在課堂教學中培養高校學生的創新能力

　　文章編號：1672-5913(2011)23-0034-05 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
　　
　　摘 要：針對目前高等院校主要依靠傳統單向授受式課堂教學已無法滿足培養創新人才需求的問題，提出以多種教學方式相融合的課堂教學培養創新能力的核心觀念。結合目前高校課堂教學的實際，將“問題解決”教學方式融入到計算機網絡課堂教學中，實踐證明多種教學方式相融合的課堂教學能夠有效激發學生的創新意識，激活他們內在創新潛能，提高創新能力。
　　關鍵詞：創新能力；教學觀念；課堂教學；教學方式；計算機網絡
　　
　　 作者簡介：汪玉美，女，講師，研究方向為網絡安全；劉萍，女，教授，研究方向為網絡安全、網絡工程與無線傳感器網絡。
　　
　　1 轉變課堂教學中教與學的觀念是培養創新能力的前提
　　培養高校學生創新能力的目標是讓學生獲得參加研究探討的體驗，形成善于質疑、樂于探究、勤于動手、努力求知的良好品質；掌握運用已有知識與經驗進行科學研究的方法，形成發現問題和解決問題的能力，養成團隊合作意識和嚴謹的科學態度，增強對社會的責任感和使命感[1]67-68。為實現該目標，轉變課堂教學中教與學的觀念是前提條件。
　　高校在傳統知識觀的影響下，單向傳遞灌輸為主的授受式教學方式是其課堂教學的基本特征，教師把學生看成接受知識的容器，教學以教師為中心、以教材為中心、以課堂為中心，學生在這種教學方式下，學習過程表現為對課程內容簡單機械的接收。事實上，這種教學方式抹殺了學生天性中的創造潛能，對于培養高校學生創新能力顯得力不從心。
　　課堂教學不僅僅是傳授具體知識和技能訓練，更要啟發學生的思維和創造性。學生不是消極接收知識的“容器”，而是有待點燃的“火把”，教師應該把學生視為具有主動性、能動性，具有強烈探究意識和創造屬性的生命個體，應由居高臨下的權威者向平等合作者轉變；課程教學的目標應由“關注知識”轉向“關注學生”，由“給出知識”轉向“引起活動”，以學生的自主探究和主體性發揮為主要特點，強調學生的親歷親為，充分發揮學生的主體性和內在力量。對學生而言，學習方式不應是被動記憶、理解教師傳授的知識，而應該是敏銳發現問題、主動提出問題，積極尋找解決問題的方法，探求結論的自主學習過程，用再次發現的方式學習和掌握知識。
　　2 轉變課堂教學中的教學方式是培養創新能力的核心
　　2.1 課堂教學是培養創新能力的主要途徑
　　一些學者認為，要提高大學生的創新能力，就應該采取研究式的教學方式，因為它更有利于學生獲得“探究”的體驗，是培養創新能力的一條重要途徑。但生命的有限性和知識的無限性決定了在高校的教育中，研究式教學只是一條重要途徑，而不是主要途徑。
　　要在相對有限的課程學時內，系統掌握科學文化知識、傳承文明，研究式教學方式顯然力不從心，因為，學生不可能自己通過“探究”方式掌握所有知識內容，且研究式教學的開展需要建立在一定的知識基礎和初步的系統化知識基礎之上，學生如果只能作膚淺的思考，創新能力也只是徒有其表。
　　但就目前我國高校教育現狀來說，課堂教學仍然是教學的主要形式，以授受式為主多種教學方式相融合的課堂教學是培養大學生創新能力的主要途徑。美國著名的認知心理學家奧蘇伯爾認為：學校教育的主要任務是向學生傳授人類文化知識，而接受學習則是學校中最基本的學習方式，學生的知識學習主要是通過對以語言文字為中介表述的概念、原理等意義的理解，從而獲得知識[1]88-89。對于知識的積累和系統化而言，有意義的授受式的課堂教學優越于研究式教學，之所以高校教學強調研究式教學，是因為我們過去過多倚重授受式課堂教學，把其置于中心，現代授受式課堂教學應借鑒研究式教學的思想來設計課程內容，運用多種現代教學方法逐步提高學生的創新能力。
　　2.2 多種教學方式相融合的課堂教學是培養創新能力的核心
　　課堂教學應根據所教授的具體內容，選擇合適的教學方式，進行合理的課程設計，利用多媒體教學資源創設必要的教學環境，使學生在理解基本概念和原理的基礎上逐漸樹立創新意識，提高創新能力。
　　現代教學方法主要有以下幾種。
　　1) 探究式課堂教學，主要是指教學過程是在教師的啟發誘導下，以學生獨立自主和合作討論為前提，以現行教材為基本探究內容，以學生周圍世界和生活實際為參照對象，為學生提供充分自由表達、質疑、探討問題的機會，學生通過個人、小組、集體等多種多樣的解難釋疑嘗試活動，將自己所學知識應用于解決實際問題的一種教學形式[2]。
　　2) 交互式課堂教學，主要以師生、生生之間的對話為背景，學習特定的用以促進理解的策略，教學控制由教師向學生轉移，促進學習者的閱讀理解水平。
　　3) “問題解決”式課堂教學，主要是教師創設問題情境，向學生提出問題，問題情境是一種在自我察覺基礎上尋求認知解釋的心理狀態，它是在一定動機驅使下探索問題解決路徑過程中傳聲的一種心理困境，問題情境的創設依賴于教師提出恰當的問題，而恰當的問題位于學生的“最近發展區”，即在學生學習的新舊知識結合點上，由此可喚醒學生的學習知覺，促使學生引發認知矛盾，隨后，教師引導學生選擇、收集與需要解決問題有關的事實，使學生接受問題挑戰，在對收集的事實進行思維加工處理后，提出多種解決方案并分析討論解決方案的正確性和可執行性，選擇最優方案解決問題。在問題解決后，教師應分析知識點的內涵和外延，及時設計不同層次的應用或進一步提出問題，使學生加深對知識點的理解和應用，使學生逐漸掌握概念和規律，同時激發創新思維[3-4]。
　　4) 隨機進入式課堂教學，主要向學生呈現某一領域高級知識的復雜性特征，學習者可以通過不同的途徑、不同的方式進入同樣教學內容的學習，從而獲得對同一事物或問題的多方面新的認識和理解，使學習者獲得內容與認識上的飛躍。
　　3 以培養創新能力為核心的課堂教學的實施
　　在課堂教學中培養學生的創新能力應融合多種現代教學方法，使學生在接受知識的同時逐漸形成創新思維，樹立創新意識，提高創新能力。結合計算機網絡課程[5-6]的教學案例，我們詳細闡述培養創新能力的課堂教學的實施。圖1展現了將“問題解決”教學方式融入到課堂教學的實施流程。
　　1) 教師根據所教授的具體知識，精心組織教學內容，使其不僅是系統化與結構化的高級知識，而且要具有對學生的引導性，能啟發其思考。例如，在計算機網絡課程中，學生往往比較難理解為什么地址解析協議ARP把保存在高速緩存中的每一個映射地址項目都設置生存時間，凡超過生存時間的項目就需要從高速緩存中刪除掉。根據學生已掌握的知識經驗(ARP協議的基本原理)作為新知識點(ARP表中的生存時間)的生長點，引導學生從原有的知識經驗中生長出新的知識經驗。
　　2) 教師針對教學內容設計出具有思考價值的問題情境，使學生對教學內容的問題鏈產生興趣，調動其以高度的熱情投入學習中。如在ARP表生存時間這個知識點上，我們可以這樣創設問題情境提出問題。
　　例如在一局域內，主機A需要和主機B進行通信，首先需要獲得對方的地址，雖然A已知B的IP地址，但在局域網實際的鏈路上傳送數據幀時，最終還是必須使用MAC地址，若A主機ARP高速緩存中沒有B主機的IP地址與MAC地址的對應，則需要ARP地址解析協議在局域網中廣播ARP請求包和接收ARP響應包把已知的IP地址映射為對應的MAC地址，使其能和B進行通信，同時將IP地址與MAC地址的映射寫入自己的ARP高速緩存，以備不久的將來再次和B通信(以上為已學知識點)。但此后主機B發生了一些硬件故障，如網卡壞了，機主給B更換了一塊新網卡，之后，再次接入局域網，請問此時A主機還能否與B主機進行通信？若不能通信，請給出解決方案使二者能再次通信。
　　
　　3) 教師創設問題情境后，會引發學生的認知矛盾，如上例中，B主機的網卡換了，意味著B的MAC地址變化了，而主機A的ARP緩存表中依然存著主機B的舊MAC地址，又因為主機A的ARP緩存表中存有B的IP與MAC地址映射記錄，所以A不會調用ARP協議進行廣播來獲取B的新MAC地址，若A再次和B通信，發送的數據幀中的目的MAC仍然是B的舊地址，顯然，主機A無法與B進行正常通信。那如何使二者再次進行通信呢？這時教師可以對課堂進行適當的組織，使學生分組進行討論，找出解決方案，同時也可以給予適當的提示，如上例B的MAC地址在A的ARP緩存表中的記錄沒有及時的更新，若能解決該問題，則二者便能正常通信。
　　
　　4) 問題提出后，必然會引起學生的好奇心和注意力，促使學生去思考，并努力尋找解決問辦法，從而激發學生研究問題的興趣和創新的欲望，促進和提高學生的觀察能力、聯想能力、動手操作能力、運用基本知識和基本理論解決問題的能力，進而鍛煉大學生獨立思考的能力和創新能力，激發他們追求真知的決心。通過上例的討論，學生得出以下解決方案。
　　方案一：當主機B與局域網斷開連接時，應向局域網內所有主機發送一條“下線消息”，收到消息的主機便從ARP緩存表中刪除B主機的記錄，若此后需要和B主機進行通信，則先進行ARP廣播，若無響應，表示B主機仍不在局域網內，若有響應，則將此時響應包中的MAC地址寫入ARP緩存表中，這樣即使B主機換了網卡也不影響通信。
　　該方案提出后，教師應引導學生創造性地提出問題，多角度地思考問題，多種方法解決問題，鼓勵學生相互爭論、相互切磋，在交流中碰撞出閃光的思想火花，切忌機械地以非此即彼的思維方式簡單地下是與非、正確與錯誤的結論。通過爭論，大家對上述方案的正確性和可行性提出下列質疑。
　　① 主機B與局域網斷開連接時應向網內的主機發送一條消息，這一條件在主機正常關機的情況有可能實現，但如果在突然斷電等非正常關機的情況下如何處理，或者在主機正常工作的情況下拔掉網線又如何處理？
　　② 假設B能做到在下線之前廣播一條“下線消息”，若此時A已斷開了與局域網的連接，無法收到B發來的消息，也就無法修改ARP緩存表中的記錄，當A和B再次聯入局域網時，仍然不能通信。
　　③ 若這種方案可行，如果B主機再次聯入局域網時，網卡并沒有被更換(因為網卡硬件故障而更換網卡是小概率的事情)，而仍然需要再次進行ARP的廣播，是不是浪費網絡資源？
　　方案二：主機A每隔一定的時間(如一分鐘)就向B主機發送ARP請求包，不管A的ARP緩存中有沒有B的記錄，將新收到的B主機ARP響應包替換緩存中的舊數據，這樣A就能及時的了解B主機的情況了，當B換了網卡后，A仍能和B進行通信。
　　該方案提出后，得到不少學生的認同，認為它解決了正確性和問題，但也有少數學生對其效率提出了質疑，如主機A通過定時的發送ARP請求包，能獲得B主機的MAC地址更新情況，如果在較長的時間B的MAC地址都沒有變化，A仍然要定時廣播發送請求包，增加了網絡的負擔，而且若該方法應用在局域網內的所有主機中，則該局域網能傳輸有效數據的能力就大大減小。
　　方案二解決了正確性的問題，但在可行性上似乎做得還不夠好，這時，教師給學生適當引導，讓學生聯想，在網橋自學習中網橋通過什么方法來更新自己的轉發表？通過對新老知識點的相互聯系，學生討論出的第三種方案。
　　方案三：主機A把保存在高速緩存中的每一個映射地址項目都設置一個生存時間，例如10-20分鐘，凡超過生存時間的項目就從高速緩存中刪除掉。只有當高速緩存中不存在映射地址項目時，才需要進行ARP請求，這樣既滿足了正確性又滿足了可行性。
　　通過解決問題，學員不僅理解了ARP高速緩存中生存時間的意義，也對ARP協議的工作原理有了更深一步的理解。
　　5) 在學生理解知識點的基礎上進行應用強化，學生明白了ARP協議可以解決同一個局域網上的主機或路由器的IP地址和硬件地址的映射問題后，可以提出問題：如果所要找的目的主機和源主機不在同一局域網內，如圖2所示，該如何通信呢？使學生陷入思考，進一步應用所學知識點。
　　
　　學生通過已掌握的知識點，能夠分析出主機H1無法解析出主機H2的硬件地址，因為二者不在同一局域網內，主機H1發送給H2的IP數據報首先需要通過與主機H1連接在同一局域網上的路由器R1來轉發。因此主機H1這時需要把路由器R1的IP地址IP3解析為硬件地址HA3，以便能夠把IP數據報傳送到路由器R1。以后，R1從轉發表找出了下一跳路由器R2，同時使用ARP解析出R2的硬件地址HA5，于是IP數據報按照硬件地址HA5轉發到路由器R2，路由器R2在轉發這個IP數據報時用類似方法解析出目的主機H2的硬件地址HA2，使IP數據報最終交付給主機H2。這樣將所學知識點從局域網擴展應用到了互聯網，強化了知識點的理解。
　　教師將已設計好的教學問題情境運用于課堂教學中，通過引導、呈現問題、討論分析問題使學生重組知識結構，積極探索新的問題，努力想出解決問題的辦法，同時又將新老知識互相聯系，前后融會貫通，達到知識的整合和提升；通過課堂的教學組織，鼓勵學生主動學習，主動思考，將所收集的知識進行分析、綜合和歸納，增強自主學習意識，提高自主學習能力。通過將學生進行分組討論提出方案，學生可以發現自己的理解是否與他人觀點相符合，還可以發現他人觀點是否可以并入自己的理解中。在教師、學生之間進行合作與交流中，不僅可以開闊視野幫助自己對知識的構建，同時也能學會尊重他人的觀點，適應與人合作的方式，而這些都是培養創新能力必不可少的元素。
　　4 結語
　　實踐證明課堂教學是我國高校教育的主要形式，是培養創新人才的主要途徑。現代課堂教學，摒棄了把學生當做接受知識容器的傳統課堂教學觀念，融合了研究式教學的思想，并結合多種現代教學方法，在使學生系統掌握基本概念和基本原理的同時引導他們去發現問題，思考問題，進而解決問題，激發他們內在的創造潛能，日積月累，學生就會產生靈感，迸發出創造力。
　　
　　參考文獻：
　　[1] 馬繼剛. 高校研究性學習的理論與實踐[M]. 成都:四川大學