專業課教學中本科生創新素質的培養

[摘要] 隨著知識經濟的蓬勃興起，我國的高等教育需要培養具有創新能力和創新精神的人才，而高等教育創新人才培養的關鍵和基礎是本科生創新素質的培養。以“計算機圖形學”課程為例，介紹了如何在專業課程教學的諸要素中進行本科生創新素質的培養。

[關鍵詞] 創新素質 本科生 專業課

根據社會和科技迅速發展的需要，高校培養出的應是具有學習和創新能力，綜合素質高的專業人才。不僅專業面寬，更重要的是有開拓和進取的創新精神和素質。本科教育是高校人才培養的基礎，專業課是本科教學工作的一個重要環節。如何在本科教育從精英教育轉向大眾教育的背景下，通過專業課教學環節讓學生在掌握專業知識和專業技能的同時，培養學生的創新意識和創新能力，提高學生的創新綜合素質，是理工科院校專業課教育改革的重要內容之一，也是每一位專業課教師值得思考的重要問題。

一、創新素質培養是新世紀提高我國教育質量的關鍵

中國實現現代化必須落實科教興國、人才強國戰略，培養造就大批創新拔尖人才和素質優良的勞動者。因此，提高教育質量是新世紀我國高等教育改革發展的根本問題。江澤民同志指出:“科學的本質就是創新，創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達的不竭動力。”因此，創新素質培養是提高我國教育質量的關鍵所在，也是我國參與國際競爭并取得成功的關鍵因素。

教育質量的優劣要從其培養出的人才是否滿足社會的發展需求來評價，這就要求大學教育中的教學內容和教學方式要適應時代特征。當前，世界已邁入一個以知識經濟蓬勃興起，科學技術高速發展和經濟全球化為特征的新時代。新的時代特征賦予教育質量許多新的含義。教授的知識內容，特別是讓學生經歷什么樣的學習過程，能否培養出學生的創新素質是當前評價教育質量的關鍵所在。如果仍堅持傳統的“學會”知識的教育，只是用陳舊和過時的教學內容，對學生施加一個完全模仿和繼承前人已獲知識的學習過程，即使教的過程如何完美，學生的成績如何優秀，都不能稱之為高質量的教育。當前的教育要更注重“會學”知識，讓學生學會學習和具有創新素質。這就要求教學過程不只是學習和掌握已有知識的過程，而應該是一個培養學生認知、實踐和創新能力的過程。

二、新的創新教育要求

當今社會已進入以知識和信息的生產、分配和利用為基礎，以創造性的人力資源為依托和以高新技術產業為支柱的知識經濟時代。如何培養出具有創新素質的創造型人才，是我國教育現代化的根本目標。

國際21世紀教育委員會在向聯合國教科文組織提交的報告《教育——財富蘊藏其中》中，明確提出了21世紀教育的四項內容:(1)學會認知，使學習者學會認知的手段、方法，培養繼續學習的能力;(2)學會做事，使學習者具有在一定的環境中工作的能力，培養實踐能力;(3)學會合作，使學習者具有為實現共同目標而團結合作的精神，培養協作完成跨學科項目的能力;(4)學會生存，使學習者具有適應環境變化，求得自身生存與發展所需的應變能力，掌握信息技術，適應在信息社會中生存。這四項內容和我國倡導的素質教育和創新教育是相一致的。創新教育的目標和關鍵，是培養具有創新思維和創造能力的人才。創造意味著從無到有。創新具有更新與日臻完善的含義，體現了對現有事物的更新改造的過程。這就要求作為本科生創新素質培養核心環節中的專業課教育，不僅要擔負起傳授專業知識與專門技能的任務，更重要的是擔負起培養學生的學習能力與習慣，培養學生的做事和做人能力，培養學生的創造能力與創新素質的任務。因此，與基礎課不同，專業課的教育應該把教學重點從傳授知識轉移到以研究、探索為基礎的教學上來，使學生從被動的知識和文化的接受者轉變成參與者和探索者。

三、如何在專業課教學中培養學生的創新素質

為了在專業課程教學中培養出學生的創新素質，需要加強專業課程教學環節中課程教學要素的建設，即加強專業課的主要教學環節和專業課師資隊伍建設。

1.加強專業課的主要教學環節建設

在專業課的授課中，可以通過在課程講授、課堂討論、作業訓練、實踐訓練、考核和教材六個主要教學環節導入注重研究和創新精神的教學方法，來培養學生的創新素質。以《計算機圖形學》課程為例，該課程主要涉及如何通過計算機生成、存儲、處理、顯示、輸入和輸出圖形，其中有許多內容生動體現了科學研究的創新活動，若在教學的主要環節中從注重培養學生創新素質的角度出發開展教學，將非常有利于使學生熟悉科技創新活動的全過程，培養學生發現問題、解決問題的良好思路和習慣，進而訓練和培養學生的創新素質。

(1)課程講授

在課程講授環節中，要清楚地認識到專業課程教學的目標不只是對學生施加一個繼承前人已獲專業知識的學習過程，更重要的是讓學生在掌握本專業基礎知識的過程中，激發學生的創新意識，培養學生的創新素質和創造思維習慣，使其具有高效、迅速地處理信息的能力，成為具有探究精神和創新意識的主動學習者。

陶行知先生說:“發明千千萬，起點是一問。”疑問是創新的基礎，是創新的起點。以直線段的掃描轉換為例。該問題是為了將參數化描述的直線段在光柵掃描顯示器上顯示出來，必須確定光柵網格上的哪些像素點組成直線。問題的已知條件是直線段的參數描述:即已知線段首末端點坐標，問題的目標是確定光柵網格的哪些像素點(其坐標是整數值)屬于該直線。

在給出上述問題的描述后，教師可以通過先讓學生去思考計算像素點坐標的方法。學生最自然想到的是利用直線方程直接計算，即通過首末端點坐標計算出直線的斜率和截距，通過對首端點的x坐標開始，每次讓x加1并帶入直線方程求得對應的y值，并對結果進行取整來得到屬于直線像素點的坐標值。然后，教師在幫助學生理清上述算法思路的基礎上，引導學生找出算法的計算效率缺陷。這需要教師引導學生從其在《計算機組成原理》課程中掌握的計算機中央處理器(CPU)工作的特點出發，找出算法中存在浮點數計算和乘法計算的主要障礙，認識到最符合CPU累加工作原理的就是增量方法，即每步的結果是用前一步計算的結果加上一個增量來得到，進而引導學生從增量計算角度對算法進行改進，推導出符合CPU累加工作原理的數值微分算法，但指出數值微分算法中仍存在的浮點數加法和取整運算這兩個影響計算效率的缺陷。在對數值微分法進行更進一步改進的過程中，要讓學生堅持增量計算的優點，思考如何采用中點算法來解決數值微分法中浮點數的加法和取整運算。

在算法講授的過程中，教師要善于將自己的研究經驗融入到授課內容中，從算法研究的角度，闡明如何進行創新的科研活動，培養學生的“疑問”意識，探究精神和創新素質。使學生從研究的角度理解算法產生和更新的創新過程，參與分析各個算法的優缺點和適用范圍，從而對學生進行完整創新過程的思維訓練。

(2)課堂討論

以教師為主導的課程教授，可以向學生闡明科技創新的活動過程，但使學生具有創新素質，需要引發學生自身的創新需求，使其成為創新活動的主體，讓學生依據自己的思維和意志主動地實施自己的創新活動，才能達到目標和目的。楊振寧教授在總結科學家成功之道時說“成功的秘訣在于興趣”，興趣是創造性思維活動的先導，為了激發學生的學習興趣，訓練學生提出問題和解決問題的能力，教師可以通過創設“認知沖突”給學生營造討論題目和討論情景。比如，在《計算機圖形學》的區域連通性概念上，可以通過給出“4連通區域一定是8連通區域”以及“8連通的區域一定是4連通區域”等真假命題，來讓學生進行討論，鼓勵學生論證自己的觀點。

“理愈辯愈明，事愈辯愈清。”在論證過程中，不管學生的觀點錯與對，老師都要給予學生在思考和論證過程中符合科學創新精神的活動以鼓勵和肯定，從而調動學生的主動性，使更多的學生參與思考和討論。討論可以讓學生經歷創新的過程，體驗創新的樂趣，培養學生的理性思維能力和口頭表達能力，激發和培養學生進行創新活動的自覺性和能動性。

(3)作業訓練

作業是課程教學不可缺少的部分，如何在作業中培養學生的創新素質，不是簡單地讓學生“照貓畫虎”的進行授課內容的簡單重復，需要教師在作業的選題、批改方式以及習題評講等方面，都要強化定論和爭論相統一，強化守成與創造相統一。

例如，在《計算機圖形學》的坐標變換內容中，一個復雜的變換往往可以通過不同的基本變換組合來完成，這樣的題目存在總體目標的一定性和解題思路的多樣性。作業的求解中，要提倡學生開放式的思考和解答，作業中的多種思路反映了學生思維的積極性和創造性。在作業的評講中，要創設學生參與的民主和探討性的課堂氣氛，鼓勵學生進行評講，探討解題的新思路，并通過讓有代表性的學生板書其作業和講解解題思路，來激發學生的參與興趣，鍛煉學生的表達能力。教師可以指出學生思路的新穎之處和思維閃光點，激勵學生積極進行獨立思考，發展創新思維。

(4)實踐訓練

陶行知先生提出的的“教學做合一”思想是強調“做是學的中心，也是教的中心，要在做上教，在做上學。”實踐訓練是培養學生創新素質重要且不可缺少的環節。在專業課的實踐環節，可以由教師擬定或學生自己提出一些可行的實踐題目，由學生按照自愿原則組成小組，進行相關技術文獻的查找，閱讀和理解，共同完成題目的設計、實現和技術報告或論文方式項目總結，并按照給出的演示文檔的模板，啟發每個學生對自己的工作進行簡明扼要的口頭答辯。例如，在《計算機圖形學》的實踐環節中，教師可以讓學生組成小組去實現不同的區域填充方法或圖形裁剪方法。這種小組分工合作，獨自答辯的實踐形式，可以讓學生在小組中達到自我學習，彼此幫助，激發學生的創新意識和創造精神。既鼓勵了學生發揮自己的特長、思維和表達能力，又培養了學生與他人友好相處的處世本領，使學生在學會在做事的同時學會做人。

(5)考核

在專業課的考核中，要體現重視學生進行創新活動的因素，科學地分配課堂討論、作業、實踐和最終考核等階段成績在課程總成績中的所占的比例，并且在最終的課程考核中，要提倡開卷，部分開卷，口試以及論文等多樣化的考核方式。在考核的內容中，要避免成為對課堂教學內容的簡單重復，不要側重于對知識機械記憶的題目，要增加提高學生對基本理論靈活運用能力，分析問題和解決問題能力以及對本專業知識深層次理解的題目。通過對考核方式和內容的改變，引導和激勵學生的獨立思考和創新意識。

(6)教材

課程教材建設要及時反應當前的專業進展，跟蹤國內外高水平高校的專業課教材建設，由專業課責任教授對采用的教材和教學參考書進行把關，選擇適合和體現本學校本專業研究方向特色的教材。同時，在專業課中要鼓勵采用參考書制度，使學生能自主靈活地選擇合適的參考書，并能通過查閱在理論或實踐方面各有所長的不同參考書，激發學生的學習興趣，培養學生的自學能力。

2.組建責任教授為主導的具有科研經驗、創新和敬業精神的骨干教師隊伍

首先，為保證專業課程的授課內容能及時更新和與時俱進，保證能在內容中體現出當前本專業領域的技術研究前沿和熱點，進而激發和調動學生的學習興趣，需要以活躍在本專業學術研究前沿的教師為課程的責任教授，由其來負責及時和適當地更新授課內容，使之反映了當前學術研究前沿和熱點。更重要的是，責任教授可通過在授課內容中添加該教師所在學術梯隊的學術研究成果介紹，通過在授課內容中適當加強對本學術梯隊所在研究方向的內容，建立起具有各自學校特色的專業課程，進而吸引更多的具有創新素質的優秀本科生，通過實踐或讀研究生的方式來加入到本學術梯隊的研究活動中。

其次，建立責任教授為主導的、具有科研經驗、創新和敬業精神的骨干教師隊伍來擔任專業課程的講授任務。專業知識的傳授和創新素質的培養，都是在一個特定的人格背景下進行的，專業課教學活動的完成質量依賴于教師和學生之間的交流水平，高質量的專業課教學需要具有科研經驗，特別是具有創新和敬業精神的教師隊伍。專業課教育的要素不僅包括知識、技能、學習、還包括情感、意志和個性。因此，專業課教學不僅要向學生傳授專業知識，使之形成技能，提高學生的能力，使之學會學習，而且需要陶冶學生的情感、磨練學生的意志和發展學生的個性。缺少了創新和敬業精神的情感陶冶和意志磨練，不利于培養學生的求知和創新欲望，不利于養成學生克服困難的勇氣、決心和毅力。

一位具有科研經驗的教師，將會培養學生的基本科學素養。但更重要的是，一位具有科研經驗，創新和敬業精神的教師將會以自己在研究工作上的探索精神和一絲不茍的科學態度，精湛到位的教學技巧，獨特見解的思維方式，認真負責的工作態度和敬業精神，激發和培養學生對自己未來職業的熱情和崇高的使命感。因此，品德高尚、敬業持重、博學進取、舉止得體、嚴謹治學的教師帶給學生的將是最生動，最具體和最深遠的影響。

四、結束語

創新教育已成為我國高等教育改革的主旋律，培養創新人才是高水平大學建設的根本任務和歷史使命。中國工程院原院長徐匡迪院士在一次教師節大會上說:“教育是事業，事業的意義在于獻身;教育是科學，科學的價值在于求真;教育是藝術，藝術的生命在于創新。”教師作為專業課創新活動的發起者、設計者和引導者，在本科生的創新素質培養中起著關鍵作用。為此，首先，需要教師要明師志，樂教愛生，把傳承知識、塑造心靈、指路引航當作人生的最大樂趣，成為學生創新素質培養的促進者;其次，是要修師德，高尚的師德，是對學生最生動、最具體、最深遠的教育;最后，要練師才，教師要樹立終身學習的觀念，不斷拓寬知識視野，更新知識結構，不斷提高教育科研能力。

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