[专业课教学中本科生创新素质的培养] 本科生与专科生的素质

　　 [摘要] 随着知识经济的蓬勃兴起,我国的高等教育需要培养具有创新能力和创新精神的人才,而高等教育创新人才培养的关键和基础是本科生创新素质的培养。以“计算机图形学”课程为例,介绍了如何在专业课程教学的诸要素中进行本科生创新素质的培养。
　　[关键词] 创新素质 本科生 专业课
　　
　　根据社会和科技迅速发展的需要,高校培养出的应是具有学习和创新能力,综合素质高的专业人才。不仅专业面宽,更重要的是有开拓和进取的创新精神和素质。本科教育是高校人才培养的基础,专业课是本科教学工作的一个重要环节。如何在本科教育从精英教育转向大众教育的背景下,通过专业课教学环节让学生在掌握专业知识和专业技能的同时,培养学生的创新意识和创新能力,提高学生的创新综合素质,是理工科院校专业课教育改革的重要内容之一,也是每一位专业课教师值得思考的重要问题。
　　一、创新素质培养是新世纪提高我国教育质量的关键
　　中国实现现代化必须落实科教兴国、人才强国战略,培养造就大批创新拔尖人才和素质优良的劳动者。因此,提高教育质量是新世纪我国高等教育改革发展的根本问题。江泽民同志指出:“科学的本质就是创新,创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。”因此,创新素质培养是提高我国教育质量的关键所在,也是我国参与国际竞争并取得成功的关键因素。
　　教育质量的优劣要从其培养出的人才是否满足社会的发展需求来评价,这就要求大学教育中的教学内容和教学方式要适应时代特征。当前,世界已迈入一个以知识经济蓬勃兴起,科学技术高速发展和经济全球化为特征的新时代。新的时代特征赋予教育质量许多新的含义。教授的知识内容,特别是让学生经历什么样的学习过程,能否培养出学生的创新素质是当前评价教育质量的关键所在。如果仍坚持传统的“学会”知识的教育,只是用陈旧和过时的教学内容,对学生施加一个完全模仿和继承前人已获知识的学习过程,即使教的过程如何完美,学生的成绩如何优秀,都不能称之为高质量的教育。当前的教育要更注重“会学”知识,让学生学会学习和具有创新素质。这就要求教学过程不只是学习和掌握已有知识的过程,而应该是一个培养学生认知、实践和创新能力的过程。
　　二、新的创新教育要求
　　当今社会已进入以知识和信息的生产、分配和利用为基础,以创造性的人力资源为依托和以高新技术产业为支柱的知识经济时代。如何培养出具有创新素质的创造型人才,是我国教育现代化的根本目标。
　　国际21世纪教育委员会在向联合国教科文组织提交的报告《教育――财富蕴藏其中》中,明确提出了21世纪教育的四项内容:(1)学会认知,使学习者学会认知的手段、方法,培养继续学习的能力;(2)学会做事,使学习者具有在一定的环境中工作的能力,培养实践能力;(3)学会合作,使学习者具有为实现共同目标而团结合作的精神,培养协作完成跨学科项目的能力;(4)学会生存,使学习者具有适应环境变化,求得自身生存与发展所需的应变能力,掌握信息技术,适应在信息社会中生存。这四项内容和我国倡导的素质教育和创新教育是相一致的。创新教育的目标和关键,是培养具有创新思维和创造能力的人才。创造意味着从无到有。创新具有更新与日臻完善的含义,体现了对现有事物的更新改造的过程。这就要求作为本科生创新素质培养核心环节中的专业课教育,不仅要担负起传授专业知识与专门技能的任务,更重要的是担负起培养学生的学习能力与习惯,培养学生的做事和做人能力,培养学生的创造能力与创新素质的任务。因此,与基础课不同,专业课的教育应该把教学重点从传授知识转移到以研究、探索为基础的教学上来,使学生从被动的知识和文化的接受者转变成参与者和探索者。
　　三、如何在专业课教学中培养学生的创新素质
　　为了在专业课程教学中培养出学生的创新素质,需要加强专业课程教学环节中课程教学要素的建设,即加强专业课的主要教学环节和专业课师资队伍建设。
　　1.加强专业课的主要教学环节建设
　　在专业课的授课中,可以通过在课程讲授、课堂讨论、作业训练、实践训练、考核和教材六个主要教学环节导入注重研究和创新精神的教学方法,来培养学生的创新素质。以《计算机图形学》课程为例,该课程主要涉及如何通过计算机生成、存储、处理、显示、输入和输出图形,其中有许多内容生动体现了科学研究的创新活动,若在教学的主要环节中从注重培养学生创新素质的角度出发开展教学,将非常有利于使学生熟悉科技创新活动的全过程,培养学生发现问题、解决问题的良好思路和习惯,进而训练和培养学生的创新素质。
　　(1)课程讲授
　　在课程讲授环节中,要清楚地认识到专业课程教学的目标不只是对学生施加一个继承前人已获专业知识的学习过程,更重要的是让学生在掌握本专业基础知识的过程中,激发学生的创新意识,培养学生的创新素质和创造思维习惯,使其具有高效、迅速地处理信息的能力,成为具有探究精神和创新意识的主动学习者。
　　陶行知先生说:“发明千千万,起点是一问。”疑问是创新的基础,是创新的起点。以直线段的扫描转换为例。该问题是为了将参数化描述的直线段在光栅扫描显示器上显示出来,必须确定光栅网格上的哪些像素点组成直线。问题的已知条件是直线段的参数描述:即已知线段首末端点坐标,问题的目标是确定光栅网格的哪些像素点(其坐标是整数值)属于该直线。
　　在给出上述问题的描述后,教师可以通过先让学生去思考计算像素点坐标的方法。学生最自然想到的是利用直线方程直接计算,即通过首末端点坐标计算出直线的斜率和截距,通过对首端点的x坐标开始,每次让x加1并带入直线方程求得对应的y值,并对结果进行取整来得到属于直线像素点的坐标值。然后,教师在帮助学生理清上述算法思路的基础上,引导学生找出算法的计算效率缺陷。这需要教师引导学生从其在《计算机组成原理》课程中掌握的计算机中央处理器(CPU)工作的特点出发,找出算法中存在浮点数计算和乘法计算的主要障碍,认识到最符合CPU累加工作原理的就是增量方法,即每步的结果是用前一步计算的结果加上一个增量来得到,进而引导学生从增量计算角度对算法进行改进,推导出符合CPU累加工作原理的数值微分算法,但指出数值微分算法中仍存在的浮点数加法和取整运算这两个影响计算效率的缺陷。在对数值微分法进行更进一步改进的过程中,要让学生坚持增量计算的优点,思考如何采用中点算法来解决数值微分法中浮点数的加法和取整运算。
　　在算法讲授的过程中,教师要善于将自己的研究经验融入到授课内容中,从算法研究的角度,阐明如何进行创新的科研活动,培养学生的“疑问”意识,探究精神和创新素质。使学生从研究的角度理解算法产生和更新的创新过程,参与分析各个算法的优缺点和适用范围,从而对学生进行完整创新过程的思维训练。
　　(2)课堂讨论
　　以教师为主导的课程教授,可以向学生阐明科技创新的活动过程,但使学生具有创新素质,需要引发学生自身的创新需求,使其成为创新活动的主体,让学生依据自己的思维和意志主动地实施自己的创新活动,才能达到目标和目的。杨振宁教授在总结科学家成功之道时说“成功的秘诀在于兴趣”,兴趣是创造性思维活动的先导,为了激发学生的学习兴趣,训练学生提出问题和解决问题的能力,教师可以通过创设“认知冲突”给学生营造讨论题目和讨论情景。比如,在《计算机图形学》的区域连通性概念上,可以通过给出“4连通区域一定是8连通区域”以及“8连通的区域一定是4连通区域”等真假命题,来让学生进行讨论,鼓励学生论证自己的观点。
　　“理愈辩愈明,事愈辩愈清。”在论证过程中,不管学生的观点错与对,老师都要给予学生在思考和论证过程中符合科学创新精神的活动以鼓励和肯定,从而调动学生的主动性,使更多的学生参与思考和讨论。讨论可以让学生经历创新的过程,体验创新的乐趣,培养学生的理性思维能力和口头表达能力,激发和培养学生进行创新活动的自觉性和能动性。
　　(3)作业训练
　　作业是课程教学不可缺少的部分,如何在作业中培养学生的创新素质,不是简单地让学生“照猫画虎”的进行授课内容的简单重复,需要教师在作业的选题、批改方式以及习题评讲等方面,都要强化定论和争论相统一,强化守成与创造相统一。
　　例如,在《计算机图形学》的坐标变换内容中,一个复杂的变换往往可以通过不同的基本变换组合来完成,这样的题目存在总体目标的一定性和解题思路的多样性。作业的求解中,要提倡学生开放式的思考和解答,作业中的多种思路反映了学生思维的积极性和创造性。在作业的评讲中,要创设学生参与的民主和探讨性的课堂气氛,鼓励学生进行评讲,探讨解题的新思路,并通过让有代表性的学生板书其作业和讲解解题思路,来激发学生的参与兴趣,锻炼学生的表达能力。教师可以指出学生思路的新颖之处和思维闪光点,激励学生积极进行独立思考,发展创新思维。
　　(4)实践训练
　　陶行知先生提出的的“教学做合一”思想是强调“做是学的中心,也是教的中心,要在做上教,在做上学。”实践训练是培养学生创新素质重要且不可缺少的环节。在专业课的实践环节,可以由教师拟定或学生自己提出一些可行的实践题目,由学生按照自愿原则组成小组,进行相关技术文献的查找,阅读和理解,共同完成题目的设计、实现和技术报告或论文方式项目总结,并按照给出的演示文档的模板,启发每个学生对自己的工作进行简明扼要的口头答辩。例如,在《计算机图形学》的实践环节中,教师可以让学生组成小组去实现不同的区域填充方法或图形裁剪方法。这种小组分工合作,独自答辩的实践形式,可以让学生在小组中达到自我学习,彼此帮助,激发学生的创新意识和创造精神。既鼓励了学生发挥自己的特长、思维和表达能力,又培养了学生与他人友好相处的处世本领,使学生在学会在做事的同时学会做人。
　　(5)考核
　　在专业课的考核中,要体现重视学生进行创新活动的因素,科学地分配课堂讨论、作业、实践和最终考核等阶段成绩在课程总成绩中的所占的比例,并且在最终的课程考核中,要提倡开卷,部分开卷,口试以及论文等多样化的考核方式。在考核的内容中,要避免成为对课堂教学内容的简单重复,不要侧重于对知识机械记忆的题目,要增加提高学生对基本理论灵活运用能力,分析问题和解决问题能力以及对本专业知识深层次理解的题目。通过对考核方式和内容的改变,引导和激励学生的独立思考和创新意识。
　　(6)教材
　　课程教材建设要及时反应当前的专业进展,跟踪国内外高水平高校的专业课教材建设,由专业课责任教授对采用的教材和教学参考书进行把关,选择适合和体现本学校本专业研究方向特色的教材。同时,在专业课中要鼓励采用参考书制度,使学生能自主灵活地选择合适的参考书,并能通过查阅在理论或实践方面各有所长的不同参考书,激发学生的学习兴趣,培养学生的自学能力。
　　2.组建责任教授为主导的具有科研经验、创新和敬业精神的骨干教师队伍
　　首先,为保证专业课程的授课内容能及时更新和与时俱进,保证能在内容中体现出当前本专业领域的技术研究前沿和热点,进而激发和调动学生的学习兴趣,需要以活跃在本专业学术研究前沿的教师为课程的责任教授,由其来负责及时和适当地更新授课内容,使之反映了当前学术研究前沿和热点。更重要的是,责任教授可通过在授课内容中添加该教师所在学术梯队的学术研究成果介绍,通过在授课内容中适当加强对本学术梯队所在研究方向的内容,建立起具有各自学校特色的专业课程,进而吸引更多的具有创新素质的优秀本科生,通过实践或读研究生的方式来加入到本学术梯队的研究活动中。
　　其次,建立责任教授为主导的、具有科研经验、创新和敬业精神的骨干教师队伍来担任专业课程的讲授任务。专业知识的传授和创新素质的培养,都是在一个特定的人格背景下进行的,专业课教学活动的完成质量依赖于教师和学生之间的交流水平,高质量的专业课教学需要具有科研经验,特别是具有创新和敬业精神的教师队伍。专业课教育的要素不仅包括知识、技能、学习、还包括情感、意志和个性。因此,专业课教学不仅要向学生传授专业知识,使之形成技能,提高学生的能力,使之学会学习,而且需要陶冶学生的情感、磨练学生的意志和发展学生的个性。缺少了创新和敬业精神的情感陶冶和意志磨练,不利于培养学生的求知和创新欲望,不利于养成学生克服困难的勇气、决心和毅力。
　　一位具有科研经验的教师,将会培养学生的基本科学素养。但更重要的是,一位具有科研经验,创新和敬业精神的教师将会以自己在研究工作上的探索精神和一丝不苟的科学态度,精湛到位的教学技巧,独特见解的思维方式,认真负责的工作态度和敬业精神,激发和培养学生对自己未来职业的热情和崇高的使命感。因此,品德高尚、敬业持重、博学进取、举止得体、严谨治学的教师带给学生的将是最生动,最具体和最深远的影响。
　　四、结束语
　　创新教育已成为我国高等教育改革的主旋律,培养创新人才是高水平大学建设的根本任务和历史使命。中国工程院原院长徐匡迪院士在一次教师节大会上说:“教育是事业,事业的意义在于献身;教育是科学,科学的价值在于求真;教育是艺术,艺术的生命在于创新。”教师作为专业课创新活动的发起者、设计者和引导者,在本科生的创新素质培养中起着关键作用。为此,首先,需要教师要明师志,乐教爱生,把传承知识、塑造心灵、指路引航当作人生的最大乐趣,成为学生创新素质培养的促进者;其次,是要修师德,高尚的师德,是对学生最生动、最具体、最深远的教育;最后,要练师才,教师要树立终身学习的观念,不断拓宽知识视野,更新知识结构,不断提高教育科研能力。
　　
　　参考文献:
　　[1]吴疆,陈瑛,丁禄河.现代教育技术教程.人民邮电出版社.
　　[2]袁德宁.关注宏观层面的教学质量 推进“研究型”教学方式.中国高等教育,2002,(6).
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