张 浩
(军事科学院防化研究院，北京 100191)
进入21世纪以来，知识爆炸的态势愈发明显。根据中国科学技术信息研究所的统计数据，2017年全球研究者共发表SCI论文194万篇，尤其是信息技术、医学、新材料、能源与环境等热点研究领域知识更新迭代愈发加快。在这种新形势下，如何通过专业课的内容与教学模式设计，增强工科研究生在信息海洋中发掘信息[1-3]、消化掌握知识、设计方案、进而解决实际问题的能力，有助于推动我国研究生培养与创新工程发展[4]。本文基于笔者在军事科学院研究生院开设《纳米化学》课的实践基础，从激发科研兴趣、筑强辩证思维、提升研究能力及成果表达能力出发，探讨如何实现合理的课程内容设计与高效授课方式建立。
研究生教育的首要任务是促使研究生形成正确的世界观，使他们坚信辩证唯物主义，万物有规律，以及科研实践活动是阐明万物规律并为我所用的唯一途径。只有这样才能激发研究生在本科四年专业通识教育的基础上在科技领域继续深造的热情，确保专业课教学取得事半功倍的效果。言传与身教均是传递世界观的好方式，但在研究生基础课密集饱满的半年到一年时间中，前者显得更加灵活与高效。
讲述伟大科学家或科学发现背后的故事是传达科研世界观的良好方式，可以视情况穿插在授课途中。需要注意两点，一是故事要凝练其精华讲述，3～5 min为宜，亦可起到调节课堂节奏重新凝聚研究生注意力的目的，否则过于冗长不但会干扰潜移默化传达世界观的初衷，也会影响专业知识传授；
二是讲述口吻要客观，并使用开放性而不是总结性的结尾，因为叙述远比说教要更有效、长效，且后者容易引起研究生的逆反心理。
适度地将科学史、轶闻穿插进课堂专业知识的传授，还能调节气氛，促使研究生产生对课堂的兴趣，进而高效听课与获取知识。如何选择合适的科学史段子？如何将故事与知识进行结合与穿插，笔者有以下两点建议。
1.1 需与时俱进，介绍最新的科学故事
显然，在课堂上讲述达尔文在小猎犬号上的经历或者牛顿的苹果与万有引力发现之关系是不合时宜的，也不会引起研究生的兴趣。如何选择最新最能激发研究生兴趣的科学文章？笔者建议从每期《Science》和《Nature》及其子刊的社论部分选取。这些社论多是出自深编辑或者大科学家手笔，均为针对整个科研界方方面面的重大科学问题、最新研究进展、经费政策、历史大事、科研伦理等进行深入的阐述，一般篇幅在2页左右，深度、长度适中，既系统探讨热点科学话题，又能做到深入浅出通俗易懂，特别适合进行10 min左右的讲述。因此，笔者在《纳米化学》每次授课的开篇，都会精心选用一篇近期贴合授课主题的社论，与研究生分享。既起到很好的“热身”作用，也能为他们展示开阔的全球科研视野。
1.2 需贴近科研、贴近听众，与专业知识讲授无缝衔接
在授课的间隙，穿插科学小故事或苏格拉底式的问答教学方式，能很好的调节课堂气氛，使研究生保持大脑兴奋，听课效率高。台下研究生目光是否注视教师是检查授课内容是否吸引研究生最直接的判断标准。笔者发现，根据授课知识的艰深程度与授课进程预估，相隔15～20 min安排一些贴切主题的故事分享或问答，能够确保研究生全程紧跟教师授课。
图1展示了一堂典型《纳米化学》课(2学时，其20讲中的第11讲)的内容设置，用饼图的分割描述授课时间的使用情况。本次授课的主题是众所周知的石墨烯材料。教师首先用10 min分享了《Nature》2019年刊发的一篇社论，主题为纪念剑桥大学哲学学会成立200周年，阐述了该学会对现代科学的塑造，从而不仅有效地调动起了课堂热度，也为下面讲述从纳米碳材料到石墨烯材料的发现与开发史做很好的铺垫。随后，重点介绍石墨烯的发现与基本性质，在其中穿插介绍石墨烯获得诺奖的前因后果及获奖者的逸事。在紧跟的第二节课上，首先介绍了笔者访问英国石墨烯研究院的见闻，紧接着重点介绍了石墨烯的制备，随之抛出请听课研究生构思石墨烯应用与工业化推进的方案与前景，保持课堂气氛热度，再以石墨烯的应用情况介绍结束本次课程。从课堂反应来看，两节课均无人看手机，证明课程设置较为成功，授课效果良好。
图1 一堂典型《纳米化学》课(2学时)的内容设置Fig.1 Content setting of a typical nano chemistry course(2 class hours)
从一名具备数理化基本知识的本科生，到能够在科研任务中独挡一面的研究生，除了进一步积累和夯实本学科专业基础，至少需要具备以下能力：根据导师的课题任务检索文献获取信息的能力；
消化信息并提出研究不足之处的能力；
针对热点方向科学问题设计、完成实验、分析数据、突破瓶颈的能力；
以及撰写论文/作报告等成果表达能力[5]。掌握了这几种能力的研究生，无论是继续从事科研工作或技术开发，都能够获得高效的进步。
如何通过专业课的内容设置和授课方式设计，实现以上能力的传授？许多大学教授已有了比较一致的认识，那就是强化课程中的跨学科分组讨论与答辩考核[6]。笔者根据开设《纳米化学》专业课的实践经验，提出以下几点建议。
2.1 按照课题领域分组，精选汇报文献
笔者2006年在北京大学上博士基础课时，各专业课的分组讨论的分组方式多为研究生自发组织。笔者认为，授课教师应主动作为，对研究生的课题方向进行统计分析，按照课题相似性进行分组，并与所有组员共同调研、筛选出本研究方向最重要的文献用于课堂作业。这种策略与研究生自发成组相比，会有两点优势。首先，将相同大方向的研究生成组，共同讨论与自己未来科研密切相关的重要文献，能够更大的调动起研究生的兴趣与主观能动性，并使他们在后期课堂讨论中获得更大收获[7]。其次，有助于授课教师全面掌握研究生的课题方向与潜在关注点，促使教师在后期备课能更加贴合研究生的知识需求，授课时也能有的放矢地激发其兴趣，提升教学效果。下面以笔者承担授课的《纳米化学》为例，阐明这一策略。
图2示出选修《纳米化学》专业课研究生研究课题、研究方向分布、分组讨论文献情况。可以看出，38名研究生的专业方向主要集中在材料学、化学、医学三大领域。虽然他们研究课题方向有差异，但仍能够比较合适地分为储能材料、功能材料、传感器、生物消解、有机合成、分析检测和含能材料七个分组。在分组之后，笔者与各小组的组员共同检索、确定了课堂分组讨论的文献。文献的选择标准为：本领域近5年来的高引文献，最好是发表在顶级期刊上。订立此标准的考虑一是顶级的文献创新性更强，工作量大且系统，该领域研究生对其进行精读可谓事半功倍；
二是直接将本领域科研成果的最高级系统展示在研究生面前，促使其全面了解领域的研究态势，激发其见贤思齐，树立攻坚克难的信心。
笔者安排期中考试为文献汇报与答辩：每组汇报时，该组所有组员同时站在前排，组内自行选定一人进行文献汇报，之后所有组员依次回答教师和听众关于文献研究但不局限于文献范围的学术问题。消化以及汇报文献时，要求将课堂所学的纳米技术相关理论、方法应用到理解文献、梳理知识点的过程中，教师与听众也将在答辩环节结合纳米科技领域普遍关注的问题进行提问。随后，根据每人的答辩情况打出期中考试的成绩。这个规则促使每名组员都能认真参与文献的整理与汇报，并保证学员能够得到与之付出和实力相符的成绩。从考试结果来看，所有研究生均圆满的完成了布置任务，基本掌握了阅读整理文献、思考输出知识、提出未来有前景研究方向的能力。到本课程期末结业时，每名研究生都独立完成了一次各自研究领域的文献调研汇报答辩，相当于一次开题报告的预演。
值得一提的是，用社交媒体分享文献、交流问题非常高效，对课堂分组的日常讨论有很好的促进作用，值得推广适度应用。
2.2 英文授课为主，中文为辅
全英文授课是当前高效推进研究生教育国际化的重要举措，也是研究生教育的潮流。但笔者发现，当用英语讲述专业术语较多、关系较复杂的内容时，相当一部分研究生很难全程跟上讲述。在此类艰深内容方面，笔者采用英文为主、中文为辅的讲述方式，根据学生课堂反馈(眼神、坐姿能反映出听众的理解程度，眼神集中在教师身上且身体微前倾，略带参与感，表示能很好的听懂)，及时调整讲述语言的中英文比例以及解释深度，才能获得最好的授课效果。
图2 选修《纳米化学》专业课研究生研究课题、研究方向分布、分组讨论文献情况示意图Fig.2 Schematic diagram of postgraduate research topics， research direction distribution and literature discussion in groups for elective courses of nano chemistry
2.3 实验技术、科技论文写作等技术的传授要贴近实战
一名优秀的工科研究生必须掌握一流的实验技术，而传授实验技术的最好方式无疑就是协助研究生找一篇领域内近期的顶级文献，按照文献的实验方法，从合成、分析、表征、应用全程走个遍，而不是专门去一项项按照专业书籍学好各项实验技术再考虑科研课题的事。这种“到大江大海里学游泳”的实验技术训练方法一方面能使研究生迅速入门，从完美的模仿中迸发创新；
另一方面能打消研究生对未来坚信科研工作的不确定感，使其坚定信心投入到科学研究中去。在《纳米化学》课的教学实践中，当讲到应用化学气相沉积法制备纳米材料的实验技术部分时，我在课下采用全员邀请、自愿参加的形式，带领研究生按照文献步骤完成了一组碳纳米管的制备实验。调查结果表明，参加实践的研究生100%表示，通过真实的实验，不仅是把纸面上的实验步骤立体化为真实的场景，更从视觉、触觉、嗅觉等方面深入体会了一种纳米材料的诞生过程，无论从熟练掌握实验技术还是激发灵感创新方面都有更好的效果。
撰写并发表科研论文是研究生最重要的任务之一，除了学习《ACS Style Guide》等经典英文学术论文撰写教程外，教师也应该鼓励研究生尽早、尽量多的用英文来撰写实验报告和阶段汇报，参考经典文献，更直接地掌握英文的行文规则与图、表及其他实验结果的规范描述方法，到战场上去练兵而不是纸上谈兵。教师在早期应该勤于帮学生修改英文报告，促使其尽快形成良好的英文写作能力。长此以往，在研究生生涯的中期，他们便能熟练的应用英文撰写报告，水到渠成的完成英文科技论文的撰写。
为适应信息爆炸年代工科研究生的培养需求，本文在如何通过合理的课程内容设计与高效授课方式激发研究生的科研兴趣、筑强其辩证思维、提升其研究能力及成果表达能力方面进行了探讨。可采取开设教学与科研相结合的专业课程，巧妙、适度的灌输科学史观同时保证课堂气氛与效率，并采用按照研究生课题领域分组精选汇报文献的方式加强其信息的获取与应用能力。此在，本文也介绍了在中英文教学方式安排与实验技术、科学论文撰写能力培养方面也进行的探索与实践结果。
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