基于思維導(dǎo)圖的研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

徐鶴　李鵬　黃海平　譚萍

摘 要：提出創(chuàng)新能力教育的目的是培養(yǎng)一種能發(fā)揮人類本身創(chuàng)造力的思考問題的習(xí)慣，重點(diǎn)說明思維導(dǎo)圖在研究生課程教學(xué)、作業(yè)提交、科研項(xiàng)目管理和學(xué)科競賽中的具體使用及對研究生創(chuàng)新思維培養(yǎng)的作用。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖；創(chuàng)新能力；學(xué)科競賽；計(jì)算思維

0 引 言

當(dāng)前我國的研究生教育處于快速發(fā)展時(shí)期，招生數(shù)量不斷增加。創(chuàng)新是企業(yè)得以發(fā)展的關(guān)鍵，也是人類社會(huì)前進(jìn)的動(dòng)力和基礎(chǔ)。我國的研究生教育已走向大眾化教育階段，與本科生教育相比，研究生教育更注重培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。創(chuàng)新能力是新世紀(jì)人才培養(yǎng)的核心，研究生創(chuàng)新教育是國家創(chuàng)新體系的重要組成部分。研究生教育必須將人的創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿整個(gè)培養(yǎng)過程，但目前研究生的整體創(chuàng)新能力還處于相對較低的水平。進(jìn)行高等教育的研究生創(chuàng)新能力教育改革方法研究勢在必行。

陳國良院士等指出培養(yǎng)創(chuàng)新人才的一個(gè)重要途徑是潛移默化地培養(yǎng)其計(jì)算思維，培養(yǎng)計(jì)算思維應(yīng)成為大學(xué)計(jì)算機(jī)素質(zhì)教育的基本要素之一[1-2]。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程是學(xué)生進(jìn)入高校必修的一門課程，構(gòu)建基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)課程教學(xué)改革得到了教學(xué)人員的大力支持[3-4]。計(jì)算思維（Computational Thinking）不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)家應(yīng)具備的能力，而且是每個(gè)人的一項(xiàng)基本能力，是建立在計(jì)算基本概念基礎(chǔ)之上解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的一種方法[5]。計(jì)算思維是一種解析思維，如何表述該思維成為研究熱點(diǎn)[6-7]。劉貴松等提出基于計(jì)算思維能力培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)體系[8]，其對知識(shí)的表述是培養(yǎng)計(jì)算思維的重要方法。當(dāng)前，知識(shí)可視化是進(jìn)行思維表述的好方法，得到了廣泛關(guān)注。

歐美發(fā)達(dá)國家十分重視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，MIT最早開設(shè)了創(chuàng)新能力培養(yǎng)課程；英國的研究生教育采用“寬進(jìn)嚴(yán)出”的培養(yǎng)方式，通過嚴(yán)格評(píng)價(jià)論文創(chuàng)新點(diǎn)著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。自2013年起，我國教育部學(xué)位與研究生教育發(fā)展中心面向全國在校研究生開展“全研究生創(chuàng)新實(shí)踐系列活動(dòng)”，旨在推動(dòng)研究生培養(yǎng)模式改革，提升研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

“思維導(dǎo)圖（Mind Map）”由世界著名的英國心理學(xué)家、教育家Tony Buzan在1971年發(fā)明[9-10]，綜合運(yùn)用色彩、框圖、文本、連線等圖形表述思維，以圖形展示知識(shí)與思考過程之間的聯(lián)系。思維導(dǎo)圖作為展現(xiàn)思維過程的工具，能夠激發(fā)人的想象力和創(chuàng)新潛力，自發(fā)明以來，在教育教學(xué)、科學(xué)實(shí)踐、戰(zhàn)略策劃、項(xiàng)目管理等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

思維導(dǎo)圖應(yīng)用在研究生教育培養(yǎng)過程中，能夠促進(jìn)對學(xué)生創(chuàng)新思維能力的發(fā)散和培養(yǎng)[11]。

1 思維導(dǎo)圖方法在研究生課程教學(xué)中的應(yīng)用

以可編程網(wǎng)絡(luò)課程為例，可以構(gòu)建如圖1所示的基于思維導(dǎo)圖的課程教學(xué)內(nèi)容，從圖1可以很直觀地查看教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)。該課程主要介紹網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)、Python編程技術(shù)、NetFPGA編程、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程、SDN網(wǎng)絡(luò)編程等知識(shí)。學(xué)生可以根據(jù)圖1擴(kuò)展自己的學(xué)習(xí)方向，全面掌握可編程網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，最終獲得課程涉及技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)能力。這里僅給出課程總體教學(xué)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，實(shí)際教學(xué)中每個(gè)部分的內(nèi)容都可以通過思維導(dǎo)圖方式呈現(xiàn)，促使學(xué)生的思維不斷發(fā)散，從而構(gòu)建越來越細(xì)化的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容。這樣的呈現(xiàn)方式使學(xué)生的思維過程隨著課程的教學(xué)進(jìn)度不斷發(fā)展、深入和思考，讓學(xué)生的思維得到訓(xùn)練和擴(kuò)展。

2 思維導(dǎo)圖方法在研究生作業(yè)提交中的應(yīng)用

教師授課過程中使用的思維導(dǎo)圖只是教師主觀產(chǎn)生的思維方式，學(xué)生只能被動(dòng)接受。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主觀創(chuàng)造力，要求學(xué)生采用思維導(dǎo)圖方法提交課程作業(yè)答案。這需要教師設(shè)置合理的開放性作業(yè)題目，充分發(fā)揮研究生的思維創(chuàng)新能力。針對可編程網(wǎng)絡(luò)課程，圖2是一位學(xué)生采用思維導(dǎo)圖方式對作業(yè)題目“可編程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的節(jié)能策略應(yīng)該如何考慮”給出的一個(gè)答案。從圖2可以看出，這種開放性題目本身沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，其作用是引導(dǎo)學(xué)生積極使用開放性思維，而這種思維方式是創(chuàng)新能力形成的基礎(chǔ)。學(xué)生從中學(xué)會(huì)運(yùn)用理性的思維分析問題、解決問題，甚至提出新的問題，再分析新問題、解決新問題，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。

3 思維導(dǎo)圖方法在研究生參與項(xiàng)目中的應(yīng)用

研究生是科研項(xiàng)目的主力軍，其創(chuàng)新能力是科研項(xiàng)目順利實(shí)施的基礎(chǔ)。張倩葦?shù)萚12]以H大學(xué) 320 位在校研究生為樣本從創(chuàng)新能力和問題解決能力等5個(gè)維度進(jìn)行了調(diào)查分析，結(jié)果顯示當(dāng)前研究生的科研創(chuàng)新能力不足。研究生作為科研項(xiàng)目的主要實(shí)施者，其科研創(chuàng)新能力的不足會(huì)影響科研項(xiàng)目的創(chuàng)新效果，進(jìn)而影響社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。如何培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力已成為研究生創(chuàng)新教育改革的重點(diǎn)。將思維導(dǎo)圖方法應(yīng)用到江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃社會(huì)發(fā)展面上項(xiàng)目“基于無線傳感器與射頻標(biāo)簽的食品安全供應(yīng)鏈關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究”的日常管理中，通過在項(xiàng)目的實(shí)施過程中采用思維導(dǎo)圖方式進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃、指導(dǎo)、實(shí)施，不斷加強(qiáng)對研究生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。采用思維導(dǎo)圖工具建立該項(xiàng)目研究內(nèi)容、任務(wù)分工、時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息，見圖3。從圖3中可以看出任務(wù)劃分的子課題內(nèi)容、完成人、時(shí)間安排、功能要求等，參與項(xiàng)目研究的學(xué)生能清晰地看到項(xiàng)目整體的內(nèi)容、進(jìn)程及相關(guān)要求，研究過程中可根據(jù)研究進(jìn)度不斷添加或調(diào)整項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理全程可視化，形成良好的項(xiàng)目管理和創(chuàng)新思維應(yīng)用實(shí)踐。

4 思維導(dǎo)圖方法在研究生學(xué)科競賽中的應(yīng)用

學(xué)科專業(yè)的設(shè)置需要緊跟經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，學(xué)校計(jì)算機(jī)類專業(yè)研究方向設(shè)置包括軟件工程、嵌入式軟件開發(fā)、分布式計(jì)算與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與信息安全。如何檢驗(yàn)培養(yǎng)出的研究生是否符合社會(huì)需求成為當(dāng)前研究生教育改革的一個(gè)重點(diǎn)。

創(chuàng)新能力培養(yǎng)是一個(gè)長期的過程，貫穿于整個(gè)研究生學(xué)習(xí)期間。在眾多培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的途徑當(dāng)中，與專業(yè)方向相關(guān)的學(xué)科競賽是檢驗(yàn)研究生創(chuàng)新能力的一種方式，也是培養(yǎng)研究生創(chuàng)新能力的方式之一[13]。例如，代表性的研究生競賽有中國研究生電子設(shè)計(jì)競賽、全國研究生數(shù)學(xué)建模競賽、中國研究生未來飛行器創(chuàng)新大賽、全國研究生移動(dòng)終端應(yīng)用設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、全國研究生智慧城市技術(shù)與創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽等。還有一些研究生和本科生均可參加的比賽，例如中國軟件杯大學(xué)生軟件設(shè)計(jì)大賽、全國高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽、全國高校云計(jì)算應(yīng)用創(chuàng)新大賽。這些競賽無一例外將“創(chuàng)新”列為主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

將思維導(dǎo)圖方法應(yīng)用到具體的競賽中，通過競賽過程的理性思維指導(dǎo)，激發(fā)了研究生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。第四屆全國高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽創(chuàng)意賽，學(xué)院團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮創(chuàng)新能力，自主設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，最終提交的作品“牛奶溯源查詢系統(tǒng)”獲得華東賽區(qū)三等獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)作品來自研究生參與的江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃社會(huì)發(fā)展面上項(xiàng)目部分研究內(nèi)容，這也是發(fā)揮團(tuán)隊(duì)成員的創(chuàng)新能力的結(jié)果，比賽獲得的獎(jiǎng)項(xiàng)是對團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力的一種檢驗(yàn)。在競賽過程中，使用思維導(dǎo)圖不斷強(qiáng)化競賽內(nèi)容、進(jìn)度、功能、創(chuàng)新點(diǎn)等，團(tuán)隊(duì)成員的理性思維和創(chuàng)新思維得到了實(shí)際應(yīng)用和檢驗(yàn)。使用思維導(dǎo)圖方法進(jìn)行學(xué)科競賽指導(dǎo)的部分實(shí)例見圖4。

5 改革結(jié)果分析

通過將思維導(dǎo)圖方法應(yīng)用到研究生教育改革中，筆者選取課題組的18名研究生進(jìn)行了一個(gè)學(xué)期的培養(yǎng)，并進(jìn)行了問卷調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可知，所有學(xué)生對教學(xué)改革效果表示滿意。特別地，學(xué)生對于使用思維導(dǎo)圖方法指導(dǎo)學(xué)科競賽的方式對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)認(rèn)可度最高，這主要因?yàn)閷W(xué)科競賽往往是學(xué)科領(lǐng)域中最實(shí)際的應(yīng)用問題，需要采用創(chuàng)新性方法解決；其次是在科研項(xiàng)目管理中使用思維導(dǎo)圖也得到較高的認(rèn)可度。學(xué)科競賽作品本身就是一種創(chuàng)新性要求很高的項(xiàng)目，需要用創(chuàng)新性的思維解決競賽題目預(yù)設(shè)的實(shí)際問題，這是在學(xué)生完成平時(shí)的課程學(xué)習(xí)、作業(yè)考核等環(huán)節(jié)后，對創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)的最好方式。

6 結(jié) 語

通過在日常教學(xué)過程中使用思維導(dǎo)圖進(jìn)行思維發(fā)散，在教學(xué)作業(yè)中要求學(xué)生用思維導(dǎo)圖進(jìn)行課題答案提交，在科研項(xiàng)目中使用思維導(dǎo)圖方法管理項(xiàng)目，通過學(xué)科競賽檢驗(yàn)研究生的創(chuàng)新能力，并在競賽中使用思維導(dǎo)圖方法提高研究生創(chuàng)新思維的應(yīng)用能力，學(xué)生的思維發(fā)散能力得到訓(xùn)練，思維創(chuàng)新能力得到促進(jìn)。研究結(jié)果表明，通過使用思維導(dǎo)圖方法能夠培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力，應(yīng)該得到大力推廣與使用。endprint