在本科教學中加強科研思維和創新思維訓練的探索

王春桃　劉財興

摘要：文章針對在本科教學中加強科研思維和創新思維訓練的問題，分析將本科知識點的創新探索過程還原出來對加強本科生創新能力培養的可行性，提出在教學中加強科研思維和創新思維訓練的思路和方法，并以例子簡要說明其效用。

關鍵詞：創新；本科教學；科研思維；創新思維；教學方式；計算機組成原理；計算機系統結構

近10余年來，各高校不斷推進教學內容改革，設立各類激發大學生創新能力的實驗室，提供各種增強大學生創新能力的平臺和比賽。這些實踐表明，高校的創新機制確實較好地培養和提高了學生的創新能力，在一定程度上推動了教學和科研的發展。不過，文獻也指出，目前高校在創新人才培養方面還存在一些問題，如重知識傳授而輕能力培養等。文獻對大學生的創新能力進行了調查，表明當前高校的創新機制對大學生創造力培養有一定的幫助，但總體上大學生創造力有待進一步提高。

科學和技術發展史表明，創新能力培養必須依賴于合理而充分的科研思維和創新思維的訓練。其中，科研思維是指個體運用一定的科學方法進行思考的過程；創新思維是指具有開創意義的思維活動，即開拓人類認識新領域、開創人類認識新成果的思維活動。科研思維將能在較大的程度上保證創新過程的合理性和創新的有效性；而創新思維將能在方向上較好地引導科研思維發揮更大的作用。然而，縱觀我國中小學教育體制和傳統的本科教學方式，大學生尤其是低年級學生在較大程度上都尚未經過良好的科研思維訓練。現今的本科教學內容中，很少開設專門進行科研思維和創新思維訓練的課程。因此，如何讓大學生尤其是低年級學生接受科研思維和創新思維的熏陶和訓練，是有效培養和提高大學生創新能力的關鍵問題。

事實上，本科課程中的相關知識，無一不是經過前人的深入研究并經系統整理而得到的，也就是說知識被發現或創造的過程本身就已經包含了科學研究思維和方法。因此，若能有意識地在授課時還原這一思維過程，就能較好地讓學生了解、熟悉并掌握一定的科研思維和創新思維。

筆者在教學過程中對本科生的科研思維和創新思維訓練進行了初步的探討和有益的嘗試，提出在教學中加強科研思維和創新思維訓練的思路和方法。

1、教學中加強科研思維訓練

為了方便學習，各類教科書都對相關知識，進行了系統化和條理化。傳統的教學側重于讓學生理解和掌握這些知識，建立完整的知識系統結構，并在可能的情況下學會應用基本的原理和方法。這種傳統的教學與學習方法，雖然讓學生掌握了相關知識體系，卻沒能讓其接受到知識本身被發現/創造的過程中所采用的科學的思維和方法，因而影響科研思維和創新思維的培養。

那么，如何在教學中加強科研思維的訓練？首先，在教學準備中，授課教師將需要講授的知識點所對應的問題找出來，經提煉后將此問題還原成一個科學問題。然后，梳理解決此問題的思路和方法。接下去在教學的過程中，教師可以逐步地還原該問題的解決思路和解決方法，并最終引導到書本的知識點上。

為了應對授課時間有限的問題，在還原知識被發現/創造過程的教學中，可以采用兩種不同的教學方式：第一種是“步步為營”的探索引導方式，第二種是講故事的形式。對第一種教學方式，可以將已還原的“待解決”問題與學生已掌握的某些知識或日常現象關聯起來，引導他們思考解決該問題可以從哪些方向入手，然后再逐個方向去引導他們探索解決問題的具體方法。最后，去掉不能恰當解決問題的方向，留下可以解決問題的方向及解決方法，并籍此引導歸納得出書本的知識點。這種教學方式，適合于時間充裕的教學環節，它能充分調動學生的課堂參與度，激發學生的思考熱情。長期堅持能較好地訓練學生的研究思維和研究方法。

對于第二種教學方式，適合于授課時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，可以通過講述當年的科研故事來說明相關研究人員是怎么思考這個問題的，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，又能讓學生從中領略到探索研究過程的波折、思維、方法和經驗。

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

2、教學中加強創新思維訓練

創新的實質是發現新問題和解決新問題，從而以更少的代價獲得更好的結果。從不同方向發現或提煉新問題開始，進而用科學的研究思維和研究方法來解決新問題，這就是創新。因此，通過在教學中還原知識所對應的科學問題以及介紹問題的解決過程，也能有助于創新思維的訓練。

在教學中，還原出知識點所對應的科學問題后，無論采用“步步為營”探索還是講述故事的教學方式，都可以讓學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。經過這種方式的反復訓練及歸納總結，學生將能逐步認識和理解在解決問題之初可以朝哪些方向進行嘗試和探索。因此，在需要創新或解決問題的實踐場合，學生將能較好地朝不同方向進行探索嘗試。這就是在創新思維上得到了一定程度的訓練。

此外，針對同一個科學問題，不同的研究人員會從不同的角度進行分析，從而形成不同的解決方案。因此，在還原科學問題并介紹不同解決方案的時候，可以引導學生了解不同解決方案的出發點和解決思路。在一定數量的訓練后，學生將能發現各種出發點和解決思路。經過不斷的歸納總結，學生將能熟悉如何在已有的基礎上嘗試創新的方向與思路。

若教學時間受限，則可以通過以點帶面的方式來進行。例如，教師可以引導學生根據已了解的創新方式設想不同的解決方向，然后用其中若干個與需要傳授的知識點相關的方向在課堂上引導，而把其余方向留給學生作為課后作業。若后續的時間允許，可以在后續的課堂上適當選一些學生介紹他們對其余方向的探索過程和探索結果。另外，也可以將相關的最新研究成果與某個方向關聯起來，引導學生去查相關資料以進一步深入理解該問題的現狀和趨勢。在這些過程中，將有可能激發學生找到新的問題，并產生新的成果。

綜上所述，在教學中加強科研思維和創新思維的訓練，都是從還原知識所對應的科學問題開始的，也都有比較相似的教學過程，甚至還有機地融為一體。不過，創新思維的訓練側重于如何打開思路，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；而科研思維的訓練則側重于如何用合理的、科學的研究思維和方法來解決已經提出的科學問題。

3、科研思維和創新思維訓練實例

對于在教學中加強科研思維和創新思維訓練的教學方式，我們在計算機組成原理和計算機系統結構等課程中進行了一些嘗試和探索。

例如，在計算機系統結構課程中，有一個知識點涉及重疊執行和先行控制。該知識點先依次介紹順序執行、一次重疊和二次重疊，然后再介紹先行控制原理。為加強科研思維和創新思維的訓練，備課時可以根據課程內容提煉出一個科學問題：如何提高指令的執行速度，以便提升CPU的性能？為回答這個問題，首先考查傳統的指令執行存在什么問題（如傳統的順序執行過程中，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行速度（學生自然會想到要提高利用率來解決問題）。在考慮這個問題的時候，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行、二次重疊執行等；可以考慮增加指令執行部件資源；可以考慮提高CPU主頻等）。

備課時梳理好上述思路后，授課的時候就可以用來進行科研思維和創新思維的訓練。從創新思維訓練的角度，側重于讓學生領悟到為回答該問題應如何打開思路，如先考查傳統指令執行存在的問題，然后以此為突破口進行改進，進而想到一次甚至二次重疊執行的方法；或者另辟蹊徑，考慮提升CPU的主頻等。針對引導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行要怎么進行，在進行重疊的時候會引入什么問題以及又該如何解決等。這實質上就是訓練科研思維，從中可以讓學生學習到具體的解決問題的思路和方法。

上述過程，圍繞同一個科學問題，同時兼顧科研思維訓練和創新思維訓練。若在時間允許的情況下，可以安排合適時間引導學生逐步完成，最后得出書本上甚至超越書本上的結論。

4、結語

培養具有良好創新能力的學生是高校的重要任務之一。然而當今中小學的教育體制及傳統本科教學方式的缺陷，使本科生接受的科研思維和創新思維訓練不足，從而使目前高校已開展的創新平臺的效用打了折扣。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新思維，是有效培養創新人才的關鍵問題。

在本科教學中加強科研思維和創新思維的訓練，即是需要將相關知識點對應的問題還原成科學問題，然后再逐步引導學生重新探索了解或體驗領略這一問題的解決過程，借此讓學生了解、熟悉甚至掌握科研思維和創新思維。初步探索表明，此種教學方式受到學生歡迎，對他們訓練科研思維和創新思維有較大幫助。