基礎課與創新能力

創新能力、素質教育屬于當今教育領域最為熱門的話題了，從學齡前到大學教育，無不積極探索和嘗試。這著實是一件可喜之事。然而對于“能力”、“素質”的內涵，卻是眾說紛紜。其實這的確沒有一個放之四海而皆準的定義，在不同的教育階段、不同類型的學校，根據不同的培養目標，能力和素質的側重點也是不一樣的。本文結合作者在清華大學的教學實踐，著重分析在大學本科計算機程序設計的基礎課中，如何培養學生的創新能力。

一、創新能力乃天賦潛能

說到創新能力，往往總覺得是少數精英才具備的。其實創新能力正是人類與生俱來的能力。創新能力不是空中樓閣，而是實實在在體現在學習能力和工作能力之中。學習能力是一個人獲取新知識、新信息，掌握新理論和新方法的能力；工作能力是發現問題、分析問題和解決問題的能力。而創新，就是要發現別人沒有發現的問題和現象，得出別人沒有得到的、與眾不同的分析見解，研究出新的理論和方法去解決問題。

從呱呱墜地開始，孩子就睜大探尋的眼睛，不斷地認識周圍的世界，對一切新事物充滿好奇，無所畏懼地去嘗試一切，對于玩具也總有自己獨特的新玩法，總有拆開重新裝配的欲望。但是，后天的教育、前人的經驗不斷地束縛了這種創新意識。我們現在已經意識到這一點，所以大力提倡培養創新能力。其實不如說是保持天賦的創新能力，至多是發掘人類本身所具有的潛能。當然，我并不是說中規中矩的教育和學習前人的經驗不重要。無以規矩不成方圓，前人的經驗也是前人創新探索的結晶，絕對是珍貴的。只是以什么樣的觀點和思想方法去學習甚為重要。

二、創新能力的培養關鍵在于教育思想，基礎課至關重要

在大學的課程中，談到創新能力培養，便自然聯系到先進的實驗設備、前沿的科學技術、尖端的研究項目。誠然，這些對于培養學生的創新能力非常有益，但是并非只有具備這些條件才能培養學生的創新能力。同時這些也都只是外在的條件，教育思想和觀點才是最主要的。在強調培養學生能力的今天，我們采用了諸如網絡教學、實踐教學、案例教學、項目訓練，等等新的方法和手段，更多的方法和手段仍在不斷涌現。然而這些都只是外在的形式，形式必須為思想和目標服務才有意義。有了正確的教育思想，在任何條件下以任何形式都能夠充分保護和發掘人類的創造性潛能。如果教育者的思想首先受到禁錮，那么一切的先進設備、優越條件便都會成為協助禁錮的工具。反思一下，為什么在自然科學如此發達的今天我們卻感到了學生創新意識的危機？

人類創新意識和能力的保護和發掘，開始得越早越有益，這也正是我們現在從小提倡素質教育的原因之一。在大學教育階段呢，基礎課相對而言對于創新能力的培養起著最為重要的作用，這一點卻常常被忽略。一談到創新，往往首先想到要通過什么樣的尖端課題培養優秀的博士生，要讓教師和學生在世界頂級刊物發表優秀論文。而基礎課，總是被認為與創新不沾邊，只是傳授知識、奠定知識體系結構的基礎，這其實正是基礎課教育不被重視的原因。

在學前教育、基礎教育階段，在大學的基礎課學習階段，培養創新能力的關鍵在于引導學生發現和運用自身潛在的創新精神，養成思想不受禁錮，勇于質疑，敢于探索，善于動手實踐自己的獨特想法的基本素質。如果說基礎教育階段是從人文角度對這種基本素質的全面培養，那么大學的基礎課階段，就是從專業角度，對創新意識在專業領域的延伸起著關鍵作用。如果沒有這種基礎的奠定，在專業研究領域進行創新便成為空談。

三、學習能力是創新能力的基礎

要創新，首先需要站在巨人的肩膀上，要學習、掌握現有的科學與技術。而學習過程中采取的觀點和方法是關鍵。

以計算機程序設計類的基礎課為例，這樣的課程一般都是安排在大學一年級。我們要向學生講授程序設計語言、程序設計方法、算法，以及函數庫/類庫中對常用算法的實現。如果只是要求學生學會這些現有的理論和已經實現的技術，并且達到熟練運用，那么我們就是在扼殺學生的創造性。為什么這樣說呢？因為如果他不知道有這些現有的成果存在，他發現需要解決的問題時總會想辦法去解決，而創造就發生在“想辦法解決”中。但是現在老師告訴他：現在有實現技術了，你學會用就可以了，他便不再質疑、無需創造了。如果每一門基礎課都這樣，學生也就習慣于拿來使用，丟掉了創新意識。

這樣說，并不是不要學習。如果不學習，就丟失和浪費了前人的創造。如果一切總是從盤古開天地研究起，人類就會永遠停留在懵懂和愚昧狀態。只是學習的時候，不能迷信任何理論，不能依賴任何技術實現。要有獨立的見解和立場。比如介紹一種程序語言時，首先要以發展的觀點來介紹。這類課程和教科書上一般都會介紹計算機程序語言的發展歷程、程序設計方法的演變，可是很多老師只是將這些作為開場白，學生也只是聽熱鬧、聽故事而已，這就沒有達到目的。介紹歷史和發展，最主要的是向學生傳授一種發展的觀點，讓學生知道每一種新的理論、方法、技術都是為了解決什么問題而出現的，還要啟發學生，未來他將面臨更多、更復雜的新問題，那時候，他應該去發展新的理論、方法、技術，去解決新的問題。

在講解程序設計語言的語法時，如果僅僅講解和驗證語法，學生會越學越煩，會覺得語法太多、記不住，會連學習興趣都失去了，更談不上什么培養創新能力了。所以應該首先提出一些新的問題，讓學生思考如何解決，當學生發現用已經學過的語法不能解決，或者不方便解決新問題的時候，啟發學生：如果是你來設計編程語言，你希望設計什么樣的語句用來解決這種問題呢？這時學生會有各種各樣的見解。讓大家充分思考，然后引出新的語句，同時說明，這只是一種設計，目前來說相對比較合理，但是隨著新問題的出現，語法還會不斷發展的。

在基礎課中要鼓勵學生去反思、去批判現有的程序語言，要珍惜學生在學習過程中迸發的創新火花。比如經常會有學生質疑，為什么一定要這樣寫？為什么那樣寫不行？如果老師簡單地回答：這是語法規定，你必須遵循，那樣就阻止了學生質疑，而質疑正是創新的萌芽。所以應該首先肯定學生的質疑精神，然后告訴他：既然這種語言是被廣泛采用的國際標準，就一定有它的道理，但是要真正明白其中的道理，你還需要深入學習其他課程，比如編譯原理。你的疑問先留著，等你首先理解了這個語言背后依據的理論和實現技術，你再深入質疑。那時候如果你有更好的觀點，可以通過標準組織的途徑，給國際標準提出修改意見，或者設計出一種新的編程語言。這樣，學生就會愿意去深入學習現有的知識，但是又不迷信任何權威。

在程序設計基礎課中總要介紹一些常用算法的，但是又沒有時間詳細地講算法理論，因為后續還有計算方法和數據結構課程。這時切忌讓學生死記硬背書上的算法，對每一個簡單算法，都要讓學生理解為什么是這樣設計的，而且要鼓勵學生自己設計出不同的方法。這時有些學生就會寫出各種不同的算法，那就引導他簡單地從時間、空間效率，程序的可讀性等比較明顯的角度去評價、對比不同的算法。告訴學生，如果將來你解決新問題時，沒有現成的算法，或者分析了現有的算法不能滿足你的要求，那你就需要自己研究新的算法了，這就是創新。這時學生好像豁然開朗：原來創新并不是什么遙不可及的事情！

四、發現問題和解決問題是創新的開始

所謂創新，直白來講，就是發現了新的需要解決的問題，在廣泛研究了現有的理論和方法以后，認為不能解決，或者解決得不夠好，于是去研究新的理論和方法。所以要能夠創新首先必須善于發現問題、勇于解決問題。這種素質也必須從基礎課開始培養，如果在基礎課中學生習慣了只完成老師規定的作業（包括大作業），那么做研究的時候要他自己選方向、選題目，就會感到突然和茫然。

在幾門程序設計課程中，我都是讓學生自己選題、設計大作業。從開學初就讓學生自己去發現有什么問題需要用計算機來解決，然后通過課程的學習逐步設計解決方法，并實現。在整個過程中，學生要經歷選題（通過調研發現問題）、設計、實現、測試、答辯。當然，由于所學的知識有限，很可能只能解決整個問題的一小部分。但是學生學會了如何去發現問題、分析問題和解決問題，這是學習如何研究的開始。如果僅僅完成規定題目的大作業，學生只是完成任務，至多達到技術培訓的目的。

五、學術道德是科學研究的基本素質

創新實際上應該是一個很自然的過程，對于“新”的探索和研究應該是發自內心的，沒有太多功利的。事實上一些偉大的科學家只是出于對科學的熱愛、對自然界的執著探索去進行研究，正是這樣的研究成果為世界創造的巨大了財富，為人類帶來了廣泛的利益。學生從學習階段開始，對研究就不能抱有功利心，而應該有更多公益心。只有這樣，將來在研究工作中才能夠真正尊重科學、尊重他人的成果，才能嚴謹、誠實，才能做出真正有價值的研究。相反，如果在學習基礎課的時候，可以為了分數不擇手段，那么將來在研究工作中為了沽名釣譽也會不擇手段。

所以在基礎課中，培養學生良好的學術道德便是一個重要任務。但是這種培養不是通過說教，說教是沒有用的，要通過教學過程中的每一個環節，去養成。說到這里，不得不說現在我們整個社會對于養成學生誠實、善良的品格所發揮的正面作用不夠，以至于在大學的基礎課里還要去認真培養誠實與善良。如果在大學本科還不培養的話，那么進入研究工作以后，個別人的學術道德就很成問題了。

在大學里，學生之間抄作業，請別人代寫作業，抄襲論文，考試作弊等現象時有發生。雖然各個學校的管理制度越來越嚴，但是個別學生還是會鋌而走險。在基礎課中，學生數量很大，而教師人力卻很少，一味地靠監管實際上并不可行。而如果采用正確的引導，往往會收到很好的效果。有時候學生違規，是因為不知道什么是正確途徑，是因為沒有勇氣承擔自己的失敗或失誤。比如就抄作業這一現象來說，有些學生就是不會做，實在完不成作業。原因呢，可能是沒認真學，也可能是能力有限。但是他不想因此而丟分，或者不能承受丟分這個事實，又不認為抄襲是欺騙，所以他抄作業。在我的課上，我允許學生借鑒別人的作業，但是要明確注明借鑒了誰的，如何借鑒：全抄并且沒看懂、抄了并且看懂了、抄了以后看懂了自己又作了修改（注明修改之處）。然后建議他一定要將這些題目真正學會。

在完成大作業和學期論文的過程中，更要引導學生正確引用別人的成果。鼓勵學生就自己的選題廣泛查閱資料，借鑒已發表的論文和網上開放源碼的程序，然后在這個基礎上做出自己的創新或改進。同時在源代碼中、在報告和論文中要清除準確地注明引用出處。這樣學生就學會了如何合法地使用現有的成果，并在前人的研究基礎上創新。

做老師的都遇到過，有些學生考試不及格就以各種方式向老師求情，有送禮的，有痛哭流涕的，還有與老師爭吵的。看到這樣的學生，我覺得非常痛心。不是因為他一門課沒學好，而是因為他不能承受這小小一點失敗，卻要求老師與他合謀弄虛作假讓他逃過這一劫。遇到這樣的學生，我就幫助他學會接受失敗。失敗的經歷也是一種鍛煉，接受失敗，跌倒了自己爬起來也是必須的素質。因為在學生將來的研究工作中失敗一定多于成功，偉大的成就都是建立在眾多失敗的基礎上的。如果一個研究者不能接受失敗，如果失敗了就想到用虛假手段蒙混，那注定是不會得到真正有價值的研究成果的。

基礎課很重要，這似乎總掛在嘴邊上卻又總得不到落實。通常認為基礎課只是單純積累知識基礎的，老師只要將知識講清楚就可以了，基礎課中的教學研究在大學里是不算研究工作的，甚至不算是工作。這是因為，基礎課與以后的研究工作的關系，基礎課與創新能力的關系沒有沒廣泛認識。在大學的基礎課中，重視創新能力的培養不是太早、而是太晚了，這本應該是從幼兒教育就開始并貫穿始終的。那么現在我們這些教基礎課的老師，應該首先將基礎課教學與創新能力的培養結合起來，認真研究其中的理論和規律。這是造福學生、造福未來的事情。