自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)及實(shí)踐

劉偉鋒

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)信息與控制工程學(xué)院，山東青島 266580)

自主創(chuàng)新能力是在對(duì)知識(shí)本質(zhì)深入理解的基礎(chǔ)上，能夠發(fā)現(xiàn)新的問題并自主提出可行解決方法的能力。自主創(chuàng)新并非空中樓閣，自主創(chuàng)新是建立在知識(shí)理解的基礎(chǔ)上的，即要有一定的知識(shí)積累。而自主發(fā)現(xiàn)問題的前提是能夠自主學(xué)習(xí)，因此，自主學(xué)習(xí)是自主創(chuàng)新的前提。大學(xué)生的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)需要貫徹“大學(xué)學(xué)習(xí)不只是學(xué)習(xí)知識(shí)，更重要的是學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)知識(shí)”的教學(xué)理念，通過“授人以漁”，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，逐步引導(dǎo)鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，達(dá)到提升自主創(chuàng)新能力的目的。

一、大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的必要性

《基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》［1］指出:“改變課程實(shí)施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂于探究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。”相比于中學(xué)生，自主學(xué)習(xí)對(duì)大學(xué)生更為重要，大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的必要性主要有以下三個(gè)方面。

(一)自主學(xué)習(xí)能力是掌握專業(yè)知識(shí)的需要

大學(xué)教育與中學(xué)教育不同，大學(xué)教育更具開放性，要學(xué)習(xí)的課程多，涉及面廣，不同課程之間的銜接與連貫性差，以中國(guó)石油大學(xué)(華東)電子信息工程專業(yè)為例，專業(yè)課程涉及信息理論(如信號(hào)與系統(tǒng)、模式識(shí)別)、電路知識(shí)(如電工電子學(xué)、高頻理論)、計(jì)算機(jī)編程(如C++程序設(shè)計(jì))、數(shù)字芯片硬件(如單片機(jī)、PLC器件)、信號(hào)處理(如圖像處理、語(yǔ)音處理、雷達(dá)信號(hào)處理)等不同層次不同領(lǐng)域的知識(shí)。大學(xué)生活豐富多彩，課外活動(dòng)與實(shí)踐琳瑯滿目，例如，各種社團(tuán)活動(dòng)、特長(zhǎng)比賽、下鄉(xiāng)實(shí)踐等，大學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的有效時(shí)間有限。因此，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，提高在有限時(shí)間內(nèi)快速學(xué)習(xí)掌握知識(shí)的能力，對(duì)于大學(xué)生學(xué)習(xí)是非常必要的。

(二)自主學(xué)習(xí)能力是提升就業(yè)能力的需要。

對(duì)大多數(shù)大學(xué)生來說，大學(xué)畢業(yè)后將走向工作崗位，大學(xué)教育是大學(xué)生踏入社會(huì)前系統(tǒng)學(xué)習(xí)的最后一站，工作后將不再有長(zhǎng)時(shí)間接受系統(tǒng)教育的機(jī)會(huì)，只能依靠自己在工作中學(xué)習(xí)，而信息時(shí)代的技術(shù)發(fā)展日新月異，裹足不前即意味著倒退，面臨市場(chǎng)的淘汰。因此，培養(yǎng)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力是提升大學(xué)生就業(yè)能力的需要，只有具備自主學(xué)習(xí)能力，才能在日后工作中快速學(xué)習(xí)新的知識(shí)，適應(yīng)社會(huì)市場(chǎng)需求，在激烈的職場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

(三)自主學(xué)習(xí)能力是培養(yǎng)科研素養(yǎng)的需要

面臨新知識(shí)，探索未知領(lǐng)域，對(duì)于走向研究生學(xué)習(xí)或科學(xué)研究工作的大學(xué)生的挑戰(zhàn)更為明顯，科學(xué)研究重要的能力要求之一是創(chuàng)新能力，隨著研究生規(guī)模的擴(kuò)大，研究生創(chuàng)新能力成為衡量研究生教育的重要指標(biāo)之一，研究生創(chuàng)新能力也關(guān)系著我國(guó)整體科研創(chuàng)新的水平。研究生創(chuàng)新能力是指研究生在日常學(xué)習(xí)、生活和工作中，產(chǎn)生新穎而適切的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)或者學(xué)術(shù)成果的能力，簡(jiǎn)言之，就是發(fā)現(xiàn)新問題并解決新問題的能力，即自主創(chuàng)新能力。顯然，只有深刻理解問題的本質(zhì)，才能夠發(fā)現(xiàn)問題所在，并進(jìn)一步提出解決問題的方法，因此，自主學(xué)習(xí)能力是提高自主創(chuàng)新能力的前提，提升科研素養(yǎng)必須要加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

二、大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

有了自主學(xué)習(xí)的知識(shí)積累基礎(chǔ)，自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還需要掌握正確的方法，循序漸進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。

(一)創(chuàng)新方法是自主學(xué)習(xí)之門

信息時(shí)代的新知識(shí)不斷涌現(xiàn)，掌握學(xué)習(xí)新知識(shí)的方法是大學(xué)生能力培養(yǎng)的重要目標(biāo)之一，而創(chuàng)新是目前了解新知識(shí)及技術(shù)發(fā)展的必要手段之一，因此，在實(shí)際的課程中要著重加強(qiáng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

以“模式識(shí)別”課程為例，課堂之初就給學(xué)生布置一個(gè)作業(yè)，要求提交某一相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)綜述，在課程進(jìn)行中對(duì)如何完成這一作業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，即創(chuàng)新方法的介紹。首先，介紹信息獲取渠道及每種信息渠道獲取的知識(shí)特點(diǎn)和時(shí)效性，例如，通過教材獲得的知識(shí)往往是5年以上的成熟理論，比較系統(tǒng)全面;而相關(guān)學(xué)術(shù)會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)論壇獲得的知識(shí)往往是1年以內(nèi)甚至是即時(shí)知識(shí)理論發(fā)展，比較簡(jiǎn)潔但不一定完善。因此，需要根據(jù)不同的目的選擇獲取知識(shí)的渠道和方法。其次，介紹不同渠道的文獻(xiàn)查閱方法，講授各種文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如，IEEExplore，Springer，Elsevier，WebofScience等的特點(diǎn)范圍及使用方法。最后，簡(jiǎn)單介紹文獻(xiàn)管理方法及常用軟件，如Endnote等的使用。通過方法的指導(dǎo)，結(jié)合完成作業(yè)的實(shí)踐，學(xué)生能夠很容易地掌握創(chuàng)新方法，達(dá)到提高自主學(xué)習(xí)新知識(shí)能力的目的。

(二)理論結(jié)合實(shí)際是自我學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的重要途徑

對(duì)于工科類學(xué)生，工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)尤其重要，“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，工程實(shí)踐不僅是動(dòng)手能力的鍛煉，更是加深理論理解的需要。對(duì)于信息專業(yè)來說，理論算法分析是工程實(shí)現(xiàn)的前提，而系統(tǒng)編程的實(shí)現(xiàn)是研究學(xué)習(xí)的終極目標(biāo)，沒有具體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的算法研究是空中樓閣。只有實(shí)際系統(tǒng)的支持，才能更好地研究理論算法。

以“模式識(shí)別”課程為例，主分量分析(PrincipalComponentsAnalysis，PCA)是模式識(shí)別領(lǐng)域重要的基本知識(shí)，學(xué)生對(duì)于其中涉及的特征值分解過程比較熟悉，但對(duì)于“主分量”的含義以及主分量在實(shí)際中的應(yīng)用體現(xiàn)往往是一知半解。教學(xué)中要求學(xué)生實(shí)際編程實(shí)現(xiàn)“基于主分量分析的人臉識(shí)別”，在此基礎(chǔ)上教師對(duì)人臉識(shí)別中的主分量即特征臉(Eigenface)進(jìn)行深入的講解，使學(xué)生理解特征臉在人臉識(shí)別中的作業(yè)體現(xiàn)，大大加深了學(xué)生對(duì)于主分量分析的體會(huì)，從而促進(jìn)了主分量分析理論的學(xué)習(xí)和理解。

(三)發(fā)現(xiàn)問題是自主創(chuàng)新的起點(diǎn)

掌握知識(shí)不是學(xué)習(xí)的目的，在掌握知識(shí)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問題并解決問題才是學(xué)習(xí)的意義所在，古人講“學(xué)而不思則罔”就是這個(gè)道理。要解決問題首先在于發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)問題是自主創(chuàng)新的起點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題并不僅僅是發(fā)現(xiàn)問題的存在，即問題的表象，更要發(fā)現(xiàn)問題存在的原因，即問題的本質(zhì)。因此，在教學(xué)過程中要鼓勵(lì)發(fā)現(xiàn)問題，引導(dǎo)學(xué)生多觀察多思考，多嘗試發(fā)散性思維。

以“模式識(shí)別”課程為例，局部二值模式(LocalBinary Patterns，LBP)是常用的特征提取方法，教學(xué)中首先要講解局部二值模式的原理，分析局部二值模式的特點(diǎn)，接著鼓勵(lì)學(xué)生自主思考局部二值模式的應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)而誘導(dǎo)學(xué)生思考這些相關(guān)領(lǐng)域中特征提取的特點(diǎn)以及其他常用的特征提取方法，局部二值模式與常用特征提取方法相比的優(yōu)勢(shì)和不足，這些優(yōu)勢(shì)和不足的原因是什么，等等。經(jīng)過這樣的發(fā)散性思考和討論，既加深了局部二值模式原理的理解，更對(duì)局部二值模式的應(yīng)用領(lǐng)域、該領(lǐng)域的相關(guān)研究進(jìn)展有了全面的了解，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了局部二值模式存在的不足。類似教學(xué)過程的不斷反復(fù)，培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散性思維習(xí)慣，鍛煉了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。

(四)解決問題是自主創(chuàng)新的檢驗(yàn)

自主創(chuàng)新不僅是發(fā)現(xiàn)問題，更是解決問題，發(fā)現(xiàn)問題并找到有效的解決方案是自主創(chuàng)新的檢驗(yàn)。解決問題需要深入理解問題本質(zhì)，從原理上分析問題的來龍去脈，切中問題要害才能找到有效的解決方法。因此，在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生逐本溯源，抓住問題的本質(zhì)，從問題的本質(zhì)入手尋求解決方案。

以上述局部二值模式的教學(xué)為例，在分析局部二值模式的過程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于目標(biāo)檢測(cè)(識(shí)別)應(yīng)用中的局部二值模式特征，無(wú)法應(yīng)對(duì)目標(biāo)姿態(tài)旋轉(zhuǎn)的情況，通過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，根本原因在于局部二值模式計(jì)算過程中是有順序的，即其目標(biāo)點(diǎn)的鄰域點(diǎn)的計(jì)算順序決定了局部二值模式特征的數(shù)值結(jié)果。找到了問題所在，接著引導(dǎo)學(xué)生思考如何抵消順序的影響，考慮到鄰域點(diǎn)的局部位置順序，結(jié)合循環(huán)移位的思想，便容易找到解決方法。發(fā)現(xiàn)問題是解決問題的前提，解決問題基于對(duì)問題本質(zhì)的深入分析。

三、結(jié)語(yǔ)

面向具有創(chuàng)新能力人才的培養(yǎng)目標(biāo)，本文針對(duì)大學(xué)生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)，結(jié)合工科類專業(yè)教學(xué)實(shí)踐，對(duì)大學(xué)生的自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)進(jìn)行了分析，結(jié)合專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐，提出了大學(xué)生自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)的途徑和方法以及“大學(xué)學(xué)習(xí)不只是學(xué)習(xí)知識(shí)，更重要的是學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)知識(shí)”的教學(xué)理念，在教學(xué)實(shí)踐中“授人以漁”，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力，最終達(dá)到大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

［1］中華人民共和國(guó)教育部.基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)［Z］.2001.