科研融入教學，培養創新型人才

劉院英 張榮梅 孫潔麗 高位肖

關鍵詞：科研融入教學;案例教學;微信群;第二課堂;畢業設計

教學與科研是大學最主要的兩個職能，是教師的兩項基本工作。由于我國許多高校都存在“重科研，輕教學”的情況，導致了教師日常工作中教學和科研投入精力失衡，造成科研工作對教學工作的負面影響，這對高校的發展和學生的培養是極為不利的。正確認識并處理好教學與科研的關系，確保科學研究的方法和最新成果不斷融入大學課堂，確保教育質量的持續改進是目前高校教師亟須解決的難題。

在本科生課堂教學中融入科研的相關知識內容，激發學生對該門課程的興趣，引導學生用做科研的思維去學習新知識，使學生不僅僅是被動式、填鴨式地接受新知識，這對創新型人才的培養至關重要。

一、存在的問題及原因分析

高校教師多具有碩博士學位，這些教師受過多年系統的專業能力訓練和科研訓練，具備較強的理論知識素養和科研能力。然而，在實際教育教學的過程中，高校教師將科研融入教學方面仍然面臨以下幾個困境。

（一）課堂教學課時較少

在目前的“厚基礎、寬口徑、廣適應”的人才培養模式下，很多院校在總學時要求大體不變的情況下，增加了公共課程學時，導致了專業課學時不斷被壓縮的情況出現。專業課教學課時較少，將新研究成果和研究方法帶入課堂會占用部分教學時間，導致教學無法順利完成，所以很多科研能力很強的教師在課堂上沒有時間將科研融合課堂。

（二）投入時間和精力有限

一些高校在現行考核評聘體系和獎勵體系中“重科研輕教學”，這種政策性導向的偏差，導致教師將大量精力放在科研方面，使得科研與教學兩方面不能協調發展，其結果是很多教師科研能力較強，教學能力相對薄弱。教師將相對多的時間和精力放在科研上，必然沒有時間精心研究教學內容的組織安排和知識的更新，照本宣科，挫傷學生的學習積極性。

（三）教學大綱的限制

教學大綱是課程教學的行動指南，是保障教學質量和學習質量的重要手段，保證人才培養目標達成的核心文檔，對課程質量起著關鍵作用。它根據學生的特點、知識水平以及發展學生智力的需要，具體規定學科知識的范圍、目的、任務、深度、體系和結構、教學時間以及教學法上的具體要求。教學大綱的編寫先于教學活動的執行，教學活動需要嚴格遵循教學大綱的要求。教師在課程進行過程中一般不允許隨意改變教學內容和實驗項目，這就導致最新研究成果和科研項目不能順利轉化為學生的實驗項目。

二、把科研融入教學的途徑

（一）采用案例教學

針對課堂時間有限的問題，作者教師團隊將科研成果中的新技術和新方法進行提煉歸納，結合現實生活中的應用，設計教學案例。教學案例中，提供多種解決方案。在課堂上，講解原理和方法，指導學生課后完成代碼的調試，不同方案的結果對比分析。把最新研究成果融入教學內容，一方面增加了課堂內容的先進性，另一方面也拓展了學生們的學術視野，培養學生的創新能力。

旅行商問題是一個組合優化問題，常用的求解算法有動態規劃法、分支界定法等。在人工智能課程中，在學習遺傳算法時，我們設計了遺傳算法求解旅行商問題的案例。本案例首先介紹遺傳算法的原理，然后針對旅行商問題，常用實數編碼方式，即n個城市編號作為遺傳編碼，適應度函數定義為第j個編碼中相鄰城市之間距離和的倒數，以輪盤賭作為選擇策略、有序交叉策略，倒置變異策略定義選擇、交叉、變異算子，并用Python代碼實現，結果可視化。

對鳶尾花的識別問題，我們設計的教學案例，采用3種分類算法，一是基于決策樹的分類算法，二是基于KNN的分類，三是基于深度神經網絡的分類算法，通過對比準確率來選擇最好的分類算法。進一步拓展，設置不同的參數，觀察訓練模型的準確率。

人臉識別技術已經應用于多種場合，例如刷臉支付、人臉識別的門禁系統等，我們設計了基于人臉識別的門禁系統的教學案例。該案例中，首先介紹了基于深度學習的人臉識別技術的原理，之后搭建了基于人臉識別的門禁系統的技術方案。進一步拓展，基于人臉識別的考勤系統的技術方案。

（二）通過微信群向學生推送科研內容

現階段，智能手機已經變成了高校師生的標配，大家的生活和學習已經離不開手機，而微信APP也成了日常溝通和獲取新知識的重要工具。人們的閱讀習慣從到圖書館閱覽、訂閱期刊轉變為多屏移動閱讀，閱讀需求則從大眾類、集中化轉變為個性化和碎片式。微信公眾號作為一種一點對多點的信息推送平臺，具有溝通時效性強、推送內容豐富的特點，開創了一個全新的互動情境。學術期刊通過運營微信公眾號，實現了學術研究成果和科研動態的即時推送和傳播。

教師在學期初建立微信群，要求班級所有學生人群。教師在微信公眾號閱讀期刊論文或技術文章的時候，可以有意識地選擇跟課程內容相關的文章推薦給學生，并根據文章跟教學內容關聯的密切程度要求學生閱讀或討論，教師可以在微信群隨時答疑。教師通過這種途徑，一方面平衡了投入科研和教學的時間，另一方面也加強了與學生之間的溝通交流。學生也通過課程微信群，運用碎片化的時間獲得更多當前技術的研究現狀和技術動態，拓寬了其獲得文化知識的途徑。

（三）在實驗課中融入科研

高校教師都有自己的研究方向，也有相關的科研項目，可以將這些科研項目轉化為適于教學的綜合性實踐項目，供學生選擇。針對教學大綱的限制，筆者認為制定教學大綱時，實驗項目內容不宜制定的過分詳細，給教師一定的靈活性，方便隨時將科研內容融入實驗項目中。

比如筆者研究的社會網絡影響力傳播，是指在給定的社會網絡中，影響力從初始的活躍節點開始傳播給鄰居節點，鄰居節點以一定的概率被激活，激活后的節點又可以將影響力傳播給非活躍狀態的鄰居節點，直到沒有節點被激活為止。該影響力傳播模型可以融合在Python語言實驗項目中，首先可以讓學生們通過文件操作，讀入節點對;然后通過引入networkx庫，用節點對構建網絡圖，通過matplotlib庫展示網絡圖;接著通過蒙特卡洛模擬法實現影響力的傳播過程。將上述過程融合到幾個實驗項目中，學生們不僅能夠掌握Python語言的基本語法和基本數據類型，還能熟悉第三方庫的安裝使用，熟悉工程上常用的蒙特卡洛模擬方法等。