发掘本科生创新潜能，提升创新意识和实践能力

苏小红　梁　佳　童志祥

1引言

1983年,还在国防科技大学读大三的求伯君仅用两三个月的业余时间就为学校图书馆开发完成了一个借还书管理系统,一家全国性的报纸还为此刊登了“一个学生求伯君研制成功国防科大图书馆管理系统”的新闻。1989年,年仅25岁的求伯君开发成功了国内第一套文字处理软件WPS。在同时代的程序英雄相继从前台渐渐隐去的日子里,求伯君却似一棵长青树,不断地为我们演绎出为人传诵的故事与传奇——1994年盘古组件失败,1995年中国第一个游戏软件“中关村启示录”诞生,1996年为继续开发WPS 97卖掉别墅,1997年重铸WPS辉煌。

1998年11月,深圳大学毕业刚刚5年、年仅27岁的马化腾开始独立创业,创办了中国最早也是目前中国市场上最大的互联网即时通信软件开发公司——腾讯计算机系统有限公司,次年2月,正式推出国内第一个即时通信软件“腾讯QQ”。如果说还有人不了解马化腾的话,可“腾讯QQ”却已是无人不知、无人不晓了。

2000年,哈工大两个本科生开发了哈工大自己的Online Judge,从此哈工大有了自己的ACM网站(http://acm. hit.edu.cn),直到现在,该网站都是本科生在维护和升级。

上述事实表明:我国的大学生或大学毕业生在创新领域是能够大有作为的。然而,为什么在国内还不断听到“我们的学生缺乏创新能力”的声音呢?这看似矛盾的结论让作为大学老师的我们不得不去思考这样一个问题:到底是我们的学生缺乏创新能力,还是我们没能解开束缚学生创新潜能发挥的绳索呢?

想想为什么我们从呱呱坠地的那一刻起就无师自通地学会了吃母乳?因为我们需要生存。满岁以后,为什么母亲要狠心为我们断掉母乳?因为我们需要学会吃饭。我们在学步时不断地摔跤,为什么仍要摆脱家长的搀扶?因为我们需要学会独立行走。我们哭着闹着不愿离开父母的怀抱,为什么家长还硬要把我们往幼儿园里送呢?因为我们需要学会在群体中生活。不溺爱孩子的家长都会这样去做,他们的良苦用心无非是为了孩子能更快、更健康地成长,因为无数事实证明,对孩子包办过多、管得过细将无法让孩子真正学会自立。

在某种意义上说,学生由高中升入大学犹如婴儿断奶一般,只是断得还不够坚决、不够彻底,始终在断与不断之间徘徊着。尽管教学改革促使教学方法得到不断改善,但是国内仍存在部分教师对学生灌输得过多、管得过细的问题,他们灌输的不仅仅是知识,还包括思维方法和行为模式。例如,习惯给学生一些范例、模板和参考,在某种程度上限制了学生思维的空间,使学生很容易形成思维定 式,习惯于模仿,习惯于接受权威理论和权威思想,久而久之养成了不敢质疑、不敢越雷池一步的学习方式。在这样一种教育模式下,他们原始的想象力和创造潜能逐渐萎缩甚至消失殆尽。

有一首歌名为“有一种爱叫做放手”,其实教育又何尝不需要放手呢?所谓“放手”也就是“松绑”,即给学生的思想松绑,给教育的模式松绑,在优化知识体系的基础上给学生更多的个性发挥空间,否则任何所谓的创新能力培养都将成为空中楼阁。

2提高创新能力从培养创新意识开始

一个人要有所创新,首先要有创新的强烈欲望。这样的目标,或者说这样的念头,就叫创新意识。中国学生不比外国学生笨,只要培养起他们的创新意识,我们的学生是能够有所创新的。即使是“八仙”,也只有有了“过海”的目标,才能“各显神通”地过海。

所以,提高创新能力首先应从培养创新意识开始。

为了实现这个目的,我们教师首先要转变教学观念,把教师的角色从“知识(真理)的传播者”转变成“学生获取知识(真理)的引导者”。

因此,在课堂上,教师要带头向现有的知识提出疑问。例如,在“C语言程序设计”课程中,首先要向学生说明:程序设计领域有很多种程序设计语言,C语言只是目前流行的程序设计语言之一。与其他程序设计语言相比,C语言有优点也有缺点,并不是程序设计语言的顶峰。这些程序设计语言都是计算机科学工作者提出的。只要有兴趣,你们——未来的计算机科学工作者——也可以自己提出更好的程序设计语言。

其次,学生也要转变学习观念。把“为考高分(正确回答答案已知的问题)而学习”转变成“为解决实际问题(创新)而学习”。

因此,在学习过程中,学生要敢于质疑、挑战权威。在接受知识的同时,要思考这样一个问题——这些知识不一定总是正确的吧?例如,大科学家Von Neumann最先提出的计算机结构是以运算器为中心的,后来人们发现以存储器为中心更合理,就对其进行了修改。所以目前的“Von Neumann计算机结构”是以存储器为中心的。再如,三百多年前,在“地心说”一统天下之时,哥白尼就是带着“这个结论不一定是正确的吧?”的疑问,勇于挑战权威,创立了“日心说”。

当然,要让学生养成“敢于质疑、挑战权威”的习惯,还有赖于教师给学生创造一个宽松的学习环境,不要设置过多的条条框框,不要轻易对学生提出的不成熟的、别出心裁的想法给出“这不行,你不对”的结论。其实,在科学发展的过程中,很多原先被认为是绝对正确的观点,在经历实践检验后被证明是不全面的。例如,原先认为“光线是直线”,后来发现“光线是可以弯曲的”;原先认为“三角形内角和是180度”,后来发现“在非欧几何中,三角形的内角和可以大于180度”。此外,人们对光的本质的认识也经历了从牛顿的微粒说、惠更斯的弹性波动说、麦克斯韦的电磁理论到爱因斯坦的光量子学说、现代的波粒二象性理论这样一个不成熟到成熟的发展历程。

我们国内的学生往往都很要面子,有疑问的时候不敢想、不敢问,要么是怕被人笑话,要么是对自己缺乏信心。而在美国学校的课堂上,学生是从来没有“害羞”二字的,因为他们从小就是在一个包容的环境下长大的。在美国最常听到的一句口头禅就是“没有做不出的东西,只有想不出来的东西”。美国教育家杜威曾说:“科学的每一项巨大成就,都是以大胆的幻想为出发点的”,可见创造力并不神秘,很多创新的成果其实都出自一种好奇或者最初一个非常简单的想法,就如同瓦特发明蒸汽机一样,更快、更好、更强是创新的源动力。因此,敢想是发挥自己创新潜能的先决条件。

正是有了“敢闯敢试敢为天下先”的探索精神,才有了1996年世界上第一个即时通信软件ICQ的诞生,这个软件诞生的原因其实很简单,就是3个以色列年轻人聚在一起,为了知道彼此是否正在线而开发的。

3创新无止境,实践出真知

当然,创新成果的取得,除了要有创新意识,还要具备创新的能力,而创新能力要在创新实践的过程中才能逐步得到提高。不付诸实践的幻想只能是空想。

正是有了“敢想敢干”的精神,才有了Linus操作系统的出现。1991年4月,芬兰赫尔辛基大学的学生Linus Benedict Torvalds在学习“Unix操作系统”的过程中,因不满意Minix这个教学用的操作系统而突发奇想——打算自己设计一个能在微型计算机上运行的、好用的、具有Unix全部功能的操作系统,并将自己的想法付诸行动,于是开始了Linux雏形的设计。最后在网友的协助下,他成功开发出了Linux操作系统。到2008年,Linux相关产业的累积收益已达357亿美元。

美国的课堂教学中,教师最爱讲的一句话就是“你能行,去试试”,所以美国学生的动手能力很强。我们学习国外一流大学的教学经验,培养学生的创新能力,不仅要增强学生的创新意识,还要通过加强实践环节来强化学生的实际动手能力和实践技能的培养,不仅要鼓励学生敢想,更要推动他们敢干,把创意和构思付诸行动。

美国高校教师经常在学期期间给学生留多个Project (项目),让学生在课外自主完成。这是培养学生创新能力的一种重要手段,可以调动学生自主学习和从事科学研究的积极性,最大限度地挖掘和发挥学生的创新潜能。我们可以学习这种做法,建立我们的大学生科技创新活动制度。

其次要建设大学生科技创新活动的激励机制。例如设置创新研修课程、设立创新学分及相应的奖励制度,鼓励学生参加多种形式的课外创新实践活动,使学生在活动中长见识、增才干,从实践中获取对知识的最直接感性知识。

最后,要健全大学生科技创新活动的保障机制。例如建立开放型实验室和创新教育实验基地,为大学生提供实践的机会和场所,为科技创新活动的开展提供一定的政策支持、经费和硬件投入,选拔思想活跃、年富力强、有科研实践经验的青年教师作为学生科技创新实践活动的指导教师等。

4哈工大开展“Yealy Project”年度创新计划项目的探索与实践

4.1 “Yealy Project”年度创新计划项目的意义

在本科生中开展“Yealy Project”年度创新计划项目,是由我校计算机学院选派去英国曼彻斯特大学进修学习的赵巍博士从国外引进的一项本科生创新实践活动。我院借鉴国外经验,在本科生大一学年开展“Yealy Project”年度创新计划项目,通过该项活动实现对学生知识、能力、素质的综合培养,即:

(1) 引导学生着眼于日常生活,能够主动观察并积极探索身边有意义的事物,培养学生发现问题、解决问题的能力及搜集资料、查阅文献的能力。

(2) 给学生提供发挥想象力的空间,加深师生间的联系,让学生了解交流的重要性,培养学生的团队合作精神。

(3) 给学生创造锻炼动手能力的机会,引导学生从确定目标开始,体验从资料搜集、可行性考察、方案制定、实验比较到最后调试实现的完整的系统全过程,激发他们从事科研工作的兴趣。

(4) 培养学生独立思考、自主学习的能力,使学生具有主动探索有一定研究意义的事物的意识,并在探究的每一个环节学会思考,合理安排和利用时间,学会合作,学会交流。

(5) 培养多样化的、不局限于专业技能的实践技术技能。

4.2 “Yearly Project”年度创新计划项目的实施

(1) 选题和立题方式

设立创新学分制。凡是参加并通过年度创新计划项目验收的学生都可获得创新学分,否则必须选修创新研修课、参加各类竞赛和学生俱乐部才能获得创新学分。

鼓励学生自主选题。召开年度创新计划项目动员说明会,对学生选题给予指导。选题要有实际应用背景,来源于实际生活,且应用于实际生活。学生自主选题的过程本身就是对学生观察和发现问题能力的一种训练,如果略去这一环节,创新能力的培养就要打折扣。

提倡学生以3～5人的小组方式合作完成任务,组长、组员分工明确,既便于交流合作,又能做到技术互补,实现共同提高。

在学生立题过程中,学生和指导教师通过沟通交流实现双向互选,达到完善选题内容的目的,指导教师不能因为所谓的“不切实际”而轻易枪毙学生自己想出来的题目。

对于没有找到题目的少数学生,采取教师集中向学生宣讲、自然淘汰的方式。学生根据自己的兴趣选择教师宣讲的题目,无人问津的题目自然被淘汰。

(2) 开题方式

选题后,提倡学生用一切可能的方法搜集资料,进行学习、归纳和总结,然后由小组讨论制定方案,并进行设计方案的可行性论证,同时撰写开题报告。

采取更活跃、更自由、张贴海报的poster方式开题。选某个半天为开题日,每组事先做好宣传海报,张贴在一个公共场所,选派1～2名代表介绍自己要做的项目,与评委进行交流讨论。开题检查的内容主要包括项目背景、拟解决的问题、解决的方案、预期目标等。参与投票的评委有教师、博士生和硕士研究生,教师选票的分值为3分,博士生选票的分值为2分,硕士生选票的分值为1分。每个评委都持有一定数量的选票,为自己想支持的项目投票,最后加权统计得票分数,获得开题成绩。

2008年的动员会后,我们发现本科生的创新潜能真是不可小看。学生们总计提交了69份开题报告,首先是数量可观,出乎预料;其次是内容新颖,五花八门,题目也“酷毙”了,真可谓“海阔凭鱼跃,天高任鸟飞”,“八仙过海,各显神通”。开题那天,现场人头攒动,热闹非凡,无论是参与还是未参与项目的学生,都表现出了极大的热情。学院各个研究中心和教研室派出的一百余名教师、博士生、硕士生组成的评委团对申报的69个创新项目进行了评审,最终确定了57个项目立项。

(3) 过程监控和管理方式

完成开题后,学生开始动手实践,在反复实验中修正和完善自己的设计方案,达到最终实现一个完整系统的目标。在这个过程中,我们主要依靠基于GForge建设的年度创

新计划项目管理网站(http://yp.cs.hit.edu.cn/gf/)对项目进行过程监控和管理。每个通过开题立项的项目都在网站上建立一个对应项目,项目内提供讨论区、邮件列表、Bug跟踪、进度规划、文件发布、wiki文档、源码管理等多种功能。项目参与人员才有权提交各种信息,项目外人员只能浏览这些信息。学生和教师要定期在网站上有交流、进展情况汇报和成果演示。

这个网站使教师和学生的交流突破了空间和时间限制,教师有效地监督学生学习,其他人则可以随时关注项目进展。所有信息都保存下来,成为将来评定教师和学生工作效果的参考。学生和教师在网站上的交流避免了“学生找不到教师,教师联系不上学生”的问题,也便于结题验收时对教师和学生的交流情况作出评价、进行进度监控和各学生小组的互检。

(4) 结题答辩方式

学生撰写项目结题报告,准备答辩用幻灯片,现场演示自己的设计作品。全组同学共同参加答辩,由验收专家组现场随机抽取组内的学生进行答辩,回答问题的学生也由专家组随机指定。专家组成员包括教师和学生,允许学生旁听并选派学生代表作为评委。

4.3相关保障

为保障项目顺利进行,学校在以下几方面提供支持和保障:

(1) 由国家实验教学示范中心予以经费资助,其下属的软件实验中心每天免费为学生提供机时,保证学生创新实验用机;硬件实验中心免费为学生提供硬件实验平台、硬件实验设备、基本元器件使用和实验方法指导。

(2) 指导教师必须是博士毕业或在职攻读博士学位、年龄在40岁以下的青年教师。学生选定项目后,指导教师要每周关注学生进度,定期与学生沟通交流和讨论,及时了解学生课题的进展情况。项目结束后,学生通过匿名问卷调查方式给指导教师打分,分数作为教师工作量计算的质量系数。

(3) 邀请教师或高年级学生针对项目过程中必需的知识和技能进行讲座和培训,针对学生的共性问题定期组织讲座和培训,由各个小班的班委和团支部轮流组织。图1是经过培训后的学生利用周末休息日制作完成的开题海报。

4.4考核标准

“期望成功、容许失败、重在参与”是我们的基本考核准则。考核不是最终目的,激发学生对计算机专业知识的学习兴趣,培养他们发现问题、分析问题、解决问题的能力才是最关键的。相比结果而言,鼓励学生动手、动脑去积累实践经验、体验研究与创新的过程最为重要,而学生是否取得了“创新”的结果并不重要。所以,考核的评分结果和项目难度只作为评奖的参考,不作为是否取得创新学分的标准。

为体现考核结果的公平,将软、硬件项目分开进行验收考核,实行不同的评分标准。验收答辩结果只设“优秀”和“通过”两个档次,优秀者有数量限制,将被直接推送参加学校或国家大学生创新性实验计划的评选。答辩时要求学生小组按照开题标准实现一个完整的系统,讲解条理清晰,每个成员对整个系统原理明确,尤其对自己负责的部分非常熟练。对于没有成功的项目,也给他们一个总结教训的机会,对失败的原因进行分析,按照分析的透彻程度和工作量,与成功的项目一起排名。只有什么都没干,或者干得特别少,才不让通过。

4.5奖励方法

激励机制可以促进学生参与项目的积极性,也决定了学生投入精力的多少。因此我们采取了以下奖励办法:

(1) 在奖学金评定中考虑适当加分,并记入学生档案。

(2) 每年选出最佳项目,给予物质和精神奖励,授予获奖证书。

(3) 优秀项目推送参加学校或者国家大学生创新性实验计划的评选。

4.6从新角度理解本科生“创新”的内涵

也许有人会提出异议:“大一学年的本科生能有什么创新?”在这里,我们不能用考察学者的角度理解“创新”的内涵,而我们的教学重点在于让学生用一种自己没有使用过的方法——对他人而言可能不是新方法——去解决一个普通问题,这对学生来说就是“新”。只要有想法,并尝试动手实现它,中间无数次的探索和试验,无数次的资料查阅,无论结果是成功还是失败,都是创新,都是宝贵的经历财富。

从横向看,与他人比较、与其他方法比较,做别人没做过的事情是创新,也是一种真正意义上的创新;但从纵向看,与自身比较,做自己没做过的事情也可以看作是一种创新。

从学生角度看,这里的“新”,用“进步与提高、并通过进步与提高获得一种从未体验过的成就感”来定义更准确些,这个过程应该是根据自身的基础和特点立足于不同层面、循序渐进进行的。起点的高低只取决于基础与能力的好坏,与年级的高低不存在必然联系。

从教师指导和活动管理的角度看,我们尝试一种与其他传统课程完全不同的模式开展教学,包括从立题、选题、开题、实施到答辩的每一个具体环节。虽然借鉴了国外经验,但实施的每一个细节又融入了我们独特的国情、校情和院情元素,是针对哈工大计算机专业学生的生源特点采取的一系列措施,这种管理模式本身也不能不说是一种创新。

5结束语

“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力”。陶行知也曾说过:“人类社会处处是创造天地,天天是创造之时,人人是创造之人。”二十一世纪是知识经济时代,国际竞争将主要体现为创新人才的竞争。高等学校是培养创新人才的基地和摇篮,肩负着重要的历史使命。因此,必须全方位更新观念,把培养大学生的创新能力作为教育改革的核心。“发掘本科生创新潜能,提升本科生的创新意识和实践能力”是我们所有高等院校教师义不容辞的责任。相信学生,相信我们自己:你行我也行。还等什么?让我们大家从现在就开始行动吧。