提高本科生解決復(fù)雜問題能力探討*

魏勝利 張麗莉 李敏

摘? 要? 依據(jù)復(fù)雜問題的特性，對提高學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力進(jìn)行探討。提高本科生解決復(fù)雜問題的能力是一個系統(tǒng)工程，需要教育工作者和學(xué)生等參與方形成共識、理清思路、瞄準(zhǔn)目標(biāo)，遵循漸進(jìn)原則，構(gòu)建合理的課程體系，采用情景教學(xué)，通過實踐鍛煉和創(chuàng)新活動來達(dá)到目的。

關(guān)鍵詞? 高校；本科生；復(fù)雜問題；實踐教學(xué)；工程教育認(rèn)證

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）18-0123-04

0? 引言

隨著改革開放的持續(xù)深入以及經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們的思想、理念、生活方式逐漸多元化，加之國際關(guān)系的不確定性增加，將來社會將會面臨更多更大的挑戰(zhàn)，非常規(guī)的復(fù)雜社會問題、經(jīng)濟(jì)問題將大量涌現(xiàn)。大學(xué)生是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的生力軍，增強(qiáng)他們應(yīng)對復(fù)雜問題的能力是當(dāng)務(wù)之急。鄧小平同志指出，教育要面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來。面向未來世界、未來問題以及社會和學(xué)生未來發(fā)展的教育，意味著必須提升未來的建設(shè)者和接班人解決復(fù)雜問題的能力以及創(chuàng)新能力[1]。

在全國教育大會上，習(xí)近平總書記提出“加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國”的新要求。推進(jìn)教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國的一個重要目標(biāo)就是提高學(xué)校培養(yǎng)具有解決復(fù)雜問題能力的社會主義建設(shè)者和接班人的水平。在工程教育認(rèn)證中，將培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力定義為本科生培養(yǎng)最主要的任務(wù)。這意味著提高本科生解決復(fù)雜問題的能力是一個全球性的問題，也是很多教育專家的共識。

1? 復(fù)雜問題分析

對于什么是復(fù)雜問題，目前并沒有一個準(zhǔn)確的定義。一般認(rèn)為，復(fù)雜問題是多輸入多輸出且相互耦合的、非線性的，結(jié)果具有不確定性的，需要有深刻原理才能解決的問題。對于這樣的問題，一般需要進(jìn)行高度概括，從繁多的因素中找出主要矛盾，通過分析找出關(guān)鍵的輸入輸出，建立模型，選擇合適的求解方案進(jìn)行解決。中國工程教育認(rèn)證協(xié)會認(rèn)為本科生的培養(yǎng)目標(biāo)主要是培養(yǎng)他們解決復(fù)雜工程問題的能力。在認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提出的十二條畢業(yè)要求中，有八條和解決復(fù)雜工程問題有關(guān)。中國工程教育認(rèn)證協(xié)會對復(fù)雜工程問題的定義為具備下述特征1和特征2～7的部分或全部的問題：

1）必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決；

2）涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，可能相互有一定的沖突；

3）需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中體現(xiàn)創(chuàng)新性；

4）不是僅用常用的方法就可以解決的；

5）問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中；

6）問題相關(guān)各方利益不完全一致；

7）具有較高的綜合性，包括多個相互關(guān)聯(lián)的子問題。

工科專業(yè)需要面臨復(fù)雜工程問題，非工科專業(yè)也會面臨很多復(fù)雜問題，有的專業(yè)既會面臨復(fù)雜工程問題，也會面臨非工程的復(fù)雜問題。信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)不僅面臨復(fù)雜的工程問題，還有復(fù)雜的社會問題、經(jīng)濟(jì)問題。復(fù)雜問題具有一定的共同特點。李一茗等[2]認(rèn)為，復(fù)雜問題解決是指問題解決者與動態(tài)的任務(wù)環(huán)境之間成功交互的過程。這就意味著復(fù)雜問題通常不是一次性能解決的，往往需要多次的反復(fù)才能解決，并且需要持續(xù)改進(jìn)。

在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力方面仍然存在不足，很多學(xué)者對這個問題進(jìn)行探討。下面就如何提高本科生解決復(fù)雜問題的能力進(jìn)行思考和討論。

2? 對于提高解決復(fù)雜問題能力的思考

要提高本科生解決復(fù)雜問題的能力是非常困難的，這也是為什么大家普遍認(rèn)為它很重要，卻沒有行之有效的方法的原因。培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力是一項系統(tǒng)工程，需要形成共識、共同努力，才有可能有所改觀。

2.1? 形成共識

所有教師必須形成共識，將培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力作為培養(yǎng)目標(biāo)，都要圍繞這個目標(biāo)服務(wù)，不能只盯著自己教授的課程。講授課程時不僅僅以知識點為中心，還要圍繞培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力進(jìn)行。不僅學(xué)校、教師要建立這樣的共識，還要幫助學(xué)生建立這樣的共識，才有可能達(dá)成目標(biāo)。學(xué)校和教師要讓學(xué)生明白，學(xué)習(xí)不是為了考試，也不僅僅是為了增加知識，而是要明白自己未來的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，明確自己未來在社會中充當(dāng)?shù)慕巧心康摹⒂幸庾R、有行動地增強(qiáng)解決復(fù)雜問題的能力。要幫助學(xué)生克服面對復(fù)雜問題時的畏難情緒（面臨復(fù)雜問題的時候，難免會產(chǎn)生畏難情緒），幫助他們建立克服困難的勇氣和決心。

改變學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的有意識性、目的性。學(xué)生有中小學(xué)學(xué)習(xí)存在的慣性思維，很多的學(xué)生想當(dāng)然地認(rèn)為學(xué)習(xí)就是為了考試，或者獲得某種技能。這些認(rèn)識具有片面性，學(xué)習(xí)更重要的是培養(yǎng)他們的綜合素質(zhì)以及提高他們客觀認(rèn)知人類社會和物理世界的能力，使他們能從紛繁的社會現(xiàn)象中抽象出問題，確定問題的邊界，進(jìn)而建立問題模型并求解。要幫助學(xué)生學(xué)會抓住主要矛盾，抽象出關(guān)鍵因素，從而為解決問題找到思路。愛因斯坦說過，教育就是當(dāng)一個人把在學(xué)校所學(xué)全部忘光之后剩下的東西。剩下的東西就是清晰的頭腦、敏銳的嗅覺、批判的精神，能夠有條理地分析、有邏輯地推理、有說服力地闡釋，從而得到可靠的結(jié)論。

2.2? 確定專業(yè)的復(fù)雜問題

解決復(fù)雜問題的能力不會憑空產(chǎn)生，需要在教師有意識的引導(dǎo)下，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、模仿、思考和領(lǐng)悟獲得。確定本學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜問題，引導(dǎo)學(xué)生逐漸接觸、認(rèn)識、洞悉本學(xué)科復(fù)雜問題，是高校培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力的重要條件。培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的關(guān)鍵要素之一是選擇、準(zhǔn)備或設(shè)計具有復(fù)雜工程問題特征的可用于工程師培養(yǎng)的復(fù)雜工程問題[3]。用于工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的復(fù)雜工程問題應(yīng)該主要來源于工程實踐，已經(jīng)解決的復(fù)雜工程問題應(yīng)是選項之一[3]。要保證這些復(fù)雜問題對于不同年級的本科生來說是合理的，既能體現(xiàn)出復(fù)雜性，又必須是學(xué)生能接受的。

每個人對“什么是復(fù)雜問題”有不同的理解，每個專業(yè)所涉及的復(fù)雜問題也不盡相同。確定合理的、學(xué)生能理解和接受的復(fù)雜問題很困難，每個專業(yè)的教師要結(jié)合企業(yè)、專家、家長、用人單位，確定好自己專業(yè)需要解決的復(fù)雜問題。如對信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)來說，多約束條件下的運(yùn)輸問題可以被看作一個復(fù)雜的工程問題，它是一個多因素影響下目標(biāo)優(yōu)化的問題。其實還可以把這個復(fù)雜工程問題擴(kuò)展為一個更大的復(fù)雜問題：在經(jīng)濟(jì)社會中，哪些情況可以抽象成多約束條件下的運(yùn)輸問題呢？需要引導(dǎo)學(xué)生通過思考、觀察、分析、抽象獲得模型進(jìn)行求解，為解決實際的社會經(jīng)濟(jì)問題提供參考。要培養(yǎng)學(xué)生從紛繁的經(jīng)濟(jì)社會現(xiàn)象中抽象出模型的能力，依據(jù)數(shù)學(xué)和工程學(xué)原理進(jìn)行求解，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)的原則，以及對社會的責(zé)任作出判斷，并能說明理由，為決策者決策提供依據(jù)。由此，學(xué)生應(yīng)具有獲取數(shù)據(jù)的能力、對數(shù)據(jù)分析的能力、提出問題的能力、模型抽象的能力、選擇合適算法的能力、求解的能力、驗證的能力、實施的能力等。

再如，對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生來說，計算機(jī)硬件系統(tǒng)的設(shè)計是一個復(fù)雜的工程問題。計算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計是一個多因素相互制約的工程問題，需要用專業(yè)的知識基于數(shù)學(xué)原理和工程理論才能解決。而且，計算機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計既要考慮成本、器件來源、設(shè)計難度、制造工藝等方面的問題，還需要考慮市場需求問題，這些問題可能是相互影響、相互制約的，選用好的器件意味著成本上升，選用新型的制造工藝可能會和現(xiàn)有的制造系統(tǒng)不兼容。因此，需要在一定條件的約束下，經(jīng)過理論分析和推演，運(yùn)用復(fù)雜的工程知識，才有可能找到合理的解決方案。需要學(xué)生懂得系統(tǒng)的設(shè)計方法、成本分析核算以及市場需求分析等專業(yè)知識，還需要學(xué)生具備敏銳的洞察力，找到問題的關(guān)鍵所在，并運(yùn)用專業(yè)的理論和工程原理來解決問題。

2.3? 要遵循貫通漸進(jìn)的思路

培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力是一項系統(tǒng)工程，不是僅依靠幾門課程就能完成的，是一個長期的探索過程，需要不斷反思和完善，必須通過系統(tǒng)地長時間地有意識地學(xué)習(xí)和鍛煉才能達(dá)到這個目標(biāo)。要制定科學(xué)合理的人才培養(yǎng)方案，通過大學(xué)四年的時間進(jìn)行培養(yǎng)，在這個過程中始終要遵循這個目標(biāo)，這個目標(biāo)是一貫的。根據(jù)工程教育認(rèn)證的要求，為了達(dá)到培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題能力的目標(biāo)，要弄清楚哪些課程對應(yīng)工程教育復(fù)雜問題的哪些指標(biāo)，怎么講授、考核能夠達(dá)成目標(biāo)。所有的課程構(gòu)成一個整體，對復(fù)雜問題能力培養(yǎng)構(gòu)成支撐。完成指標(biāo)的對應(yīng)和分解還不夠，還要落實到位，構(gòu)成一個有邏輯的整體，符合教育的發(fā)展規(guī)律，把這些課程串聯(lián)起來。做好課程群建設(shè)，設(shè)計好前后課程的銜接，前面的課程要為后面的課程做好準(zhǔn)備，提前預(yù)熱；后面的課程要反過來加強(qiáng)前面的課程，構(gòu)成有機(jī)的循環(huán)，使學(xué)生解決復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)貫穿高校各個培養(yǎng)環(huán)節(jié)。現(xiàn)在流行的項目教學(xué)法較為集中地體現(xiàn)了這種思路，但單單采用項目教學(xué)法還不能滿足要求，它只是注重解決問題，對于如何提出問題、抽象模型等沒有體現(xiàn)。

2.4? 構(gòu)建情景教學(xué)環(huán)境

通過構(gòu)建合理的情景教學(xué)環(huán)境，幫助學(xué)生理解什么是復(fù)雜問題，如何進(jìn)行抽象，如何建立模型，如何選擇解決問題的方法，如何進(jìn)行驗證，如何實施。課程設(shè)計選題就是一種情景創(chuàng)設(shè)，因此，選題要盡可能源于工程實際且具有明確的實際工程價值[4]，形成難度相當(dāng)、需要學(xué)生努力克服而又力所能及的學(xué)習(xí)情境，全面培養(yǎng)學(xué)生的工程能力[5]。比如以團(tuán)隊形式組織的課程設(shè)計，可以很好地體現(xiàn)團(tuán)隊精神，適當(dāng)減輕學(xué)生的心理壓力，通過團(tuán)隊內(nèi)部明確的分工和各自職責(zé)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、溝通能力、協(xié)作能力、互助能力，增強(qiáng)榮譽(yù)感和自信心，使學(xué)生做到積極主動投入，樂在其中。

現(xiàn)在推行的智慧教學(xué)在很大程度上體現(xiàn)了情景教學(xué)的要求，使學(xué)生體驗沉浸式學(xué)習(xí)。在教學(xué)實踐中，針對企業(yè)資源規(guī)劃這門課程，采用虛擬企業(yè)運(yùn)營仿真的教學(xué)方法。通過構(gòu)建一個模擬企業(yè)經(jīng)營的環(huán)境，讓學(xué)生體驗如何有效地利用有限的資源達(dá)到經(jīng)營收益的最大化。這樣的教學(xué)方法比課堂上灌輸式的講授效果要好得多。針對計算機(jī)組成原理這門課程，利用模擬的仿真軟件，讓學(xué)生體會編寫的程序是怎樣被轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行代碼，又是怎樣執(zhí)行這些指令從而完成任務(wù)的。直觀的、可視化的方法顯然要好過抽象的文字說明更容易接受。在CPU的設(shè)計中，讓學(xué)生利用Logisim軟件設(shè)計串行進(jìn)位加法器和并行進(jìn)位加法器，對比兩者在進(jìn)位延遲和電路復(fù)雜度上的差別，從而明白用復(fù)雜度換取速度的思想。

2.5? 發(fā)揮實踐教學(xué)和創(chuàng)新活動的作用

在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)體系中，實踐教學(xué)能讓學(xué)生更接近實際的問題，更能鍛煉學(xué)生運(yùn)用課堂所學(xué)理論知識解決實際問題的能力，真正掌握和明白解決復(fù)雜問題的具體步驟[6]，因此，實踐教學(xué)更為重要。在此過程中，實踐教學(xué)的內(nèi)容如何安排、實踐教學(xué)如何展開效果更好、實踐教學(xué)如何進(jìn)行客觀評價等方面，都需要深入探討并提出可行性方案。創(chuàng)新活動更是激發(fā)學(xué)生直面新問題、查找資料、分析問題、建立模型、解決問題，能夠全流程鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。這些實踐和創(chuàng)新活動需要在教師的指導(dǎo)下有意識地進(jìn)行，才能取得較好的效果。

近年來，安陽工學(xué)院更加重視實踐教學(xué)，增加實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在整個教學(xué)學(xué)時不變的情況下增加實踐教學(xué)學(xué)時，同時提高設(shè)計性和綜合性實驗學(xué)時的比重，要求設(shè)計性和綜合性實驗要達(dá)到實驗學(xué)時的60%以上。學(xué)校積極鼓勵學(xué)生參與各類學(xué)科競賽和科技創(chuàng)新活動。目前，幾乎所有的學(xué)科都有對應(yīng)的實踐創(chuàng)新活動，如程序設(shè)計大賽、電子設(shè)計大賽、數(shù)學(xué)建模大賽、工程訓(xùn)練大賽、營養(yǎng)配餐大賽、企業(yè)運(yùn)營仿真大賽等。同時，每年舉行綜合性的科技創(chuàng)新活動并給予經(jīng)費支持。積極宣傳、組織學(xué)生參加全國或省科技創(chuàng)新大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、工程大賽、挑戰(zhàn)杯、藍(lán)橋杯、ACM大賽等活動，對獲得獎項和發(fā)表論文的學(xué)生給予獎勵，極大地鼓舞學(xué)生參加活動的積極性。全面推行導(dǎo)師制，設(shè)立多種創(chuàng)新團(tuán)隊，鼓勵學(xué)生加入教師的科研項目，鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。為解決學(xué)生專業(yè)能力提升中存在的痛點，各專業(yè)推出專項訓(xùn)練計劃，突破學(xué)生能力提升障礙。編程能力是提高計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生解決專業(yè)問題的關(guān)鍵一環(huán)。為此，計算機(jī)學(xué)院專門推出編程訓(xùn)練計劃，提升學(xué)生的編程能力，為提升后續(xù)解決專業(yè)復(fù)雜問題能力打下基礎(chǔ)。

3? 結(jié)束語

復(fù)雜問題解決是指問題解決者與動態(tài)的任務(wù)環(huán)境之間成功交互的過程[2]。既然如此，復(fù)雜問題就不是一次能解決的。單向的知識灌輸方式顯然不是很好的解決復(fù)雜問題的策略和方法，而交互式、討論式的授課方式是更適合的方法。在實踐教學(xué)活動中并不要求學(xué)生一次性完美無缺地完成實驗，反復(fù)討論、修改、迭代、嘗試正是學(xué)習(xí)鍛煉的過程。現(xiàn)在，許多專家學(xué)者意識到培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題能力方面存在不足，提出很多有價值的建議，進(jìn)行大量實踐，但效果不佳。一個主要的原因也許是現(xiàn)在教育資源存在不足，生多師少的局面還沒有明顯改善，批量培養(yǎng)模式或許還將持續(xù)一定時間。但隨著時間的推移，教育條件的改善、新的教育技術(shù)的采用以及更多人對解決復(fù)雜問題能力培養(yǎng)的認(rèn)同，將有助于這個問題的解決。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李一茗，黎堅.復(fù)雜問題解決能力的概念、影響因素及培養(yǎng)策略[J].北京師范大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），? 2020（5）：36-48.

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*項目來源：河南省高等學(xué)校重點科研項目計劃“數(shù)字孿生技術(shù)在智能制造中的應(yīng)用研究”（20B520001）；安陽工學(xué)院“十百千”品牌項目計劃“計算機(jī)組成原理”品牌課堂。

作者：魏勝利，安陽工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院教研室主任，副教授，研究方向為智能制造、制造信息化；張麗莉、李敏，安陽工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，講師，研究方向為管理信息系統(tǒng)、教育信息化（455000）。