在课堂教学中培养高校学生的创新能力

　　文章编号：1672-5913(2011)23-0034-05 中图分类号：G642 文献标识码：A
　　
　　摘 要：针对目前高等院校主要依靠传统单向授受式课堂教学已无法满足培养创新人才需求的问题，提出以多种教学方式相融合的课堂教学培养创新能力的核心观念。结合目前高校课堂教学的实际，将“问题解决”教学方式融入到计算机网络课堂教学中，实践证明多种教学方式相融合的课堂教学能够有效激发学生的创新意识，激活他们内在创新潜能，提高创新能力。
　　关键词：创新能力；教学观念；课堂教学；教学方式；计算机网络
　　
　　 作者简介：汪玉美，女，讲师，研究方向为网络安全；刘萍，女，教授，研究方向为网络安全、网络工程与无线传感器网络。
　　
　　1 转变课堂教学中教与学的观念是培养创新能力的前提
　　培养高校学生创新能力的目标是让学生获得参加研究探讨的体验，形成善于质疑、乐于探究、勤于动手、努力求知的良好品质；掌握运用已有知识与经验进行科学研究的方法，形成发现问题和解决问题的能力，养成团队合作意识和严谨的科学态度，增强对社会的责任感和使命感[1]67-68。为实现该目标，转变课堂教学中教与学的观念是前提条件。
　　高校在传统知识观的影响下，单向传递灌输为主的授受式教学方式是其课堂教学的基本特征，教师把学生看成接受知识的容器，教学以教师为中心、以教材为中心、以课堂为中心，学生在这种教学方式下，学习过程表现为对课程内容简单机械的接收。事实上，这种教学方式抹杀了学生天性中的创造潜能，对于培养高校学生创新能力显得力不从心。
　　课堂教学不仅仅是传授具体知识和技能训练，更要启发学生的思维和创造性。学生不是消极接收知识的“容器”，而是有待点燃的“火把”，教师应该把学生视为具有主动性、能动性，具有强烈探究意识和创造属性的生命个体，应由居高临下的权威者向平等合作者转变；课程教学的目标应由“关注知识”转向“关注学生”，由“给出知识”转向“引起活动”，以学生的自主探究和主体性发挥为主要特点，强调学生的亲历亲为，充分发挥学生的主体性和内在力量。对学生而言，学习方式不应是被动记忆、理解教师传授的知识，而应该是敏锐发现问题、主动提出问题，积极寻找解决问题的方法，探求结论的自主学习过程，用再次发现的方式学习和掌握知识。
　　2 转变课堂教学中的教学方式是培养创新能力的核心
　　2.1 课堂教学是培养创新能力的主要途径
　　一些学者认为，要提高大学生的创新能力，就应该采取研究式的教学方式，因为它更有利于学生获得“探究”的体验，是培养创新能力的一条重要途径。但生命的有限性和知识的无限性决定了在高校的教育中，研究式教学只是一条重要途径，而不是主要途径。
　　要在相对有限的课程学时内，系统掌握科学文化知识、传承文明，研究式教学方式显然力不从心，因为，学生不可能自己通过“探究”方式掌握所有知识内容，且研究式教学的开展需要建立在一定的知识基础和初步的系统化知识基础之上，学生如果只能作肤浅的思考，创新能力也只是徒有其表。
　　但就目前我国高校教育现状来说，课堂教学仍然是教学的主要形式，以授受式为主多种教学方式相融合的课堂教学是培养大学生创新能力的主要途径。美国著名的认知心理学家奥苏伯尔认为：学校教育的主要任务是向学生传授人类文化知识，而接受学习则是学校中最基本的学习方式，学生的知识学习主要是通过对以语言文字为中介表述的概念、原理等意义的理解，从而获得知识[1]88-89。对于知识的积累和系统化而言，有意义的授受式的课堂教学优越于研究式教学，之所以高校教学强调研究式教学，是因为我们过去过多倚重授受式课堂教学，把其置于中心，现代授受式课堂教学应借鉴研究式教学的思想来设计课程内容，运用多种现代教学方法逐步提高学生的创新能力。
　　2.2 多种教学方式相融合的课堂教学是培养创新能力的核心
　　课堂教学应根据所教授的具体内容，选择合适的教学方式，进行合理的课程设计，利用多媒体教学资源创设必要的教学环境，使学生在理解基本概念和原理的基础上逐渐树立创新意识，提高创新能力。
　　现代教学方法主要有以下几种。
　　1) 探究式课堂教学，主要是指教学过程是在教师的启发诱导下，以学生独立自主和合作讨论为前提，以现行教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供充分自由表达、质疑、探讨问题的机会，学生通过个人、小组、集体等多种多样的解难释疑尝试活动，将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式[2]。
　　2) 交互式课堂教学，主要以师生、生生之间的对话为背景，学习特定的用以促进理解的策略，教学控制由教师向学生转移，促进学习者的阅读理解水平。
　　3) “问题解决”式课堂教学，主要是教师创设问题情境，向学生提出问题，问题情境是一种在自我察觉基础上寻求认知解释的心理状态，它是在一定动机驱使下探索问题解决路径过程中传声的一种心理困境，问题情境的创设依赖于教师提出恰当的问题，而恰当的问题位于学生的“最近发展区”，即在学生学习的新旧知识结合点上，由此可唤醒学生的学习知觉，促使学生引发认知矛盾，随后，教师引导学生选择、收集与需要解决问题有关的事实，使学生接受问题挑战，在对收集的事实进行思维加工处理后，提出多种解决方案并分析讨论解决方案的正确性和可执行性，选择最优方案解决问题。在问题解决后，教师应分析知识点的内涵和外延，及时设计不同层次的应用或进一步提出问题，使学生加深对知识点的理解和应用，使学生逐渐掌握概念和规律，同时激发创新思维[3-4]。
　　4) 随机进入式课堂教学，主要向学生呈现某一领域高级知识的复杂性特征，学习者可以通过不同的途径、不同的方式进入同样教学内容的学习，从而获得对同一事物或问题的多方面新的认识和理解，使学习者获得内容与认识上的飞跃。
　　3 以培养创新能力为核心的课堂教学的实施
　　在课堂教学中培养学生的创新能力应融合多种现代教学方法，使学生在接受知识的同时逐渐形成创新思维，树立创新意识，提高创新能力。结合计算机网络课程[5-6]的教学案例，我们详细阐述培养创新能力的课堂教学的实施。图1展现了将“问题解决”教学方式融入到课堂教学的实施流程。
　　1) 教师根据所教授的具体知识，精心组织教学内容，使其不仅是系统化与结构化的高级知识，而且要具有对学生的引导性，能启发其思考。例如，在计算机网络课程中，学生往往比较难理解为什么地址解析协议ARP把保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间，凡超过生存时间的项目就需要从高速缓存中删除掉。根据学生已掌握的知识经验(ARP协议的基本原理)作为新知识点(ARP表中的生存时间)的生长点，引导学生从原有的知识经验中生长出新的知识经验。
　　2) 教师针对教学内容设计出具有思考价值的问题情境，使学生对教学内容的问题链产生兴趣，调动其以高度的热情投入学习中。如在ARP表生存时间这个知识点上，我们可以这样创设问题情境提出问题。
　　例如在一局域内，主机A需要和主机B进行通信，首先需要获得对方的地址，虽然A已知B的IP地址，但在局域网实际的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用MAC地址，若A主机ARP高速缓存中没有B主机的IP地址与MAC地址的对应，则需要ARP地址解析协议在局域网中广播ARP请求包和接收ARP响应包把已知的IP地址映射为对应的MAC地址，使其能和B进行通信，同时将IP地址与MAC地址的映射写入自己的ARP高速缓存，以备不久的将来再次和B通信(以上为已学知识点)。但此后主机B发生了一些硬件故障，如网卡坏了，机主给B更换了一块新网卡，之后，再次接入局域网，请问此时A主机还能否与B主机进行通信？若不能通信，请给出解决方案使二者能再次通信。
　　
　　3) 教师创设问题情境后，会引发学生的认知矛盾，如上例中，B主机的网卡换了，意味着B的MAC地址变化了，而主机A的ARP缓存表中依然存着主机B的旧MAC地址，又因为主机A的ARP缓存表中存有B的IP与MAC地址映射记录，所以A不会调用ARP协议进行广播来获取B的新MAC地址，若A再次和B通信，发送的数据帧中的目的MAC仍然是B的旧地址，显然，主机A无法与B进行正常通信。那如何使二者再次进行通信呢？这时教师可以对课堂进行适当的组织，使学生分组进行讨论，找出解决方案，同时也可以给予适当的提示，如上例B的MAC地址在A的ARP缓存表中的记录没有及时的更新，若能解决该问题，则二者便能正常通信。
　　
　　4) 问题提出后，必然会引起学生的好奇心和注意力，促使学生去思考，并努力寻找解决问办法，从而激发学生研究问题的兴趣和创新的欲望，促进和提高学生的观察能力、联想能力、动手操作能力、运用基本知识和基本理论解决问题的能力，进而锻炼大学生独立思考的能力和创新能力，激发他们追求真知的决心。通过上例的讨论，学生得出以下解决方案。
　　方案一：当主机B与局域网断开连接时，应向局域网内所有主机发送一条“下线消息”，收到消息的主机便从ARP缓存表中删除B主机的记录，若此后需要和B主机进行通信，则先进行ARP广播，若无响应，表示B主机仍不在局域网内，若有响应，则将此时响应包中的MAC地址写入ARP缓存表中，这样即使B主机换了网卡也不影响通信。
　　该方案提出后，教师应引导学生创造性地提出问题，多角度地思考问题，多种方法解决问题，鼓励学生相互争论、相互切磋，在交流中碰撞出闪光的思想火花，切忌机械地以非此即彼的思维方式简单地下是与非、正确与错误的结论。通过争论，大家对上述方案的正确性和可行性提出下列质疑。
　　① 主机B与局域网断开连接时应向网内的主机发送一条消息，这一条件在主机正常关机的情况有可能实现，但如果在突然断电等非正常关机的情况下如何处理，或者在主机正常工作的情况下拔掉网线又如何处理？
　　② 假设B能做到在下线之前广播一条“下线消息”，若此时A已断开了与局域网的连接，无法收到B发来的消息，也就无法修改ARP缓存表中的记录，当A和B再次联入局域网时，仍然不能通信。
　　③ 若这种方案可行，如果B主机再次联入局域网时，网卡并没有被更换(因为网卡硬件故障而更换网卡是小概率的事情)，而仍然需要再次进行ARP的广播，是不是浪费网络资源？
　　方案二：主机A每隔一定的时间(如一分钟)就向B主机发送ARP请求包，不管A的ARP缓存中有没有B的记录，将新收到的B主机ARP响应包替换缓存中的旧数据，这样A就能及时的了解B主机的情况了，当B换了网卡后，A仍能和B进行通信。
　　该方案提出后，得到不少学生的认同，认为它解决了正确性和问题，但也有少数学生对其效率提出了质疑，如主机A通过定时的发送ARP请求包，能获得B主机的MAC地址更新情况，如果在较长的时间B的MAC地址都没有变化，A仍然要定时广播发送请求包，增加了网络的负担，而且若该方法应用在局域网内的所有主机中，则该局域网能传输有效数据的能力就大大减小。
　　方案二解决了正确性的问题，但在可行性上似乎做得还不够好，这时，教师给学生适当引导，让学生联想，在网桥自学习中网桥通过什么方法来更新自己的转发表？通过对新老知识点的相互联系，学生讨论出的第三种方案。
　　方案三：主机A把保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置一个生存时间，例如10-20分钟，凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。只有当高速缓存中不存在映射地址项目时，才需要进行ARP请求，这样既满足了正确性又满足了可行性。
　　通过解决问题，学员不仅理解了ARP高速缓存中生存时间的意义，也对ARP协议的工作原理有了更深一步的理解。
　　5) 在学生理解知识点的基础上进行应用强化，学生明白了ARP协议可以解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题后，可以提出问题：如果所要找的目的主机和源主机不在同一局域网内，如图2所示，该如何通信呢？使学生陷入思考，进一步应用所学知识点。
　　
　　学生通过已掌握的知识点，能够分析出主机H1无法解析出主机H2的硬件地址，因为二者不在同一局域网内，主机H1发送给H2的IP数据报首先需要通过与主机H1连接在同一局域网上的路由器R1来转发。因此主机H1这时需要把路由器R1的IP地址IP3解析为硬件地址HA3，以便能够把IP数据报传送到路由器R1。以后，R1从转发表找出了下一跳路由器R2，同时使用ARP解析出R2的硬件地址HA5，于是IP数据报按照硬件地址HA5转发到路由器R2，路由器R2在转发这个IP数据报时用类似方法解析出目的主机H2的硬件地址HA2，使IP数据报最终交付给主机H2。这样将所学知识点从局域网扩展应用到了互联网，强化了知识点的理解。
　　教师将已设计好的教学问题情境运用于课堂教学中，通过引导、呈现问题、讨论分析问题使学生重组知识结构，积极探索新的问题，努力想出解决问题的办法，同时又将新老知识互相联系，前后融会贯通，达到知识的整合和提升；通过课堂的教学组织，鼓励学生主动学习，主动思考，将所收集的知识进行分析、综合和归纳，增强自主学习意识，提高自主学习能力。通过将学生进行分组讨论提出方案，学生可以发现自己的理解是否与他人观点相符合，还可以发现他人观点是否可以并入自己的理解中。在教师、学生之间进行合作与交流中，不仅可以开阔视野帮助自己对知识的构建，同时也能学会尊重他人的观点，适应与人合作的方式，而这些都是培养创新能力必不可少的元素。
　　4 结语
　　实践证明课堂教学是我国高校教育的主要形式，是培养创新人才的主要途径。现代课堂教学，摒弃了把学生当做接受知识容器的传统课堂教学观念，融合了研究式教学的思想，并结合多种现代教学方法，在使学生系统掌握基本概念和基本原理的同时引导他们去发现问题，思考问题，进而解决问题，激发他们内在的创造潜能，日积月累，学生就会产生灵感，迸发出创造力。
　　
　　参考文献：
　　[1] 马继刚. 高校研究性学习的理论与实践[M]. 成都:四川大学