在本科教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練的探索

王春桃　劉財(cái)興

摘要：文章針對(duì)在本科教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練的問題，分析將本科知識(shí)點(diǎn)的創(chuàng)新探索過程還原出來對(duì)加強(qiáng)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的可行性，提出在教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練的思路和方法，并以例子簡(jiǎn)要說明其效用。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新；本科教學(xué)；科研思維；創(chuàng)新思維；教學(xué)方式；計(jì)算機(jī)組成原理；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

近10余年來，各高校不斷推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容改革，設(shè)立各類激發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新能力的實(shí)驗(yàn)室，提供各種增強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的平臺(tái)和比賽。這些實(shí)踐表明，高校的創(chuàng)新機(jī)制確實(shí)較好地培養(yǎng)和提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，在一定程度上推動(dòng)了教學(xué)和科研的發(fā)展。不過，文獻(xiàn)也指出，目前高校在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面還存在一些問題，如重知識(shí)傳授而輕能力培養(yǎng)等。文獻(xiàn)對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行了調(diào)查，表明當(dāng)前高校的創(chuàng)新機(jī)制對(duì)大學(xué)生創(chuàng)造力培養(yǎng)有一定的幫助，但總體上大學(xué)生創(chuàng)造力有待進(jìn)一步提高。

科學(xué)和技術(shù)發(fā)展史表明，創(chuàng)新能力培養(yǎng)必須依賴于合理而充分的科研思維和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。其中，科研思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用一定的科學(xué)方法進(jìn)行思考的過程；創(chuàng)新思維是指具有開創(chuàng)意義的思維活動(dòng)，即開拓人類認(rèn)識(shí)新領(lǐng)域、開創(chuàng)人類認(rèn)識(shí)新成果的思維活動(dòng)?？蒲兴季S將能在較大的程度上保證創(chuàng)新過程的合理性和創(chuàng)新的有效性；而創(chuàng)新思維將能在方向上較好地引導(dǎo)科研思維發(fā)揮更大的作用。然而，縱觀我國(guó)中小學(xué)教育體制和傳統(tǒng)的本科教學(xué)方式，大學(xué)生尤其是低年級(jí)學(xué)生在較大程度上都尚未經(jīng)過良好的科研思維訓(xùn)練?，F(xiàn)今的本科教學(xué)內(nèi)容中，很少開設(shè)專門進(jìn)行科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練的課程。因此，如何讓大學(xué)生尤其是低年級(jí)學(xué)生接受科研思維和創(chuàng)新思維的熏陶和訓(xùn)練，是有效培養(yǎng)和提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵問題。

事實(shí)上，本科課程中的相關(guān)知識(shí)，無一不是經(jīng)過前人的深入研究并經(jīng)系統(tǒng)整理而得到的，也就是說知識(shí)被發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造的過程本身就已經(jīng)包含了科學(xué)研究思維和方法。因此，若能有意識(shí)地在授課時(shí)還原這一思維過程，就能較好地讓學(xué)生了解、熟悉并掌握一定的科研思維和創(chuàng)新思維。

筆者在教學(xué)過程中對(duì)本科生的科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練進(jìn)行了初步的探討和有益的嘗試，提出在教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練的思路和方法。

1、教學(xué)中加強(qiáng)科研思維訓(xùn)練

為了方便學(xué)習(xí)，各類教科書都對(duì)相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行了系統(tǒng)化和條理化。傳統(tǒng)的教學(xué)側(cè)重于讓學(xué)生理解和掌握這些知識(shí)，建立完整的知識(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在可能的情況下學(xué)會(huì)應(yīng)用基本的原理和方法。這種傳統(tǒng)的教學(xué)與學(xué)習(xí)方法，雖然讓學(xué)生掌握了相關(guān)知識(shí)體系，卻沒能讓其接受到知識(shí)本身被發(fā)現(xiàn)/創(chuàng)造的過程中所采用的科學(xué)的思維和方法，因而影響科研思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

那么，如何在教學(xué)中加強(qiáng)科研思維的訓(xùn)練？首先，在教學(xué)準(zhǔn)備中，授課教師將需要講授的知識(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的問題找出來，經(jīng)提煉后將此問題還原成一個(gè)科學(xué)問題。然后，梳理解決此問題的思路和方法。接下去在教學(xué)的過程中，教師可以逐步地還原該問題的解決思路和解決方法，并最終引導(dǎo)到書本的知識(shí)點(diǎn)上。

為了應(yīng)對(duì)授課時(shí)間有限的問題，在還原知識(shí)被發(fā)現(xiàn)/創(chuàng)造過程的教學(xué)中，可以采用兩種不同的教學(xué)方式：第一種是“步步為營(yíng)”的探索引導(dǎo)方式，第二種是講故事的形式。對(duì)第一種教學(xué)方式，可以將已還原的“待解決”問題與學(xué)生已掌握的某些知識(shí)或日?，F(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來，引導(dǎo)他們思考解決該問題可以從哪些方向入手，然后再逐個(gè)方向去引導(dǎo)他們探索解決問題的具體方法。最后，去掉不能恰當(dāng)解決問題的方向，留下可以解決問題的方向及解決方法，并籍此引導(dǎo)歸納得出書本的知識(shí)點(diǎn)。這種教學(xué)方式，適合于時(shí)間充裕的教學(xué)環(huán)節(jié)，它能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂參與度，激發(fā)學(xué)生的思考熱情。長(zhǎng)期堅(jiān)持能較好地訓(xùn)練學(xué)生的研究思維和研究方法。

對(duì)于第二種教學(xué)方式，適合于授課時(shí)間不是很充裕的情況。主要是采用介紹性的方式還原問題的分析解決過程。例如，可以通過講述當(dāng)年的科研故事來說明相關(guān)研究人員是怎么思考這個(gè)問題的，怎么走彎路的，最后又是怎么正確解決問題的。通過講述研究故事，既能夠增加課堂的趣味性，又能讓學(xué)生從中領(lǐng)略到探索研究過程的波折、思維、方法和經(jīng)驗(yàn)。

通過上述兩種方式的組合，可以讓學(xué)生了解和熟悉相關(guān)的科研思維，并在潛移默化中得到科研思維的訓(xùn)練。

2、教學(xué)中加強(qiáng)創(chuàng)新思維訓(xùn)練

創(chuàng)新的實(shí)質(zhì)是發(fā)現(xiàn)新問題和解決新問題，從而以更少的代價(jià)獲得更好的結(jié)果。從不同方向發(fā)現(xiàn)或提煉新問題開始，進(jìn)而用科學(xué)的研究思維和研究方法來解決新問題，這就是創(chuàng)新。因此，通過在教學(xué)中還原知識(shí)所對(duì)應(yīng)的科學(xué)問題以及介紹問題的解決過程，也能有助于創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。

在教學(xué)中，還原出知識(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的科學(xué)問題后，無論采用“步步為營(yíng)”探索還是講述故事的教學(xué)方式，都可以讓學(xué)生了解和熟悉在解決問題之初是如何朝不同方向思考而打開思路的，以及如何從不同的角度去探索解決問題的方法。經(jīng)過這種方式的反復(fù)訓(xùn)練及歸納總結(jié)，學(xué)生將能逐步認(rèn)識(shí)和理解在解決問題之初可以朝哪些方向進(jìn)行嘗試和探索。因此，在需要?jiǎng)?chuàng)新或解決問題的實(shí)踐場(chǎng)合，學(xué)生將能較好地朝不同方向進(jìn)行探索嘗試。這就是在創(chuàng)新思維上得到了一定程度的訓(xùn)練。

此外，針對(duì)同一個(gè)科學(xué)問題，不同的研究人員會(huì)從不同的角度進(jìn)行分析，從而形成不同的解決方案。因此，在還原科學(xué)問題并介紹不同解決方案的時(shí)候，可以引導(dǎo)學(xué)生了解不同解決方案的出發(fā)點(diǎn)和解決思路。在一定數(shù)量的訓(xùn)練后，學(xué)生將能發(fā)現(xiàn)各種出發(fā)點(diǎn)和解決思路。經(jīng)過不斷的歸納總結(jié)，學(xué)生將能熟悉如何在已有的基礎(chǔ)上嘗試創(chuàng)新的方向與思路。

若教學(xué)時(shí)間受限，則可以通過以點(diǎn)帶面的方式來進(jìn)行。例如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已了解的創(chuàng)新方式設(shè)想不同的解決方向，然后用其中若干個(gè)與需要傳授的知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的方向在課堂上引導(dǎo)，而把其余方向留給學(xué)生作為課后作業(yè)。若后續(xù)的時(shí)間允許，可以在后續(xù)的課堂上適當(dāng)選一些學(xué)生介紹他們對(duì)其余方向的探索過程和探索結(jié)果。另外，也可以將相關(guān)的最新研究成果與某個(gè)方向關(guān)聯(lián)起來，引導(dǎo)學(xué)生去查相關(guān)資料以進(jìn)一步深入理解該問題的現(xiàn)狀和趨勢(shì)。在這些過程中，將有可能激發(fā)學(xué)生找到新的問題，并產(chǎn)生新的成果。

綜上所述，在教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，都是從還原知識(shí)所對(duì)應(yīng)的科學(xué)問題開始的，也都有比較相似的教學(xué)過程，甚至還有機(jī)地融為一體。不過，創(chuàng)新思維的訓(xùn)練側(cè)重于如何打開思路，從而用不同的方向來形成不同角度的子問題，并嘗試用不同的方法來解決；而科研思維的訓(xùn)練則側(cè)重于如何用合理的、科學(xué)的研究思維和方法來解決已經(jīng)提出的科學(xué)問題。

3、科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練實(shí)例

對(duì)于在教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練的教學(xué)方式，我們?cè)谟?jì)算機(jī)組成原理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等課程中進(jìn)行了一些嘗試和探索。

例如，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程中，有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)涉及重疊執(zhí)行和先行控制。該知識(shí)點(diǎn)先依次介紹順序執(zhí)行、一次重疊和二次重疊，然后再介紹先行控制原理。為加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，備課時(shí)可以根據(jù)課程內(nèi)容提煉出一個(gè)科學(xué)問題：如何提高指令的執(zhí)行速度，以便提升CPU的性能？為回答這個(gè)問題，首先考查傳統(tǒng)的指令執(zhí)行存在什么問題（如傳統(tǒng)的順序執(zhí)行過程中，存在指令部件利用率低的問題），然后再考慮如何去解決存在的問題從而提高指令的執(zhí)行速度（學(xué)生自然會(huì)想到要提高利用率來解決問題）。在考慮這個(gè)問題的時(shí)候，可以從不同角度不同程度去思考分析（如可以考慮一次重疊執(zhí)行、二次重疊執(zhí)行等；可以考慮增加指令執(zhí)行部件資源；可以考慮提高CPU主頻等）。

備課時(shí)梳理好上述思路后，授課的時(shí)候就可以用來進(jìn)行科研思維和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。從創(chuàng)新思維訓(xùn)練的角度，側(cè)重于讓學(xué)生領(lǐng)悟到為回答該問題應(yīng)如何打開思路，如先考查傳統(tǒng)指令執(zhí)行存在的問題，然后以此為突破口進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而想到一次甚至二次重疊執(zhí)行的方法；或者另辟蹊徑，考慮提升CPU的主頻等。針對(duì)引導(dǎo)過程中提出的不同思路，可以逐一分析并嘗試提出解決方案，如一次和二次重疊執(zhí)行要怎么進(jìn)行，在進(jìn)行重疊的時(shí)候會(huì)引入什么問題以及又該如何解決等。這實(shí)質(zhì)上就是訓(xùn)練科研思維，從中可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到具體的解決問題的思路和方法。

上述過程，圍繞同一個(gè)科學(xué)問題，同時(shí)兼顧科研思維訓(xùn)練和創(chuàng)新思維訓(xùn)練。若在時(shí)間允許的情況下，可以安排合適時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生逐步完成，最后得出書本上甚至超越書本上的結(jié)論。

4、結(jié)語

培養(yǎng)具有良好創(chuàng)新能力的學(xué)生是高校的重要任務(wù)之一。然而當(dāng)今中小學(xué)的教育體制及傳統(tǒng)本科教學(xué)方式的缺陷，使本科生接受的科研思維和創(chuàng)新思維訓(xùn)練不足，從而使目前高校已開展的創(chuàng)新平臺(tái)的效用打了折扣。如何讓本科生了解、熟悉甚至掌握一定程度的科研思維和創(chuàng)新思維，是有效培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關(guān)鍵問題。

在本科教學(xué)中加強(qiáng)科研思維和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練，即是需要將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的問題還原成科學(xué)問題，然后再逐步引導(dǎo)學(xué)生重新探索了解或體驗(yàn)領(lǐng)略這一問題的解決過程，借此讓學(xué)生了解、熟悉甚至掌握科研思維和創(chuàng)新思維。初步探索表明，此種教學(xué)方式受到學(xué)生歡迎，對(duì)他們訓(xùn)練科研思維和創(chuàng)新思維有較大幫助。