計算機學(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)計算機與通信工程學(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)，是實現(xiàn)省屬高校研究生高質(zhì)量培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)。但隨著研究生培養(yǎng)規(guī)模的不斷擴大，培養(yǎng)類型的不斷豐富，單純以學(xué)科知識為中心的課程設(shè)置已難以適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，單一以學(xué)術(shù)價值為取向的實施模式與培養(yǎng)目標實現(xiàn)之間的矛盾日益突出，嚴重制約了我國研究生教育質(zhì)量和效益的進一步提高。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)生均普遍認為研究生階段課程教學(xué)的重要性遠不如科研訓(xùn)練，從而導(dǎo)致師生們對科研訓(xùn)練越來越重視，對課程教學(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、教學(xué)內(nèi)容陳舊。課程教學(xué)有時根據(jù)教師的意愿開展，原則性不強。課程有時存在剛一開始就由學(xué)生來講，教師只是隨意地點評幾句的現(xiàn)象，對于基礎(chǔ)知識不扎實的學(xué)生來說，其基本上處于“坐飛機”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)濟社會的發(fā)展要求，出現(xiàn)所學(xué)知識與行業(yè)發(fā)展相脫節(jié)，缺乏對該學(xué)科前沿性知識的探索。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)動機，學(xué)習(xí)積極性不高。

（3）授課方法單調(diào)，學(xué)生被動接受。研究生課程的教學(xué)實際上就是教師與學(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，但在實際授課的過程中，仍存在以教師講授為主、學(xué)生被動接收的教學(xué)現(xiàn)狀，教師極少運用討論、實驗、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)生處于被動狀態(tài)，學(xué)習(xí)熱情不高，參與性不強，只能被動接受知識，不敢或者“沒機會”去挑戰(zhàn)知識的權(quán)威，久而久之就會導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，思想消極被動，缺乏對知識的批判與探索精神，創(chuàng)新意識缺乏，創(chuàng)新能力低下。

（4）研討式教學(xué)效果不佳。雖然有探索進行研討式教學(xué)，但還是以教師講授計算機基礎(chǔ)知識、前沿知識和應(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：一方面是對授課教師要求較高，需要及時跟蹤學(xué)科前沿動態(tài)，大量閱讀最新學(xué)術(shù)文獻，在深度和廣度上要兼顧，這樣才能在滿足學(xué)生相對廣泛研究興趣的同時，能夠?qū)唧w專業(yè)方向的問題進行較為深入的指導(dǎo)；另一方面，是對學(xué)生的基礎(chǔ)知識和動手能力要求較高，需要學(xué)生無障礙閱讀英文文獻、深入了解相關(guān)專題的基礎(chǔ)知識、編程實驗?zāi)芰ν怀觯c這些要求相關(guān)的前序外語、數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、專業(yè)課等課程學(xué)生學(xué)得不夠全、不夠深，對參與直接對標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。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，以計算機科學(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)、課堂講授和課程實踐三個方面對研究生學(xué)習(xí)和科研興趣培養(yǎng)的影響。張浩鵬等[2]以計算機視覺方向為例，借鑒世界一流大學(xué)研究性教學(xué)的成果經(jīng)驗，研究并實踐面向?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中提取關(guān)鍵詞的效率，提出了一種基于文獻計量和眾包的科技關(guān)鍵詞提取方法。該方法利用自然語言處理的詞性標注將文獻中名詞標記出來，然后利用文獻計量的科技監(jiān)測方法篩選出潛在科技關(guān)鍵詞，最后再利用眾包進一步篩選。周蘇[4-5]多次分析面向本科高年級的“計算機前沿技術(shù)講座”課程中的教學(xué)課時和對象特點，將教學(xué)內(nèi)容進行分層，引入實驗實踐環(huán)節(jié)并設(shè)計“課程報告”和“實驗報告”，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，加深對“前沿技術(shù)”的理解和認識，并加強學(xué)生獲取知識能力的培養(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)目標設(shè)計“計算機前沿技術(shù)”課程的內(nèi)容。邸書靈[7]將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為介紹前沿知識與技術(shù)的相關(guān)專題和基礎(chǔ)知識的回顧。緊密結(jié)合行業(yè)動態(tài)、密切關(guān)注熱點事件，引入最新發(fā)生的典型案例，從而充分調(diào)動學(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]針對課程課時少和高年級學(xué)生的特點，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)生了解計算機算法與自然、生物、人類社會都是緊密聯(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

計算機學(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，也很難在保障教學(xué)質(zhì)量的同時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，過少無法有效擴展視野。具體專題數(shù)量建議根據(jù)總體課時，保證每個專題不少于4個課時。專題確定后，選擇進行前沿專題研究的教師擔任專題的任課老師。除任課老師從近五年計算機頂級期刊和國際會議中圈定高水平前沿文獻作為規(guī)定閱讀和討論的素材，同時引入計算機學(xué)會推薦期刊與會議列表，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，培養(yǎng)學(xué)生自主選擇文獻、閱讀文獻、尋找前沿問題、判斷文獻水平高低、總結(jié)梳理歸類文獻能力，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、通用知識和專業(yè)知識

計算機前沿技術(shù)發(fā)展飛速，對于很多學(xué)科前沿專題，學(xué)生的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識是遠遠不夠。在課程上補充講解所需要的基礎(chǔ)理論知識將占用過多課時，難以實現(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充基礎(chǔ)理論知識的時間。在提供閱讀和討論材料的同時，也要提供各個專題需要補充基礎(chǔ)理論知識讓學(xué)生能自學(xué)。同時，課程的開始需要進行基本文獻檢索、閱讀和寫作的通用知識的講授和訓(xùn)練。學(xué)生剛開始進行英文文獻閱讀時，會存在較大困難，產(chǎn)生畏難心理。需要給學(xué)生建立信心，大量的文獻輸入才能有輸出。在后續(xù)文獻閱讀報告中，穿插進行專業(yè)知識和學(xué)術(shù)研究通用知識、技巧和工具的交流。通過結(jié)合基本理論和前沿知識、通用知識和專業(yè)知識，拓展學(xué)生專業(yè)視野的同時訓(xùn)練學(xué)生開展學(xué)術(shù)研究的基本能力。

2.3 分組匯報討論，優(yōu)化排課方式

計算機學(xué)科前沿課程采用面向前沿、匯報和討論為主的混合式研討教學(xué)模式。需要學(xué)生課下花成倍的時間自學(xué)、閱讀總結(jié)文獻、制作討論或匯報報告。只有充分地準備，才能完成課上的討論。上課人數(shù)太多、課時數(shù)量太少、課程間隔太短，都會使得學(xué)生課下準備不充分、課上討論時間不夠，影響教學(xué)效果。以往計算機學(xué)科前沿課程，課程共計32學(xué)時，每次2個學(xué)時，在秋季學(xué)期連續(xù)16周完成教學(xué)任務(wù)。選課人數(shù)可達到70人，平均每人的討論時間20min。擬改為秋季學(xué)期隔周4個課時，如無法限定選課人數(shù)保持小班教學(xué)，可進行2～3人分組，要求分組準備討論和匯報。預(yù)留充分的課下準備周期，提高每組學(xué)生的課堂討論時間，促進研討的深入。分組討論可能帶來每組分工不均，別小組的匯報與自己無關(guān)，只準備自己的論文與匯報等問題。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。可要求小組匯報結(jié)束后，別的小組必須提問題。通過分組匯報討論，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。如何進行科研論文和專利的寫作是困擾研究生的一個主要問題。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個學(xué)時，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)合專利申請說明書的來說明專利寫作，大約為2個學(xué)時。主要關(guān)于發(fā)明名稱的選取、專利申請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、具體實施方式（實施例）、附圖）、權(quán)利要求的作用、實質(zhì)性要求和撰寫方式。發(fā)明專利的新穎性和獨創(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專利與投稿論文的時間安排，已經(jīng)公開發(fā)表的論文不能再進行專利申請。

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、文獻閱讀報告、項目研究報告三種形式。課程討論主要以學(xué)生是否主動參與討論，討論的深度為考核標準。文獻閱讀報告，要求對一個專題的幾篇規(guī)定或自選文獻進行閱讀和總結(jié)，對文獻進行分類，總結(jié)其創(chuàng)新點、優(yōu)點缺點、適用范圍，針對缺點提出可能改進的方向，制作成ppt并在課上宣講，供大家進一步討論。文獻閱讀報告以學(xué)生對科學(xué)問題的發(fā)現(xiàn)、理解和總結(jié)能力以及口頭交流表達能力為考核標準。每個小組根據(jù)文獻閱讀報告中針對缺點提出可能改進的方向，完成一個項目研究，制定項目方案，開展簡單的實驗研究和分析。項目完成后，不論實驗效果如何，以規(guī)范的學(xué)術(shù)論文形成項目研究報告總結(jié)成果。項目研究報告以項目方案的合理和創(chuàng)新、報告的規(guī)范和完整為考核標準。通過三種考核形式，使得學(xué)生在學(xué)科前沿課程中體驗科學(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)

智慧教室為實踐研討式教學(xué)設(shè)計，便于學(xué)生分組進行學(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，每個討論桌上都配置42寸顯示屏，可隨時切換投影組內(nèi)學(xué)生的筆記本電腦；教室前后都安裝黑板，6個小組都可同時板書思路或討論結(jié)果并進行講解，實現(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)硬件條件上增強教學(xué)效果。

3 結(jié)語

學(xué)科前沿課程對提升研究生開展學(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，通過文獻閱讀報告、項目研究方案和研究論文等多種作業(yè)形式進行科研能力訓(xùn)練和實踐，以讓學(xué)生掌握閱讀科技文獻的技巧、學(xué)會尋找理論前沿問題和講解論文報告、提高撰寫高水平學(xué)術(shù)論文的能力。