本科生学术前沿课程教学探索

［摘 要］开设面向本科生的学术前沿课对引导学生快速了解学科学术前沿，激发本科生的科研兴趣，提升本科生提出问题、分析问题和解决科学问题的专业能力及其创新创业能力，帮助本科生及时确立科研志愿等方面均具有重要意义。为了更好地提高本科生学术前沿课程的教学质量，文章结合学术前沿课程的设置意义与目的，以沉积地球化学在环境分析中的应用为例，提出了具体的策略：突出课程科学意义，激发学生的学习兴趣；课程紧跟学术前沿，培养学生的科学思维；科学问题引导教学，在教学中引入学科热点，让学生主动参与教学；让课程教学与科研创新相辅相成，让课堂知识和课题延伸融会贯通；体验式教学过程注重学生实践，避免学生眼高手低，培养学生的创新创业能力；促进学生了解科研过程，提升学生毕业论文写作水平。

［关键词］本科生；学术前沿课；地质学；高等教育；创新创业教育；教学研究

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）11-0014-04

我国著名的科学家钱学森先生曾在不同场合多次提出同一问题：为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？培养具有创新精神并具有较强实践能力的高级专门人才是高等教育的重要任务，科学技术和文化传承创新则是高等学校理应承担的历史使命与应具备的社会功能[1]。一直以来，“钱学森之问”使高等教育中创新型人才培养成为社会普遍关注、党和政府高度重视的一个核心问题。2015年，国务院办公厅和国务院相继印发了《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（国办发〔2015〕36号）和《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》（国发〔2015〕64号），分别提出深化高等学校创新、创业教育改革是国家实施创新驱动发展战略的迫切需要，建设世界一流大学和一流学科是国家对高等教育的更高要求。代表高等教育质量和水平的本科教育在“双一流”建设中具有重要的地位和作用，建成世界一流的本科生教育是“双一流”建设的关键内容。当前，随着“双一流”建设的深入推进，本科教育对“双一流”建设的重要性更加凸显，一流本科教育是“一流大学的底色”“一流大学的灵魂”，“重视本科教学是一流大学成熟的标志”[2]。如果一流学科与一流大学间是“以点带面、点面结合”的关系，那么一流本科教育则具有“连点成线、连线成面”的纽带功能，一流本科教育就是“将学科建设的优势转化为育人的资源优势”[3]。

一、本科生学术前沿课程设置的意义与目的

本科教育的创新发展必须抛弃传统的教师灌输式教授专业基础知识和学生被动式学习与应试的教学模式，将服务学生自主学习的教育理念、专博融通的课程设置、学科前沿的研讨性教学活动结合起来，将专业教学与创新创业教育融合起来。本科生学术前沿课，是大学课程建设的经典升华。对本科生学术前沿课程从教学内容、教学模式、考核评价体系等多方面进行深入改革，将学术思维与科研实践融入日常教学过程中，是对拥有国际学术前沿视野与创新创业培育相结合的课程内容的探索。

中国地质大学（北京）的学术前沿课程是专门针对即将开展毕业论文设计的大四本科生设置的限选课。开设这类课程有两个重要目的：1.引导学生快速了解学术前沿，让学生熟悉主要的相关测试分析方法，学会数据处理与分析，提升解决实际科学问题的能力，并尽可能将这种能力应用到毕业论文写作中；2.激发学生的研究兴趣、奠定研究生阶段开展相关研究工作的基础，实现“研学相长”。因此，讲好学术前沿课程具有激发本科生科研兴趣，培养本科生提出问题、分析问题和解决问题的能力及创新创业能力，提高本科毕业论文水平，帮助本科生及时确立科研志愿等重要作用。

二、沉积地球化学在环境分析中的应用学术前沿课程简介与实施

学术前沿课程首先要突出前沿性，同时强调实践性。最重要的是要在教学过程中通过问题讨论、主题研究、项目设计等教学形式，将学科基础知识、学术前沿和体验性技能有机结合起来，实现学生由“听—学”变为“研—学”[4]的自主性学习。在这个基础上，营造开放的交流研讨氛围，设置开放式的实践作业与考核，从而达到进一步培养与提升学生的自主学习精神、解决问题能力、团队合作意识和创新能力的目标。

沉积地球化学在环境分析中的应用是沉积学与地球化学相结合而产生的重要应用型课程，包括沉积地球化学的传统—非传统研究内容与方法及其在典型沉积现象或地质事件分析中的应用。这些研究方法主要包括（但不限于）氧化还原、营养元素、古温度、二氧化碳浓度、风化强度、火山活动以及Fe-C-S-N元素循环和稳定同位素方面的技术手段；研讨内容和应用对象包括地质历史时期的典型沉积和重要事件等，可作为地质学及相关专业本科生学习沉积学的一门重要学术前沿及新技术应用课程。学生通过课程学习，可以进一步拓展沉积学、地球化学、结晶学与矿物学等基础专业知识，并能掌握沉积地球化学交叉学科知识及其新技术、新方法。

沉积地球化学在环境分析中的应用学术前沿课程包含以下内容。1.绪论：沉积地球化学研究的历史、内容、方法、意义。由教师重点导读介绍沉积地球化学新发展的关键技术方法及其在重大科学问题方面的应用，使学生进一步了解沉积地球化学方法在地球表层环境分析中的重要意义，激发学生学习的兴趣。2.沉积环境氧化还原条件研究方法与应用。重点介绍反映碳酸盐岩沉积体系区域性海水氧化还原条件的指标（稀土、碘），用于碎屑岩沉积体系的区域性海水氧化还原指标（氧化还原敏感元素、铁组分），碳酸盐岩沉积体系全球性海水氧化还原指标（U同位素），大气氧化还原条件指标（Cr同位素）和海水氧化还原状态的矿物学指标（矿物类型、矿物结构、矿物构造）及其应用中存在的关键问题；引导学生探究不同沉积环境背景和岩性条件下氧化还原条件分析的原理、方法和适用条件。3.生物营养元素研究指标与应用。介绍氮循环的主要过程、生物可获得氮通量的评估方法（氮同位素）和磷循环的主要过程、生物可利用磷通量的评估方法（磷组分），介绍微营养元素类型、生物可获得性的评估方法，从而引导学生了解生物营养评估的意义，元素类型、作用和评估方法，加深学生对交叉学科研究与应用的理解。4.古温度研究指标与应用。引入矿物学方法、磷灰石氧同位素法、多元同位素法等古温度研究方法，引导学生多元思考并运用多种方法解决实际问题。5.风化、火山强度、二氧化碳浓度评估指标与应用。引导学生对比风化强度分析的传统指标和原理（化学蚀变指数CIA、Sr同位素方法）及其新指标和原理（矿物学方法），并拓展风化强度、火山活动、大气CO2浓度等专业基础知识。6.地表碳-硫循环与应用。引导学生检索相关文献，进行学术积累，跟踪学科前沿，了解表生环境碳-硫循环的主要过程和同位素响应。7.沉积地球化学指标实例分析。学生结合自己文献阅读综述或者自行设计研究内容，向其他同学介绍沉积地球化学指标在环境分析中的应用实例，最后教师点评。

在课程结构设计和执行方面，教师要综合考虑系统性、前沿性和实践性。1.着重突出研究意义，以重大地质事件或典型沉积现象为切入点，突出沉积地球化学研究的重要性和实用性，激发学生的兴趣、让学生体会到地球化学手段的丰富性和有效性。2.以沉积地球化学研究方法为线索，介绍各类主要的沉积地球化学研究参数，再以典型沉积现象和地质事件为实例，综合应用各类沉积地球化学分析手段，分析并解析实际问题。教师在授课时应注意在阐明基本理论的基础上，保持配套实验课程的科学性和系统性，引导学生自主研讨与实践不同沉积地球化学指标的适用条件和适用范围。3.设计一些具体的研究问题或内容要求学生自学。学生自学部分不占总学时，采用教师提示导学，学生课后通过自学提出问题或解决问题，教师课后提供相应的帮助方式。4.引导学生查阅资料，并组织课后学习兴趣小组讨论，编写读书报告，以培养学生综合分析、解决问题的能力与团队合作能力。5.开放多平台共同搭建课程，开放实验室支持学生实践，让学生学以致用，并给予学生有效反馈。

在课程考核评价方面，以考核学生掌握和运用的实际能力为导向，注重过程考核：要求学生选择一种沉积地球化学方法，或特殊沉积，或重要沉积事件，自定主题，撰写一篇学术前沿研究进展的综述文章，或撰写自主立项设计，或编写实验流程与结果报告；在文章中总结文献创新点，或在报告中比较和讨论方法的优劣。将学生整个学习过程的投入度，调研能力、理解和分析能力、发散思维能力、逻辑表达能力，完成作业的努力程度等多个维度列入考核，形成与学术前沿课程相匹配的、鼓励学生创新的多样化评价方式。

三、如何更好地开展本科生学术前沿课程教学

据沉积地球化学在环境分析中的应用的课程设置理念与主要目标，为更好地开展课程教学以取得预期效果，本文提出了六项具体策略。

（一）突出课程科学意义，激发学生的学习兴趣

学术前沿课程既要传播新知识和新方法，又要在授课方式上深化改革，这样能够较好地激发学生的研究兴趣和创新动机。兴趣是最好的老师，有了兴趣学生才有发现问题与不断探索新知识的动力。我们应当将科学意义贯穿始终，这样才能充分激发学生的学习兴趣，从而取得良好的教学效果[5]。孤立的、大量的知识点的学习容易让学生觉得枯燥乏味，但如果能突出这些知识点的重要科学意义，学生学习起来可能会比较感兴趣。例如，在介绍氧化还原指标时，可先介绍为什么要研究氧化还原状态，其意义是什么——因为包括我们在内的地球生物的呼吸都离不开氧气，地球从最初的“死气沉沉”演变成如今的“生机盎然”，离不开氧化还原状态的不断演变。大气和海洋含有适量的氧气是地球宜居性的重要条件之一；而氧气的产生和在大气圈的积累又是地球生物与多种地质过程相互作用的结果。这样学生的学习兴趣便能被很好地激发出来，从而能够主动学习知识点。

（二）课程紧跟学术前沿，培养学生的科学思维

科研是站在巨人肩膀上开展的一项创新性研究工作[6]。所谓“巨人”就是前人的研究成果，其最重要的表现形式就是学术文献。任何一项研究工作都不能闭门造车。大四本科生刚接触科学研究，还没有经过大量的文献阅读与丰富的知识积累，很难独立追踪学术文献并准确把握学术前沿。在这类课程中，教师不仅要介绍学术前沿，还要将学术前沿的形成和发展过程介绍给学生，让学生了解如何发现问题、提出问题、解决问题。例如，在介绍碳酸盐岩稀土铈异常这一氧化还原指标时，先介绍最初是将碳酸盐岩样品全溶来测试稀土，但后来发现在不太纯净的碳酸盐岩中由于黏土矿物的稀土含量较碳酸盐矿物高约2个数量级，这样会显著改变碳酸盐岩记录的海水稀土信号。这个问题的发现促使学者们提出进一步的改进方案：用弱酸只溶解碳酸盐岩矿物，而不是用强酸将全岩溶解。将这一氧化还原指标最初分析方法中问题的发现、改进的过程，以及目前经过改进后的方法中仍然存在的缺陷介绍给学生，不仅能使学生了解最新的测试方法，规避旧方法存在的各种问题，而且会使在他们自身的实践过程中注重发现问题，从而积极寻求问题的改进方法。

（三）用科学问题引导教学，在教学中引入学科热点，让学生主动参与教学

每一篇科学论文都应该至少解决一个科学问题。科学问题的提出在整个研究过程中至关重要。很多本科生在开展毕业论文相关研究时并不明确所要解决的科学问题是什么。在这种情况下，研究就失去了方向，学生不知道该做怎样的测试分析，如何利用获取的数据分析解决科学问题。“科学问题引导式”教学模式就是在教学过程中，通过不断提出科学问题来积极引导并促进学生主动思考的一种教学模式[7]。为了让学生认识到提出科学问题的重要性，引导学生主动思考、分析科学问题，教师在讲授某一知识点之前，应先提出科学问题，再剖析科学问题实质，并提出解决问题的方案（知识点）。这样可以避免因平铺直叙让知识点变得枯燥乏味，同时也可以使学生积极思考如何将知识点与解决科学问题结合起来，从而主动跳出固有的思路，形成提出科学问题、解决科学问题的多元化、发散式逻辑思维方式。当学生认识到自己在学习和讨论学术前沿问题，并可以利用学到的知识解决一个或几个科学问题时，他们会表现出更大的兴趣，投入更多的时间和精力，也更加渴望针对这样的问题提出自己的见解，这能激发他们的创新动机。如果学生经过独立思考，提出与教师等研究者相近的想法或是完全创新的思路时，他们就会认为自己的努力有科学价值，创新自我效能感也会显著提升。

（四）让课程教学与科研创新相辅相成，让课堂知识和课题延伸融会贯通

处理好科研与教学的关系，树立正确的科研观和教学观是高校教师不可回避的问题。目前，部分高校教师存在无为科研观、职称科研观、功利科研观等多种亟须转变的观念[8]。如果对于一个知识点教师自身都没有研究透彻，则很难给学生讲明白，只能在教学过程中照本宣科、刻板评判，难以取得好的实质性教学效果。高校的重要目标是培养创新性人才，创造知识。教师的科研工作往往是在不断深入理解教学相关知识点的过程中发现并解决科学问题的过程。教师科研成果的取得是自身教学水平和科研素质不断提升的体现，是对知识点的“再发现”和创新。教师应力求让课程教学与科研创新相辅相成，研学相长，将新的研究成果融入教学过程中，深入浅出地将学科前沿和关键知识点讲透、讲生动，这样学生才能学得明白[9]。课程设置应以解决重要科学问题和以科技创新为中心来推动教学进程[10]，学生在对学术前沿问题产生浓厚兴趣的情况下，会更加关心和关注课堂教学的重点、难点，并自觉、积极、主动地参与到课堂的研讨活动中，从而在分析问题和解决问题的过程中更好地掌握基础理论知识，并创造性地运用掌握的知识点去发现、分析和解决问题，实现对课堂知识和课题延伸的融会贯通。学生从接受式的学习转变为发现式、探究式学习[10]，在课程学习和研讨中培育出创新意识和初步创新设计能力，这会进一步促进教师的创新性科研工作，从而实现教学相长。