随着“科教兴国”战略和建设“创新型社会”这一重大治国理念的提出，培养具有创新意识和科研能力的人才成为所有教育机构的第一要务，而作为培养未来教育工作者的师范院校更应肩负这一重要的责任。因此，如何培养具有创新意识和科研能力的师范生就成为师范类院校的一项重要工作。

近年来，许多学者对如何培养大学生的创新能力和科研能力进行了研究，得出了一些有用的结论。李杰、罗洪、杨金华^[1]针对我国大学生科研素养现状进行了调查，结果显示我国大学生科研素养现状非常不乐观；王靖、李庆刚^[2]研究了如何通过加强实践教学环节，培养学生的创新能力问题；刘兴太^[3]给出了影响大学生科研创新能力的因素及培养大学生科研创新能力的有效途径；张桂芝、陈延斌^[4]从开设“科研训练与论文写作课程”方面提出了培养学生科研素质的方法；李菁菁、陈娴等^[5]提出以教师科研课题为载体的大学生科研素养培养模式；刘兴亚^[6]从培养创新型教师、加强实践教学工作、增加实习基地建设、开展科技创新活动等方面给出大学生创新能力培养的关键环节；夏婷^[7]认为，大学生科研意识淡薄，使科研活动出现表面热热闹闹，实际“小打小闹”的局面，并指出落后的科研方法影响着学生的科研业绩；金美福^[8]提出“师范生教育科研能力养成教学”这一概念，师范生教育科研能力的培养是这种教育模式的主要目标，并提出了教学的基本程序；康卫国^[9]提出参与教师科研和申报符合自身条件的科研课题的培养机制，师范生教育科研能力培养应重视教育实践环节，并在科研实践中得到锻炼和提高；李雨健、朱大明^[10]提出了基于导师制的科研能力培养模式，即发挥导师的主导作用，以科研为纽带，引导学生参与课题研究，从而培养师范生的科研能力；莫丽琴、胡友根^[11]给出了大学生创新能力培养的文化阻滞及其对策研究，指出经验性的应试教育模式、大众文化、通俗文化阻碍了大学生创新能力的培养。

以上研究都是从某个方面进行研究，同时缺乏具体可行的评价机制和措施保障。本文将在前述学者研究的基础上，根据笔者多年的教学经验，以物理学专业师范生为例给出培养师范类本科生创新意识和科研能力的途径。

我国现有教材的编写都是以成熟的知识、已经定性或定量研究的知识为基础编写的，对于一些不成熟的、有争议的或有待解决的问题，教材上都不阐述。另外，教材上的习题也主要是针对一些原理和公式的具体应用方面的习题，难度相对较小，学生在做习题时不需要查阅大量的文献资料。这种教材的编写方式对学生的创新意识和科研能力的培养非常不利。因此，为适应创新教育的要求，教材编写应从以下两个方面进行改革。

在教材中编入研究性习题，即需要查阅大量文献才能完成的习题或将某一部分知识浓缩为一道习题，在我国早期教材和许多国外的教材中都能见到。如我国著名物理学家王竹溪编写的《热力学》教材上就有许多这样的习题：(1) 一圆筒中有一活塞把它分为两部，一部分装有N₁克分子气体，另一部分装有N₂克分子气体，两部分最初的压强及体积各为P₁、V₁及P₂、V₂。令活塞自由运动使两部分的气体达到平衡态，假设圆筒与外界是绝热的，并假设气体是理想气体，它的两种比热的比γ是常数，求最后的共同温度及压强，并计算熵的增加值。^[12]121(2) 求范氏气体在等面积法则下所定的两个点P和Q的轨迹，并求蒸汽压方程。^[12]174美国学者瑞夫在他所著的《统计物理学》一书中也有许多这样的习题，如习题3.6^[13]190-191理想气体的压强(量子力学计算)，考虑质量为m的单粒子，装在边长为L_x、L_y、L_z的箱子里，假定这个粒子处于由三个量子数n_x、n_y、n_z的特定数值所指定的特定量子态r，这个态的能量就由$E = \frac{{{\pi ^2}{h^2}}}{{2m}}(\frac{{n_x^2}}{{L_x^2}} + \frac{{n_y^2}}{{L_y^2}} + \frac{{n_z^2}}{{L_z^2}})$给出。当粒子处于某一特定态r时，它沿x方向在箱子右壁(即容器x=L_x)上施加力F_r，那么这个器壁就给粒子施加－F_r的力(即在－x方向)。如箱子的右壁缓慢地向右移动一个量dL_x，于是对这个态的粒子所做的功为－F_rdL_x，它必须等于这个态中粒子能量的增加量dE_r。于是有

因而r态粒子所施加的力F_r与这个态粒子的能量E_r的关系如式(2)

这里取偏微商是因为长度L_y和L_z在推导式(2) 时假定保持恒定。

(a)用式(2) 和能量的表示式，计算当粒子处于给定n_x、n_y和n_z值所确定的态时，粒子对右壁所施加的力F。

(b)假定粒子不是孤立的，而是许多粒子中的一个，这许多粒子组成封闭在容器内的气体，这个粒子能微弱地与其他粒子相互作用，因而可以处于由不同值n_x、n_y和n_z所表征的大量许可态的任一态中。试用$\overline {n_x^2} $表示粒子施加的平均力F。为简单起见，假定箱子为正立方体，从而L_x=L_y=L_z=L；于是状态的对称性就意味着$\overline {n_x^2} = \overline {n_y^2} = \overline {n_z^2} $。用这个结果将F和粒子的平均能量E联系起来。

(c)如果气体中有N个类似的粒子，由所有粒子所施加的平均力显然就是NF。由此证明气体的平均压强P就简单地由式(3) 给出

(d)注意结果(3) 与根据经典力学的近似论证所得的结果一致。

以上3个习题都属于研究性习题，其中前两道题的完成要求学生必须查阅一定数量的文献，这样既培养了学生的文献查阅能力，也培养了学生的科研能力。第三道题要求学生按照题中的提示，在阅读相关书籍并掌握一定知识的基础上才能完成，这些都有助于学生创新意识的培养。

学生在学习过程中，往往缺少科学性的思维方法，对一些知识的来龙去脉了解不够，因而对知识的理解不够准确；有些学生在学习中不能发现问题，提不出问题，认为学科发展得已经很完善，事实上提出问题比解决问题更难。因此，在教材中编入本课程中历史上有争议的问题和有待解决的问题就显得非常重要。许多国外教材都有这方面的论述，苏联学者И.П.Баэаров在他的《热力学》教材中用一章内容介绍了热力学研究过程中有争议的问题。^[14]271-305苏联著名物理学家朗道在他的《统计物理学》中给出了一些有待解决的问题，如在熵增长定律中写道：“因此，在量子力学中，时间的两个方向具有物理上的非等同性，因而很可能它的宏观的表现就是熵增长定律。但是直到现在还没有人能够多少令人信服地探索出这一联系并证明其确实存在。如果熵增长定律的来源确实如此的话，那么必定存在一个含有量子常数h的不等式，它既保证这个定律的正确性，又能在现实世界中得到满足。”^[15]327-328在临界点中写道：“在包含临界点本身在内的AKB曲线上，物质的热力学量没有任何数学上的奇异性，以致这条曲线只由${\left( {\frac{{\partial P}}{{\partial V}}} \right)_T}$变成0来表征。但是实际上在这条曲线所限制区域内，均匀的物体根本不可能存在，我们完全没有理由预料这条曲线就是一条热力学量奇点的曲线。但是直到现在还没有人弄清楚这种奇异性的特性，并且也不知道它对上面所阐述的理论的主要结果有什么影响。”这些论述不仅使学生通过了解人们对问题的争论，掌握科学的、创新思维的方法，通过了解有待解决的问题激发学生的科研兴趣，而且可以及早地培养其科研精神。

方法决定成败，好的教学方法，对于人才培养非常重要。传统的教学方法主要采用灌输式，以教授学生基本知识、基本技能以及应用所学知识解决一些基本问题为目的，对于如何培养学生的创新意识和科研能力根本无暇顾及。为了培养学生的创新意识和科研能力，必须改革传统的教学方法，引导学生进行创新思维和科研能力训练。

大学教育不同于中学教育，除教给学生知识外，还要教给学生获取知识的方法，而利用已知知识获取新的知识，本身就是一种创新，如果教师在教学中经常引导学生进行这方面训练，对于培养学生的创新意识是非常重要的。笔者根据多年的教学经验，给出了培养学生创新学习能力的五种方法，即深刻理解，寻找知识的内在结构体系；大胆怀疑，批判地接受新知识；另辟蹊径，寻找描述问题的其他方法；拓展思维，寻找新的研究问题；勇于创新，寻找处理问题的新方法。^[16]在教学中应该引导学生对问题进行全面思考，另辟蹊径，寻找描述问题的其他方法，其实这也是一种创造性学习过程，通过这种工作，或许能给出描述问题的一种更简便的方法。教材在讲授某些问题时往往从某个方面进行研究，通过对这一问题的研究向其他方面辐射或推广，这就给学生创新性学习能力的培养提供了一个重要的途径，只要正确引导学生进行拓展思维，就能寻找到许多新的研究问题。例如在理论力学教学中，教材研究的问题大多都是在惯性系下，如果引导学生将其推广到非惯性系下，就可引申出许多问题供学生研究，如非惯性系下的虚功原理及其应用、非惯性系下基本形式拉格朗日方程及其应用等。

研究性教学模式以教师的研究性教学和学生的研究性学习相结合，努力营造教师、学生共同参与的教学氛围，使教师在教学中进行研究、在研究中进行教学，使学生在学习中研究、在研究中学习，让学生明白学习是研究的基础，研究是更深层次的学习，以培养学生的科研能力。

研究性教学模式的实施重在研究，这个研究包含两个方面：一是教师要研究，二是学生要研究。学生要进行研究，就必须具有一定的知识储备和研究热情，这就要求教师必须对基础知识进行精讲，要动员学生积极参与科学研究，同时还要引导学生学会查阅文献资料。教师进行研究，就要求教师不仅要给学生讲授教材要求的知识，还要研究教材，通过拓展思维，帮助学生设计出难易适中的研究性课题。笔者在讲授热力学统计物理课程时，根据该课程特点，将一些知识难点、不成熟的问题、与该部分知识有关而教材没有涉及的问题、理论的应用和拓展等有意识地提出来，并设计成研究性课题，提供给学生选择。^[17]如，吉布斯佯谬及其解释、理想气体直线过程的讨论、关于推广范德瓦耳斯方程的讨论、任意热力学过程吸热和放热的判定、以广义范德瓦尔斯气体为工质的卡诺循环效率的计算、中国股市涨落规律的统计物理学研究等。这样既使学生了解到学习知识的重要性，亲身体验了科学研究的艰辛和科学研究的快乐，又培养了学生的科学研究能力。

在教学中，教师应根据课程特点，积极引导学生进行科技小制作、电子设计等活动，培养学生的发明创造能力。物理学是一门应用性非常强的学科，许多理论知识都可应用于生产和生活之中。例如在力学讲授了流体力学之后，可以让学生自己设计、利用身边现有材料制作一个潜水艇；在讲授了电磁学的电磁感应后，可以让学生制作一个小型发电机；在讲授完电子技术课程后，可让学生利用所学知识制作电子密码锁、电子中医诊断系统等。笔者在讲授电子技术基础课程时，曾指导1名学生完成了智能指南针的设计，其设计出的智能指南针除具备指南针的功能外，还有温度、湿度和定位显示系统，并有数据传输功能。除教师的引导外，学校还应定期举办科技制作、电子设计大赛，积极引导学生参与科研活动，同时对好的制作、好的设计进行奖励，以激发学生的科研兴趣。

为了帮助学生搞好科研工作，应该给学生开设一些创新和科研训练类课程^[4]，如文献检索、科研训练与论文写作、创新学等课程，重点讲授科学研究的基本知识，进行系统的科研训练，全面培养学生从事科学研究的基本素质和基本技能。这些基本素质和基本技能包括文献资料、科研资料的搜集、检索、分析和利用能力，论文选题能力，实验方案的确定和实验操作能力，学术观点的提炼能力，论文提纲拟定、表格与图谱的制作能力，论文撰写和修改能力，科研项目申报、实施能力，论文答辩能力等等，为学生进行科研工作做好准备。

传统的考试模式以笔试为主，主要考查学生对基本知识、基本概念和基本运算的掌握程度，这对于中小学学生是可行的，因为他们还处在基础知识的储备阶段，但对于大学生而言，他们已经具备了一定的基础知识，尤其是高年级学生，基础知识的储备已经基本到位，已经具有一定的创新意识和科研能力，因此考核发也应向这个方向靠拢。

为了培养学生的创新意识和科研能力，可以根据课程特点，采用多种多样的考核模式。对于基础课可继续采用笔试形式；对于一些理论性强、难度相对较大的课程可采用大作业或小论文的形式，对于大作业或小论文可通过课程组教师进行答辩，符合要求者方能通过，并且根据写作情况进行打分；对于一些应用性较强的、易于动手的课程可采用制作、开发产品的形式，例如对于电子技术类课程可采用电子制作来完成考核，这就要求教师在课程一开始，就要向学生讲明考核形式，及时督促学生向该方向努力，做到在学习中科研、在科研中学习的互赢教学考核模式。

美国、法国和德国等在培养学生创新意识和科研能力方面都做了大量工作，并取得了显著的成效，这些成果的取得都源于他们制定了相关切实可行的法律法规以确保此项工作的实施。例如美国在1980年通过了《Stevebson-Wydler技术创新法》，1989年又出台了《2061计划》，这些教育政策始终注意引导和发展学生的创造意识与创新能力培养。法国在1999年颁布了《创新与研究法》，为高校坚持以创新求质量，以创新求发展奠定了基础。德国自1998年开始实施“大学生科研津贴制度”，以鼓励和支持大学生参加科研活动。因此，我们应该借鉴他国经验，建立适合我国国情的制度和法律，为培养学生创新意识和科研能力提供保障。各高校也应根据自己的实际情况制定相应的制度、提供相应的设备，如建立大学生创新实验室，将实验室对学生的创新和科研全面开放，也像德国那样设立“大学生科研津贴”等。

建立合理的考核、评价机制对于培养学生的创新意识和科研能力是非常重要的，高校应建立切实可行的考核方式及合理的评价机制，确保学生创新意识和科研能力培养的长期实施。现在各高校都对教师的科研进行量化考核，但对于教师在教学中如何培养学生的创新意识和科研能力以及培养效果却从未进行考核，考核学生对专业课的掌握程度却未考核学生的创新能力和科研能力，这些都严重制约了学生创新意识和科研能力的培养。高校不仅要教师自己搞科研，而且要督促、引导学生搞科研，同时把培养学生创新意识和科研能力贯穿于整个教学过程当中，将教师教学过程中学生的科研创新成果纳入教师的教学效果考核之中。对大学生在创新活动和科研活动中所取得的创新成果和科研成果给予奖励或设立创新和科研学分，把大学生参加创新活动和科研活动作为其完成学业的一部分，给予学分奖励，有条件的高校可要求学生在毕业前必须完成相应篇数的学术论文或科技制作，促使学生投身到创新活动和科研活动之中。