從課堂理論教學改革角度探討學生創新能力培養的有效途徑

路紅 曹未豐 劉蘭英 陳曉平 陳婉君

南京工程學院 自動化學院

從課堂理論教學改革角度探討學生創新能力培養的有效途徑

路紅 曹未豐 劉蘭英 陳曉平 陳婉君

南京工程學院 自動化學院

知識經濟時代的嚴峻挑戰以及勞動就業問題對大學生的創新精神和創新能力培養提出了高要求，但長期以來,我國高校對學生創新意識的培養一直是個薄弱環節。本文通過對比美國高校和我國高校在學生創新能力培養方面的不同，感悟到科研和課堂授課交叉教學對學生創新能力培養的重要性，并從“數字圖像處理”課堂教學改革的實踐經驗角度給出培養學生創新能力的幾條有效途徑。

創新能力;科研和教學;交叉教學;數字圖像處理

項目資助：南京工程學院高等教育研究課題（項目資助號：GY201010），南京工程學院大學生創新項目（項目資助號：NO20120515，NO20120516）

當前形勢下解決大學生勞動就業問題的重要出路在于自主創業，自主創業的基礎則在于自主創新，而自主創新的基礎則在于自主創新教育。創新教育是指培養人的創新精神和創新能力為基本價值取向的教育實踐，其核心是在全面實施素質教育的進程中，為了應對知識經濟時代的挑戰，著重研究和解決如何培養學生的創新意識、創新精神和創新能力的問題。

本文以南京工程學院測控技術與儀器專業《數字圖像處理》課程為例，從課堂理論教學改革角度，闡述大學生創新能力培養的幾條有效途徑，對應用型本科學生創新精神、創新意識和創新能力培養進行積極探索和研究。

1 我國和美國高校學生創新精神和創新能力培養概況

長期以來,我國高校對學生創新精神和創新能力的培養一直是個薄弱環節,存在重理論、輕實踐,重知識傳授、輕能力培養,重共性教育、輕個性發展傾向,嚴重制約了學生創新素質的形成[1]。雖然我國高校教學改革比較強調培養學生的科學研究和實踐能力，但落實情況并不令人滿意。在學生科研中，雖然對學生的科學研究有了某種程度的要求，但對學生平時的科研訓練和指導并不多。

美國高校高度重視培養學生的創新能力，其教學內容、教學方法和教學手段等非常靈活，旨在調動學生學習積極性，提高學生獨立思考能力。美國高校還開設培養創造力的專門課程。1948年，美國麻省理工學院首先開設“創造力開發”課程，此后，哈佛大學、加利福尼亞大學等相繼開設有關“創造學”的課程。目前美國已有幾十個“創造學”的研究所，有50多所大學設立了“創造學”研究機構。美國高校把參加大量實踐活動、培養學生獨立解決問題的能力放在一個相當重要的位置。通過加強實踐性教學環節在課程體系中的比重，鼓勵學生運用所學內容設計具有創新意識的方案[2]。

2 “數字圖像處理”課程教學改革和學生創新能力培養銜接

哈佛大學經常把學生置于實踐環境中，把所學理論運用于實際，提高觀察能力和動手操作能力，讓他們用所學理論及積累的經驗，解決他們不熟悉或不明白的問題，強迫他們不斷向自己的智力和能力極限挑戰，獲得知識和體驗[2]。

但是如何切實將學生置于實踐環境中，其可實現性、可操作性是我們目前面臨的關鍵問題。我們在教學和科研中深刻體會到，僅僅依賴各門課程開設的實踐環節是不夠的；而把本科生科研當作本科教育的一項重要內容、并將這種理念貫穿到課堂理論教學中，對培養大學生創新意識和創新能力卻能起到明顯的推動作用。基于此實踐經驗和改革效果，本文從“數字圖像處理”課堂教學改革角度探討學生創新能力培養的有效途徑。

“數字圖像處理”課程內容涉及理論、算法和圖像表達等，課堂教學中我們采用動態體現圖像變換過程的多媒體輔助、豐富的科研實例、課后參加項目實踐和課堂問題反饋方法，一方面刺激學生視覺等感官以增強記憶，另一方面用最前沿的科技實例激發學生好奇心和創新意識，同時提供學生及時的方案設計和實踐機會。具體課堂教學改進方法如下：（1）在課堂理論講解時，注重理論和算法的結合、算法和實例運行結果（如原彩色圖像與灰度變換結果像素級對比等）的結合。例如，圖像空間域濾波增強[3]這一部分知識點的講解過程中，首先講解圖像空間域濾波理論概念，然后從算法角度將圖像矩陣與卷積模板的運算過程運用板書推導，最后運用多媒體展示圖像濾波增強的結果，將學生感性認識和理性認識有機結合，加深對知識的理解和運用能力。（2）課后引導學生參與教師科研，結合課題關鍵技術需要和課堂知識點分布情況，給學生布置不同的圖像處理題目。題目注重科學性和技巧性，與實際科研項目緊密銜接，不照搬課本習題和實例，以促進學生動腦、動手和激發其創新思維。例如，在指紋識別系統項目中，需要對實際采集的特征不清晰的指紋進行濾波增強，采用何種濾波增強算法、各算法增強效果的優缺點則由學生去思考、自主實驗和做出決策。學生在自主實驗的過程中提高了主動思維能力，改進了經典教學方法中學生被動學習、學習只為考試的狀況。（3）在上述基礎上，逐漸組成學生科研團隊，協作完成系統性的課題。激勵和指導學生申請學校每年開設的大學生創新項目，并針對具體的課題督促學生自主設計、自主實施方案，直至最后完成項目。為了高效緊密地與課程銜接，我們指導學生在數字圖像處理課程開設學期的前一學期申請大學生創新項目，以保證學生科研過程和上課過程能夠同步，這樣不僅能可實現性增多了學生與老師面對面的交流時間，同時對學生課前預習、主動學習和能動性培養起到了積極促進作用。

3 科研和課堂授課交叉教學培養學生創新能力的幾條有效途徑

“數字圖像處理”課程教學改革實踐證明，在課堂理論教學中滲透科研理念和科研實踐對學生創新能力培養具有重要意義。這種滲透的過程，貫穿了理論授課的全過程，具有時間長、監督及時的特點，相比以往僅僅通過理論課時結束后開設的實驗課更具效力。但這對授課教師的教學和科研綜合能力提出了高要求，即教師既要具有扎實的理論功底還要具有良好的科研能力和責任心。因此，加強師資隊伍建設勢在必行。以下從課堂教學角度給出培養學生創新能力的幾條有效途徑。

3.1 以科研實例為引導，推進科研項目進課堂

在每章節課程內容涉及的重要知識點中，引入若干科研項目的關聯內容作為實例，創造問題情境，激發學生求知欲和解決實際問題的積極性。如上述指紋識別系統作為實例，在講解指紋識別的理論原理基礎上，讓學生利用課余時間設計指紋特征提取算法、指紋模式的建立方法和識別方法。在課堂上，結合學生的設計方案和實驗結果，對各種方法的可行性和算法運行效果進行對比，啟發學生尋求最佳方案。

3.2 以課堂討論熱點為契機，強化設計性和創新性實驗

鼓勵學生根據個人興趣完成選題，對個人提出的設計方案多方收集資料，進行反復修改，并在實驗室集中完成個人的設計性實驗，激勵和引導學生提出具有創新性內涵的設計思路。結合上述指紋識別系統實例，在方案修改部分，要求學生充分結合指紋的全局特征（如紋形、紋數和模式區等）以及局部特征（如紋路的起點、終點和分叉點等），尋找最簡單、最有效的特征以建立最優識別方案。這樣就將課堂-設計-創新-實驗有機結合在一起。

3.3 提高教師綜合業務素質，發揮課堂對學生創新思維能力培養的優勢

科研實踐和書本理論融會貫通，將提供給學生一個具有現代化科學技術為指導和未來發展藍圖為引領的知識海洋，而不再是枯燥的理論。例如，在講解模式識別這一知識點時，首先給學生布置一個人臉識別系統設計題目，啟發學生聯想，并利用大量的現代科技實例讓學生領略該系統的目標、實現的任務以及它將給人類社會帶來的重大變化。再循序漸進的從系統構建方面講解建立該系統的一系列理論。最后從算法的角度講解這個系統的可實現性，讓學生感覺的自己有能力、有信心設計這樣一個系統。當然，單憑書本理論建立這樣一個實際系統是有難度的，教師要具有整體駕馭相關知識的能力，能夠解決學生提出的各種各樣的問題。因此，培養學生的創新能力，教師的角色至關重要。

我國高校建立科學、合理的創新人才培養體系是一個長期、復雜的工程，這其中還有許多的問題需要探索，還有許多國內外成功的經驗值得我們去研究。我們應放眼全球，學習借鑒發達國家的成功之處，以培養出更多的高素質創新人才。

[1]劉建國.創新型人才類型與個性結構的分析[J].大學教育科學,2004.3

[2]郭毅夫,匡令芝.美國高校培養創新人才的經驗及啟示[J].世界教育信息,2007.4

[3]霍宏濤.數字圖像處理[M].機械工業出版社,2004.6

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.073

路紅，女，1973.12生，博士，南京工程學院副教授