计算机学科前沿课程与研究生科研创新能力培养探索①

何施茗 李文军 陈沅涛 曾道建 张经宇

(长沙理工大学计算机与通信工程学院 湖南长沙 410114)

学科前沿课程作为研究生接触科研的第一扇门，其建设是质量决定了省属高校高校研究生科研创新能力规范的培养，是实现省属高校研究生高质量培养的一个重要环节。但随着研究生培养规模的不断扩大，培养类型的不断丰富，单纯以学科知识为中心的课程设置已难以适应经济社会发展的需求，单一以学术价值为取向的实施模式与培养目标实现之间的矛盾日益突出，严重制约了我国研究生教育质量和效益的进一步提高。课程教学过程中存在的问题与矛盾日趋凸显，主要包括以下一些问题：

（1）重科研，轻教学。目前，教师与学生均普遍认为研究生阶段课程教学的重要性远不如科研训练，从而导致师生们对科研训练越来越重视，对课程教学则抱着完成工作量、修满学分的态度。

（2）课程教学随意性强、教学内容陈旧。课程教学有时根据教师的意愿开展，原则性不强。课程有时存在刚一开始就由学生来讲，教师只是随意地点评几句的现象，对于基础知识不扎实的学生来说，其基本上处于“坐飞机”的状态。教师授课的教学内容“老化”，更新速度慢，一直沿用多年，基本上是较为成熟的理论知识或者是一些与课程根本无关的内容，不能适应经济社会的发展要求，出现所学知识与行业发展相脱节，缺乏对该学科前沿性知识的探索。这些问题极大地降低了课程的吸引力，导致学生缺乏学习动机，学习积极性不高。

（3）授课方法单调，学生被动接受。研究生课程的教学实际上就是教师与学生在供需双方中扮演的两种角色，他们都是研究生课程教学的主体，在课程教学方面是平等的。虽然教育界探讨和采用了多种形式的授课方式，但在实际授课的过程中，仍存在以教师讲授为主、学生被动接收的教学现状，教师极少运用讨论、实验、调查、演讲、翻转等现代化、混合式教学方法，普遍使用的是“灌输式”、“满堂灌”授课方法，这些授课方法使得学生处于被动状态，学习热情不高，参与性不强，只能被动接受知识，不敢或者“没机会”去挑战知识的权威，久而久之就会导致学生学习兴趣下降，思想消极被动，缺乏对知识的批判与探索精神，创新意识缺乏，创新能力低下。

（4）研讨式教学效果不佳。虽然有探索进行研讨式教学，但还是以教师讲授计算机基础知识、前沿知识和应用案例为主，课上交流研讨内容比较少，并不是完全意义上的讨论课。存在两方面难点：一方面是对授课教师要求较高，需要及时跟踪学科前沿动态，大量阅读最新学术文献，在深度和广度上要兼顾，这样才能在满足学生相对广泛研究兴趣的同时，能够对具体专业方向的问题进行较为深入的指导；另一方面，是对学生的基础知识和动手能力要求较高，需要学生无障碍阅读英文文献、深入了解相关专题的基础知识、编程实验能力突出，而与这些要求相关的前序外语、数学、程序设计、专业课等课程学生学得不够全、不够深，对参与直接对标国际水平的前沿讨论课学习造成困难。

然而，建设世界一流学科和世界一流大学所需要的一流学术成果离不开研究生这一生力军的贡献。因此，为了适应新的发展需要，探索学科前沿课程新的教育教学理念，以计算机科学与技术学科为例，建设高阶性、创新性和挑战度的学科前沿课程，培养能够适应时代发展的，具有多元化、科研创新能力的卓越人才。

1 国内外研究现状分析

林志勇等[1]以“高等燃烧学”研究生学科前沿课程为例，研究课程内容建设、课堂讲授和课程实践三个方面对研究生学习和科研兴趣培养的影响。张浩鹏等[2]以计算机视觉方向为例，借鉴世界一流大学研究性教学的成果经验，研究并实践面向学术前沿、以研讨为主的研究性教学模式，来提研究生科研能力培养质量。吕佳高等[3]为了提高从海量文献中提取关键词的效率，提出了一种基于文献计量和众包的科技关键词提取方法。该方法利用自然语言处理的词性标注将文献中名词标记出来，然后利用文献计量的科技监测方法筛选出潜在科技关键词，最后再利用众包进一步筛选。周苏[4-5]多次分析面向本科高年级的“计算机前沿技术讲座”课程中的教学课时和对象特点，将教学内容进行分层，引入实验实践环节并设计“课程报告”和“实验报告”，培养学生自主学习能力，加深对“前沿技术”的理解和认识，并加强学生获取知识能力的培养。在新一代信息技术与制造业深度融合，引发影响的深远产业变革的背景下，李文正[6]从信息化人才的需求出发，分析当前前沿方向缺乏高端技术复合型的 “高精尖”人才。根据该类人才的培养目标设计“计算机前沿技术”课程的内容。邸书灵[7]将教学内容设计为介绍前沿知识与技术的相关专题和基础知识的回顾。紧密结合行业动态、密切关注热点事件，引入最新发生的典型案例，从而充分调动学生的学习兴趣。引导学生自主学习，自我提高。李德胜[8]针对课程课时少和高年级学生的特点，将课程内容划分为技术类讲座和创作类讲座。技术类讲座主要关注优秀算法，让学生了解计算机算法与自然、生物、人类社会都是紧密联系的。创作类讲座主要关于科研论文与专利的写作，对学生的今后学术深造和就业指向有一定的帮助。

2 课程设计方案

2.1 优选结合教师科研经历与成果的专题，圈定和自主选择高水平前沿文献

计算机学科的前沿理论和方法发展迅速，虽然课程名称不变，但课程内容逐年更新。即使再增加课时，也很难在保障教学质量的同时覆盖所有的前沿方向。前沿专题确定了课程的教学范围，需要根据学校、学院、教师的研究特色，有的放矢优先选择前沿专题。专题数量过多容易讲不透、学不明，过少无法有效扩展视野。具体专题数量建议根据总体课时，保证每个专题不少于4个课时。专题确定后，选择进行前沿专题研究的教师担任专题的任课老师。除任课老师从近五年计算机顶级期刊和国际会议中圈定高水平前沿文献作为规定阅读和讨论的素材，同时引入计算机学会推荐期刊与会议列表，作为学生选择自主阅读和讨论材料的依据。通过优选结合教师科研经历与成果的专题，圈定和自主选择高水平前沿文献，培养学生自主选择文献、阅读文献、寻找前沿问题、判断文献水平高低、总结梳理归类文献能力，全方位提高研究生基本学术研究素质。

2.2 结合基本理论和前沿知识、通用知识和专业知识

计算机前沿技术发展飞速，对于很多学科前沿专题，学生的相关基础理论知识是远远不够。在课程上补充讲解所需要的基础理论知识将占用过多课时，难以实现。为了避免学生过于吃力，保障教学质量，需要在合理安排课上和课下补充基础理论知识的时间。在提供阅读和讨论材料的同时，也要提供各个专题需要补充基础理论知识让学生能自学。同时，课程的开始需要进行基本文献检索、阅读和写作的通用知识的讲授和训练。学生刚开始进行英文文献阅读时，会存在较大困难，产生畏难心理。需要给学生建立信心，大量的文献输入才能有输出。在后续文献阅读报告中，穿插进行专业知识和学术研究通用知识、技巧和工具的交流。通过结合基本理论和前沿知识、通用知识和专业知识，拓展学生专业视野的同时训练学生开展学术研究的基本能力。

2.3 分组汇报讨论，优化排课方式

计算机学科前沿课程采用面向前沿、汇报和讨论为主的混合式研讨教学模式。需要学生课下花成倍的时间自学、阅读总结文献、制作讨论或汇报报告。只有充分地准备，才能完成课上的讨论。上课人数太多、课时数量太少、课程间隔太短，都会使得学生课下准备不充分、课上讨论时间不够，影响教学效果。以往计算机学科前沿课程，课程共计32学时，每次2个学时，在秋季学期连续16周完成教学任务。选课人数可达到70人，平均每人的讨论时间20min。拟改为秋季学期隔周4个课时，如无法限定选课人数保持小班教学，可进行2～3人分组，要求分组准备讨论和汇报。预留充分的课下准备周期，提高每组学生的课堂讨论时间，促进研讨的深入。分组讨论可能带来每组分工不均，别小组的汇报与自己无关，只准备自己的论文与汇报等问题。而且国内学生的不喜欢提问，无法形成良好的研讨氛围。可要求小组汇报结束后，别的小组必须提问题。通过分组汇报讨论，优化排课方式，从教学安排上保障教学效果。

2.4 增加创作类专题讲座

科研论文和专利是科研成果的最终展示形式。如何进行科研论文和专利的写作是困扰研究生的一个主要问题。拟在学科前沿课程中加入创作类专题。

科研论文写作课程为2个学时，主要关于科研论文的重要性、什么是好论文、科研论文的分类、论文提纲、科研论文的编写格式、写作语言、研究工作的新颖性、研究背景介绍、数据方法说明，清晰明了的研究结果展示和分析、图表绘制以及学术道德。

结合专利申请说明书的来说明专利写作，大约为2个学时。主要关于发明名称的选取、专利申请说明书的要求及其作用和组成部分（技术领域、背景技术、发明内容、要解决的技术问题、技术方案、有益效果、附图说明、具体实施方式（实施例）、附图）、权利要求的作用、实质性要求和撰写方式。发明专利的新颖性和独创性，是专利是否顺利通过授权的关键。需要注意专利与论文的主要差别以及申请专利与投稿论文的时间安排，已经公开发表的论文不能再进行专利申请。

2.5 立体考核形式，全过程考核

合理的作业和考核形式能有效保障教学质量。一般学科前沿课程采用课程报告考核，学生通常直接翻译1～2篇论文交差，形式较单一而且过程管控较差。首先建立诚信机制，杜绝复制和抄袭。然后建立立体的全过程的考核方式，包括课程讨论、文献阅读报告、项目研究报告三种形式。课程讨论主要以学生是否主动参与讨论，讨论的深度为考核标准。文献阅读报告，要求对一个专题的几篇规定或自选文献进行阅读和总结，对文献进行分类，总结其创新点、优点缺点、适用范围，针对缺点提出可能改进的方向，制作成ppt并在课上宣讲，供大家进一步讨论。文献阅读报告以学生对科学问题的发现、理解和总结能力以及口头交流表达能力为考核标准。每个小组根据文献阅读报告中针对缺点提出可能改进的方向，完成一个项目研究，制定项目方案，开展简单的实验研究和分析。项目完成后，不论实验效果如何，以规范的学术论文形成项目研究报告总结成果。项目研究报告以项目方案的合理和创新、报告的规范和完整为考核标准。通过三种考核形式，使得学生在学科前沿课程中体验科学研究必经的步骤，逐步熟悉科学研究的过程。

2.6 借助智慧教室开展混合式研讨教学

智慧教室为实践研讨式教学设计，便于学生分组进行学习、讨论和研究。不同于一般教室的横排和大圆桌的位置摆放，智慧教室包括6张小讨论桌，每个讨论桌上都配置42寸显示屏，可随时切换投影组内学生的笔记本电脑；教室前后都安装黑板，6个小组都可同时板书思路或讨论结果并进行讲解，实现了灵活的电子、手写的组内、组间的讨论方式。通过智慧教室，从教学硬件条件上增强教学效果。

3 结语

学科前沿课程对提升研究生开展学术研究的综合素质，为学生在研究生学习期间取得高水平研究成果奠定基础。全面学习先进的研究性教学方法，以学生课下自学、课上交流讨论为主，教师讲授、指导为辅，充分发挥课堂上学生的主体作用，探索适应国内研究生实际情况的学术前沿混合研讨课教学模式。将科研论文写作、专利写作纳入到前沿课程中，通过文献阅读报告、项目研究方案和研究论文等多种作业形式进行科研能力训练和实践，以让学生掌握阅读科技文献的技巧、学会寻找理论前沿问题和讲解论文报告、提高撰写高水平学术论文的能力。