本科生科技创新培养模式初探与分析

吴　际　刘　超

摘 要:本科生科技创新能力培养是本科生培养的一个重要方面,在国家大力提倡科技创新的背景下,加强本科生科技创新具有重要的意义。本文结合北京航空航天大学的特点,基于作者近三年来的本科生科技创新培养实践,提出了一种便于操作和有效的科技创新培养模式。

关键词:本科生科技创新;培养模式;冯如杯

中图分类号:G642 文献标识码:B

1 本科专业的培养目标与指导思想

北京航空航天大学计算机学院的本科教学指导思想可简要归纳为“强化基础、突出实践、重在素质、面向创新”,在这样的指导思想下确定了注重英才培养,兼顾大众教育的办学策略。在全学院的本科生教育中,营造探索为本的学习氛围,创建研究为本的学习环境,倡导创新为本的学习精神。以重点实验室为主要培养基地,发挥重点实验室的主导作用,为本科生感悟科技探索、研究和创新提供了实践环境;通过学院的系列科技创新鼓励计划,激励本科生广泛参加学校“冯如杯”、国家或北京市学科竞赛以及国际科技竞赛,为本科生参加科技活动,培养创新素质和探索精神提供了实践舞台。

事实上,不仅仅北京航空航天大学,全国很多高校现在都非常重视科技创新,重视培新本科生的创新意识。由此可见,现阶段的中国大学本科专业教学既强调专业基础,同时也强调创新能力的培养。从创新角度来说,专业基础是基石,没有扎实的专业基础就不可能有真正的创新。然而,仅仅有扎实的专业基础并不能保证出创新。北京航空航天大学现行的本科教学大纲主要针对专业基础的教学制定了详细的计划,对科技创新能力的培养则相对缺乏清晰的规划。实际上,这也是目前很多高校的共同特点。虽然重视对本科生的创新意识培养,但是在实际操作上还缺乏有效的措施。

“冯如杯”是北京航空航天大学的一个校级学生科技比赛项目,从1990开始至今已举办了18届。在历届“冯如杯”上都涌现出了不少让人眼睛一亮的科技作品,如仿生鱼、三维条形码等项目。2008年以前“冯如杯”一直冠以“学生课外科技活动”,其理念是鼓励本科生在课外时间基于所学习的课程知识,深入社会发现并解决存在的现实科技问题。“冯如杯”在促进北京航空航天大学本科生热爱科学、积极创新精神等方面发挥了非常积极的作用。从2008年开始,正式把“冯如杯”的“课外”二字去掉。这反映出学校在学生科技创新培养方面的变化,即把学生科技创新能力的培养提到了更高的层次,而不只是学生的自发或者业余时间的行为。因此,学校在后续的教学改革中,一定会在如何培养本科生科技创新能力方面有更多关注,也会催生出一系列的具体操作办法。在这种背景下,结合论文作者这两年指导本科生参加“冯如杯”科技竞赛中所积累的一些体会,撰写该文章。

2 本科生科技创新内涵和北航现状分析

党的十七大报告提出,提高自主创新能力,建设创新型国家。高等教育担负着培养创新型人才的重要责任。学生科技活动对于提高学生科技创新能力,培养拔尖创新型人才具有重要意义。现代高等教育遵循素质教育方针,学生科技创新活动是全面素质教育的重要载体和有效途径,是课堂教学自然和必要的延伸,是高等教育整个学生培养环节中重要的有机构成部分。支持和鼓励学生参加各级各类学生科技创新竞赛,对于扩大北京航空航天大学的影响力,展现北京航空航天大学的教育教学水平具有重要意义。

科技创新是一种综合实力或能力的应用过程和结果。什么是本科生科技创新?就是指本科生从不同的角度识别出新的科技问题,综合运用所学的专业基础知识给出相应的解决方案或设计,并给出最终的实现原型。在这个过程中,本科生将能够在问题分析、领域调研、研发能力等方面得到有效的锻炼。一般而言,本科生科技创新不必要求解决非常难的专业问题,也不强调太大的工作量,但是强调创意和将来的实用前景。这是因为,难度过大的专业问题或者工作量过大的问题都不适合本科生来解决。不少本科生误以为实现一个有难度的系统就是科技创新,其实那只是一种实践锻炼,并没有什么创新。比如,一个学生实现了一个文本搜索引擎,而该搜索引擎与现有的搜索引擎相比并没有体现出值得一提的创新点,则就不能称为科技创新。因为,学生没有能够针对搜索引擎提出自己的问题和解决方案,更多的是在模仿现有的东西,虽然工作量很大。再比如几年前著名的“百狗”搜索引擎的例子,就是一个很好的搜索引擎创新。人们通常都是到搜索引擎提供的网页来搜索信息,因此一次只能使用一个搜索引擎所提供的服务。“百狗”的创新之处在于把Baidu和Google的搜索集成到一个页面,使得用户可以同时使用两个搜索引擎,并能比较、分析和利用两个搜索引擎返回的搜索结果。“百狗”的工作量不大(甚至是比较小),但是受到了人们的关注。

因此,本科生科技创新的内涵主要包括:(1)具有创意的问题提出;(2)使用合适的技术来设计与实现;(3)与别人的解决方案的综合对比分析。其中第一点是最关键的,也是决定性的。一个好的创新首先体现在其要解决的问题上,然后才是解决问题的技术。通过对北航计算机学院前几年“冯如杯”项目的综合分析,我们发现大多数创新项目的失败主要是没有能够提出一个具有说服力和新颖性的题目。很多学生自以为自己所要解决的问题是有创意的,但其实别人早就发布了相应的解决方案。这也反映出本科生在相关领域现状调研和综合分析能力的不足。事实上,现在很多研究生在这方面也具有明显的不足,硕士生在论文开题时说不清相关领域最新研究成果的事情并不少见,这说明高校需要在相关方面进行改进或者改革。在有了一个有创意的问题之后,必须要能选择合适的技术来设计并实现,否则也就是空谈罢了。如何针对问题的特点以及领域的状况选择合适的技术来解决问题是一项重要的能力。举个例子,本人去年指导的一个学生要做一个面向小区域(如社区、学校、旅游点等)的信息交换和共享网络。这个问题是具有创意的,因为在小区域内某些信息和事件只有这个小区域内的人才会关心(如校园内教室的使用情况),因此这些信息不会有人发布到Internet上,因此这个区域的人就难以通过互联网进行信息的交换和共享。该同学设计的方案是基于蓝牙通讯技术,使用智能手机进行智能动态组网,从而实现处于某一小区域内的人通过手机交换和共享信息。然而,由于手机开发平台的技术障碍,该同学并未能如期实现该方案,因此未能完成该项目。在设计与实现之后,必须要通过与相关的产品进行对比来凸现方案的创新点。事实上,学生科技创新开发的作品不可能真正超过那些发布运行的产品。如何进行对比分析就非常关键。再举个例子,2007年的学校“冯如杯”比赛,本人指导学生做的基于多维聚类的元搜索(该项目获得了一等奖),是要过滤搜索引擎返回结果中的重复或相似网页。然而过滤效果的好坏却很难在理论上给出严格的说明,必须要找到若干组具有展示度和说服力的例子,并与Google和Baidu这样的顶尖搜索引擎进行对比。经过大量的实验分析和实际使用,我们积累了很多具有说服力的实例,使得该项目的创新性和实用前景得到了认可。

一直以来,中国的高等教育主要还是“填鸭”式教学,学生在发现问题和分析问题方面得到的锻炼相对较弱。北航计算机学院在本科生培养上非常注重基础理论和动手实践能力的训练,但在创新意识和能力培养上则显得相对有些不足。目前,本科生能力培养手段主要包括课程教学和作业、大实验和毕业设计三个环节。由于要照顾到庞大的学生整体,因此这三个环节教学都无法提出指标性的创新要求,很少会有开放性的题目留给学生去独立完成。本科生创新能力的培养还主要是一种“自学”的方式,学生自发参加各类比赛,遇到技术困难时才找认识和熟悉的老师进行指导。

3 本科生科技创新培养模式分析

通过以上分析可知,本科生的科技创新能力主要包括:(1)科技/科学问题识别能力;(2)问题现状调研和综合分析能力;(3)方案设计能力;(4)方案实现能力。从本科生培养的角度来看,这四方面能力的培养也是课堂教学的关注点。因此,本科生科技创新能力培养也自然是本科生培养的一个重要环节。基于本人几年来在指导本科生参加科技竞赛方面积累的经验,提炼出了如下的本科生创新培养模式:依托创新团队的四步骤创新培养模式(图1)。

这种创新培养模式的核心是创新团队。直观上说,是有一个团队在指导本科生从事科技创新,而不是单独一个老师在指导。创新团队的组成包括指导老师和形成梯队的本科生。创新团对的核心价值就是每个同学都面临着“我为这个团队贡献了什么”的问题,这使得每个人都在平常的学习和生活中主动去思考和发现创新问题、去分析当前某个方案的不足等。这种积极性调动方式非常受学生的欢迎,他们感觉自己真正是创新的“主体”,自己对要做的创新研究“负责”。下面分别论述依托于创新团队,如何进行创新题目的选择,如何进行领域分析,如何进行技术设计和如何展现创新成果。

3.1 创新题目的选择

对于本科生科技创新而言,选题是决定性的关键环节。是否具有创新,是否具有将来实用的可能性,从题目就能判断出大概来。基于作者近年来参加的学院“冯如杯”项目审查实践,发现目前本科生在选题上相对很薄弱,迫切需要老师的指导。

一般来说,创新选题有四种模式:(1)学生自由选题;(2)依托教研室或指导老师的科研项目或研究兴趣选题;(3)依托科技竞赛指南选题;(4)面向领域研究热点选题。这四种选题方式各有各的特点,但也都存在一些问题。对于学生自由选题而言,其优点就是能够充分调动学生的积极性和热情,但缺点是学生自己选题的效果和效率往往不理想。受所学知识有限、知识面相对狭窄等因素的限制,大部分同学往往长时间也找不到一个有创意的题目;对于依托教研室或指导老师的选题,其优点是题目的背景清楚,将来的实用前景有保证,缺点是这种题目虽然技术特点明显,但在创新性上往往都显得不足。因为实验室课题的创新主要是依靠博士生和硕士生来完成,对于本科生来说往往太大、太难;对于依托科技竞赛选题而言,优点是方向很明确,如微软的ImagineCup比赛,缺点是这类比赛要求较高,对题目的质量要求也很高,而且要求学生对相关公司的技术要有深入的了解;对于面向领域研究热点选题而言,优点是容易找到创新点,缺点是难度一般都很大。

综合北航计算机学院本科生的特点,我们依托于创新团队,采用混合的模式来选择创新题目:即瞄准高水准的科技竞赛→个人自由选题→小组讨论确定的三步骤方式。我们关注的科技竞赛包括:北航“冯如杯”、全国挑战杯、微软的ImagineCup,Google的Summer of Code,IBM的SOA竞赛等。之所以关注这些竞赛,一是因为学生很重视,二是这些比赛的水平相对都很高。每年我们都会关注这些比赛的相关情况,根据实际情况组织团队参加比赛。针对这些比赛的具体情况,我们鼓励学生根据自己的兴趣和爱好提出候选题目,并要求在小组会上进行阐述和分析,只有通过小组会的审议才可以真正作为比赛题目。事实上,提出创意题目是一个平时性的任务,要求创新团队里的每个成员都要能够经常思考这个问题。

3.2 领域分析

在确定了一个创新候选题目后,就需要组织一个小团队,通常以提出题目的人为小组长,大家自由报名参加该团队。小组长也可以再去找一些熟悉的同学来参加。这个小组团队的第一个任务就是领域分析。领域分析的目标主要有两个:一是了解相关领域是否已经有了相应的产品或概念,二是了解和所提出的创意选题有关的产品和技术的特点。因此和科研项目所要求的领域分析不同,本科生创新的领域分析要点是当前领域的产品状况、以及是否有类似的概念等,一般不会去深入关注某个问题的学术论文情况。这就要求本科生能够熟练通过搜索引擎来寻找相关产品信息、概念以及相关学术论文等。由于目标明确,这对于锻炼和培养本科生的信息检索能力有非常好的效果。

是否具备好的归纳能力也是领域分析的重要因素之一。基于我们的观察,很多本科生都能够很快找到市场上有哪些产品和创意选题相关,哪些技术与其相关等。但是在归纳这些产品或技术的特点上,就往往显得很不足。事实上,在领域分析的基础上,调整选题的侧重点是经常的事情。如果不能对相关产品和技术进行很好的归纳,就无法有效确定自己创意的核心目标。有时通过领域分析能够发现现有的产品或技术的不足之处,也能激发出新的创意。

3.3 技术设计

再好的选题,如果没有扎实的技术实现,也就只是空谈和畅想了。对于本科生科技创新而言,技术设计能力的培养是基础。本科生科技创新项目的技术设计难度和工作量一般来说需要多人配合才能完成,因此团队成员之间的协同就变得格外重要。从指导老师的角度来看,主要工作就是一方面要给团队提供必要的环境和技术保障,另一方面就是做好规划和进度检查工作。

通常由于指导老师的教学和科研任务比较重,因此在技术设计环节常常不能投入很多时间。而一般本科生由于在技术方案的把握和技术难题的解决上常会遇到一些问题,这些问题的顺利解决对于提高本科生的信心和团队认可以及团队凝聚力都很重要。因此,指导老师有必要安排一些高年级的本科生或者技术比较擅长的研究生来承担部分指导任务。

3.4 展现

如何向别人介绍自己的科技创新作品,让别人理解并认可,是一个非常重要的部分。不同的人对于问题的理解不尽相同,因此如何抓住一个创新的核心价值,并辅以图文并茂的介绍和紧扣主题的演示是关键。基于学院“冯如杯”项目的审查实践,我们发现本科生目前普遍比较缺乏这方面的能力。在介绍其作品时,主要存在这样几方面的问题:(1)所解决的问题/定位不清,这反应在选题时就没有想清楚;(2)科技创新的价值分析不够清晰,导致谁会关心该创新交待不明;(3)与现有产品或技术的比较点选择不当,导致无法展示出其优势;(4)介绍中(如PPT报告)所声称的特点和优势在演示中并没有很好体现,导致“说的和实现的不一致”感觉;(5)技术方案介绍抓不住重点,给人感觉技术特点不鲜明。

北航计算机学院所安排的“冯如杯”审查/检查是一个非常好的机制,指导老师可以把这个安排纳入到相应的指导中。实践表明,学院安排的审查中所提出的很多问题如果能够较好地回答或解决的话,相应的创新项目在学校的最后评比中往往都能获得比较好的成绩。

4 总结与分析

基于本人近几年的本科生科技创新培养所积累的一些理解和认识,以及在参与学院“冯如杯”项目审查中所积累的经验,本文介绍了所总结的本科生科技创新培养模式中的四个环节的特点。应该说,这里的总结还很肤浅,缺乏必要的理论分析和必要的实践数据支持。因此,这种模式的实际效果可能会因学生的不同,指导教师的不同而不同。如何提高本科生科技创新的培养效果,还需要在实践中继续深入分析和总结。

作为分析,最后想从指导老师的角度来讨论一下目前存在的一些问题。随着科技的发展,多领域交叉已经逐步成为一个必然的趋势,这也在学生科技竞赛项目中得到了一些体现。一个科技竞赛项目往往涉及多个方向或领域的专门知识,这给指导老师带来了一定的挑战,是依靠各个指导老师独立去学习相关领域知识,还是指导老师之间可以交叉指导相应的团队恐怕是一个值得讨论的问题。另一个是指导老师如何选择学生的问题,从本科生科技创新角度而言,其核心目标是指导本科生创新。这样,指导老师是被限制在学院范围内招学生,还是可以跨院系,甚至是跨学校就应该是一个可以讨论的问题了。以北航的“冯如杯”比赛项目而言,由于目前客观上存在院系之间的相互竞争,因此跨院系培养学生就很难实施。

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