时间：2023-07-13 16:31:03
序论：在您撰写科研基本方法时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
(一)医学科学研究的发展史
(二)医学科学研究的类型
1.基础研究:
增加科学技术知识和发现探索领域的任何创造性活动,而不考虑任何特定的实际目的。
研究内容:
保持人体健康的规律,健康指标的分子基础,人体功能与结构的研究
疾病的发生、发展、转归全过程的规律及分子基础
人体衰老过程的规律及分子基础
人体的生物力学、流体力学、电子学
化学药物的构效关系、植物药的有效成分
2.应用研究:
增加科学技术知识的创造性的系统活动,但考虑到特定的实际目的。
研究内容:
疾病的病因、流行规律、治疗及预防效果的机制研究
为实验研究需建立的动物模型、细胞株的研究
流行病学调查、考核防治效果的方法学研究
寻找新药物、新生物制品、新医用材料的方法、有效药物的药理作用机制、药代动力学、医用材料的机体相容性的机制研究
3.实验发展研究:
又称开发性研究,是运用基础研究、应用研究及实验知识,为了推广新材料、新产品、新设计、新流程、新方法,或为了对现有进行重大改进的创造性活动。
研究内容:
有关疾病的新的诊断、治疗、预防方法及措施的研究
有关新药物、新生物制品、新器械、新试剂、新医用材料、实验室样品研制
有关药物的资源调查、植物药的试验
其它分类方法:
观察性研究(描述性研究、分析性研究)
实验性研究(动物实验、临床实验、现场实验、社区干预和整群随机试验)
理论性研究
按研究目的:
描述性(记述性)研究:客观描述研究对象的某些现象或特征,如个案报道
阐述性研究:阐明研究对象的本质及其规律性,如论着
按研究深度和广度:
基础性研究:如遗传基因的研究
临床应用研究:如新药的临床观察
按学科范围:
专科研究:局限于专科某领域内
多学科研究:涉及多个学科
边缘学科研究:介于两个或多个学科相互渗透交叉处的研究
按研究的主要形式:
分析性研究:将研究对象从总体联系中分解出若干分支,然后同时或逐个进行分析
综合性研究:在逐个进行分析的基础上进行系统性综合认识,揭示整体联系
按研究方法:
Ⅰ型研究:随机、对照研究
Ⅱ型研究:队列(组群)研究
Ⅲ型研究:病例对照和多因素研究
Ⅳ型研究:叙述性研究和专家评论
(三)医学科学研究的基本程序
研究课题的选定
搜集阅读文献
提出设计与假说
制定科研计划
申报研究课题
进行实验与观察
搜集科学数据与材料
整理加工及统计学处理
形成科学概念和结论
撰写论文并发表
鉴定成果与推广应用
二、医学科研选题
(一)选题在科研工作中的意义
(二)选题的原则(6原则)
1.科学性:必须要有依据,符合客观规律,符合逻辑性
2.创新性:充分了解本课题领域国内外研究状况和水平,是选题的首要前提
3.适用性:实际、需要、适当
4.目的性:有明确的研究目标、研究内容和预期成果
5.可行性:研究课题主要技术指标实现的可能性,包括技术水平、设备条件、科研试剂、经费来源等
6.效益性:基础研究要有重要的科学意义,应用性研究要有应用前景,具有可开发性和可推广性
(三)选题的思维过程
提出问题和确立选题的过程
(四)选题的方法
1.前瞻性研究:所采用的原始资料是严格按实验设计的科学方法获得的,确定选题不受既往积累资料的限制,故选题有极大的活动度和随意性。
(1)在临床实践中选题
(2)在阅读文献资料中选题
(3)重复前人实验研究选题
2.回顾性研究:是对过去某段时间内自己经历的病例资料,或搜集本单位某阶段收治的某种疾病的病例资料作为选题,进行归纳、分析、总结。
(1)总结经验选题
(2)发现新问题选题
(3)总结教训选题
(五)选题的途径
社会需要中
事物之间的联系中
原有理论与新事实不符中不同学说的见解中
不同学科交叉的边缘中
不同的信息渠道中
(六)选题的应用
1.病因学研究选题(病因)
病因学研究选题
并存病的因果效应研究选题
致病因素的量与病研究选题
2.诊断性试验研究选题(诊断)
诊断标准选择研究选题
3.疾病治疗性研究选题(治疗)
药物治疗、手术治疗、其它治疗、预后治疗
4.药物不良反应研究选题(预后)
剂量-效应关系研究选题
药物不良反应远期效应研究选题
三、医学文献检索
(一)文献的分类 1.一次文献:又称原始文献,凡以作者本人的工作或科研成果创作的原始论文,不管引用或参考了他人的着作或文献资料,均属一次文献,包括期刊论文、研究报告、会议文献、学位论文等
2.二次文献:是对一次文献进行搜集、整理、加工、编制而成,以检索工具的形式发表,包括目录、索引、文摘等
3.三次文献:是在广泛利用二次文献的基础上,对一次文献做出系统整理、概括、分析与综合而成,包括综述、述评、进展以及年鉴、手册、教科书、指南、辞典等
4.零次文献:在形成一次文献之前的信息、知识,即尚未形成文字记载或未公开发表的材料,包括书信、手稿、记录或口头交谈等
按出版形式分类:
图书、期刊、专利文献、学位论文、科技报告、会议文献、技术档案等
按文献载体分类:
印刷型、微缩型、声像型、机读型、光盘型、电子网络型
(二)检索工具
1.书本型检索工具
中文科技资料目录(医药卫生)
国外科技资料目录(医药卫生)
美国医学索引(Index Medicus)
荷兰医学文摘(Excerpta Medica)
美国生物学文摘(Biological Abstracts)
美国化学文摘(Chemical Abstracts)
2.光盘型检索工具
中国生物医学文献数据库(CBM-disc)
中文生物医学期刊数据库(CMCC)
1、所选统计方法脱离了资料的性质
不同的资料类型和不同的研究目的采用不同的统计方法。按照资料的性质测定指标的多少，确定资料是计数资料还是计量资料，应用单因素分析还是多因素分析。
1〃1多因素资料是对每个研究对象测量的多个指标同时进行的综合分析，其分析计算过程相对复杂。常用的有回归分析；相关分析以及判别分析、聚类分析、主成分分析和因子分 析等。多因素分析多用于计量资料。
1〃2 单因素分析应用较多，按获取资料的方法，分计数资料和计量资料。首先，计数资料主要是针对要求某现象的频率和比例，利用率或比的相应计算方法。如做不同样本问的比 较则采用计数资料的显著性检验，样本率与总体率的比较用u检验；两个样本率的比较可用u检验或四格表的x 检验，多个样本率的比较可用行乘列的卡方检验或2XC表的卡方检验。其次，计量资料要结合研究目的确定相应的统计方法。对于显著性检验通常有T检验和F检验，T检验是用于两个均数问的比较，按研究设计与比较内容的不同又分为样本均数和总体均数的比较，两个样本均数差别的检验，配对资料的显著性检验。F检验用于多个样本均数的比较，按设计类型分完全随机设计的方差分析、随机区组设计的方差分析和组内分组资料的方差分析。
2、根据研究目的选用统计分析方法
不同的统计方法说明不同的问题，同样不同的问题要应用不同的统计方法来分析和表达。研究者在做统计分析前，首先要明确资料分析的目的、意图是什么，通过分析最终达到什么样的期望，临床工作者科研通常的目的主要有：
2〃1某现象发生的频率或比例如人群中重复癌的发生率，
采用频率指标，构成指标或相对比，可计算发病、患病、感染、阳性频率或构成等。 2〃2某人群的特征值，如平均身高、体重、血压等，采用平均水平和变异的统计指标。 2 . 3 临床正常值范围如血红蛋白、血糖、尿铅含量，多采用中位数法或平均数法。
2〃4 临床诊断方法效率评价，可分别计算各种诊断方法对某病诊断的准确度和可靠度，如x线对肺癌的诊断。
2〃5 临床疗效分析比较 如几种药物疗效的比较，视资料性质作显著性检验。
2〃6 现象间关联情况分析如眼PSRT与屈光度的关系，用线形相关和回归分析。 2〃7 人群的归类、评价，可选用判别分析、聚类分析、主成分分析等。
临床研究和实践中决不能通过统计学方法去实现自己的想象。根据已确定的结果刻意去套用某种统计方法，用目的去规划统计过程，只要分析比较，就一定要求结果显著等 等现象，只能使文章更为空洞，有失科学性。
3 严格把握统计方法的适用条件
各种统计分析方法都有其适应条件，在选用统计方法时，应严格把握，充分考虑所分析的资料是否符合其适用条件。对于计量资料在计算均数或显著性检验时，其基本条件
是正态分布、方差齐性，在资料分析时要通过图示或检验看是否符合这些基本条件，若不符合则需要做相应的处理。计算集中趋势指标可使用中位数或几何均数。做统计学检验
可通过数据转换使其成为正态分布，常用的转换方式有对数转换、幂指数转换、平方根转换等，或者改非参数检验。计数资料各种方法均有其自身的适应条件，如上列举的方法其基本条件是某一事件概率不会太小，若发生概率太低，则改用小概率事件显著性检验。 4 充分理解资料样本含量的概念
统计学是对研究样本进行抽象归纳的科学，没有足够的样本量就不可能得出正确的结论，而且统计方法也有其样本量的要求。如四格表的卡方检验要求样本量大于40，方格中理论数大于5(n~>40，t>5)，若不符合则用校正卡方检验或精确概率法。行x列表的卡方检验要求理论数均大于1且小于5者不超过表中数的1／5，若不符合则改用其它方法(合理合并)。 5 合理控制混杂因素的影响
任何一种现象的发生都不是单纯的，要受多种因素的影响。当分析比较不同人群某现象的发生或存在状况时，要考虑除研究因素以外比较组之间其它条件是否相同，内部构成是否一致，其它因素对研究现象的影响如何。例如，有人研究文化素质对生育水平的影响，按年龄分组，发现50岁以上年龄组比20岁以上年龄组生育水平高而文化素质低，因而结论是文化素质与生育水平呈负相关。这一结论的错误就在于做缺乏资料的综合分析认识能力和混杂因素对研究现象的影响，忽视我国计划生育政策对不同年龄妇女生育的作用。
混杂因素应在研究之前通过研究对象选择、设立对照、随机、匹配、双盲法等控制，但如果事先没有良好设计，则通过统计方法可以控制。若资料内部构成不同，存在混杂因
素，简便方法是分组比较或标化处理。若样本量不允许分组，则对计数资料可用组内分组的卡方检验、卡方值分割法、加权卡方检验法等，计量资料的比较可用协方差分析。
[关键词]本科生；科研方法训练；自主学习；实证
[中图分类号]G642.0
[文献标识码]A
[文章编号]1005—4634（2012）04—0026—05
0 引言
大学生积极参与科研实践活动有利于培养其自主学习能力及学术创新意识。近15年来，国内研究型大学、教学研究型大学相继提供了大学生科研立项、实验室开放计划、创新性实验等科研机会。对本科生科研实践的经费支持在不断增加，本科生参与科研活动的人数不断攀升，一些大学已取得了显著的培养效果。近年来本科生发表的学术论文数量呈上升趋势，少数论文甚至在高水平国际学术期刊或国际学术会议中发表。然而在少数拔尖学生脱颖而出的同时，本科生的整体学术素养仍处于较低水平，例如本科生的课程论文、毕业论文中存在大面积的学术不规范行为。
来自本科生科研实践管理部门的统计数据表明，尽管本科生参与科研立项的积极性很高，但完成立项的比率却比较低。如2007、2008年华中师范大学本科生科研立项结项率仅为20%—30%。部分学生反映，学生缺乏必要的科研技能是导致科研立项难以开展的主要原因。部分指导教师反映，一些学生缺乏基本的学术修养，几乎不具备参与探索型科学实验的能力。相比较而言，美国的高水平大学在鼓励本科生参与科研的同时，也注重学生基础科研素养的培养，既给高年级本科生提供参与科研项目的机会，又给低年级本科生开设学术写作、文献引用规范、田野调查等科研方法训练课程。作为给本科生讲授基本但必要的科研方法知识的尝试，笔者于2007年9月至今，在华中师范大学面向全校本科生开设了公共素质课程“本科生科研方法训练”。该课程已讲授10次，选课学生共924人。以下根据7个学期的教学经历，讨论国内大学如何为本科生提供必要的科研方法训练。
本文结构安排如下：第一部分讨论中国和美国的本科生科研方法训练模式差异；第二部分介绍“本科生科研方法训练”的教学内容、教学重点；第三部分展示该课程的教学效果；第四部分对该课程的推广提出建议；第五部分总结全文。
1 中美本科生科研方法训练模式比较
自上世纪60年代以来，美国的研究型大学为本科生参与科研实践活动提供了诸多机会。目前美国研究型大学的本科生科研活动不仅经费比较充裕，更有完善的组织管理制度。为了让学生顺利地参与科学实践活动，美国的大学为低年级本科生提供了系统的科研方法训练，以下是其三个特点：（1）新入学的本科生通过阅读大学的“荣誉规则”或“学术诚信规则”，就可以了解基本的学术道德，以及违背学术道德的严重后果。（2）对低年级本科生开设学术写作、口头报告、田野调查等科研技能培训课程。有些学科的著名教授甚至也讲授该类基础课程，如著名的计算机科学家Donas E.Knuth教授曾在斯坦福大学讲授学术论文写作课程。（3）关于科研方法训练的教材数量丰富、质量很高。Donas E.Knuth教授参与撰写的关于数学和计算机科学论文写作方法的教材，对如何描述数学公式等有极为详尽的说明。该教材在互联网上免费了多年，如今仍是该领域论文写作的经典资料。
国内一些大学也开设了关于科研方法训练的课程，例如：科技文献检索、学术论文写作等。国内的本科生科研方法训练大致分为两种形式：第一，对特定专业的学生展开培训，如教育学、医学等专业对此尤为重视；第二，对不同专业的大学生进行普及性训练，如清华大学开设的“实验室研究方法”、华中师范大学开设的“本科生科研方法训练”、“IT下的研究与论文写作”。总体而言，国内大学的本科生科研方法训练类课程数量较少，且大多只关注某一方面能力的培养，多数本科生缺乏必要的科研方法训练。
2007—2009年，笔者在“本科生科研方法训练”课堂中展开了5次匿名问卷调查。表1显示出华中师范大学本科生接受科研方法训练的状况：约半数的本科生缺少基本的科研方法训练；约三分之一的学生从专业课学习中，获得了一些科研方法训练：少数对科研活动有浓厚兴趣的学生，通过自学获得科研方法训练。笔者曾就此向武汉其它几所教育部直属高校的一些教师展开口头调查，均反映本科生缺乏系统的科研方法训练。可见，绝大多数本科生缺乏必要的科研方法训练，并不是某个课堂、某所大学的特有现象，而是国内大学的普遍现象。
多数本科生盼望有机会获得必要的科研方法训练。表2是在华中师范大学的5次问卷调查结果，一半以上的学生很期盼接受系统的科研方法训练，几乎无人认为科研方法训练是不必要的。在以上5次问卷调查中，都有不少学生提议：应对大一学生以必修课方式展开科研方法训练。他们认为，本科生科研方法训练课开设得越早，越能有效提高本科生的学术修养，促进他们自主学习、参与科研活动。
2 课程的教学内容与教学重点
关键词：计算方法；教学改革；应用型人才；人才培养模式；创新能力
计算方法课程是高等院校本科层次信息与计算专业的核心课程，其教学目标是使学生掌握数值计算和程序设计方法，提高科学计算中分析和解决实际问题的能力。随着社会的进步和计算机技术的快速发展，数值计算方法已经广泛应用到生物、经济、材料、制造、气象、设计等诸多领域，使得学生掌握这一专业知识显得尤为重要[1]。尽管经过几十年的建设和发展，计算方法研究的理论体系逐步完善，教材和相关教辅著作日趋丰富，但是该课程的教学仍然存在教学观念陈旧、教学方法落后和重理论轻实践的问题，不能满足新形势下应用型人才培养目标的要求[2]。鉴于此，本文就当前计算方法课程存在的问题，结合本人从事该课程教学积累的经验，从教学观念、教学内容和教学模式等方面探讨该课程的教学改革思路。
一、计算方法课程的特点及教学中存在的不足
(一)计算方法课程的特点
计算方法课程的内容较多，涉及高等数学、线性代数、微分方程、泛函分析等方面的知识，且其理论性较强，尤其是算法推导、稳定性分析、收敛性分析、误差分析等内容。计算方法课程各章节知识之间的独立性强，连贯性弱，且数学公式繁多、复杂、抽象，不利于学生记忆[1]。计算方法是一个将数学科学和计算机科学结合在一起的交叉学科，同一数值计算问题的解决可以有许多不同的方法，不同算法的计算误差和计算效率也不相同，而问题的解决最终要通过编写计算机程序来实现，具有较强的实践性。
(二)计算方法课程教学中存在的不足
根据笔者的教学经验和体会，目前该课程教学中主要存在如下几个方面的问题：1.既有教材难以很好地满足教学要求近年来，笔者所在的计算方法课程教学组先后选用了不同版本的教材，但感觉到这些教材都不能很好地满足应用型创新人才培养的需要。例如，李庆扬主编的《数值分析》是很多本科院校理工科使用的一部经典的优秀教材，其理论性强，内容丰富，但在应用方面有所欠缺，不能很好地满足应用型人才培养的需要。再如，王能超编写的《数学分析简明教材》具有内容精炼、深入浅出、通俗易懂的特点，是高等院校一般工科专业计算方法课程的优秀教材，但由于该教材较少涉及算法实际的应用背景，且对算法实现内容的介绍较少，因此易导致学生学习兴趣不高，不能很好地满足应用型本科院校教学的需要。2.实践教学内容匮乏在不少高校，计算方法课程计划中安排的学时•152•数普遍较少，如笔者授课的班级，该课程总共安排48学时，其中理论课32学时，上机实验课16学时。由于学时的限制，使得课程教学内容多为以公式推导为主的理论知识，上机实验仅限于验证教材上的一些基本算法，极少将数学建模思想融入实验教学中。这种缺乏应用性和趣味性的实验教学，难以激发学生的兴趣，更难以有效提高学生解决实际问题的能力。3.教学手段和方式单一板书是一种重要的教学手段，但对于复杂的理论分析和公式推导，单一的板书式教学不利于吸引学生的注意力和兴趣。将板书式教学与多媒体教学有机结合起来，可以有效提高课堂教学质量，但在计算方法课程教学中，有的教师单调地进行板书式教学而排斥多媒体教学，有的教师则过度依赖多媒体教学手段而放弃板书式教学，从而影响了教学效果。在教学方式方法上，由于教学内容多而学时有限，一些教师在授课时一味地采用讲授式教学法，极少开展讨论式教学和任务驱动式教学，致使课堂气氛严肃有余而活跃不足，学生学习的主动性和积极性没有得到充分发挥。4.课程考核方式单一在很多高校，计算方法课程的考核方式和其他理论课几乎完全相同，即仅重视结论性考核而轻视过程性考核，且结论性考核多以闭卷考试的方式进行，对实践环节的考核不足。该课程考核方式的导向作用决定了学生在学习的过程中重理论而轻实践，进而造成了学生算法设计水平不高和解决实际问题的能力不强的状况[4]。
二、计算方法课程改革的思路
(一)更新教学观念
要改变计算方法课程教学效果不佳、学生解决实际问题能力不强的局面，教师必须更新教学观念，打破以往重理论轻实践的教学观念和教学模式。作为教学活动的组织者和引导者，教师不但要准确、高效地传授课本知识，而且要指导学生学会学习和应用，让学生从被动听讲的知识接受者转变为主动学习的知识探究者，只有这样才能充分调动学生学习的主动性和积极性。因此，从事计算方法课程教学的教师，必须以“厚基础、重能力、强创新”的人才培养目标为指引，将学生素质的提高和创新能力的培养置于课程教学的中心地位，采用灵活多变的教学方式和方法来调动学生的学习兴趣，强化和培养学生运用所学知识解决实际问题的能力[5]。
(二)优化教学内容
1.优化理论教学内容计算方法课程主要包含插值法、数据拟合、数值积分、微分方程数值解法、方程求根、线性方程组的迭代法和直接法等内容。该课程学时较少，涉及知识面较宽，抽象性较强，并且涉及繁杂的算法、公式推导和理论分析，对学习者计算机编程能力的要求也较高，为了确保学生能在有限的学时内有效地掌握算法的设计思想、程序流程、误差的估计和分析方法，培养提高学生以计算机为工具、运用数值计算方法解决实际问题的能力，教师必须在新教学理念的指导下优化课程内容。为了适应应用创新型人才培养的要求，计算方法课程宜选用理论和实践并重、实用性强、案例丰富的教材。在缺乏理想教材的情况下，教师应根据教学需要灵活整合教学内容，力求对知识点的讲解做到详略得当，比如，对于理论证明可稍微简略一些，而对于算法思想、算法设计和算法的应用应详细讲解。2.强化实验教学以往计算方法课程的实践教学仅仅要求学生实现教材上一些基本的算法，实验内容缺乏精心设计，很难适应新形势下应用型人才培养的要求。因此，必须对以往的实验内容进行整合和优化，除了对教材提供的基本算法进行验证以外，还需要增加一些兼具趣味性和实用性的综合实验内容。比如，在数值积分部分，可以让学生进行空中电缆长度计算的实验；在数据拟合部分，可以让学生进行给药方案设计的实验；在微分方程数值解部分，可以让学生利用微分方程数值计算方法和已知观测数据进行模型参数估计实验。为了满足不同层次学生的要求，实验可以分为必做和选做两种。对于选做性实验（如一些数学建模试验），可以让学生以自由组队的方式来进行，这样不但能达到完成既定教学目标的目的，还能强化提高学生的团队合作能力和创新能力。优化实验教学内容，应着力于使学生灵活地应用和创造性地改进教材提供的一些标准数值算法，以实现培养应用型创新人才的目标。
(三)改革教学方法、教学手段与课程考核方式
计算方法是一个“数学思维和数值思想、学数学和用数学、理论与实践相结合的交叉学科”。因此，单一地采用传统的讲授式教学法很难实现计算方法课程的教学目标，只有进行教学方式和教学手段的改革，才能有效地提高教学效果。1.教学方式的改革在计算方法课程教学中，教师宜采用灵活多样的研讨式、辩论式和启发式教学，注重课堂交流互动，充分激发学生的学习兴趣，调动学生参与课堂活动的积极性。对算法的讲解应注重讲解算法的设计思想、算法的流程、算法的误差、不同算法间的比较和计算复杂度的分析，并摒弃满堂灌的广播式教学，给学生留下独立思考的时间；应结合当前学术研究的前沿问题，对课本知识进行适当的扩充，以开拓学生的视野，拓展学生的思维空间，提高学生学习的兴趣和主动性。例如，在讲解微分方程数值解的过程中，除了介绍欧拉方法、改进的欧拉方法及龙格库塔方法的设计思想、误差估计和计算的复杂度讨论以外，可以引导学生运用所学知识来探讨系数是分段函数和周期函数的常微分方程、脉冲微分方程、泛函微分方程、随机微分方程的数值解等问题的解决方案，然后通过课堂交流讨论不断优化算法，最终完成计算机编程并进行课堂演示。这种教学方式有利于培养学生的创新能力。2.教学手段的改革计算方法课程的理论性和实践性决定了仅采用传统的“一根粉笔走天下”的单一教学手段不能满足应用型人才培养的需要。多媒体教学具有直观性、高效性、交互性、集成性等特点，将课程中抽象、枯燥的学习内容通过图形、动画等形式直观地呈现给学生，有利于提高教学效率，增强教学效果。因此，在计算方法课程的教学中，教师应将多媒体教学和传统的“黑板+粉笔”板书教学结合起来，如概念介绍、图形演示、应用软件和程序设计分析等内容采用多媒体教学方式，而定理的证明则采用板书式教学。
(四)课程考核方式的改革
通过计算方法课程的教学，既要让学生掌握算法设计思想和误差分析的理论知识，又要让学生掌握算法设计和上机调试的基本技能，最终能熟练运用Matlab编制具体算法去解决实际问题。计算方法课程的教学目标决定了其考核方式不能像其他数学课程一样仅仅依据理论知识考试成绩衡量学生的学习效果。单一的理论考核不利于调动学生进行程序设计和上机实验的积极性，也不能全面考查学生对该课程的掌握情况。该课程较为合理的考核方式应该采用专题论文、理论试卷与上机编程相结合的方式。各种方式考核的权重，以平时考勤和作业成绩占10%、上机编程占25%、专题论文占15%和期末考试占50%较为合适[6]。随着应用型本科高校转型发展工作的推进，计算方法课程的教学改革已经势在必行。本文结合计算方法课程在教学上存在的一些普遍问题，结合应用型创新人才培养的要求，从更新教学观念、优化教学内容、改进教学方法和完善考核方式等方面对该课程的教学改革进行了初步的探讨与研究。教学实践表明，这些措施有利于提高教学效果，尤其在激发学生的创新思维意识、提高学生运用所学理论解决实际问题的能力方面成效显著。
参考文献：
[1]张俊丽．“数值计算方法”课程的教学改革探索[J]．中国电力教育，2012(10)：87―88．
[2]王金柱．计算方法课程教学改革的探索与实践[J]．陕西教育学院学报，2011(1)：81―83．
[3]王晓峰．计算方法课程教学改革探讨[J]．吕梁教育学院学报，2009(3)：64―66．
[4]李华，邵维，杨雪松，等．《数值计算方法》课程教学改革实践与探讨[J]．实验科学与技术，2013(5)：256―258．
[5]徐建敏，熊金志，李勇．地方高校“计算方法”实验教学的改革[J]．实验室研究与探索，2011(9)：152―154．
[关键词]创新科研训练 PBL模式 本科生 指导方法
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）10-0059-02
一、引言
国家大学生创新性实验计划是高等学校本科教学“质量工程”的重要组成部分，该计划在全国范围内的启动与实施以《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》（教高[2007]1号）和《教育部关于进一步深化本科教学改革，全面提高教学质量的若干意见》（教高[2007]2号）的公布为标志，旨在探索以本科学生为对象的创新性实验教学改革，并通过教师指导与学生自主实践相结合的途径，使学生经过系统而全面的创新训练和培养，达到培育创新思维、锻炼创新能力、提高创新素养的目的，着力培养新时期具有竞争能力的高素质创新性人才。本科生创新科研训练项目就是在此背景下通常以指导教师科研项目为依托，通过学生小组形式独立完成某项科研项目的启动、研究方案的制定与实施、研究成果的总结、研究报告撰写等内容，使学生切实得到科学研究的锻炼，提高创新实践的能力。然而，也应看到由于大学学科及专业设置的多样性、学生素质和接受能力的高低以及大学办学条件的差异，使得针对本科生创新科研能力的培养、训练模式或方法上存在着不同做法和理念。[1] [2]因此，积极探索操作性强、实用的本科生创新科研及能力的培养、训练模式，对达到培养新时期具有竞争能力的高素质创新性人才有着积极的意义。本文通过总结多届创新科研训练小组的指导实践体会，认为PROBLEM-BASED-LEARNING模式（以下简称PBL模式）同样适用于大学本科生的创新科研训练教学，但为保证和提高创新教育的质量和效果，并使之成为可普适的创新教育方法，尚需要做好以下几个方面的工作。
二、PBL模式下创新科研训练的主题确定
众所周知，PBL教学模式是目前国际上较流行的一种以学生为“中心”的现代教学模式[3]，其源自美国神经病学教授Howard Barrows1969年所创立的针对医学院学生的教学模式。PBL教学模式的铺展方式是以问题为切入点，采用学生自学或小组讨论为主、教师评教为导向而将两者紧密结合的教学方式。经过多年的不断应用与演化，PBL教学模式已成为多数世界一流大学各学科都采用的一种主流教学模式。如前所述，目前国家所倡导并推行实施的大学生创新科研训练计划的最终目的是培养学生提出问题、分析和解决问题的兴趣和能力，这其中既包括实际动手能力，更要求理论分析能力，也就是通常所说的科研训练。由于大学生创新性项目主要的受众群体侧重于大学本科第二、第三年级学生（以中国矿业大学（北京）为例），这一阶段的本科生刚刚接受了大类基础课和专业基础课的专业知识的灌输，且以书本知识的获取为主，习惯了传承性、填鸭式的教育方式，对思维性、探究式的科研创新训练基本上处于完全陌生的状态。而大学生创新科研训练项目的基本要求是在一定期限范围内，在教师的指导下，通过学生自主完成某科研项目的前期调研、方案制订与实施、研究成果（报告）总结撰写等训练内容，使学生切实得到科学研究的锻炼，提高创新实践的能力。科学，尤其是自然科学的研究特指人类对自然现象或规律进行的摹写，或者使其抽象化并根据存在于其中的规律性合理地认识其中的规律性[4]，这种认识过程显然要依据一定的模式或方式来实现。PBL模式的可取之处也正是以问题为切入点。因为，科学研究中问题的发现或识别是开启研究的第一步。鉴于现代高等教育的核心已从传授知识的本身逐步向获取知识的方法和能力转换，大学生创新科研训练项目的目的之一在于培养学生分析问题、解决问题的能力，这也是一般科学研究活动所要具备的基本功。由于PBL实施模式基本上是依托指导教师从事的相关科研活动进行，对于教师而言，所指导的创新小组要实现的目标相对比较明确。这一环节的任务，是让参与科研活动的创新小组的每一位成员清楚了解他或她受此训练后所应该达到的目标，否则很有可能出现个个“打酱油”的结果。因此，对于参与者而言，问题一定包括两个方面的含义：第一，所做科研活动应该解决的问题；第二，分析问题、解决问题的方法，也就是掌握从事一般科研活动的基本方法。只有学生明确了创新科研训练要达到的这一目标（要解决的问题），创新科研训练的开展才有事半功倍的效果。
三、PBL模式下创新科研训练的过程细化
PBL模式下创新科研训练的过程细化，实际上本身也是一个学习过程。原因在于本科生创新科研训练实施的对象是低年级学生，虽然这些学生已经具备或掌握了基础的专业知识，但就科学研究的一般方法和程序而言，依然处于空白阶段，这就需要指导教师采用“手把手”的方法让学生详细了解并“按部就班”地执行，以便让学生在达到所应该达到的目标之后，知道要做什么，怎么做。在笔者经历的创新科研训练项目实践活动中，就将过程细化为以下几个步骤。
研究目标的确定（问题的提出）>基础资料收集>分析、归纳方式>理论依据>重点关注>结论（报告）
在上述每个步骤中，笔者都为每个学生以“量身定做”的方式列出了详细的“操作”细节，并鼓励学生在实践过程中质疑过程的细节。因为质疑是学生动脑的结果，有问才有探究，有探究才能解决问题。一名优秀的教师，要在传授知识和鼓励学生独立思考两方面取得平衡。
四、PBL模式下创新科研训练成果的表达
不同于PBL模式下采用的笔试或口试方式来检验学生对某专业知识的掌握程度，大学生创新科研训练计划的最终目的是让学生熟悉和掌握科学研究过程的一般方法。其检验方式应与其他方式有所区别。大学生创新科研训练注重“学习”科研，所以，不宜以学术文章的形式来作硬性要求。相反，撰写科研报告不失为检验创新科研训练项目完成状况的较为理想形式，也是PBL模式的最后环节。国家大学生创新性实验计划项目注重的是“研究过程”而非“研究成果”，其过程和目的以项目为载体，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，以激发学生的创新思维和创新意识，让学生掌握思考问题，解决问题的方法，提高学生的创新能力和实践能力。创新科研报告的编制或撰写对于参与创新科研训练项目的学生们而言，也是需要掌握的技能之一，这也需要指导教师给出一个一般性的编写原则，从而让学生把通过创新科研训练实践活动中所学到的分析问题和解决问题的能力具体化、系统化。下列编写大纲可满足要求，即题目>研究现状与意义>基本研究方法>论证>结论>参考文献。
五、结论
国家大学生创新性实验计划是高等学校本科教学“质量工程”的重要组成部分，是新时期下国家着力培养高素质创新人才的重要举措。多期创新小组的实践结果表明，PBL模式的采用对创新小组科研活动的有序开展和既定目标的实现有着明显的促进作用和有益的借鉴作用。以笔者指导的两个创新小组为例，第一小组（5人）中除一人因家庭原因参加工作外，其余4人均考取研究生或出国深造，迈出了职业科研生涯的第一步。第二小组（5人）成员均对从事科学研究产生浓厚兴趣，积极备战考研。每个成员所写的创新科研报告也都有可圈可点之处，说明他们已经掌握了今后从事科学研究的一般方法和程序。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张杨.大学生创新创业能力培养机制探析[J].高教探索，2014（10）：36-37.
[2] 潘承怡.基于大学生创新能力培养的TRIZ教学策略[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2014（11）：1-2.
一、引言
国内教育研究对教学法有很多不同的分类，主要归纳为：讲授式教学法[1]、探究式教学法[2]、实践式教学法[3] 等。这些教学法主要通过讨论、谈话、练习、参观、实验等方式融汇到教学过程中，它们共同的特点是夸大了教师的主导作用，暗示学生主要以接受知识、承认事实为主，缺乏对知识与知识之间关联性、知识与技能相互作用的引导。现代教学手段、设备层出不穷，如何结合社会需求、满足学生求知增技就好业的要求，迫使高等院校教学必须与之适应、衔接与创新。本文提出的知识与技能仿射教学法（Knowledge and skills affine teaching，缩写为K&SAT）就是根据上述的相关问题、针对应用型本科院校提出来的。
二、K&SAT概念
仿射教学法（Affine teaching，缩写为AT）是以讲授某项内容过程的开始为起点、结束为终点，过程（或过程节点）讲解中采用与内容支撑背景、具体实现、不同方向应用及相互关系阐明的不同方式与手段的总称。而K&SAT是对“仿射教学法”更深层次的具体研究，即在“仿射教学法”的基础上，采用以知识导向技能扩展应用、技能唤醒知识拓宽应用方向的一种特殊教学法。
三、K&SAT特性分析
1.目的性。任何一种教学活动都有其目的性，即达到预期结果所要的标准，达到要求所作的规定和设想。K&SAT通过教师教学活动中的理论知识传授，引导学生进行实践训练获得预期的技能，使其能从中认识到一定规律并更广泛地将其延伸。同时在技能训练的过程中，能让学生对理论知识形成更透彻的理解，并能举一反三地拓宽其应用。通过专业系统训练后，不仅能使学生技能满足专业性就业，也能帮助学生完成本专业外其他领域的就业，培养其具有适合多岗的应用研究和实际应用的能力，满足社会相关岗位的需求。
2.实用性。不同于传统的教学法，K&SAT实用性表现在功能、性能和效能上。对于注重培养具有实际应用能力的院校，运用K&SAT，能尽可能地避免学生知识与知识脱节，知识与技能脱节，校园与社会脱节。学生在自主学习的基础上，能更深入地研究理论知识并有效地运用到产品研制或社会实践活动中。这样的教学方式，不仅使学生在某项实际操作中更优化地运用知识，更重要的是，学生能在知识与知识间思考出关联性，扩大实际操作的范围，具有较强的实用性。
3.拓展性。K&SAT的拓展性主要表现在知识对技能的扩展，技能对知识的拓宽。知识是技能的理论基础，技能是知识发展的前提条件。学生只有对理论知识掌握到了一定程度，才不会一味地“依葫芦画瓢”，才能在掌握知识的基础上进行延展性实践。经过一定的实践操作后，学生在技能的形成和巩固的过程中， 就能通过对所学知识的联想与综合， 举一反三， 触类旁通， 达到快捷、高效、扎实的学习效果。
四、K&SAT运用原则分析
1.学生听懂会做的原则。学生听懂会做是一般教学法的基本原则，也是K&SAT的主体原则，是对K&SAT的基本要求。让学生听懂，取决于教师教学的具体方法，例如归纳法、演绎法、分析法和综合法等等，内容丰富，方式多样。学生听懂后能运用到实际操作中，有效完成实践性操作。
2.通俗生动直观简洁的原则。K&SAT的教学过程必须遵循通俗生动、直观简洁的原则，只有这样才能让学生更容易领悟知识，更熟练地将知识合理运用到实际操作中，并通过实际操作完善对原有及相关知识的理解。
3.专业素质技能融合的原则。专业素质是技能的基础，技能是对专业素质的运用。K&SAT通过“知识导向技能扩展应用、技能唤醒知识拓宽应用”，将二者恰当融合，真正使学生充分运用专业知识到技能训练中，使技能达到熟练和完善的同时，更加深了对专业知识的理解。
五、K&SAT运用要求分析
K&SAT的运用，要求教师了解本专业和学科，还需要了解相关专业乃至学科的行业发展，从而拓宽自己的知识面。教师要具有快速丰富的联想能力，通过主题鲜明、仿射恰当、适量有力的课堂教学，通俗、直观、明了地引导学生将知识运用到技能，在技能训练的过程中培养学生的创新能力。
在K&SAT实施过程中，对学生有如下要求：学生能在学习新知识过程中快速回忆已学知识，将新旧知识联系起来；从一开始学习，学生就要对自己未来就业有基本的规划，将理论联系到具体的实际；学生必须跟踪市场技术状态，取市场所需，扩大自己的就业面，市场需要什么就重点掌握什么。
六、K&SAT运用效益分析
我们通过试用K&SAT，其效果主要表现在以下方面：
1、对教师的专业素质提出了更高的要求，提高了教师的教学和科研水平；
2、可以提高学生对专业的兴趣，培养了其工程实践应用能力，拓宽了知识与技能的应用及就业空间；
关键词：翻转课堂；实验研究；应用型本科；微视频
【中图分类号】G40-057【文献标识码】A【论文编号】1009-8097（2015）05-0091-06【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.05.014
引言
应用型本科教育以培养具有较扎实的理论基础、较强的分析问题和解决实际问题能力的应用型人才为目标。实践教学环节有助于培养学生的动手能力和应用能力，在应用型本科高校中占有突出的地位。实验教学是实践教学环节的必要组成部分，提高其教学质量对实现人才培养目标具有重要意义。
长期以来，应用型本科高校的实验教学普遍采用“教师演示，学生重现”的模式，教师常常忙于指导学生的实验操作，较少引导学生探究。学生则过多关注实验结果的正误，较少反思实验方法和结果。由此，学生分析问题和解决问题的能力还有待提高，实验教学对理论教学的促进作用也较为有限。因此，迫切需要研究新的实验教学方法，全面改善教学效果。
从2011年开始，翻转课堂教学模式逐渐在美国流行，并传播到世界各地。它倡导学生在课外通过观看教学微视频自学课程内容，师生在课间参加教学活动和交流互动，学生消化吸收知识。翻转课堂将教师从传统教学方式的讲授任务中解放出来，使他们能集中精力开展教学研究，提高教学效果。同时，学生成为教学过程的主体，教学获得良性发展。翻转课堂为应用型本科实验教学改革提供了新思路。
华中师范大学杨九民等将以微视频资源学习为核心的翻转课堂运用到“现代教育技术”实验课程中，取得了良好效果，但还需具体设计课内实验阶段的交流互动活动，以进一步提高实验教学质量。
一 翻转课堂及实验教学方法
1 翻转课堂的发展和内涵
早在2000年，美国迈安密大学的三位教授Lage，Platt和Treglia在经济学导论课程的教学中，提出了翻转课堂教学方式，即将传统教学模式中课内传授知识的工作转移到课外完成，而将原来课外练习的工作转移到课内完成。教学实践表明这种方式有利于学生成为学习的主体，从而获得个性化的教育。教学微视频的出现则使翻转课堂应用于教学实践成为可能。2004年，SalmanKhan为侄女录制了视频帮助其补习功课，侄女反映视频便于她略过已经掌握的内容，也利于她
翻转课堂的基本思想是采用“课外传授知识，课间内化知识”的策略开展教学。在课外，学生通过微视频自学基本知识，有效实现新知识的原始积累。在课间，教师安排学生开展协作探究式活动，并当面解决学生疑问，促使他们加深对知识的理解。翻转课堂教学模式具有以下优点：
第一，采用微视频引导学生课外自学，效果优于传统教学中教师讲授的方法。首先，教学微视频其实是教师讲课场景的复制品，一旦录制长期保存，可被多人反复使用。用微视频替代讲课，避免教师重复讲解，减少工作量。其次，学生易于根据各自的学习状况和特点，自由控制微视频播放的时间、进度和次数，满足学生个性化需要，从而提升学习效果。
第二，最佳发挥教师辅导学生的作用。在传统教学中，当教师在课内为学生讲解知识点时，由于学生刚接触新知识，还来不及深入思考，此时很少需要教师解答疑问。在课后，学生做练习时，却不能及时得到老师的帮助。翻转课堂调整了教师在学习过程中出现的次序，当学生完成课外自学，取得新知识基础后，教师与学生开展课内教学活动，交流互动，教师协助学生完成知识内化。
第三，翻转课堂的核心在于课堂上的教学活动。建构主义认为，知识是学习者以自身为主体通过意义建构而获得的。意义建构是指深刻认识新知识所反映的事物性质、规律和相互关系，理解知识点的内涵和外延，也即是知识内化。学生只有实现知识内化，才能理解新知识，掌握新知识，并灵活运用它们。翻转课堂采用微视频引导学生自学的根本目的在于，为学生实现知识内化奠定必要的知识基础。同时，微视频免除了教师讲授的任务，使教师能集中精力设计和组织课堂教学活动，促进学生吸收和内化知识，提升学习效果。
2 传统实验教学方法的分析
在传统实验教学模式下，学生通常被要求课前预习实验内容。在实验课期间，教师先用15分钟左右的时间集中讲解实验原理和内容，并演示操作过程。随后，学生独立完成实验，并在课后完成实验报告。这种传统的实验教学方法有以下缺陷：
首先，实验进展缓慢，效率低。学生基于实验指导书完成预习，较难把握实验过程的每个环节，有些学生甚至不熟悉实验仪器。他们操作不够熟练，实验进展缓慢。
其次，开展相同实验的次数多，教师重复讲解工作量大。不同班级可能开设相同实验，每个班级往往需分批进行同一实验，因此实验重复次数多。有些基础课程实验重复量相当大，重复多次讲解相同实验内容的巨大工作量使教师无暇改进教学方法。
再次，教师的集中讲解效果差。学生的接受能力有差别，每次的实验人数又很多，实验老师的集中讲解通常不能保证每个学生都能清楚把握实验方法和要求。
最后，实验过程忽视学生内化知识。实验成绩通常以结果的正误来评定，学生大都只追求完成实验项目，取得正确的数据结果，很少深入思考相关问题。教师经常忙于解答学生的操作问题，较少有技术性指导。因此，师生之间缺少专业知识层面的交流和互动，不利于教学相长。
3 基于翻转课堂的应用型本科实验教学方法
本文根据翻转课堂的优点，设计新的实验教学方法，实施结构如图1所示。在课前，主要通过教学微视频引导学生自学实验原理和操作方法，减轻教师讲解负担。在课内，学生完成基本实验后，教师以思考题为导向，组织学生开展探究活动，强化其理论基础，提高他们解决问题的能力。在课后，学生整理实验报告。以下详细介绍课前和课内的主要活动。
（1）课前活动
①教师根据实验计划编写指导书。对于各实验项目，除原理、步骤以外，指导书还应详细说明要求取得哪些结果和结论，并给出与本实验相关的1-2个思考题，以便课内开展探究活动。
②教师录制讲解实验原理的视频。该视频可采用幻灯片方式加讲解语音的形式，或者板书加讲解语音的形式。同时录制现场操作过程的视频，以使学生能熟悉实验环境。每个视频控制在10分钟左右，充分利用学生注意力最集中的时段，提高学习效果。
③学生观看实验教学视频。学生自由选择观看视频的时间、地点和方式，在最佳状态下高效率学习。学生反复学习教学视频，掌握基本原理，熟悉实验仪器和操作步骤，并记录遇到的问题。
④在完成上述步骤的基础上，学生参考指导书，开展理论分析和计算，规划实验报告，完成预习。针对预习中遇到的问题以及实验思考题，学生通过网络平台相互交流，查找资料解决。
（2）课内活动
①学生完成基本实验。学生在观看教学视频完成预习的基础上，能在半小时左右的时间内完成教学视频所给出的基本实验内容，教师也能在此期间解答学生预习中的疑问。
②开展协助探究活动。该步骤包含两部分内容。第一，学生得到基本实验的结果后，通过相互交流，纠正错误。第二，学生开展探究，解决新问题。教师针对指导书上的思考题，组织学生以3人为一组开展讨论交流。各个小组分别讨论思考题，探讨结论，并在基本实验的框架上，设计和拟订实验方案，并通过实验予以实现。在整个过程中，教师指导和解答学生疑问。该步骤有助于学生深化对基本知识的认识，提高他们分析问题，解决问题的能力。
③展示和交流探究实验结果。各小组独立完成探究活动之后，教师选择2-3个小组为示范小组。各示范小组依次为全体同学介绍解决思考题的依据、实验方法，展示实验结果。针对展示的情况，其他同学对比本组实验方案与结果，讨论和补充改进方法。
④实验效果评价与反馈。经过探究活动、展示和交流后，每个学生首先自我评价自身掌握实验原理的情况，评价基本实验和探究实验采用的步骤、所得结果的情况，并列举本次实验中的优点和不足。然后，针对示范小组，每个学生对其实验方法和结果打分，指出其优点，提出改进意见。教师整理和总结评价材料，进一步改进教学方法。同时，将对示范小组的评价情况反馈给对应小组，促进他们提高实验技巧。学生自评有助于其端正学习态度，提高学习主动性。学生互评能帮助学生正确认识长处和不足，改进学习方法，最终提高其应用能力。
二 翻转课堂实验教学举例
下面以数字图像处理课程中的“图像的傅立叶变换与频域滤波”实验项目为例，具体说明本文提出的翻转课堂教学方法。数字图像处理课程是应用型本科高校电子信息工程专业的重要课程，要求学生掌握通过程序设计开展图像处理的基本方法。本实验的基本实验内容为验证二维傅里叶变换的平移性和旋转不变性，实现图像低通频域滤波，学生应掌握傅立叶变换原理和特性，熟悉图像正、反二维傅立叶变换的程序设计方法。
根据本文提出的教学方法，教师在编写实验指导书的基础上，采用录屏软件录制了讲解原理的视频，以及基本实验操作步骤和讲解的视频。此外，指导书中增加的思考题为：在图像的傅立叶变换域中，零频、低频和高频数据分别代表图像的什么信息，通过实验予以验证。
课前，学生观看教学视频，掌握了图像正、反二维傅立叶变换的基本过程及其程序设计方法，熟悉了常用的读图、傅立叶变换、显示等函数。针对思考题，学生通过查找资料和交流，对实验验证方法也有了初步的方案。
课内，学生独立编写图像处理的程序代码，完成基本实验内容，相互交流，纠正实验错误。之后，学生以3人为一小组，针对思考题，讨论设计方案，分析其可行性，并拟订技术路线。再通过程序设计实现方案，最终给出图像处理结果。
示范小组给出的设计方案主要有两种。如图2所示为其中一种方案的流程图，图2中FFT和IFFT分别表示正、反傅立叶变换。首先，将原图作傅立叶变换，得到频域数据。然后，分别设计2个低通滤波器、1个高通滤波器，其中一个低通滤波器的截止频率接近零频。接着，分别将三个滤波器与图像频域数据相乘，再将乘积作反傅里叶变换，得到滤波结果，实验结果如图3所示。根据处理结果图，很容易得出，傅立叶变换域中的零频、低频和高频数据分别代表图像的平均亮度、概貌和景物边缘信息。
如图4所示为第二种方案的流程图。它的基本流程与方案l一致，只是逐渐增加低通滤波器的截止频率，获得多个低通滤波结果。当截止频率fe很小时，处理结果与图3（b）一致。当截止频率fe分别取为10、20、30、40个像元时的处理结果如图5所示。可见，随着截止频率增加，滤波结果的图片越来越清晰。由此可以说明，零频代表图像平均亮度，低频代表图像的轮廓，高频代表图像的细节。
学生比较以上两种方案，讨论它们的相同点和不同点，就其优缺点发表意见。大部分学生认为方案l的结果更能说明问题，优于方案2。最后，学生开展自评和互评，教师整理打分材料，并将意见反馈给示范小组学生。通过本实验，学生加深了对傅立叶变换本质的认识，牢固地掌握了傅立叶变换和频域滤波的程序实现方法，提高了应用能力。
