科研融入教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

劉院英 張榮梅 孫潔麗 高位肖

關(guān)鍵詞：科研融入教學(xué);案例教學(xué);微信群;第二課堂;畢業(yè)設(shè)計

教學(xué)與科研是大學(xué)最主要的兩個職能，是教師的兩項基本工作。由于我國許多高校都存在“重科研，輕教學(xué)”的情況，導(dǎo)致了教師日常工作中教學(xué)和科研投入精力失衡，造成科研工作對教學(xué)工作的負(fù)面影響，這對高校的發(fā)展和學(xué)生的培養(yǎng)是極為不利的。正確認(rèn)識并處理好教學(xué)與科研的關(guān)系，確保科學(xué)研究的方法和最新成果不斷融入大學(xué)課堂，確保教育質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)是目前高校教師亟須解決的難題。

在本科生課堂教學(xué)中融入科研的相關(guān)知識內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對該門課程的興趣，引導(dǎo)學(xué)生用做科研的思維去學(xué)習(xí)新知識，使學(xué)生不僅僅是被動式、填鴨式地接受新知識，這對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。

一、存在的問題及原因分析

高校教師多具有碩博士學(xué)位，這些教師受過多年系統(tǒng)的專業(yè)能力訓(xùn)練和科研訓(xùn)練，具備較強(qiáng)的理論知識素養(yǎng)和科研能力。然而，在實(shí)際教育教學(xué)的過程中，高校教師將科研融入教學(xué)方面仍然面臨以下幾個困境。

（一）課堂教學(xué)課時較少

在目前的“厚基礎(chǔ)、寬口徑、廣適應(yīng)”的人才培養(yǎng)模式下，很多院校在總學(xué)時要求大體不變的情況下，增加了公共課程學(xué)時，導(dǎo)致了專業(yè)課學(xué)時不斷被壓縮的情況出現(xiàn)。專業(yè)課教學(xué)課時較少，將新研究成果和研究方法帶入課堂會占用部分教學(xué)時間，導(dǎo)致教學(xué)無法順利完成，所以很多科研能力很強(qiáng)的教師在課堂上沒有時間將科研融合課堂。

（二）投入時間和精力有限

一些高校在現(xiàn)行考核評聘體系和獎勵體系中“重科研輕教學(xué)”，這種政策性導(dǎo)向的偏差，導(dǎo)致教師將大量精力放在科研方面，使得科研與教學(xué)兩方面不能協(xié)調(diào)發(fā)展，其結(jié)果是很多教師科研能力較強(qiáng)，教學(xué)能力相對薄弱。教師將相對多的時間和精力放在科研上，必然沒有時間精心研究教學(xué)內(nèi)容的組織安排和知識的更新，照本宣科，挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（三）教學(xué)大綱的限制

教學(xué)大綱是課程教學(xué)的行動指南，是保障教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要手段，保證人才培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的核心文檔，對課程質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。它根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、知識水平以及發(fā)展學(xué)生智力的需要，具體規(guī)定學(xué)科知識的范圍、目的、任務(wù)、深度、體系和結(jié)構(gòu)、教學(xué)時間以及教學(xué)法上的具體要求。教學(xué)大綱的編寫先于教學(xué)活動的執(zhí)行，教學(xué)活動需要嚴(yán)格遵循教學(xué)大綱的要求。教師在課程進(jìn)行過程中一般不允許隨意改變教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗項目，這就導(dǎo)致最新研究成果和科研項目不能順利轉(zhuǎn)化為學(xué)生的實(shí)驗項目。

二、把科研融入教學(xué)的途徑

（一）采用案例教學(xué)

針對課堂時間有限的問題，作者教師團(tuán)隊將科研成果中的新技術(shù)和新方法進(jìn)行提煉歸納，結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，設(shè)計教學(xué)案例。教學(xué)案例中，提供多種解決方案。在課堂上，講解原理和方法，指導(dǎo)學(xué)生課后完成代碼的調(diào)試，不同方案的結(jié)果對比分析。把最新研究成果融入教學(xué)內(nèi)容，一方面增加了課堂內(nèi)容的先進(jìn)性，另一方面也拓展了學(xué)生們的學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

旅行商問題是一個組合優(yōu)化問題，常用的求解算法有動態(tài)規(guī)劃法、分支界定法等。在人工智能課程中，在學(xué)習(xí)遺傳算法時，我們設(shè)計了遺傳算法求解旅行商問題的案例。本案例首先介紹遺傳算法的原理，然后針對旅行商問題，常用實(shí)數(shù)編碼方式，即n個城市編號作為遺傳編碼，適應(yīng)度函數(shù)定義為第j個編碼中相鄰城市之間距離和的倒數(shù)，以輪盤賭作為選擇策略、有序交叉策略，倒置變異策略定義選擇、交叉、變異算子，并用Python代碼實(shí)現(xiàn)，結(jié)果可視化。

對鳶尾花的識別問題，我們設(shè)計的教學(xué)案例，采用3種分類算法，一是基于決策樹的分類算法，二是基于KNN的分類，三是基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類算法，通過對比準(zhǔn)確率來選擇最好的分類算法。進(jìn)一步拓展，設(shè)置不同的參數(shù)，觀察訓(xùn)練模型的準(zhǔn)確率。

人臉識別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多種場合，例如刷臉支付、人臉識別的門禁系統(tǒng)等，我們設(shè)計了基于人臉識別的門禁系統(tǒng)的教學(xué)案例。該案例中，首先介紹了基于深度學(xué)習(xí)的人臉識別技術(shù)的原理，之后搭建了基于人臉識別的門禁系統(tǒng)的技術(shù)方案。進(jìn)一步拓展，基于人臉識別的考勤系統(tǒng)的技術(shù)方案。

（二）通過微信群向?qū)W生推送科研內(nèi)容

現(xiàn)階段，智能手機(jī)已經(jīng)變成了高校師生的標(biāo)配，大家的生活和學(xué)習(xí)已經(jīng)離不開手機(jī)，而微信APP也成了日常溝通和獲取新知識的重要工具。人們的閱讀習(xí)慣從到圖書館閱覽、訂閱期刊轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗥烈苿娱喿x，閱讀需求則從大眾類、集中化轉(zhuǎn)變?yōu)閭€性化和碎片式。微信公眾號作為一種一點(diǎn)對多點(diǎn)的信息推送平臺，具有溝通時效性強(qiáng)、推送內(nèi)容豐富的特點(diǎn)，開創(chuàng)了一個全新的互動情境。學(xué)術(shù)期刊通過運(yùn)營微信公眾號，實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)研究成果和科研動態(tài)的即時推送和傳播。

教師在學(xué)期初建立微信群，要求班級所有學(xué)生人群。教師在微信公眾號閱讀期刊論文或技術(shù)文章的時候，可以有意識地選擇跟課程內(nèi)容相關(guān)的文章推薦給學(xué)生，并根據(jù)文章跟教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)的密切程度要求學(xué)生閱讀或討論，教師可以在微信群隨時答疑。教師通過這種途徑，一方面平衡了投入科研和教學(xué)的時間，另一方面也加強(qiáng)了與學(xué)生之間的溝通交流。學(xué)生也通過課程微信群，運(yùn)用碎片化的時間獲得更多當(dāng)前技術(shù)的研究現(xiàn)狀和技術(shù)動態(tài)，拓寬了其獲得文化知識的途徑。

（三）在實(shí)驗課中融入科研

高校教師都有自己的研究方向，也有相關(guān)的科研項目，可以將這些科研項目轉(zhuǎn)化為適于教學(xué)的綜合性實(shí)踐項目，供學(xué)生選擇。針對教學(xué)大綱的限制，筆者認(rèn)為制定教學(xué)大綱時，實(shí)驗項目內(nèi)容不宜制定的過分詳細(xì)，給教師一定的靈活性，方便隨時將科研內(nèi)容融入實(shí)驗項目中。

比如筆者研究的社會網(wǎng)絡(luò)影響力傳播，是指在給定的社會網(wǎng)絡(luò)中，影響力從初始的活躍節(jié)點(diǎn)開始傳播給鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)以一定的概率被激活，激活后的節(jié)點(diǎn)又可以將影響力傳播給非活躍狀態(tài)的鄰居節(jié)點(diǎn)，直到?jīng)]有節(jié)點(diǎn)被激活為止。該影響力傳播模型可以融合在Python語言實(shí)驗項目中，首先可以讓學(xué)生們通過文件操作，讀入節(jié)點(diǎn)對;然后通過引入networkx庫，用節(jié)點(diǎn)對構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖，通過matplotlib庫展示網(wǎng)絡(luò)圖;接著通過蒙特卡洛模擬法實(shí)現(xiàn)影響力的傳播過程。將上述過程融合到幾個實(shí)驗項目中，學(xué)生們不僅能夠掌握Python語言的基本語法和基本數(shù)據(jù)類型，還能熟悉第三方庫的安裝使用，熟悉工程上常用的蒙特卡洛模擬方法等。