工科学生创新能力培养的研究与实践

赵晓妍 王朋 王越明

黑龙江科技大学电气与控制学院，黑龙江 哈尔滨

引言

高等本科教育教学对大学生的知识、能力、素质等形成起着非常重要的作用，特别是对创新精神与创新能力的培养起到决定性的作用。因此，如何促进高等本科教育的发展，培养具有创新能力的人才，这个问题已经受到了广泛的关注。随着世界经济的发展和科学技术的日新月异，未来世界的竞争体现为创新能力的竞争。拥有了强大的创新能力就站在了世界发展的前沿。因此，培养和提高创新精神与能力，培育造就创新人才，是当代中国的主题，也是世界的主题。高等学校作为人才培养的基地，培养大学生的创新意识，提高大学生的创新能力是高等教育的目标。

目前，我国教育带有普及性, 重在传授知识, 而指导学生解决实际问题的能力比较欠缺。国家非常重视本科教育的教学改革，要求全面提高教育教学水平，改变教学理念，探索教学方式方法，能够培养出适应社会发展的创新型应用人才。为了能使学生更好地适应社会的需要，国内许多学校适应市场导向，着力培养复合型、创新型人才。我校处于更名大学之初，为黑龙江省应用型本科院校，应该为区域经济发展培育高素质的、具备创新能力的应用型人才，更应该努力探讨与研究创新人才的培养。在黑龙江科技学院的“培养大工程背景下的思想道德素质高，基础理论扎实，专业知识面宽，工程实践能力强，具有创新精神的应用型高级专门人才”的本科专业人才培养目标的指导下，以信号与系统本科专业基础课为实例，在工科教学理论的传授过程中，以“大工程”、“大实践”的教育理念、先进的教育思想为引导，研究如何加强学生理论与实践的深度结合，如何在理论教学中培养学生的创新能力的新型教学模式，以便能够在高等教育过程中实现大学生的创新能力的激发与提高，为完善我校高等教育理念与模式提供基本理论与实践经验。

1 信号与系统课程教学的现状

目前，国内的高等院校都通过加快课程改革、强化课堂教学改革、加强和改进基础课教学、开展科技创新活动、改革教学管理等有效措施培养出具有创新能力的人才。信号与系统作为高校电气信息专业的核心专业基础课，在专业教学中起着承上启下的作用，是一门理论性强、抽象概念多、数学推导严密应、用性极强的课程。因此，在目前的教学中还采用较为传统的方式和方法。一般将教学的重点放在理论推导、数学公式而忽略了信号与系统理论和方法的物理意义；注重掌握概念，轻视了应用和创新；作为专业基础课程，没有与专业特色进行紧密的联系；偏重理论教学，与工业实践应用相脱节；学生在学习过程中自主学习知识能力差；大部分注重教的过程，忽略了引导的重要性。实际教学中与实践相结合部分内容少，且缺少新技术、新知识的应用。缺少知识综合运用能力的考核，学生创新能力的培养不能逐步实施。因此，在理论性很强，数学公式且严谨的理论课教学中，不研究新的教学方法与模式，很难与专业应用相联系，与工业技术水平相差较大，对学生的创新能力没有激发，也就没有培养。

2 培养学生创新能力的研究与实践

从以上对信号与系统教学中存在的主要问题的分析，我们可以看到这样的结果：在教学中很难将一些新的技术理论引入到课堂中来，并且依据传统的教学方式方法很难提高学生的学习兴趣、知识面及深度的扩展，不能激发学生的创新精神，不能培养大部分学生的创新能力。针对以上问题，通过长期的信号与系统课程的教授及教学改革方法的研究，现通过以下措施培养学生的创新能力。

2.1 信号与系统的教学方式方法改革

传统教学主要以教为主，教学手段以黑板为主，考核方式为笔试形式。而现代教学主要采用引导式、启发式教学，信号与系统改变传统教学方法，采用以学为主，以教为辅，注重对学生的引导与启发，注重培养学生的创新精神和综合能力，能够让学生在课堂上充分体现其主观能动性，促进及优化学生的学习。在理论教学中使学生养成探究性学习的习惯，引导学生对已学知识的调动，通过已学知识的综合运用，解决新问题。现代教学手段丰富多样，可以适当采用现代计算机与网络教学手段与传统手段相结合，使抽象的难于理解的理论知识形象化、趣味化。通过理论精讲中的启发引导、对比分析、重点突出，教学内容合理调整安排，阶段性总结，使知识点之间的有机联系，开拓学生的发散思维，提高分析问题和解决问题的能力。考核方式采用多种方式：在教授过程中选择一些具有研究型、讨论型和具有自主学习型内容，采取讨论、讲授、自学相结合的灵活多样的教学方式，将研究与讨论成果以平时成绩的形式评定，激发其学习的积极性；提高学生搜索材料并组织与处理信息的能力，将重点知识理论应用到实际工程问题的解决中去，并联系专业特色，撰写专题小论文、实验小论文；根据信号自身的特点，与计算机仿真软件MATLAB相结合，完成实践作业。多种多样的考核方式加强学生的自主学习的能力，提高学生的学习兴趣，拓展了学生的思维，培养了学生的知识的综合运用能力和创新能力。

2.2 理论与实践相结合，提高学生创新能力

信号与系统课程涉及许多抽象的概念，同时也是实践性较强的课程。针对本课程的工程性特点，在教学中将坚持理论与实践既统一，又相互促进的原则。

3 紧密结合专业知识，培养专业素质

坚持理论讲授与实际应用相结合。根据所在专业的特点，将本专业中实际应用问题与理论相结合，坚持学有所用，能有效的提高学生学习的兴趣，培养专业素质，提高知识应用能力与激发创新能力。例如，在信号与系统的理论教学中，频域分析法的应用十分广泛。在实际授课过程中将频谱分析的基本理论与电力专业的工程实例相结合。例如对大型电网进行谐波分析，可以利用频谱分析方法识别电网中的谐波信号，确定其较大谐波的频率，以便进行消除；还可以将频谱分析理论应用在电机的故障诊断中，取电动机的滑差电流进行频谱分析，通过判断滑差电流是否有泄露来判断鼠笼是否断裂。通过理论与本专业实际应用相互结合的方法，这对学习电力专业的学生来说，不仅明白学习理论知识的目的与意义，而且还了解了相关专业的知识，提高了学习的兴趣，提高学生的专业知识综合应用的能力，从而激发了学生的创新思维与创新能力。

4 MATLAB实验课程配合理论教学

合理的分配教学内容，在实验安排上，理论课与实验课相衔接，课堂教学内容与实践内容互相渗透，不仅延伸了教学内容，而且对理论知识进行了综合应用，起到了升华的作用。这里主要借助MATLAB工具生动形象的完成理论计算、波形分析、动态演示、频谱分析等过程，提高工程操作能力，让学生可以较好的理解与吸收一些抽象的理论知识。通过加强实验与实践环节，提高课堂教学效率，使其有助于学生理解和巩固所学理论知识，有助于培养学生动手能力、创新能力和工程实践能力。

5 建立科研项目，扩展思维模式

建立科研项目，引领学生参与科研项目，提高学生的专业角度，扩宽学生的思维模式，在科研参与中锻炼自己，培养创新精神与能力。通过科研提供创新型实验与实践的机会，让学生自主构思实验内容，设计实验方案和实验电路，教师起侧面辅导作用。提供给有兴趣的学生以更多的锻炼机会，培养学生的综合实践能力与创造思维能力。让学生在课程的学习与领悟和知识的运用中自主创新、完成扩展性实验。

6 结语

通过在信号与系统这门课程中培养工科学生的创新能力的研究与实践，提出了比较有效果的教学改革方法及激发和培养创新能力的实践方法，有利于形成理论教学中培养学生的创新能力的新型教学模式，为完善我校高等教育理念与模式提供基本理论与实践经验。

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