計(jì)算機(jī)學(xué)科前沿課程與研究生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)探索①

何施茗 李文軍 陳沅濤 曾道建 張經(jīng)宇

(長沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 湖南長沙 410114)

學(xué)科前沿課程作為研究生接觸科研的第一扇門，其建設(shè)是質(zhì)量決定了省屬高校高校研究生科研創(chuàng)新能力規(guī)范的培養(yǎng)，是實(shí)現(xiàn)省屬高校研究生高質(zhì)量培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。但隨著研究生培養(yǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，培養(yǎng)類型的不斷豐富，單純以學(xué)科知識(shí)為中心的課程設(shè)置已難以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，單一以學(xué)術(shù)價(jià)值為取向的實(shí)施模式與培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)之間的矛盾日益突出，嚴(yán)重制約了我國研究生教育質(zhì)量和效益的進(jìn)一步提高。課程教學(xué)過程中存在的問題與矛盾日趨凸顯，主要包括以下一些問題：

（1）重科研，輕教學(xué)。目前，教師與學(xué)生均普遍認(rèn)為研究生階段課程教學(xué)的重要性遠(yuǎn)不如科研訓(xùn)練，從而導(dǎo)致師生們對(duì)科研訓(xùn)練越來越重視，對(duì)課程教學(xué)則抱著完成工作量、修滿學(xué)分的態(tài)度。

（2）課程教學(xué)隨意性強(qiáng)、教學(xué)內(nèi)容陳舊。課程教學(xué)有時(shí)根據(jù)教師的意愿開展，原則性不強(qiáng)。課程有時(shí)存在剛一開始就由學(xué)生來講，教師只是隨意地點(diǎn)評(píng)幾句的現(xiàn)象，對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)的學(xué)生來說，其基本上處于“坐飛機(jī)”的狀態(tài)。教師授課的教學(xué)內(nèi)容“老化”，更新速度慢，一直沿用多年，基本上是較為成熟的理論知識(shí)或者是一些與課程根本無關(guān)的內(nèi)容，不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展要求，出現(xiàn)所學(xué)知識(shí)與行業(yè)發(fā)展相脫節(jié)，缺乏對(duì)該學(xué)科前沿性知識(shí)的探索。這些問題極大地降低了課程的吸引力，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，學(xué)習(xí)積極性不高。

（3）授課方法單調(diào)，學(xué)生被動(dòng)接受。研究生課程的教學(xué)實(shí)際上就是教師與學(xué)生在供需雙方中扮演的兩種角色，他們都是研究生課程教學(xué)的主體，在課程教學(xué)方面是平等的。雖然教育界探討和采用了多種形式的授課方式，但在實(shí)際授課的過程中，仍存在以教師講授為主、學(xué)生被動(dòng)接收的教學(xué)現(xiàn)狀，教師極少運(yùn)用討論、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、演講、翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)代化、混合式教學(xué)方法，普遍使用的是“灌輸式”、“滿堂灌”授課方法，這些授課方法使得學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，學(xué)習(xí)熱情不高，參與性不強(qiáng)，只能被動(dòng)接受知識(shí)，不敢或者“沒機(jī)會(huì)”去挑戰(zhàn)知識(shí)的權(quán)威，久而久之就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，思想消極被動(dòng)，缺乏對(duì)知識(shí)的批判與探索精神，創(chuàng)新意識(shí)缺乏，創(chuàng)新能力低下。

（4）研討式教學(xué)效果不佳。雖然有探索進(jìn)行研討式教學(xué)，但還是以教師講授計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、前沿知識(shí)和應(yīng)用案例為主，課上交流研討內(nèi)容比較少，并不是完全意義上的討論課。存在兩方面難點(diǎn)：一方面是對(duì)授課教師要求較高，需要及時(shí)跟蹤學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)，大量閱讀最新學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，在深度和廣度上要兼顧，這樣才能在滿足學(xué)生相對(duì)廣泛研究興趣的同時(shí)，能夠?qū)唧w專業(yè)方向的問題進(jìn)行較為深入的指導(dǎo)；另一方面，是對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和動(dòng)手能力要求較高，需要學(xué)生無障礙閱讀英文文獻(xiàn)、深入了解相關(guān)專題的基礎(chǔ)知識(shí)、編程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ν怀?，而與這些要求相關(guān)的前序外語、數(shù)學(xué)、程序設(shè)計(jì)、專業(yè)課等課程學(xué)生學(xué)得不夠全、不夠深，對(duì)參與直接對(duì)標(biāo)國際水平的前沿討論課學(xué)習(xí)造成困難。

然而，建設(shè)世界一流學(xué)科和世界一流大學(xué)所需要的一流學(xué)術(shù)成果離不開研究生這一生力軍的貢獻(xiàn)。因此，為了適應(yīng)新的發(fā)展需要，探索學(xué)科前沿課程新的教育教學(xué)理念，以計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科為例，建設(shè)高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的學(xué)科前沿課程，培養(yǎng)能夠適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的，具有多元化、科研創(chuàng)新能力的卓越人才。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

林志勇等[1]以“高等燃燒學(xué)”研究生學(xué)科前沿課程為例，研究課程內(nèi)容建設(shè)、課堂講授和課程實(shí)踐三個(gè)方面對(duì)研究生學(xué)習(xí)和科研興趣培養(yǎng)的影響。張浩鵬等[2]以計(jì)算機(jī)視覺方向?yàn)槔?，借鑒世界一流大學(xué)研究性教學(xué)的成果經(jīng)驗(yàn)，研究并實(shí)踐面向?qū)W術(shù)前沿、以研討為主的研究性教學(xué)模式，來提研究生科研能力培養(yǎng)質(zhì)量。呂佳高等[3]為了提高從海量文獻(xiàn)中提取關(guān)鍵詞的效率，提出了一種基于文獻(xiàn)計(jì)量和眾包的科技關(guān)鍵詞提取方法。該方法利用自然語言處理的詞性標(biāo)注將文獻(xiàn)中名詞標(biāo)記出來，然后利用文獻(xiàn)計(jì)量的科技監(jiān)測方法篩選出潛在科技關(guān)鍵詞，最后再利用眾包進(jìn)一步篩選。周蘇[4-5]多次分析面向本科高年級(jí)的“計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)講座”課程中的教學(xué)課時(shí)和對(duì)象特點(diǎn)，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分層，引入實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)并設(shè)計(jì)“課程報(bào)告”和“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，加深對(duì)“前沿技術(shù)”的理解和認(rèn)識(shí)，并加強(qiáng)學(xué)生獲取知識(shí)能力的培養(yǎng)。在新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，引發(fā)影響的深遠(yuǎn)產(chǎn)業(yè)變革的背景下，李文正[6]從信息化人才的需求出發(fā)，分析當(dāng)前前沿方向缺乏高端技術(shù)復(fù)合型的 “高精尖”人才。根據(jù)該類人才的培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)“計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)”課程的內(nèi)容。邸書靈[7]將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)為介紹前沿知識(shí)與技術(shù)的相關(guān)專題和基礎(chǔ)知識(shí)的回顧。緊密結(jié)合行業(yè)動(dòng)態(tài)、密切關(guān)注熱點(diǎn)事件，引入最新發(fā)生的典型案例，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自我提高。李德勝[8]針對(duì)課程課時(shí)少和高年級(jí)學(xué)生的特點(diǎn)，將課程內(nèi)容劃分為技術(shù)類講座和創(chuàng)作類講座。技術(shù)類講座主要關(guān)注優(yōu)秀算法，讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)算法與自然、生物、人類社會(huì)都是緊密聯(lián)系的。創(chuàng)作類講座主要關(guān)于科研論文與專利的寫作，對(duì)學(xué)生的今后學(xué)術(shù)深造和就業(yè)指向有一定的幫助。

2 課程設(shè)計(jì)方案

2.1 優(yōu)選結(jié)合教師科研經(jīng)歷與成果的專題，圈定和自主選擇高水平前沿文獻(xiàn)

計(jì)算機(jī)學(xué)科的前沿理論和方法發(fā)展迅速，雖然課程名稱不變，但課程內(nèi)容逐年更新。即使再增加課時(shí)，也很難在保障教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)覆蓋所有的前沿方向。前沿專題確定了課程的教學(xué)范圍，需要根據(jù)學(xué)校、學(xué)院、教師的研究特色，有的放矢優(yōu)先選擇前沿專題。專題數(shù)量過多容易講不透、學(xué)不明，過少無法有效擴(kuò)展視野。具體專題數(shù)量建議根據(jù)總體課時(shí)，保證每個(gè)專題不少于4個(gè)課時(shí)。專題確定后，選擇進(jìn)行前沿專題研究的教師擔(dān)任專題的任課老師。除任課老師從近五年計(jì)算機(jī)頂級(jí)期刊和國際會(huì)議中圈定高水平前沿文獻(xiàn)作為規(guī)定閱讀和討論的素材，同時(shí)引入計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)推薦期刊與會(huì)議列表，作為學(xué)生選擇自主閱讀和討論材料的依據(jù)。通過優(yōu)選結(jié)合教師科研經(jīng)歷與成果的專題，圈定和自主選擇高水平前沿文獻(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生自主選擇文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)、尋找前沿問題、判斷文獻(xiàn)水平高低、總結(jié)梳理歸類文獻(xiàn)能力，全方位提高研究生基本學(xué)術(shù)研究素質(zhì)。

2.2 結(jié)合基本理論和前沿知識(shí)、通用知識(shí)和專業(yè)知識(shí)

計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)發(fā)展飛速，對(duì)于很多學(xué)科前沿專題，學(xué)生的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在課程上補(bǔ)充講解所需要的基礎(chǔ)理論知識(shí)將占用過多課時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)。為了避免學(xué)生過于吃力，保障教學(xué)質(zhì)量，需要在合理安排課上和課下補(bǔ)充基礎(chǔ)理論知識(shí)的時(shí)間。在提供閱讀和討論材料的同時(shí)，也要提供各個(gè)專題需要補(bǔ)充基礎(chǔ)理論知識(shí)讓學(xué)生能自學(xué)。同時(shí)，課程的開始需要進(jìn)行基本文獻(xiàn)檢索、閱讀和寫作的通用知識(shí)的講授和訓(xùn)練。學(xué)生剛開始進(jìn)行英文文獻(xiàn)閱讀時(shí)，會(huì)存在較大困難，產(chǎn)生畏難心理。需要給學(xué)生建立信心，大量的文獻(xiàn)輸入才能有輸出。在后續(xù)文獻(xiàn)閱讀報(bào)告中，穿插進(jìn)行專業(yè)知識(shí)和學(xué)術(shù)研究通用知識(shí)、技巧和工具的交流。通過結(jié)合基本理論和前沿知識(shí)、通用知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，拓展學(xué)生專業(yè)視野的同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生開展學(xué)術(shù)研究的基本能力。

2.3 分組匯報(bào)討論，優(yōu)化排課方式

計(jì)算機(jī)學(xué)科前沿課程采用面向前沿、匯報(bào)和討論為主的混合式研討教學(xué)模式。需要學(xué)生課下花成倍的時(shí)間自學(xué)、閱讀總結(jié)文獻(xiàn)、制作討論或匯報(bào)報(bào)告。只有充分地準(zhǔn)備，才能完成課上的討論。上課人數(shù)太多、課時(shí)數(shù)量太少、課程間隔太短，都會(huì)使得學(xué)生課下準(zhǔn)備不充分、課上討論時(shí)間不夠，影響教學(xué)效果。以往計(jì)算機(jī)學(xué)科前沿課程，課程共計(jì)32學(xué)時(shí)，每次2個(gè)學(xué)時(shí)，在秋季學(xué)期連續(xù)16周完成教學(xué)任務(wù)。選課人數(shù)可達(dá)到70人，平均每人的討論時(shí)間20min。擬改為秋季學(xué)期隔周4個(gè)課時(shí)，如無法限定選課人數(shù)保持小班教學(xué)，可進(jìn)行2～3人分組，要求分組準(zhǔn)備討論和匯報(bào)。預(yù)留充分的課下準(zhǔn)備周期，提高每組學(xué)生的課堂討論時(shí)間，促進(jìn)研討的深入。分組討論可能帶來每組分工不均，別小組的匯報(bào)與自己無關(guān)，只準(zhǔn)備自己的論文與匯報(bào)等問題。而且國內(nèi)學(xué)生的不喜歡提問，無法形成良好的研討氛圍。可要求小組匯報(bào)結(jié)束后，別的小組必須提問題。通過分組匯報(bào)討論，優(yōu)化排課方式，從教學(xué)安排上保障教學(xué)效果。

2.4 增加創(chuàng)作類專題講座

科研論文和專利是科研成果的最終展示形式。如何進(jìn)行科研論文和專利的寫作是困擾研究生的一個(gè)主要問題。擬在學(xué)科前沿課程中加入創(chuàng)作類專題。

科研論文寫作課程為2個(gè)學(xué)時(shí)，主要關(guān)于科研論文的重要性、什么是好論文、科研論文的分類、論文提綱、科研論文的編寫格式、寫作語言、研究工作的新穎性、研究背景介紹、數(shù)據(jù)方法說明，清晰明了的研究結(jié)果展示和分析、圖表繪制以及學(xué)術(shù)道德。

結(jié)合專利申請(qǐng)說明書的來說明專利寫作，大約為2個(gè)學(xué)時(shí)。主要關(guān)于發(fā)明名稱的選取、專利申請(qǐng)說明書的要求及其作用和組成部分（技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容、要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案、有益效果、附圖說明、具體實(shí)施方式（實(shí)施例）、附圖）、權(quán)利要求的作用、實(shí)質(zhì)性要求和撰寫方式。發(fā)明專利的新穎性和獨(dú)創(chuàng)性，是專利是否順利通過授權(quán)的關(guān)鍵。需要注意專利與論文的主要差別以及申請(qǐng)專利與投稿論文的時(shí)間安排，已經(jīng)公開發(fā)表的論文不能再進(jìn)行專利申請(qǐng)。

2.5 立體考核形式，全過程考核

合理的作業(yè)和考核形式能有效保障教學(xué)質(zhì)量。一般學(xué)科前沿課程采用課程報(bào)告考核，學(xué)生通常直接翻譯1～2篇論文交差，形式較單一而且過程管控較差。首先建立誠信機(jī)制，杜絕復(fù)制和抄襲。然后建立立體的全過程的考核方式，包括課程討論、文獻(xiàn)閱讀報(bào)告、項(xiàng)目研究報(bào)告三種形式。課程討論主要以學(xué)生是否主動(dòng)參與討論，討論的深度為考核標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)閱讀報(bào)告，要求對(duì)一個(gè)專題的幾篇規(guī)定或自選文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀和總結(jié)，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類，總結(jié)其創(chuàng)新點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)、適用范圍，針對(duì)缺點(diǎn)提出可能改進(jìn)的方向，制作成ppt并在課上宣講，供大家進(jìn)一步討論。文獻(xiàn)閱讀報(bào)告以學(xué)生對(duì)科學(xué)問題的發(fā)現(xiàn)、理解和總結(jié)能力以及口頭交流表達(dá)能力為考核標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)小組根據(jù)文獻(xiàn)閱讀報(bào)告中針對(duì)缺點(diǎn)提出可能改進(jìn)的方向，完成一個(gè)項(xiàng)目研究，制定項(xiàng)目方案，開展簡單的實(shí)驗(yàn)研究和分析。項(xiàng)目完成后，不論實(shí)驗(yàn)效果如何，以規(guī)范的學(xué)術(shù)論文形成項(xiàng)目研究報(bào)告總結(jié)成果。項(xiàng)目研究報(bào)告以項(xiàng)目方案的合理和創(chuàng)新、報(bào)告的規(guī)范和完整為考核標(biāo)準(zhǔn)。通過三種考核形式，使得學(xué)生在學(xué)科前沿課程中體驗(yàn)科學(xué)研究必經(jīng)的步驟，逐步熟悉科學(xué)研究的過程。

2.6 借助智慧教室開展混合式研討教學(xué)

智慧教室為實(shí)踐研討式教學(xué)設(shè)計(jì)，便于學(xué)生分組進(jìn)行學(xué)習(xí)、討論和研究。不同于一般教室的橫排和大圓桌的位置擺放，智慧教室包括6張小討論桌，每個(gè)討論桌上都配置42寸顯示屏，可隨時(shí)切換投影組內(nèi)學(xué)生的筆記本電腦；教室前后都安裝黑板，6個(gè)小組都可同時(shí)板書思路或討論結(jié)果并進(jìn)行講解，實(shí)現(xiàn)了靈活的電子、手寫的組內(nèi)、組間的討論方式。通過智慧教室，從教學(xué)硬件條件上增強(qiáng)教學(xué)效果。

3 結(jié)語

學(xué)科前沿課程對(duì)提升研究生開展學(xué)術(shù)研究的綜合素質(zhì)，為學(xué)生在研究生學(xué)習(xí)期間取得高水平研究成果奠定基礎(chǔ)。全面學(xué)習(xí)先進(jìn)的研究性教學(xué)方法，以學(xué)生課下自學(xué)、課上交流討論為主，教師講授、指導(dǎo)為輔，充分發(fā)揮課堂上學(xué)生的主體作用，探索適應(yīng)國內(nèi)研究生實(shí)際情況的學(xué)術(shù)前沿混合研討課教學(xué)模式。將科研論文寫作、專利寫作納入到前沿課程中，通過文獻(xiàn)閱讀報(bào)告、項(xiàng)目研究方案和研究論文等多種作業(yè)形式進(jìn)行科研能力訓(xùn)練和實(shí)踐，以讓學(xué)生掌握閱讀科技文獻(xiàn)的技巧、學(xué)會(huì)尋找理論前沿問題和講解論文報(bào)告、提高撰寫高水平學(xué)術(shù)論文的能力。