大学生创新计划项目与理论课相融合的教学模式

申 萍,王立德

(北京交通大学电气工程学院,北京100044)

1 概述

胡锦涛总书记在全国科技大会讲话时指出:“培养造就富有创新精神的人才队伍,是建设创新型国家的战略举措”。创新是灵魂,创新是生命,人才培养是高等教育的根本任务。大学要培养出国家急需的创新人才,就要提高人才的培养水平,而转变教育思想观念,进行教学模式的创新是培养高素质人才的重要手段。统观我国高等教育的人才培养,普遍存在以下问题。

1)课程设置与培养方案方面的问题

(1)部分课程设置老化,学科发展前沿内容体现不足。课程体系设计上整体把握不够,注重单门课程教学而忽视各课程之间的关联性、整体性,对知识的整合、集成应用比较欠缺。

(2)教学模式总体上是以灌输性教学为主,这种知识传授方式禁锢了学生的思维和发展,不能有效地激发学生学习兴趣。

(3)在能力培养上,学什么设计得多,而为什么学、怎么学设计得少,缺少对学科和科学研究方法的系统教育,缺少科学的系统训练。

(4)培养方案的整齐划一,不能满足学生成长的个性化、成才的多样化的需求。

2)大学生自身能力方面的问题

(1)学生创新能力普遍偏低,想创新但不知道如何去创新,兴趣也往往随着时间、环境、心情而不断的变化,实践活动中稍遇挫折就想放弃。

(2)中国的学生在家要听家长的话,在学校要听老师的话,在单位要听领导的话,一直在不断地呵护下长大,缺乏创新的激情和大胆质疑的思维。

(3)许多学生对创新存在着畏难情绪,认为创新是少数科学家才具备的能力,其实这是对创新的偏见和误解

创新通常依赖于三个条件,即创新意识、创新能力和创新机遇。创新意识,甚至创新能力都是在基础教育阶段培养的。如果我们的学生到了毕业还没有产生过好奇心和独立思考、探究问题的兴趣,他很难成为创新人才。因此,我们的教育必须有所改变。

2 结合创新实验尝试新的教学方法

转变传统的教学模式和方法是高等院校培养创新人才的突破口。本文围绕“电气设计工程师专用搜索平台(图1)”大学生创新项目与《数据库原理与应用》理论课教学,探索激发学生自主学习、创新意识的培养模式与方法,培养学生善于发现问题勇于解决问题,提高对知识的整合、集成应用的能力。理解为什么学、怎么学,如何掌握科学的研究方法,以及通过创新实验活动,学生们体验了协同作战,发扬团队合作精神的过程。

2.1 学生是创新活动的主体

应试教育下的知识传递方式禁锢了学生的思维和发展。传统的实践教学中,教师始终占据着知识传递的主导位置,而学生处于被动接受的角色。创新活动中,我们进行了角色换位,让学生成为创新活动的主体,将单纯的教育转变为知识与智慧并重的教育。智慧表现为对问题的处理、危难的应对、实质的思考以及实验的技巧等。智慧在很大程度上依赖于知识,本质上却不决定于知识的多少,而决定于对知识的理解,决定于对各种知识相互关联的掌握。

图1 电气设计工程师专用搜索平台

让智慧的火花在这里碰撞,这是创新小组的一句格言。计算机互联网技术的飞速发展给人民的生活带来了翻天覆地的变化。随着网络资源的日益丰富,各个领域的研究人员在寻找相关资料的时候更多的将目光投向了网络,电气工程专业也是如此。目前,我国电气设计工程师的工作内容非常复杂,从电子电路的设计、元器件的选购、制做样机产品,到现场调试等,其中繁杂的非技术工作花费了工程师们大量的精力和时间。足不出户就可以完成整个的设计工作,是每个电气设计工程师的愿望。“电气工程师专用搜索平台”正是在这样的背景下提出的,目标是构建一个以电气工程技术人员为主要服务对象的网站,项目表达了电气学院大学生对本专业的热爱和美好的憧憬。

2.2 团队协作是创新的基础

科学技术飞速发展已经让任何一个人都无法在一生当中涉足科学技术的各个方面,这就要求人们得彼此协作。大学生的创新能力不仅与他们的智力因素有关,非智力因素在更大程度上影响着他们创造潜能的发挥。培养大学生的创新能力,既要培养他们的独立性,也要注意培养团队协作精神。

建组初期,组员由一些好奇心强、兴趣广泛,成绩优良的学生组成,随着活动的逐步开展,得到了广大学生的欢迎,人数由几人发展到十几人,组员成分有研究生和本科生、电气学院和计算机学院、大四高年级和大三大二的低年级、男同学女同学。小组活动采取专题负责,各个击破,协同作战的方式,要求组员既要精学又要博览,既要发展个性,又要加强团队的合作精神,这也是创新小组的基本政策。活动期间,聘请外企的工程师专家,以及一些研究所的老总进行了市场的发展,市场的需求,国内外发展状况等方面的讲座讨论。我们提出的这个搜索平台是一个计算机技术在电气领域的一个应用。该项目市场前景很好但技术难度、工作量非常大,涉及到数据库技术、软件编程技术,计算机网络技术。大学生课外科技活动是否能完成这个任务、能完成到什么程度大家心里没有底。学生们开始了广泛调研,搜集大量的国内外相关的资料,并对这些资料进行整理分析。通过不断地学习、交流、讨论,学生们很快的对项目有了一个整体了解既主要内容、创新点和难点。初步得出以下结论:①国外此类平台在技术上已经成熟,如:美国的 DIGI-KEY网站,日本、德国等国家也已经有了类似的网站。由此说明该项目技术上具有可行性;②在国内很少类似网站,且功能简单数据量少,说明项目具有很大的市场前景;③该课题以《数据库原理与应用》理论课教学内容为基础,更易于激发广大学生学习兴趣,明确学习目的,理论联系实际。

2.3 提高实践能力是创新的目的

对于一名高校的教师来说,讲好一门学科的基本知识和基本技能固然是必要的,但同时更应当让自己和学生清晰地了解知识的产生过程、知识间的相互联系以及整个知识体系的框架,从而帮助学生理解知识本身蕴含的思维形式和思维方法,让学生抓住一门学科知识的“纲”,逐步达到越学越少的境界。智慧形成于学生应用知识解决实际问题的各种教育教学实践活动,让学生亲身感悟解决问题、应对困难的思想和方法,就可以逐渐形成正确思考与实践的经验,而这恰恰是现在的课堂教学所忽视的。创新小组的学生除了进行课堂上的理论的学习如《数据库原理及应用》,在小组活动中还要求学生进行相关知识的拓展学习,如:静态页面设计、动态页面设计(JSP,ASP)、数据库技术、艺术设计软件、高级程序语言等。

通过前期的市场调研,及相关知识的学习,组员进行了网站整体结构及功能模块的设计,并按团队协作开发方式,将任务解体为几大部分:数据库的设计,系统功能模块的设计,数据的采集处理。以系统功能模块的设计为例,任务又细划分为:搜索系统、订购系统、会员系统、后台管理四个部分。四个部分按专题进行各模块的编程。工作中组员们主动学习,独立思考,合作协调解决了各模块之间的互联互通问题。对开发中的各种接口和标准进行了特别讨论,为以后的团队联合开发打下了良好的基础。

创新小组采取专题分组学习的方式,几人专攻一项,对其他人的学习内容要有大体了解,每次的研讨会上有一个组员讲解自己所学部分的内容及体会,而其他组员听讲提问讨论,整个团队的学习事半功倍,在较短的时间里整个项目得以快速进展。

2.4 转变思维方式,强化综合能力

在分析问题与解决问题能力的基础上,还需要有“发现问题与提出问题的能力”。发现问题与提出问题比分析问题与解决问题更重要,难度也更高。对学生来说,发现问题更多地是指发现了课堂上、书本上不曾教过的新方法、新观点、新途径,知道了以前不曾知道的新东西。这种发现对于学生是重要的,因为这是一种自我超越,可以获得成功的体验。学生可以在发现的过程中领悟很多东西,可以逐渐积累创新的经验。更重要的是,可以培养学生学习的兴趣,树立进步的信心,激发创造的激情。

人的创新能力的形成依赖于知识的掌握、思维的训练和经验的积累,其中,最核心的是思维的训练。在网站的总体方案提出中,学生们自学了软件设计工程的相关知识,转化理工科设计的思维方式,设计了系统的功能结构图。在搜索模块的编程过程中,学生们遇到了怎样提高搜索效率的问题。其中包括怎样提高搜索系统的实用性和怎样降低搜索系统的资源使用等问题。实际研发中进行了以下具体讨论:是否为搜索后所得数据设立专门的数据缓冲区?类似的专题讨论贯穿了整个创新活动。

3 通过创新实验项目激发学习兴趣

将大学生创新实验项目作为典型案例引入课堂,以创新小组的学生为骨干进行课堂讨论,使学生更加明确理论教学所学知识如何应用,富有挑战性的课题、难题、解决方案又极大地激发了学生学习的积极性。

学生们根据课堂上学习的数据库理论知识,反复研究讨论,克服了数据量巨大、产品属性复杂等给设计带来的困难,最终完成了数据库模型的设计,图2是元器件搜索中的某一界面。

图2 器件搜索

整个设计过程包括:需求分析、数据流图、数据字典、概念结构设计,逻辑结构、物理结构的设计,数据库的设计说明书。在模型的建立过程中,组员们进行了热烈的讨论甚至是激烈地辩论,提出了多种改进的方法,并进行了一些测试。包括:

大类表、小类表、产品表合并后对数据库的性能作的测试。

测试得出在对具体产品进行搜索时合并后的方法能够提高两倍效率,但在选取大类和小类时,多出一个排序过程,使合并后的I/O开销猛然增加。学生们依据数据库原理的基本理论,讨论了排序过程的出现原因,提出在大类字段和小类字段上建立非聚集索引想法。

在大类小类两个字段上分别建立非聚集索引,的实验结果是开销大大节省:I/O开销为0.003125,CPU开销为0.001614。

在产品数据表中添加用于搜索属性值的字段(filter)

经过反复讨论学生们提出了:当用户进行一般关键字搜索时,不直接调用属性值表(value),可以极大地提高搜索效率。通过实验可以看出增加filter字段后聚集扫描过程减少了两个,提高了33%的效率。

每次的课堂案例讨论后,都有一些同学主动要求参加创新项目小组活动,这样又使得创新小组成员更加努力,更有成就感。这样的教学模式使得课堂教学与学生课外科技创新活动密切结合,相互促进,收到了非常好的效果。

4 结论

将大学生创新性实验计划项目“电气设计工程师专用搜索平台”作为《数据库原理与应用》理论课程的案例和研究性专题,把本科教学和课外科技活动有机的结合起来,整个项目中突出学生的主体地位,使教和学富于弹性与柔性,激发了学生们的好奇心和探究问题的兴趣,让学生有了更多的自我选择、自我提高的空间,鼓励了学生的个性发展,调动了学生主动学习,创新的积极性。促进学生对各种知识相互关联的掌握能力,提高对知识的融合、灵活应用能力。更重要的是通过这样的教学模式与方法的尝试,不但创新实验小组的同学积极主动地去学习更广泛、深入的数据库知识,也带动和激发了其他同学们学习的积极性,更加明确了学习数据库知识的目的,强化了学生的团队合作精神

目前“电气设计工程师专用搜索平台”正在试用,可以通过北京交通大学电气工程学院的网站进行访问:http://202.112.155.62:8080/web/。

[1] 田社平,陈洪亮等.通过本科生研究计划培养大学生创新能力的几点思考.电气电子教学报,2006年4月

[2] 萨师煊,王珊.《数据库系统概论》.高等教育出版社,2002年