數控技術教學中學生創新能力培養的策略研究

摘 要:創新教育是高校培養大學生的重要任務，也是提高大學生創新素質的重要途徑。在分析創新教育重要意義的基礎上，指出制約大學生創新能力發展的重要原因，包括大學生創新意識和動機不強、缺乏有效的認知技能訓練課程、課堂教學內容和方法不合理、創新教育平臺不完善等。因此，提出在加強創新教育平臺建設力度的的同時，更應致力于教學內容和方法的改革。本文以數控技術課程的教學過程為例，提出如教學過程中的元認知訓練、教學內容的“組塊”化、教學過程中的問題表象化、行課過程中的項目式教學等作為提升大學生創新能力的實施策略。

關鍵詞:創新教育 培養 創新能力 元認知 組塊化

中圖分類號:G612文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)08(a)-0020-02

“創新”已經成為現代社會發展與進步的基本動力[1]。經濟全球化的到來，創新能力是一個國家最關鍵的實力，提升創新能力，不僅意味著可以進入并占領科學研究的前沿和戰略制高點，促進重要自主知識產權的擁有并引導社會的發展和進步，而且意味著向新的領域、新的方向開拓時占據先機[2]。高校擔負著為國家建設培養高層次人才的重任，應高度重視大學生創新能力的培養。創新能力的培養包括使學生具備主動學習的精神、獨立探索知識的能力、運用創造性思維方法解決問題的能力，更為重要的是使學生走出校門能夠成為熱衷于推動和實現科技創新的社會建設者。因此，積極探索高校教育中影響大學生創新素質的各種因素，并建立相應的改革策略勢在必行。

1 制約大學生創新能力的內部因素

1.1 大學生創新意識和動機不強

Sternberg的創造力投資理論[3]指出:創造力是由智力、知識、思維風格、人格、動機和環境等成分聯合產生。良好的人格品質和具有從事創造性活動的內在動機是創造力形成和發展的動力源。但是在我國“重知識傳承、輕知識創造”的傳統教育中，過份的強調了教師的“傳道、授業、解惑”，而缺乏對學生的成功教育，即根據學生的個體差異情況，設置適度的障礙和目標要求，使他們都有獲得成功的機會，從而提高自尊心和自信心，提高直面困難和戰勝困難的勇氣。因此，大多數在校大學生都缺乏挑戰權威、勇于創造、堅強忍耐的優秀品質。再者，高校對大學生的考核評價機制強調考核學生對知識和技能的掌握程度，忽視了對學生情感、品格、潛能、創新思維、實踐能力的考察，客觀上扼殺了學生的內在創新意識和動機。

1.2 缺乏有效的認知技能訓練課程

根據NewellSimon的信息加工系統(IPS)模型[4]，人類大腦的信息加工系統由有限容量的信息傳遞與處理系統、認知策略系統、知識經驗系統及自我監控系統四個部分組成。對信息加工處理具有能力限制的工作記憶系統會極大的影響學生的分析能力和創造性思維。自我監控系統是進行創新活動的關鍵，在信息傳遞與處理過程中，學習者不斷運用元認知能力監控自己的認知活動，如知道自己具有哪些知識和經驗，知道自己可以采用哪種認知策略等。但是，在教學活動和科技創新活動中，傳授型的授課方式限制了學生的自由思考和想象空間，壓抑了學生的個性方法，忽視了對學生認知技能的訓練，如提高工作記憶空間信息處理能力的方法、運用適當創新認知策略的方法及運用元認知進行創新活動監控的方法等。

2 制約大學生創新能力的外部因素

2.1 課堂教學內容和方法不合理

我國以教師和教材為主導的課堂教學方式將學生學習過程視為獲得知識的過程，只注重灌輸式的知識傳授，忽略了課堂上對學生元認知能力的培養，從而導致學生不善于反思和評價自己的學習過程，不善于調節和控制自己的學習過程;教學過程中不重視教研結合，導致教學內容與前沿的結合和與邊緣學科的交叉很少，知識更新較慢，使學生無法接觸到學科領域的前沿知識;課堂教學方法因循守舊，開放性不夠，缺少情景式、問題式、項目式、實踐式等有利于培養學生創新思維和創新能力的互動式教學方法;教學過程中忽視理論知識與實驗環節的辯證統一關系，只注重理論課程體系的改革，使實驗教學依附且滯后于理論教學，實驗教學內容和社會需求相脫節，且實驗手段落后和實踐方式僵化，最終導致學生興趣不濃。

2.2 創新教育平臺不完善

良好的育人環境是培養創新型人才的搖籃，所以家庭、學校、社會應共同努力構建良好的創新氛圍。受傳統教育模式的影響，我國高等教育對學生實踐動手能力的培養力度不夠，多數高校無法為學生提供多學科的綜合型實驗平臺和多樣化的校內外科技創新實踐基地，阻滯了大學生創新實踐活動的進行;高校在課程設置、學分管理、評價制度和激勵制度方面缺乏革新，難以激發學生主動參加科技創新活動的熱情，同時，以論文、專利、獲獎等形式來衡量教師和學生的創新活動績效，助長了學生科技創新的功利心，不利于校園創新氛圍的形成;教師是學生進行科技創新的引導者，培養一支具有創新意識和創新能力的教師隊伍非常關鍵，但是目前許多高校的體制無法營造一種有利于激發教師教學創新能力的寬松的教學環境，并且缺乏相應的創新活動導師管理制度及合理的評價和考核標準，使得校園科技創新活動無法有效開展。

3 大學生創新能力培養的實現策略

通過分析高校教育中大學生創新能力培養的各種制約因素，可以看出創新型人才的培養需要多方長期不懈的共同努力才能實現。完善的教育平臺是培養創新型人才的前提和基礎，需要得到社會和高校的關注和大力支持，是一個長期的工程。通過教學內容和方法的改革來解決大學生創新能力培養的困境是當前一個行之有效的方法。本文根據認知心理學及創造心理學相關理論，以數控技術課程的教學過程為例，分析教學過程中的瓶頸環節，建立相應的教學策略，為其它課程的教學活動的組織與安排起到一定的借鑒作用。

3.1 教學過程中的元認知訓練

根據Sternberg的三重智力結構理論，元認知與個體的創造力密切相關，是主體對認知活動的自我意識和自我調節[3]。表現在主體以本身及活動為意識對象，根據活動的要求，選擇適宜的策略，監控認知活動的進程，不斷反饋和分析信息，及時調節自己的認知過程，堅持或更換解決問題的方法和手段。由于元認知處于支配認知活動的地位，使學生在學習中易產生變通的能力，促進學生從多方位思考問題。

在數控技術教學中可以通過多種方式對學生進行元認知能力的訓練。課堂上可根據難點和疑點問題，如DDA插補運算方法的改進，按照“提出問題、分析問題、用已有知識和經驗解決問題、再提出新問題”這樣一個循序漸進的過程引導學生學會對自己的認知活動進行監控，如制定求解計劃，選擇恰當的求解策略，預計結果及有效性，嚴格控制求解計劃的執行，進行自我反饋及評價等。課堂外可通過為該課程設計相應的自我評價表和教師反饋表，涉及基礎知識與技能、學習過程及方法、不斷學習和追求科學的動力等項目，使學生學會進行自我評價的同時，學會反思和評價自己的學習過程，調節和控制自己的學習進度，培養科學、勤奮的學習習慣，重視價值觀、態度及情感的培養，自覺進行情感體驗。

3.2 教學內容的“組塊”化

人類大腦的工作記憶系統是一個信息的暫時存儲并進行加工處理的處理器，其中保留著的是個體正在有意識地思考著、使用著的信息，是對信息進行加工的主要場所。人的分析能力和創造性思維依賴這種短時集中處理器。但是，工作記憶的容量十分有限，被看作是人類信息加工系統的瓶頸，而“組塊化”過程是解決這一問題的有效途徑，即提取和利用自己已有的知識經驗，通過擴大每個信息之間的意義聯系，以達到擴大與增加工作記憶容量的認知操作。

數控技術課程是集精密機械、計算機、自動控制、液壓氣動等多學科成果為一體的綜合應用技術，專業背景較強。為了提高教學效果，將數控技術課程中的知識進行 “組塊”，分別為數控裝備知識組塊、控制原理知識組塊、數控編程知識組塊及數控加工知識組塊，利于學生形成系統化的知識體系，避免概念的分散重復。在教學內容的安排上采取從概念組塊，到問題組塊，再到活動組塊的順序。即在概念組塊階段以掌握基本事實和原理為主，以講解經典實例為媒介，增加學生感性認識;在問題組塊階段將根據難點問題設置問題情境訓練學生的創造性思維，鼓勵學生多角度思考;在活動組塊階段通過模擬加工和機床調整試驗幫助學生強化理論學習。

3.3 教學過程中的問題表象化

問題表征分為內部表征和外部表征[5]。內部表征是學習者構建的關于問題的認知結構，是對覺察到的問題的初始條件、約束條件的解釋。外部表征被定義為問題情景的成分和結構，包括物理符號、物體、維度，以及外部規則、約束條件或邊界條件等，這些信息只能被知覺系統覺察、分析和加工。對于許多問題來說，外部表征是其必不可少的構成要素，沒有它問題就無法成立或問題的性質就會發生根本的變化。

在數控技術教學過程中如果遇到學生難以理解的問題時，過于抽象繁瑣的語言描述和符號表示只會加重學生的認知負擔，使他們無法進行有效的內部表征，即無法形成清晰的問題結構。這時，應運用各種先進的教學手段幫助學生進行問題的簡化，將抽象表述轉化為具體化的表象。如在向學生解釋增量式光電編碼器或編碼盤測量裝置的工作原理時，可利用動畫演示的方式說明其工作過程，避免文字描述對學生帶來的理解上的困擾;在說明數控機床電主軸和普通主軸之間的區別聯系時，可為學生提供各種不同剖面結構的實物圖片，讓學生自己進行結構分析找到答案所在;在學習數控編程時，可將程序代碼與仿真加工進行結合，使學生能夠直觀的理解代碼的作用。

3.4 行課過程中的項目式教學

數控技術課程屬于多學科交叉課程，工程背景較強，封閉式的教學方法容易令學生產生厭學情緒。因此，在行課過程中除了教學內容按照“組塊”方式組織外，教學方法上也需要顛倒傳統教學方式下教師和學生的位置，變學生的被動學習為主動學習。研究表明:聽課只能接受20%的知識，看音像資料可以接受30%的知識，動手做能夠掌握80%的知識。可見，“在做中學”是高效的學習方法。因此，在行課過程中根據內容需要采取項目式教學法，即根據學習內容設立不同的項目選題，將學生分為若干團隊，督促各個團隊按照設定目標-計劃-準備-項目實施-成果報告-項目評估進行項目展開。例如，在進行數控裝備部分的內容學習時，針對數控車床與數控銑床的伺服進給系統，設立不同的初始參數與約束條件，建立不同的項目選題，組織學生分團隊展開設計工作。指導學生做好項目進度計劃，培養他們學習各種調研方法，并在此基礎上實施項目，進行進給系統的結構設計與改進，詳細結構的設計與計算等工作，最后對各團隊的提交結果進行評估。整個項目實施過程強調教師和學生的互動，充分做到開放式教學;教學內容與項目過程密切配合，做到理論與實踐的辯證統一;項目選題與學科動態緊密聯系，做到教學與科研的自然結合，使學生不斷的接觸領域的最新科技。

3 結語

創新是一個民族進步的靈活，是一個國家新旺發達的不竭動力，一個沒有創新能力的民族，將難以屹立于世界先進民族之林。高校肩負著培養創新人才的重要責任，因此，創新教育已成為大學素質教育的核心。建立一個完善的創新教育平臺需要高校和社會的共同努力，而作為一線的教育工作者更應將培養創新人才作為自己的使命，在教學中不斷的總結新的教學模式，不斷的進行教學改革，提升自己能力的同時，實現學生的創新素質培養。

參考文獻

[1]劉燕華.大力開展創新方法工作全面提升自主創新能力[EB/OL].科技部門戶網站，http://www.most.gov.cn/kjbgz/200705/t20070529_50096.htm， 2007.

[2]趙敏，胡鈺.創新的方法:自主創新，方法先行[M].北京:當代中國出版社，2008.

[3]Sternberg，R.J.Handbook of creativity[M].Cambridge，MA:Cambridge University Press，1999.

[4]Newell A，Simon H A.Human problem solving[M].Englewood Cliffs，NJ: Prentice-Hall，1972.

[5]Zhang J. The nature of external representation in problem solving[J].Cognitive Science，1997，21(2):179-217.