李曉偉,耿 欣,曹 俊,孫紅美

(1.山東理工大學 材料科學與工程學院，山東 淄博 255000；2.諸城市龍城中學，山東 濰坊 262226)

工科生是企業(yè)未來主要的建設力量之一，在科技高速發(fā)展的今天，需要較高的創(chuàng)造能力和實踐能力，才能與時俱進，緊跟產(chǎn)業(yè)前沿[1]。工科生本科階段的各種大賽則為學生提供了創(chuàng)新實踐的平臺，幫助學生系統(tǒng)地認識創(chuàng)新實踐的內涵、組織形式和應用價值。山東理工大學材料科學與工程學院為工科學生主辦的材料創(chuàng)新設計大賽，旨在深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力，引導、支持、鼓勵學生開展科技創(chuàng)新活動，展示科技創(chuàng)新成果，培育一批有創(chuàng)新潛質和研究能力的優(yōu)秀人才，以推動萬眾創(chuàng)新。大賽始于2013年，每年一屆，迄今為止已成功舉辦六屆。筆者通過指導學生參加材料創(chuàng)新設計大賽，在文獻調研、創(chuàng)新立意、實踐操作、科學思維等方面培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新實踐能力。

1 工科生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀

目前，在我國本科教育模式中，教師講授仍占據(jù)主導地位，學生自主學習為輔[2]。在課堂理論授課環(huán)節(jié)，仍有不少教師側重知識點的講授，缺少對學生創(chuàng)新意識和實踐能力的關注，忽略了學生對創(chuàng)新實踐的訴求，使得課堂缺乏吸引度[3]。在實驗授課環(huán)節(jié)，不少學生僅僅按照實驗指導書進行規(guī)范操作，得出實驗結果，缺少主動思維和探索過程，使得實驗環(huán)節(jié)乏味無趣，創(chuàng)新實踐能力得不到有效提升。如果學生的創(chuàng)新實踐能力得不到有效的提升，勢必難以應對當今日新月異發(fā)展的科學技術所帶來的機遇和挑戰(zhàn)。因此，學生必須具備一定的創(chuàng)新意識和實踐能力，才能持續(xù)成長，適應社會發(fā)展。

2 通過材料創(chuàng)新設計大賽培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力

2.1 培養(yǎng)學生的文獻調研能力

文獻是人類智慧的載體，通過文獻調研能夠有效地掌握學科發(fā)展動態(tài)，是開展科研工作的基礎和前提[4]。學生文獻調研可分為四個階段：最初階段，教師指導學生系統(tǒng)學習文獻數(shù)據(jù)庫使用、文獻分類檢索等知識。第二階段，教師下載幾篇學科領域的代表性文獻，分發(fā)給小組成員，指導學生進行閱讀、翻譯和討論。在這個階段，學生已經(jīng)掌握了一定的文獻閱讀技巧和文獻查閱方法。第三階段，教師指導學生分工協(xié)作，在學科細分領域中查閱不同研究課題組的文獻，精讀后討論。在這個階段，學生已經(jīng)掌握了現(xiàn)有研究現(xiàn)狀，并且通過討論，可以對比分析并自行指出現(xiàn)有研究的借鑒之處和不足之處，提出問題。最后階段，教師引導和鼓勵學生就提出的問題，進行有目的性的文獻調研。在這個階段，學生已經(jīng)對所提出的問題具有明確的目標，并能夠提出切實可行的研究方案。參賽學生通過文獻數(shù)據(jù)庫的使用和大量的文獻查閱訓練，提升了自己的文獻調研能力，同時培養(yǎng)了科學思維。

2.2 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新立意能力

創(chuàng)新立意是科研工作的核心內容之一，也是決定科研水平的關鍵指標。創(chuàng)新立意的過程大致包括研讀文獻，形成假說，提出創(chuàng)新等。本科生剛剛接觸材料創(chuàng)新設計大賽，對新材料充滿好奇，很多學生是在老師的指導下，通過研讀文獻來構建所研究課題的創(chuàng)新之處。比如，本組學生通過研讀鋰離子電池方面的文獻，了解到硅負極的循環(huán)穩(wěn)定性是制約鋰離子電池發(fā)展的關鍵因素，明確了將硅材料多孔化和碳復合可改善硅負極的循環(huán)穩(wěn)定性。同時，了解到硅烷產(chǎn)業(yè)每年排放大量的含硅工業(yè)廢料，不但造成巨大浪費，還存在嚴重的環(huán)境污染隱患。于是，學生提出“將工業(yè)硅廢料作為制備鋰離子電池硅負極的硅源”，這將極大地降低硅負極成本，又可顯著提高其工業(yè)附加值。該課題的創(chuàng)新性體現(xiàn)在：既實現(xiàn)了工業(yè)硅廢料的再利用，大大提高其工業(yè)附加值，又為鋰離子電池高比容量、高循環(huán)穩(wěn)定性的硅負極材料提供了一條廉價的制備途徑，可作為綠色能源產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)。在這一過程中，指導老師對學生的思路給予充分肯定和適度引導，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新立意能力。

2.3 培養(yǎng)學生的實踐操作能力

實踐操作是開展科研工作極為重要的一步，也是科研成敗的關鍵之一。學生完成了科研選題，提出了創(chuàng)新點，接下來需要實踐操作來驗證和修正。實踐操作主要體現(xiàn)在研究內容和研究方案的制定上。本組學生在老師的引導下，經(jīng)過相互討論，確立了與硅負極的循環(huán)穩(wěn)定性直接相關的兩個研究內容，包括多孔結構對硅負極嵌脫鋰過程中體積變化產(chǎn)生的機械應力的減緩和碳復合對硅負極粉化及導電性的影響。對應上述研究內容，學生參照文獻資料，針對性地制定了切實可行的研究方案。最后，小組成員分工明確，有序地開展相關材料的制備和性能測試。在這一過程中，學生通過動手操作，切身體驗，不斷用實驗結果修正研究思路，驗證課題的創(chuàng)新立意，有效地培養(yǎng)了實踐操作能力。

2.4 培養(yǎng)學生的科學思維能力

科學思維大致可包括數(shù)據(jù)分析處理和結果討論兩個過程，在科學研究中占有十分重要的地位。實驗數(shù)據(jù)分析處理是獲得實驗結果和得出實驗結論的重要途徑。工科生實驗數(shù)據(jù)分析處理的經(jīng)驗大多來自本科實驗課，多是實驗數(shù)據(jù)的記錄，缺乏對實驗數(shù)據(jù)準確性的判斷，更缺乏對實驗數(shù)據(jù)的深入分析和對實驗結果的討論。為了培養(yǎng)學生的科學思維能力，指導教師充分參與到學生的實驗環(huán)節(jié)，要求學生準確詳細地記錄實驗測試結果，引導學生對偏離數(shù)據(jù)進行鑒別，對缺失數(shù)據(jù)進行補充。指導學生運用統(tǒng)計分析等手段，對實驗結果進行分析處理，肯定學生總結出來的結論，同時鼓勵學生進行深入挖掘，探索背后機理。在這一過程，不僅培養(yǎng)了學生的科學思維能力，還培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度和勇于探索的科研精神。

3 總結

學生在備戰(zhàn)材料創(chuàng)新設計大賽中，通過開展文獻調研、創(chuàng)新立意、實踐操作和科學思維等過程，初步培養(yǎng)了創(chuàng)新實踐能力。同時，小組負責人通過安排分工、組織討論、編制預算和把握進程，科研管理能力也得到了提升。此外，筆者在指導學生備戰(zhàn)大賽中發(fā)現(xiàn)充分調動學生科研熱情，可以進一步激發(fā)學生的探索欲，更能有效地提高學生的創(chuàng)新實踐能力。