大学在北京市化学实验竞赛中是获得一等奖数量最多的高校,实现了历史性突破。在校外基金申请方面,2011年本科生获得中华环保基金会小额资助项目1项;2013年和2015年,本科生受中华环保基金会资助,完成了“图说北京水环境”和“北京水情教育进小学”等2项课外科研项目,并作为优秀项目在结题会上进行了成果展示。2015年,6项大学生科研训练项目(国家级)顺利获批。

2.3使环境科学专业建立特色培养模式成为可能

以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式运行短短两年,便取得了有目共睹的成绩,这为环境科学专业建立特色培养模式奠定了基础。2011年,北京建筑大学环境科学与工程系决定,从2011级环境科学专业开始,试用该模式对学生进行培养。经过四年的培养模式试运行,该级环境科学专业的同学在科研和学习等方面都取得了非常显著的成绩。2015年3月30日的统计结果显示,2011环科专业共有18人考取研究生,占全班总人数的21%,被录取率明显高于其他专业。这些数据表明,“以课题组为单元的本科生人才培养模式”具有良好的放大应用效果,适于推广使用。

3.总结与展望

以课题组为单元实现本硕协同育人”的人才培养模式,建立了“导师—研究生—高年级本科生—低年级本科生”的金字塔式团队结构,提出并践行了“大一进组接受熏陶、大二上手夯实基础、大三收获出成果、大四考研/出国开启新旅程”的链条式培养体系,通过“一个平台和四个机制”保证了培养效果。实践证明,该模式通过因材施教的多元化培养机制,打造优势互补的学术团队,“倒逼”团队成员为解决科研问题而扎实学习理论知识,有效提高理论课成绩的同时提升科研及综合能力。多年的运行证明:“以课题组为单元实现本硕协同育人”人才培养模式在培养学生的创新能力、实践能力、科学精神和创新思维方面有着非重要的作用。

另外,该人才培养模式在培养学生人生观和价值观、拓宽知识面、提高综合素质和技能等方面也取得了明显效果,深受同学们的喜爱,受益学生数量逐年增加。

尽管该培养模式多年的运行效果证明了其价值之所在,但仍有进一步提升的空间。在扩大应用规模、广泛收集问题、有针对性地开展专题性革新的基础上,课题组将继续探索更加值得推广的经验,从而进一步推动该人才培养模式的广泛应用于。

本文成文于2016年4月。入选2015年度《北京高等教育质量报告(本科)》




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