系统论的方法在创新教育中的应用——以信息与计算科学专业为例

彭高辉,李幸福,张清年

(华北水利水电学院数学与信息科学学院,河南郑州 450011)

系统论的方法在创新教育中的应用
——以信息与计算科学专业为例

彭高辉,李幸福,张清年

(华北水利水电学院数学与信息科学学院,河南郑州 450011)

利用系统论的方法,从数学与信息专业的调查问卷入手,系统探讨了入学教育、理论教育、应用教育、毕业与就业等环节需要注意的问题,以及各环节之间的关系,以专业发展和就业为目标,分析了如何系统地在专业的培养上创新,提出新的想法和观点.

系统论;创新教育;数学教育;信息;计算科学

1 研究背景

教育部1998年颁布的专业目录中将“信息与计算科学”列为一个新的数学类专业.这一专业的设置满足了新世纪以信息技术为核心的全球经济发展格局下的数学人才的培养需要,也对数学类专业如何与其他学科更好地结合提供了一个探索的方向[1].

表1 信息与计算科学专业问卷调查表Tab.1 Survey of Information Specialty

某校的信息与计算科学专业自2001年招生以来,在近几年的发展中取得了不菲的成绩,并取得了数学一级硕士学位授权,在该校“更名大学”、由教学型向教学科研型过渡的特殊阶段,为专业和就业更好地发展,对信息与计算科学专业的2006级至2009级全体同学以无记名方式进行问卷调查:①入校时是不是调剂至本专业;②现是否有改志愿想法(结果见表1).近几年的报考研究生人数都占全体学生的75%以上,而其中只有寥寥数人报考的是数学类研究生,可见从大一至大四,学生普遍对数学类专业认同感不强,数学思想大部分没有培养起来.究其原因,一是该类专业基本在所有高校都有开设,在就业压力以及实用主义流行的当下,学生有些情绪浮躁;二是在二本院校中尤其以工科等专业为主的高校,由于该类院校工科等应用型专业特色鲜明,此类院校中的数学类专业的学生多是在录取时由其他专业调剂而来.所以,对于工科院校,如何培养和加强数学类专业学生的专业认同感,提高教学质量,培养出更多更好的数学类专业人才,是在就业压力日益增加的前提下,摆在众多院校面前的又一个急需解决的难题,尤其对处于转型期的高校,解决此问题显得更为重要和迫切.

2 一般系统论与教育过程

1937年贝塔朗菲在芝加哥大学的一次哲学讨论会上第一次提出一般系统论的概念,并在1968年所著的《一般系统论——基础、发展和应用》一书中总结了一般系统论的概念、方法和应用.系统论包括:系统思想、整体性、关联性、层次性、统一性等几个方面[2].

2010年5月国务院通过的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》[3]中指出,人才是我国经济社会发展的第一资源,并且要确立国家人才竞争比较优势,进入世界人才强国行列.数学作为其他学科的基础中的基础,一个国家数学的实力从某种程度上反映了这个国家的科研实力在世界中所处的地位.十二次五中全会公报中谈到“坚持科学发展,更加注重以人为本,更加注重全面协调可持续发展,更加注重统筹兼顾”,由此可见,注重全面的系统的发展是十分必要的.

常言道,“百年树人”,教育不是一朝一夕的事情,其时间跨度大、系统性强,因此,若把大学教育作为一个系统来看,从大学生入学教育、课程学习、日常生活的安排直到他们毕业以及走入社会后的信息反馈等各环节共同构成了系统的各个层次,这些环节是相辅相成、相互影响的.

2.1 入学教育

我们要培养出什么样的学生,首先得有一个定位和目标,要结合院校各自的特点,同时又不能忽略时代要求,在人才培养的各个阶段要注意其关联性[4].

从接到通知书的那一刻,学生的入学教育就开始了.学校可以把学生手册、专业培养计划等邮寄给学生,让他们提前为大学生活做好准备.“大一是‘不知道自己不知道’,大二是‘知道自己不知道’,大三是‘不知道自己知道’,大四是‘知道自己知道’”.这句话概述了从大一的踌躇满志到彷徨,然后到大四探索后的清晰.针对带着梦想走入校园的“90后”,各院校根据自身人才培养目标的不同,要能够从整体、长远的角度告诉新生一个客观发展中的大学,可以引入学长制、拓展、网络教育等较新的培训方式.由指导专员、毕业学生、高年级学生等结合自身经历,定期给学生做有关学习规划、学习感受的报告,谈自己对本专业的学习感受和认识,促使新生自觉制定阶段性目标,明白自觉融入集体、自觉培养团队协作能力的必要性,真正培养起主动思考、自我教育的意识.同时,鉴于二本工科院校的信息与计算科学专业的学生大部分是在录取时由所报院校的名牌专业、热门专业调剂所致,导致所谓的“专业不理想”,对于这种情况需要有经验的教师在入学教育时结合教学计划讲解本专业的优势所在,明确课程的任务以及课程间的衔接关系.针对“90后”新生特点可以采用多种信息化手段和他们交流.在入学教育上需要经常换位思考,考虑主体的普遍性和个体的差异性,同时切忌脱离所学专业展开,切忌为了入学教育的形式而进行入学教育.

2.2 专业理论教育

对于信息与计算科学专业的学生,在刚开始接触数学分析、高等代数等几门专业基础课时,被类似于ε-N、一致连续等较晦涩难懂的定义所困惑,随着学习的深入,越来越多的定理证明使他们产生烦闷情绪:发现大学的数学和中学的数学似乎不是一回事.此时就不仅仅需要辅导员来给学生答疑解惑,更多的需要专业导师多用一些时间结合课程知识点和同学有意识地加强专业认识上的交流,多一些理解和鼓励.例如,关于学习数学基础理论定理的重要性方面,要结合具体的应用来讲解理论.在定理讲解证明过程中要注意培养学生良好的数学思维习惯,以培养他们的专业认同感.

“授人以鱼,不如授人以渔”,大学教育的目的不仅仅是为了传授知识,更重要的是培养学生学习探索的一种精神,培养自我学习的方法和钻研的态度.而这些素质的培养需要通过知识点的讲解、学习的感受来体现.例如,数学分析中数列极限的概念,在概率论与数理统计参数的一致性估计时也同样涉及该概念,当然,这都离不开对极限概念的理解,这也就是所谓的“横看成岭侧成峰”.分形几何中关于压缩映射的几个引理的证明再一次印证了问题转化的技巧:把分形空间转化为欧式空间,进而得到定理的论证,其实这种思路和高等代数中的非线性方程组的求解思路如出一辙,即非线性转化为线性,进而求解.在离散数学中的代数系统一章,几个代数系统之间的关系,可以结合树的概念,让学生用树形结构进行总结.当然,对这些知识的讲解技巧,需要任课教师把数学基础课先通教一遍,在讲解时才能有意识地引导学生去思考这些问题间的联系,让学生认识到数学本来就是一个处处联系的真实的系统.

对于专业知识的探索不是一蹴而就的,数学专业课的学习更是这样,数学专业的学生需要忍受更多的寂寞,完成更多的独立思考,具备更强的坚毅品质.然而,这样的道路也并非到处是冰霜雪雨,并非寂寞无助地一个人在赶路;在这条宽广的、四通八达的道路上,其实处处都有美丽的风景.教学过程中,教师要审时度势,把枯燥的理论知识化作各种跳动的有韵律的符号,尤其是在推导定理过程中,教师不仅要享受逻辑推理的理性之美,更重要的是要像导游一样,使学生有一种美感油然而生,这就是数学之美——数学的细致之美、哲学之美和和谐之美.同时,在教学过程中教师要多谈谈自己的理解过程,把数学界的精神领袖不断地介绍给学生,让学生以这些伟大的数学家为榜样,了解他们的成长历程,学习他们的爱国情操、自强不息的奋斗精神、献身科学的奉献精神,以及努力创新、不断攀登科学高峰的坚强意志[5].

2.3 专业应用教育

“学以致用”,尤其在目前实用主义流行的当下,如何引导学生把所学应用到实际是一个重要的问题.对于基础理论学科,在强大的就业压力下,这样的困难似乎更急需解决.

中国科学院院士李大潜指出:“数学的教学不能像其他学科,和整个外部世界隔离开来”,“可以逐步将数学建模的精神、内涵和方法有机地体现到一些重要的数学课程中去,并在条件成熟时最终取消专门开设的数学建模类课程,或将其变成课外训练的辅助环节,应该是一个努力的方向”[6].

数学建模的过程,是通过从若干实际问题出发——发现其中的规律——提出猜想——进行证明或论证来完成对问题的解答.此过程中,要求学生结合计算机技术,灵活运用数学的思想和方法独立地分析和解决问题,可以很好地培养学生的成就感.要多从理论的讲解中引申出应用的课题,提供给学生思考.例如,离散数学的图论理论中有一个非常重要的算法——匹配算法,针对此知识点可以提出以下问题:“近年来,随着在校学生人数逐年增多,高校考试时间安排成为一项复杂的工作.一般来说,考试时间表的安排是将当学期所开设的所有课程分配在固定的时间段内考试.考试安排问题可以看成是时间表问题,而时间表问题则是一个典型的组合优化问题,可描述为:由不同的约束条件将事件安排到一定的时间段中,要求争取在较短时间内安排完所有课程的考试.问题的关键是解决考生不同科目考试时间之间的冲突以及在场地有限的情况下的考试日程安排”.此问题的解决可以利用匹配算法,然后寻找“1”的最大独立集.目前很多高校的教务管理系统就是用软件来进行排课,而其中的核心算法就是匹配算法,如果在讲授该算法时结合上述实例,通过面向对象的程序设计思想利用所学理论知识解决该问题,可以提高学生学习基础理论的兴趣,从而领悟到理论知识的重要性,进而提高并加强学生的创新能力.

这就要求教师精心设置教学实践环节的各个步骤,引导学生利用已学理论知识,将枯燥的理论融于应用型问题中,通过这个过程体会创造带来的成就感,真正认识到“理论+应用”缺一不可的重要性,从而自主重视理论知识的学习和研究.

2.4 毕业论文和就业学生的信息反馈

毕业论文(设计)是我国高等学校人才培养计划中的重要组成部分,检验学生综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力,为以后撰写专业学术论文打下良好的基础.教师的选题要紧密联系专业特色和学生的就业需求以及升学需求,在辅导环节要加强监管,要有科学规范的管理考核制度,不断提高学生思考、认识、判断的意识,论文的每个环节都应该考虑清楚,避免学生认为写论文就是“粘粘贴贴”,当然,如果前面的环节做好了,该环节就是水到渠成的了[7].

学生走向社会,他们是学校的社会资源,他们的表现,影响着社会对学校的认识,因此,对毕业生的关注不仅体现了师生情感,也反映了教师对自己专业的关注.社会需求变化很快,通过毕业生的境况以及他们的感受,可以让在校生更好地认识自己的专业,同时根据社会需求及时调整专业的培养.

3 结语

加强信息类学科建设,培养强大的专业认同归属感,认同归属感的强弱直接影响学生对所学专业和发展前景的看法与对学校的认同程度.在人才培养的过程中,各个层次的目标完全符合并能有效地服务于总目标,才能发挥其在系统中的功能,使系统的整体功能得到提高,以达到教育改革的目的.

[1] 教育部数学与统计学教学指导委员会,数学类教学指导分委员会.关于《信息与计算科学》专业办学现状与专业建设相关问题的调查报告[J].大学数学,2003,19(1):1-5.

[2] 贝塔朗菲.一般系统论[M].北京:高等教育出版社,2007.

[3] 规划纲要工作小组办公室.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)[EB/OL].2010-02-23[2010-10-20].http://news. xinhuanet.com/politics/2010-02/28/content_13069032.htm.

[4] 王焕宝,李义宝,黄己立.普通工科院校信息与计算科学专业定位问题研究[J].高教论坛,2009(12):57-59.

[5] 袁合才,张清年,陈自高.《高等数学》教学中的和谐理念[J].华北水利水电学院学报:社会科学版,2010,26(4):172-174.

[6] 李大潜.素质教育与数学教学改革[J].中国大学教学,2000(3):9-11.

[7] 周晓晶,于晓秋,张宏礼.信息与计算科学专业毕业实践环节探究[J].经济研究导刊,2009(1):242-243.

Application of Systematology in Innovation Education:Illustrating by Information and Computing Science Specialty

PENG Gao-hui,L IXing-fu,ZHANG Qing-nian

(College of M athem atics and Infor m ation Sciences,North China Institute of W ater Conservancy and Hydroelectric Power,Zhengzhou450011,China)

Using systematology,based on the questionnaire to students of mathematics and information specialty, systematically analyzed the problems to be noticed in such links as entrance education,theoretical education,application graduation and employment application,and discussed relationship be tween each link.Taking professional development and employment as target,analyzed on how to innovate in cultivation of professionals systematically, and put for ward new ideas and perspectives.

systematology;innovative education;mathematics education;information;computing science

G640

A

1007-0834(2011)01-0057-03

10.3969/j.issn.1007-0834.2011.01.018

2010-12-26

河南省科技厅软科学研究计划项目资助(092400450015)

彭高辉(1978—),男,河南新乡人,华北水利水电学院数学与信息科学学院讲师.