在本科教学中加强科研思维和创新思维训练的探索

王春桃　刘财兴

摘要：文章针对在本科教学中加强科研思维和创新思维训练的问题，分析将本科知识点的创新探索过程还原出来对加强本科生创新能力培养的可行性，提出在教学中加强科研思维和创新思维训练的思路和方法，并以例子简要说明其效用。

关键词：创新；本科教学；科研思维；创新思维；教学方式；计算机组成原理；计算机系统结构

近10余年来，各高校不断推进教学内容改革，设立各类激发大学生创新能力的实验室，提供各种增强大学生创新能力的平台和比赛。这些实践表明，高校的创新机制确实较好地培养和提高了学生的创新能力，在一定程度上推动了教学和科研的发展。不过，文献也指出，目前高校在创新人才培养方面还存在一些问题，如重知识传授而轻能力培养等。文献对大学生的创新能力进行了调查，表明当前高校的创新机制对大学生创造力培养有一定的帮助，但总体上大学生创造力有待进一步提高。

科学和技术发展史表明，创新能力培养必须依赖于合理而充分的科研思维和创新思维的训练。其中，科研思维是指个体运用一定的科学方法进行思考的过程；创新思维是指具有开创意义的思维活动，即开拓人类认识新领域、开创人类认识新成果的思维活动。科研思维将能在较大的程度上保证创新过程的合理性和创新的有效性；而创新思维将能在方向上较好地引导科研思维发挥更大的作用。然而，纵观我国中小学教育体制和传统的本科教学方式，大学生尤其是低年级学生在较大程度上都尚未经过良好的科研思维训练。现今的本科教学内容中，很少开设专门进行科研思维和创新思维训练的课程。因此，如何让大学生尤其是低年级学生接受科研思维和创新思维的熏陶和训练，是有效培养和提高大学生创新能力的关键问题。

事实上，本科课程中的相关知识，无一不是经过前人的深入研究并经系统整理而得到的，也就是说知识被发现或创造的过程本身就已经包含了科学研究思维和方法。因此，若能有意识地在授课时还原这一思维过程，就能较好地让学生了解、熟悉并掌握一定的科研思维和创新思维。

笔者在教学过程中对本科生的科研思维和创新思维训练进行了初步的探讨和有益的尝试，提出在教学中加强科研思维和创新思维训练的思路和方法。

1、教学中加强科研思维训练

为了方便学习，各类教科书都对相关知识，进行了系统化和条理化。传统的教学侧重于让学生理解和掌握这些知识，建立完整的知识系统结构，并在可能的情况下学会应用基本的原理和方法。这种传统的教学与学习方法，虽然让学生掌握了相关知识体系，却没能让其接受到知识本身被发现/创造的过程中所采用的科学的思维和方法，因而影响科研思维和创新思维的培养。

那么，如何在教学中加强科研思维的训练？首先，在教学准备中，授课教师将需要讲授的知识点所对应的问题找出来，经提炼后将此问题还原成一个科学问题。然后，梳理解决此问题的思路和方法。接下去在教学的过程中，教师可以逐步地还原该问题的解决思路和解决方法，并最终引导到书本的知识点上。

为了应对授课时间有限的问题，在还原知识被发现/创造过程的教学中，可以采用两种不同的教学方式：第一种是“步步为营”的探索引导方式，第二种是讲故事的形式。对第一种教学方式，可以将已还原的“待解决”问题与学生已掌握的某些知识或日常现象关联起来，引导他们思考解决该问题可以从哪些方向入手，然后再逐个方向去引导他们探索解决问题的具体方法。最后，去掉不能恰当解决问题的方向，留下可以解决问题的方向及解决方法，并籍此引导归纳得出书本的知识点。这种教学方式，适合于时间充裕的教学环节，它能充分调动学生的课堂参与度，激发学生的思考热情。长期坚持能较好地训练学生的研究思维和研究方法。

对于第二种教学方式，适合于授课时间不是很充裕的情况。主要是采用介绍性的方式还原问题的分析解决过程。例如，可以通过讲述当年的科研故事来说明相关研究人员是怎么思考这个问题的，怎么走弯路的，最后又是怎么正确解决问题的。通过讲述研究故事，既能够增加课堂的趣味性，又能让学生从中领略到探索研究过程的波折、思维、方法和经验。

通过上述两种方式的组合，可以让学生了解和熟悉相关的科研思维，并在潜移默化中得到科研思维的训练。

2、教学中加强创新思维训练

创新的实质是发现新问题和解决新问题，从而以更少的代价获得更好的结果。从不同方向发现或提炼新问题开始，进而用科学的研究思维和研究方法来解决新问题，这就是创新。因此，通过在教学中还原知识所对应的科学问题以及介绍问题的解决过程，也能有助于创新思维的训练。

在教学中，还原出知识点所对应的科学问题后，无论采用“步步为营”探索还是讲述故事的教学方式，都可以让学生了解和熟悉在解决问题之初是如何朝不同方向思考而打开思路的，以及如何从不同的角度去探索解决问题的方法。经过这种方式的反复训练及归纳总结，学生将能逐步认识和理解在解决问题之初可以朝哪些方向进行尝试和探索。因此，在需要创新或解决问题的实践场合，学生将能较好地朝不同方向进行探索尝试。这就是在创新思维上得到了一定程度的训练。

此外，针对同一个科学问题，不同的研究人员会从不同的角度进行分析，从而形成不同的解决方案。因此，在还原科学问题并介绍不同解决方案的时候，可以引导学生了解不同解决方案的出发点和解决思路。在一定数量的训练后，学生将能发现各种出发点和解决思路。经过不断的归纳总结，学生将能熟悉如何在已有的基础上尝试创新的方向与思路。

若教学时间受限，则可以通过以点带面的方式来进行。例如，教师可以引导学生根据已了解的创新方式设想不同的解决方向，然后用其中若干个与需要传授的知识点相关的方向在课堂上引导，而把其余方向留给学生作为课后作业。若后续的时间允许，可以在后续的课堂上适当选一些学生介绍他们对其余方向的探索过程和探索结果。另外，也可以将相关的最新研究成果与某个方向关联起来，引导学生去查相关资料以进一步深入理解该问题的现状和趋势。在这些过程中，将有可能激发学生找到新的问题，并产生新的成果。

综上所述，在教学中加强科研思维和创新思维的训练，都是从还原知识所对应的科学问题开始的，也都有比较相似的教学过程，甚至还有机地融为一体。不过，创新思维的训练侧重于如何打开思路，从而用不同的方向来形成不同角度的子问题，并尝试用不同的方法来解决；而科研思维的训练则侧重于如何用合理的、科学的研究思维和方法来解决已经提出的科学问题。

3、科研思维和创新思维训练实例

对于在教学中加强科研思维和创新思维训练的教学方式，我们在计算机组成原理和计算机系统结构等课程中进行了一些尝试和探索。

例如，在计算机系统结构课程中，有一个知识点涉及重叠执行和先行控制。该知识点先依次介绍顺序执行、一次重叠和二次重叠，然后再介绍先行控制原理。为加强科研思维和创新思维的训练，备课时可以根据课程内容提炼出一个科学问题：如何提高指令的执行速度，以便提升CPU的性能？为回答这个问题，首先考查传统的指令执行存在什么问题（如传统的顺序执行过程中，存在指令部件利用率低的问题），然后再考虑如何去解决存在的问题从而提高指令的执行速度（学生自然会想到要提高利用率来解决问题）。在考虑这个问题的时候，可以从不同角度不同程度去思考分析（如可以考虑一次重叠执行、二次重叠执行等；可以考虑增加指令执行部件资源；可以考虑提高CPU主频等）。

备课时梳理好上述思路后，授课的时候就可以用来进行科研思维和创新思维的训练。从创新思维训练的角度，侧重于让学生领悟到为回答该问题应如何打开思路，如先考查传统指令执行存在的问题，然后以此为突破口进行改进，进而想到一次甚至二次重叠执行的方法；或者另辟蹊径，考虑提升CPU的主频等。针对引导过程中提出的不同思路，可以逐一分析并尝试提出解决方案，如一次和二次重叠执行要怎么进行，在进行重叠的时候会引入什么问题以及又该如何解决等。这实质上就是训练科研思维，从中可以让学生学习到具体的解决问题的思路和方法。

上述过程，围绕同一个科学问题，同时兼顾科研思维训练和创新思维训练。若在时间允许的情况下，可以安排合适时间引导学生逐步完成，最后得出书本上甚至超越书本上的结论。

4、结语

培养具有良好创新能力的学生是高校的重要任务之一。然而当今中小学的教育体制及传统本科教学方式的缺陷，使本科生接受的科研思维和创新思维训练不足，从而使目前高校已开展的创新平台的效用打了折扣。如何让本科生了解、熟悉甚至掌握一定程度的科研思维和创新思维，是有效培养创新人才的关键问题。

在本科教学中加强科研思维和创新思维的训练，即是需要将相关知识点对应的问题还原成科学问题，然后再逐步引导学生重新探索了解或体验领略这一问题的解决过程，借此让学生了解、熟悉甚至掌握科研思维和创新思维。初步探索表明，此种教学方式受到学生欢迎，对他们训练科研思维和创新思维有较大帮助。