路紅 曹未豐 劉蘭英 陳曉平 陳婉君

南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院

從課堂理論教學(xué)改革角度探討學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效途徑

路紅 曹未豐 劉蘭英 陳曉平 陳婉君

南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院

知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)以及勞動(dòng)就業(yè)問題對(duì)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出了高要求，但長期以來,我國高校對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)一直是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。本文通過對(duì)比美國高校和我國高校在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的不同，感悟到科研和課堂授課交叉教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要性，并從“數(shù)字圖像處理”課堂教學(xué)改革的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)角度給出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的幾條有效途徑。

創(chuàng)新能力;科研和教學(xué);交叉教學(xué);數(shù)字圖像處理

項(xiàng)目資助：南京工程學(xué)院高等教育研究課題（項(xiàng)目資助號(hào)：GY201010），南京工程學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（項(xiàng)目資助號(hào)：NO20120515，NO20120516）

當(dāng)前形勢(shì)下解決大學(xué)生勞動(dòng)就業(yè)問題的重要出路在于自主創(chuàng)業(yè)，自主創(chuàng)業(yè)的基礎(chǔ)則在于自主創(chuàng)新，而自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)則在于自主創(chuàng)新教育。創(chuàng)新教育是指培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價(jià)值取向的教育實(shí)踐，其核心是在全面實(shí)施素質(zhì)教育的進(jìn)程中，為了應(yīng)對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的挑戰(zhàn)，著重研究和解決如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的問題。

本文以南京工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)《數(shù)字圖像處理》課程為例，從課堂理論教學(xué)改革角度，闡述大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的幾條有效途徑，對(duì)應(yīng)用型本科學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)進(jìn)行積極探索和研究。

1 我國和美國高校學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)概況

長期以來,我國高校對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)一直是個(gè)薄弱環(huán)節(jié),存在重理論、輕實(shí)踐,重知識(shí)傳授、輕能力培養(yǎng),重共性教育、輕個(gè)性發(fā)展傾向,嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的形成[1]。雖然我國高校教學(xué)改革比較強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究和實(shí)踐能力，但落實(shí)情況并不令人滿意。在學(xué)生科研中，雖然對(duì)學(xué)生的科學(xué)研究有了某種程度的要求，但對(duì)學(xué)生平時(shí)的科研訓(xùn)練和指導(dǎo)并不多。

美國高校高度重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等非常靈活，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生獨(dú)立思考能力。美國高校還開設(shè)培養(yǎng)創(chuàng)造力的專門課程。1948年，美國麻省理工學(xué)院首先開設(shè)“創(chuàng)造力開發(fā)”課程，此后，哈佛大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)等相繼開設(shè)有關(guān)“創(chuàng)造學(xué)”的課程。目前美國已有幾十個(gè)“創(chuàng)造學(xué)”的研究所，有50多所大學(xué)設(shè)立了“創(chuàng)造學(xué)”研究機(jī)構(gòu)。美國高校把參加大量實(shí)踐活動(dòng)、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力放在一個(gè)相當(dāng)重要的位置。通過加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在課程體系中的比重，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新意識(shí)的方案[2]。

2 “數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)銜接

哈佛大學(xué)經(jīng)常把學(xué)生置于實(shí)踐環(huán)境中，把所學(xué)理論運(yùn)用于實(shí)際，提高觀察能力和動(dòng)手操作能力，讓他們用所學(xué)理論及積累的經(jīng)驗(yàn)，解決他們不熟悉或不明白的問題，強(qiáng)迫他們不斷向自己的智力和能力極限挑戰(zhàn)，獲得知識(shí)和體驗(yàn)[2]。

但是如何切實(shí)將學(xué)生置于實(shí)踐環(huán)境中，其可實(shí)現(xiàn)性、可操作性是我們目前面臨的關(guān)鍵問題。我們?cè)诮虒W(xué)和科研中深刻體會(huì)到，僅僅依賴各門課程開設(shè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)是不夠的；而把本科生科研當(dāng)作本科教育的一項(xiàng)重要內(nèi)容、并將這種理念貫穿到課堂理論教學(xué)中，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力卻能起到明顯的推動(dòng)作用。基于此實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和改革效果，本文從“數(shù)字圖像處理”課堂教學(xué)改革角度探討學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效途徑。

“數(shù)字圖像處理”課程內(nèi)容涉及理論、算法和圖像表達(dá)等，課堂教學(xué)中我們采用動(dòng)態(tài)體現(xiàn)圖像變換過程的多媒體輔助、豐富的科研實(shí)例、課后參加項(xiàng)目實(shí)踐和課堂問題反饋方法，一方面刺激學(xué)生視覺等感官以增強(qiáng)記憶，另一方面用最前沿的科技實(shí)例激發(fā)學(xué)生好奇心和創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)提供學(xué)生及時(shí)的方案設(shè)計(jì)和實(shí)踐機(jī)會(huì)。具體課堂教學(xué)改進(jìn)方法如下：（1）在課堂理論講解時(shí)，注重理論和算法的結(jié)合、算法和實(shí)例運(yùn)行結(jié)果（如原彩色圖像與灰度變換結(jié)果像素級(jí)對(duì)比等）的結(jié)合。例如，圖像空間域?yàn)V波增強(qiáng)[3]這一部分知識(shí)點(diǎn)的講解過程中，首先講解圖像空間域?yàn)V波理論概念，然后從算法角度將圖像矩陣與卷積模板的運(yùn)算過程運(yùn)用板書推導(dǎo)，最后運(yùn)用多媒體展示圖像濾波增強(qiáng)的結(jié)果，將學(xué)生感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)有機(jī)結(jié)合，加深對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力。（2）課后引導(dǎo)學(xué)生參與教師科研，結(jié)合課題關(guān)鍵技術(shù)需要和課堂知識(shí)點(diǎn)分布情況，給學(xué)生布置不同的圖像處理題目。題目注重科學(xué)性和技巧性，與實(shí)際科研項(xiàng)目緊密銜接，不照搬課本習(xí)題和實(shí)例，以促進(jìn)學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手和激發(fā)其創(chuàng)新思維。例如，在指紋識(shí)別系統(tǒng)項(xiàng)目中，需要對(duì)實(shí)際采集的特征不清晰的指紋進(jìn)行濾波增強(qiáng)，采用何種濾波增強(qiáng)算法、各算法增強(qiáng)效果的優(yōu)缺點(diǎn)則由學(xué)生去思考、自主實(shí)驗(yàn)和做出決策。學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)的過程中提高了主動(dòng)思維能力，改進(jìn)了經(jīng)典教學(xué)方法中學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)只為考試的狀況。（3）在上述基礎(chǔ)上，逐漸組成學(xué)生科研團(tuán)隊(duì)，協(xié)作完成系統(tǒng)性的課題。激勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)學(xué)校每年開設(shè)的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，并針對(duì)具體的課題督促學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)施方案，直至最后完成項(xiàng)目。為了高效緊密地與課程銜接，我們指導(dǎo)學(xué)生在數(shù)字圖像處理課程開設(shè)學(xué)期的前一學(xué)期申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，以保證學(xué)生科研過程和上課過程能夠同步，這樣不僅能可實(shí)現(xiàn)性增多了學(xué)生與老師面對(duì)面的交流時(shí)間，同時(shí)對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和能動(dòng)性培養(yǎng)起到了積極促進(jìn)作用。

3 科研和課堂授課交叉教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的幾條有效途徑

“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)改革實(shí)踐證明，在課堂理論教學(xué)中滲透科研理念和科研實(shí)踐對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要意義。這種滲透的過程，貫穿了理論授課的全過程，具有時(shí)間長、監(jiān)督及時(shí)的特點(diǎn)，相比以往僅僅通過理論課時(shí)結(jié)束后開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課更具效力。但這對(duì)授課教師的教學(xué)和科研綜合能力提出了高要求，即教師既要具有扎實(shí)的理論功底還要具有良好的科研能力和責(zé)任心。因此，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)勢(shì)在必行。以下從課堂教學(xué)角度給出培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的幾條有效途徑。

3.1 以科研實(shí)例為引導(dǎo)，推進(jìn)科研項(xiàng)目進(jìn)課堂

在每章節(jié)課程內(nèi)容涉及的重要知識(shí)點(diǎn)中，引入若干科研項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)內(nèi)容作為實(shí)例，創(chuàng)造問題情境，激發(fā)學(xué)生求知欲和解決實(shí)際問題的積極性。如上述指紋識(shí)別系統(tǒng)作為實(shí)例，在講解指紋識(shí)別的理論原理基礎(chǔ)上，讓學(xué)生利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)指紋特征提取算法、指紋模式的建立方法和識(shí)別方法。在課堂上，結(jié)合學(xué)生的設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)各種方法的可行性和算法運(yùn)行效果進(jìn)行對(duì)比，啟發(fā)學(xué)生尋求最佳方案。

3.2 以課堂討論熱點(diǎn)為契機(jī)，強(qiáng)化設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣完成選題，對(duì)個(gè)人提出的設(shè)計(jì)方案多方收集資料，進(jìn)行反復(fù)修改，并在實(shí)驗(yàn)室集中完成個(gè)人的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生提出具有創(chuàng)新性內(nèi)涵的設(shè)計(jì)思路。結(jié)合上述指紋識(shí)別系統(tǒng)實(shí)例，在方案修改部分，要求學(xué)生充分結(jié)合指紋的全局特征（如紋形、紋數(shù)和模式區(qū)等）以及局部特征（如紋路的起點(diǎn)、終點(diǎn)和分叉點(diǎn)等），尋找最簡單、最有效的特征以建立最優(yōu)識(shí)別方案。這樣就將課堂-設(shè)計(jì)-創(chuàng)新-實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合在一起。

3.3 提高教師綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)，發(fā)揮課堂對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)

科研實(shí)踐和書本理論融會(huì)貫通，將提供給學(xué)生一個(gè)具有現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)為指導(dǎo)和未來發(fā)展藍(lán)圖為引領(lǐng)的知識(shí)海洋，而不再是枯燥的理論。例如，在講解模式識(shí)別這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，首先給學(xué)生布置一個(gè)人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想，并利用大量的現(xiàn)代科技實(shí)例讓學(xué)生領(lǐng)略該系統(tǒng)的目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)的任務(wù)以及它將給人類社會(huì)帶來的重大變化。再循序漸進(jìn)的從系統(tǒng)構(gòu)建方面講解建立該系統(tǒng)的一系列理論。最后從算法的角度講解這個(gè)系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性，讓學(xué)生感覺的自己有能力、有信心設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)然，單憑書本理論建立這樣一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)是有難度的，教師要具有整體駕馭相關(guān)知識(shí)的能力，能夠解決學(xué)生提出的各種各樣的問題。因此，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師的角色至關(guān)重要。

我國高校建立科學(xué)、合理的創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系是一個(gè)長期、復(fù)雜的工程，這其中還有許多的問題需要探索，還有許多國內(nèi)外成功的經(jīng)驗(yàn)值得我們?nèi)パ芯俊Ｎ覀儜?yīng)放眼全球，學(xué)習(xí)借鑒發(fā)達(dá)國家的成功之處，以培養(yǎng)出更多的高素質(zhì)創(chuàng)新人才。

[1]劉建國.創(chuàng)新型人才類型與個(gè)性結(jié)構(gòu)的分析[J].大學(xué)教育科學(xué),2004.3

[2]郭毅夫,匡令芝.美國高校培養(yǎng)創(chuàng)新人才的經(jīng)驗(yàn)及啟示[J].世界教育信息,2007.4

[3]霍宏濤.數(shù)字圖像處理[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.6

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.073

路紅，女，1973.12生，博士，南京工程學(xué)院副教授