本科生科技創新培養模式初探與分析

吳　際　劉　超

摘 要:本科生科技創新能力培養是本科生培養的一個重要方面,在國家大力提倡科技創新的背景下,加強本科生科技創新具有重要的意義。本文結合北京航空航天大學的特點,基于作者近三年來的本科生科技創新培養實踐,提出了一種便于操作和有效的科技創新培養模式。

關鍵詞:本科生科技創新;培養模式;馮如杯

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1 本科專業的培養目標與指導思想

北京航空航天大學計算機學院的本科教學指導思想可簡要歸納為“強化基礎、突出實踐、重在素質、面向創新”,在這樣的指導思想下確定了注重英才培養,兼顧大眾教育的辦學策略。在全學院的本科生教育中,營造探索為本的學習氛圍,創建研究為本的學習環境,倡導創新為本的學習精神。以重點實驗室為主要培養基地,發揮重點實驗室的主導作用,為本科生感悟科技探索、研究和創新提供了實踐環境;通過學院的系列科技創新鼓勵計劃,激勵本科生廣泛參加學校“馮如杯”、國家或北京市學科競賽以及國際科技競賽,為本科生參加科技活動,培養創新素質和探索精神提供了實踐舞臺。

事實上,不僅僅北京航空航天大學,全國很多高校現在都非常重視科技創新,重視培新本科生的創新意識。由此可見,現階段的中國大學本科專業教學既強調專業基礎,同時也強調創新能力的培養。從創新角度來說,專業基礎是基石,沒有扎實的專業基礎就不可能有真正的創新。然而,僅僅有扎實的專業基礎并不能保證出創新。北京航空航天大學現行的本科教學大綱主要針對專業基礎的教學制定了詳細的計劃,對科技創新能力的培養則相對缺乏清晰的規劃。實際上,這也是目前很多高校的共同特點。雖然重視對本科生的創新意識培養,但是在實際操作上還缺乏有效的措施。

“馮如杯”是北京航空航天大學的一個校級學生科技比賽項目,從1990開始至今已舉辦了18屆。在歷屆“馮如杯”上都涌現出了不少讓人眼睛一亮的科技作品,如仿生魚、三維條形碼等項目。2008年以前“馮如杯”一直冠以“學生課外科技活動”,其理念是鼓勵本科生在課外時間基于所學習的課程知識,深入社會發現并解決存在的現實科技問題。“馮如杯”在促進北京航空航天大學本科生熱愛科學、積極創新精神等方面發揮了非常積極的作用。從2008年開始,正式把“馮如杯”的“課外”二字去掉。這反映出學校在學生科技創新培養方面的變化,即把學生科技創新能力的培養提到了更高的層次,而不只是學生的自發或者業余時間的行為。因此,學校在后續的教學改革中,一定會在如何培養本科生科技創新能力方面有更多關注,也會催生出一系列的具體操作辦法。在這種背景下,結合論文作者這兩年指導本科生參加“馮如杯”科技競賽中所積累的一些體會,撰寫該文章。

2 本科生科技創新內涵和北航現狀分析

黨的十七大報告提出,提高自主創新能力,建設創新型國家。高等教育擔負著培養創新型人才的重要責任。學生科技活動對于提高學生科技創新能力,培養拔尖創新型人才具有重要意義。現代高等教育遵循素質教育方針,學生科技創新活動是全面素質教育的重要載體和有效途徑,是課堂教學自然和必要的延伸,是高等教育整個學生培養環節中重要的有機構成部分。支持和鼓勵學生參加各級各類學生科技創新競賽,對于擴大北京航空航天大學的影響力,展現北京航空航天大學的教育教學水平具有重要意義。

科技創新是一種綜合實力或能力的應用過程和結果。什么是本科生科技創新?就是指本科生從不同的角度識別出新的科技問題,綜合運用所學的專業基礎知識給出相應的解決方案或設計,并給出最終的實現原型。在這個過程中,本科生將能夠在問題分析、領域調研、研發能力等方面得到有效的鍛煉。一般而言,本科生科技創新不必要求解決非常難的專業問題,也不強調太大的工作量,但是強調創意和將來的實用前景。這是因為,難度過大的專業問題或者工作量過大的問題都不適合本科生來解決。不少本科生誤以為實現一個有難度的系統就是科技創新,其實那只是一種實踐鍛煉,并沒有什么創新。比如,一個學生實現了一個文本搜索引擎,而該搜索引擎與現有的搜索引擎相比并沒有體現出值得一提的創新點,則就不能稱為科技創新。因為,學生沒有能夠針對搜索引擎提出自己的問題和解決方案,更多的是在模仿現有的東西,雖然工作量很大。再比如幾年前著名的“百狗”搜索引擎的例子,就是一個很好的搜索引擎創新。人們通常都是到搜索引擎提供的網頁來搜索信息,因此一次只能使用一個搜索引擎所提供的服務。“百狗”的創新之處在于把Baidu和Google的搜索集成到一個頁面,使得用戶可以同時使用兩個搜索引擎,并能比較、分析和利用兩個搜索引擎返回的搜索結果。“百狗”的工作量不大(甚至是比較小),但是受到了人們的關注。

因此,本科生科技創新的內涵主要包括:(1)具有創意的問題提出;(2)使用合適的技術來設計與實現;(3)與別人的解決方案的綜合對比分析。其中第一點是最關鍵的,也是決定性的。一個好的創新首先體現在其要解決的問題上,然后才是解決問題的技術。通過對北航計算機學院前幾年“馮如杯”項目的綜合分析,我們發現大多數創新項目的失敗主要是沒有能夠提出一個具有說服力和新穎性的題目。很多學生自以為自己所要解決的問題是有創意的,但其實別人早就發布了相應的解決方案。這也反映出本科生在相關領域現狀調研和綜合分析能力的不足。事實上,現在很多研究生在這方面也具有明顯的不足,碩士生在論文開題時說不清相關領域最新研究成果的事情并不少見,這說明高校需要在相關方面進行改進或者改革。在有了一個有創意的問題之后,必須要能選擇合適的技術來設計并實現,否則也就是空談罷了。如何針對問題的特點以及領域的狀況選擇合適的技術來解決問題是一項重要的能力。舉個例子,本人去年指導的一個學生要做一個面向小區域(如社區、學校、旅游點等)的信息交換和共享網絡。這個問題是具有創意的,因為在小區域內某些信息和事件只有這個小區域內的人才會關心(如校園內教室的使用情況),因此這些信息不會有人發布到Internet上,因此這個區域的人就難以通過互聯網進行信息的交換和共享。該同學設計的方案是基于藍牙通訊技術,使用智能手機進行智能動態組網,從而實現處于某一小區域內的人通過手機交換和共享信息。然而,由于手機開發平臺的技術障礙,該同學并未能如期實現該方案,因此未能完成該項目。在設計與實現之后,必須要通過與相關的產品進行對比來凸現方案的創新點。事實上,學生科技創新開發的作品不可能真正超過那些發布運行的產品。如何進行對比分析就非常關鍵。再舉個例子,2007年的學校“馮如杯”比賽,本人指導學生做的基于多維聚類的元搜索(該項目獲得了一等獎),是要過濾搜索引擎返回結果中的重復或相似網頁。然而過濾效果的好壞卻很難在理論上給出嚴格的說明,必須要找到若干組具有展示度和說服力的例子,并與Google和Baidu這樣的頂尖搜索引擎進行對比。經過大量的實驗分析和實際使用,我們積累了很多具有說服力的實例,使得該項目的創新性和實用前景得到了認可。

一直以來,中國的高等教育主要還是“填鴨”式教學,學生在發現問題和分析問題方面得到的鍛煉相對較弱。北航計算機學院在本科生培養上非常注重基礎理論和動手實踐能力的訓練,但在創新意識和能力培養上則顯得相對有些不足。目前,本科生能力培養手段主要包括課程教學和作業、大實驗和畢業設計三個環節。由于要照顧到龐大的學生整體,因此這三個環節教學都無法提出指標性的創新要求,很少會有開放性的題目留給學生去獨立完成。本科生創新能力的培養還主要是一種“自學”的方式,學生自發參加各類比賽,遇到技術困難時才找認識和熟悉的老師進行指導。

3 本科生科技創新培養模式分析

通過以上分析可知,本科生的科技創新能力主要包括:(1)科技/科學問題識別能力;(2)問題現狀調研和綜合分析能力;(3)方案設計能力;(4)方案實現能力。從本科生培養的角度來看,這四方面能力的培養也是課堂教學的關注點。因此,本科生科技創新能力培養也自然是本科生培養的一個重要環節。基于本人幾年來在指導本科生參加科技競賽方面積累的經驗,提煉出了如下的本科生創新培養模式:依托創新團隊的四步驟創新培養模式(圖1)。

這種創新培養模式的核心是創新團隊。直觀上說,是有一個團隊在指導本科生從事科技創新,而不是單獨一個老師在指導。創新團隊的組成包括指導老師和形成梯隊的本科生。創新團對的核心價值就是每個同學都面臨著“我為這個團隊貢獻了什么”的問題,這使得每個人都在平常的學習和生活中主動去思考和發現創新問題、去分析當前某個方案的不足等。這種積極性調動方式非常受學生的歡迎,他們感覺自己真正是創新的“主體”,自己對要做的創新研究“負責”。下面分別論述依托于創新團隊,如何進行創新題目的選擇,如何進行領域分析,如何進行技術設計和如何展現創新成果。

3.1 創新題目的選擇

對于本科生科技創新而言,選題是決定性的關鍵環節。是否具有創新,是否具有將來實用的可能性,從題目就能判斷出大概來。基于作者近年來參加的學院“馮如杯”項目審查實踐,發現目前本科生在選題上相對很薄弱,迫切需要老師的指導。

一般來說,創新選題有四種模式:(1)學生自由選題;(2)依托教研室或指導老師的科研項目或研究興趣選題;(3)依托科技競賽指南選題;(4)面向領域研究熱點選題。這四種選題方式各有各的特點,但也都存在一些問題。對于學生自由選題而言,其優點就是能夠充分調動學生的積極性和熱情,但缺點是學生自己選題的效果和效率往往不理想。受所學知識有限、知識面相對狹窄等因素的限制,大部分同學往往長時間也找不到一個有創意的題目;對于依托教研室或指導老師的選題,其優點是題目的背景清楚,將來的實用前景有保證,缺點是這種題目雖然技術特點明顯,但在創新性上往往都顯得不足。因為實驗室課題的創新主要是依靠博士生和碩士生來完成,對于本科生來說往往太大、太難;對于依托科技競賽選題而言,優點是方向很明確,如微軟的ImagineCup比賽,缺點是這類比賽要求較高,對題目的質量要求也很高,而且要求學生對相關公司的技術要有深入的了解;對于面向領域研究熱點選題而言,優點是容易找到創新點,缺點是難度一般都很大。

綜合北航計算機學院本科生的特點,我們依托于創新團隊,采用混合的模式來選擇創新題目:即瞄準高水準的科技競賽→個人自由選題→小組討論確定的三步驟方式。我們關注的科技競賽包括:北航“馮如杯”、全國挑戰杯、微軟的ImagineCup,Google的Summer of Code,IBM的SOA競賽等。之所以關注這些競賽,一是因為學生很重視,二是這些比賽的水平相對都很高。每年我們都會關注這些比賽的相關情況,根據實際情況組織團隊參加比賽。針對這些比賽的具體情況,我們鼓勵學生根據自己的興趣和愛好提出候選題目,并要求在小組會上進行闡述和分析,只有通過小組會的審議才可以真正作為比賽題目。事實上,提出創意題目是一個平時性的任務,要求創新團隊里的每個成員都要能夠經常思考這個問題。

3.2 領域分析

在確定了一個創新候選題目后,就需要組織一個小團隊,通常以提出題目的人為小組長,大家自由報名參加該團隊。小組長也可以再去找一些熟悉的同學來參加。這個小組團隊的第一個任務就是領域分析。領域分析的目標主要有兩個:一是了解相關領域是否已經有了相應的產品或概念,二是了解和所提出的創意選題有關的產品和技術的特點。因此和科研項目所要求的領域分析不同,本科生創新的領域分析要點是當前領域的產品狀況、以及是否有類似的概念等,一般不會去深入關注某個問題的學術論文情況。這就要求本科生能夠熟練通過搜索引擎來尋找相關產品信息、概念以及相關學術論文等。由于目標明確,這對于鍛煉和培養本科生的信息檢索能力有非常好的效果。

是否具備好的歸納能力也是領域分析的重要因素之一。基于我們的觀察,很多本科生都能夠很快找到市場上有哪些產品和創意選題相關,哪些技術與其相關等。但是在歸納這些產品或技術的特點上,就往往顯得很不足。事實上,在領域分析的基礎上,調整選題的側重點是經常的事情。如果不能對相關產品和技術進行很好的歸納,就無法有效確定自己創意的核心目標。有時通過領域分析能夠發現現有的產品或技術的不足之處,也能激發出新的創意。

3.3 技術設計

再好的選題,如果沒有扎實的技術實現,也就只是空談和暢想了。對于本科生科技創新而言,技術設計能力的培養是基礎。本科生科技創新項目的技術設計難度和工作量一般來說需要多人配合才能完成,因此團隊成員之間的協同就變得格外重要。從指導老師的角度來看,主要工作就是一方面要給團隊提供必要的環境和技術保障,另一方面就是做好規劃和進度檢查工作。

通常由于指導老師的教學和科研任務比較重,因此在技術設計環節常常不能投入很多時間。而一般本科生由于在技術方案的把握和技術難題的解決上常會遇到一些問題,這些問題的順利解決對于提高本科生的信心和團隊認可以及團隊凝聚力都很重要。因此,指導老師有必要安排一些高年級的本科生或者技術比較擅長的研究生來承擔部分指導任務。

3.4 展現

如何向別人介紹自己的科技創新作品,讓別人理解并認可,是一個非常重要的部分。不同的人對于問題的理解不盡相同,因此如何抓住一個創新的核心價值,并輔以圖文并茂的介紹和緊扣主題的演示是關鍵。基于學院“馮如杯”項目的審查實踐,我們發現本科生目前普遍比較缺乏這方面的能力。在介紹其作品時,主要存在這樣幾方面的問題:(1)所解決的問題/定位不清,這反應在選題時就沒有想清楚;(2)科技創新的價值分析不夠清晰,導致誰會關心該創新交待不明;(3)與現有產品或技術的比較點選擇不當,導致無法展示出其優勢;(4)介紹中(如PPT報告)所聲稱的特點和優勢在演示中并沒有很好體現,導致“說的和實現的不一致”感覺;(5)技術方案介紹抓不住重點,給人感覺技術特點不鮮明。

北航計算機學院所安排的“馮如杯”審查/檢查是一個非常好的機制,指導老師可以把這個安排納入到相應的指導中。實踐表明,學院安排的審查中所提出的很多問題如果能夠較好地回答或解決的話,相應的創新項目在學校的最后評比中往往都能獲得比較好的成績。

4 總結與分析

基于本人近幾年的本科生科技創新培養所積累的一些理解和認識,以及在參與學院“馮如杯”項目審查中所積累的經驗,本文介紹了所總結的本科生科技創新培養模式中的四個環節的特點。應該說,這里的總結還很膚淺,缺乏必要的理論分析和必要的實踐數據支持。因此,這種模式的實際效果可能會因學生的不同,指導教師的不同而不同。如何提高本科生科技創新的培養效果,還需要在實踐中繼續深入分析和總結。

作為分析,最后想從指導老師的角度來討論一下目前存在的一些問題。隨著科技的發展,多領域交叉已經逐步成為一個必然的趨勢,這也在學生科技競賽項目中得到了一些體現。一個科技競賽項目往往涉及多個方向或領域的專門知識,這給指導老師帶來了一定的挑戰,是依靠各個指導老師獨立去學習相關領域知識,還是指導老師之間可以交叉指導相應的團隊恐怕是一個值得討論的問題。另一個是指導老師如何選擇學生的問題,從本科生科技創新角度而言,其核心目標是指導本科生創新。這樣,指導老師是被限制在學院范圍內招學生,還是可以跨院系,甚至是跨學校就應該是一個可以討論的問題了。以北航的“馮如杯”比賽項目而言,由于目前客觀上存在院系之間的相互競爭,因此跨院系培養學生就很難實施。

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