从课堂理论教学改革角度探讨学生创新能力培养的有效途径

路红 曹未丰 刘兰英 陈晓平 陈婉君

南京工程学院 自动化学院

从课堂理论教学改革角度探讨学生创新能力培养的有效途径

路红 曹未丰 刘兰英 陈晓平 陈婉君

南京工程学院 自动化学院

知识经济时代的严峻挑战以及劳动就业问题对大学生的创新精神和创新能力培养提出了高要求，但长期以来,我国高校对学生创新意识的培养一直是个薄弱环节。本文通过对比美国高校和我国高校在学生创新能力培养方面的不同，感悟到科研和课堂授课交叉教学对学生创新能力培养的重要性，并从“数字图像处理”课堂教学改革的实践经验角度给出培养学生创新能力的几条有效途径。

创新能力;科研和教学;交叉教学;数字图像处理

项目资助：南京工程学院高等教育研究课题（项目资助号：GY201010），南京工程学院大学生创新项目（项目资助号：NO20120515，NO20120516）

当前形势下解决大学生劳动就业问题的重要出路在于自主创业，自主创业的基础则在于自主创新，而自主创新的基础则在于自主创新教育。创新教育是指培养人的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育实践，其核心是在全面实施素质教育的进程中，为了应对知识经济时代的挑战，着重研究和解决如何培养学生的创新意识、创新精神和创新能力的问题。

本文以南京工程学院测控技术与仪器专业《数字图像处理》课程为例，从课堂理论教学改革角度，阐述大学生创新能力培养的几条有效途径，对应用型本科学生创新精神、创新意识和创新能力培养进行积极探索和研究。

1 我国和美国高校学生创新精神和创新能力培养概况

长期以来,我国高校对学生创新精神和创新能力的培养一直是个薄弱环节,存在重理论、轻实践,重知识传授、轻能力培养,重共性教育、轻个性发展倾向,严重制约了学生创新素质的形成[1]。虽然我国高校教学改革比较强调培养学生的科学研究和实践能力，但落实情况并不令人满意。在学生科研中，虽然对学生的科学研究有了某种程度的要求，但对学生平时的科研训练和指导并不多。

美国高校高度重视培养学生的创新能力，其教学内容、教学方法和教学手段等非常灵活，旨在调动学生学习积极性，提高学生独立思考能力。美国高校还开设培养创造力的专门课程。1948年，美国麻省理工学院首先开设“创造力开发”课程，此后，哈佛大学、加利福尼亚大学等相继开设有关“创造学”的课程。目前美国已有几十个“创造学”的研究所，有50多所大学设立了“创造学”研究机构。美国高校把参加大量实践活动、培养学生独立解决问题的能力放在一个相当重要的位置。通过加强实践性教学环节在课程体系中的比重，鼓励学生运用所学内容设计具有创新意识的方案[2]。

2 “数字图像处理”课程教学改革和学生创新能力培养衔接

哈佛大学经常把学生置于实践环境中，把所学理论运用于实际，提高观察能力和动手操作能力，让他们用所学理论及积累的经验，解决他们不熟悉或不明白的问题，强迫他们不断向自己的智力和能力极限挑战，获得知识和体验[2]。

但是如何切实将学生置于实践环境中，其可实现性、可操作性是我们目前面临的关键问题。我们在教学和科研中深刻体会到，仅仅依赖各门课程开设的实践环节是不够的；而把本科生科研当作本科教育的一项重要内容、并将这种理念贯穿到课堂理论教学中，对培养大学生创新意识和创新能力却能起到明显的推动作用。基于此实践经验和改革效果，本文从“数字图像处理”课堂教学改革角度探讨学生创新能力培养的有效途径。

“数字图像处理”课程内容涉及理论、算法和图像表达等，课堂教学中我们采用动态体现图像变换过程的多媒体辅助、丰富的科研实例、课后参加项目实践和课堂问题反馈方法，一方面刺激学生视觉等感官以增强记忆，另一方面用最前沿的科技实例激发学生好奇心和创新意识，同时提供学生及时的方案设计和实践机会。具体课堂教学改进方法如下：（1）在课堂理论讲解时，注重理论和算法的结合、算法和实例运行结果（如原彩色图像与灰度变换结果像素级对比等）的结合。例如，图像空间域滤波增强[3]这一部分知识点的讲解过程中，首先讲解图像空间域滤波理论概念，然后从算法角度将图像矩阵与卷积模板的运算过程运用板书推导，最后运用多媒体展示图像滤波增强的结果，将学生感性认识和理性认识有机结合，加深对知识的理解和运用能力。（2）课后引导学生参与教师科研，结合课题关键技术需要和课堂知识点分布情况，给学生布置不同的图像处理题目。题目注重科学性和技巧性，与实际科研项目紧密衔接，不照搬课本习题和实例，以促进学生动脑、动手和激发其创新思维。例如，在指纹识别系统项目中，需要对实际采集的特征不清晰的指纹进行滤波增强，采用何种滤波增强算法、各算法增强效果的优缺点则由学生去思考、自主实验和做出决策。学生在自主实验的过程中提高了主动思维能力，改进了经典教学方法中学生被动学习、学习只为考试的状况。（3）在上述基础上，逐渐组成学生科研团队，协作完成系统性的课题。激励和指导学生申请学校每年开设的大学生创新项目，并针对具体的课题督促学生自主设计、自主实施方案，直至最后完成项目。为了高效紧密地与课程衔接，我们指导学生在数字图像处理课程开设学期的前一学期申请大学生创新项目，以保证学生科研过程和上课过程能够同步，这样不仅能可实现性增多了学生与老师面对面的交流时间，同时对学生课前预习、主动学习和能动性培养起到了积极促进作用。

3 科研和课堂授课交叉教学培养学生创新能力的几条有效途径

“数字图像处理”课程教学改革实践证明，在课堂理论教学中渗透科研理念和科研实践对学生创新能力培养具有重要意义。这种渗透的过程，贯穿了理论授课的全过程，具有时间长、监督及时的特点，相比以往仅仅通过理论课时结束后开设的实验课更具效力。但这对授课教师的教学和科研综合能力提出了高要求，即教师既要具有扎实的理论功底还要具有良好的科研能力和责任心。因此，加强师资队伍建设势在必行。以下从课堂教学角度给出培养学生创新能力的几条有效途径。

3.1 以科研实例为引导，推进科研项目进课堂

在每章节课程内容涉及的重要知识点中，引入若干科研项目的关联内容作为实例，创造问题情境，激发学生求知欲和解决实际问题的积极性。如上述指纹识别系统作为实例，在讲解指纹识别的理论原理基础上，让学生利用课余时间设计指纹特征提取算法、指纹模式的建立方法和识别方法。在课堂上，结合学生的设计方案和实验结果，对各种方法的可行性和算法运行效果进行对比，启发学生寻求最佳方案。

3.2 以课堂讨论热点为契机，强化设计性和创新性实验

鼓励学生根据个人兴趣完成选题，对个人提出的设计方案多方收集资料，进行反复修改，并在实验室集中完成个人的设计性实验，激励和引导学生提出具有创新性内涵的设计思路。结合上述指纹识别系统实例，在方案修改部分，要求学生充分结合指纹的全局特征（如纹形、纹数和模式区等）以及局部特征（如纹路的起点、终点和分叉点等），寻找最简单、最有效的特征以建立最优识别方案。这样就将课堂-设计-创新-实验有机结合在一起。

3.3 提高教师综合业务素质，发挥课堂对学生创新思维能力培养的优势

科研实践和书本理论融会贯通，将提供给学生一个具有现代化科学技术为指导和未来发展蓝图为引领的知识海洋，而不再是枯燥的理论。例如，在讲解模式识别这一知识点时，首先给学生布置一个人脸识别系统设计题目，启发学生联想，并利用大量的现代科技实例让学生领略该系统的目标、实现的任务以及它将给人类社会带来的重大变化。再循序渐进的从系统构建方面讲解建立该系统的一系列理论。最后从算法的角度讲解这个系统的可实现性，让学生感觉的自己有能力、有信心设计这样一个系统。当然，单凭书本理论建立这样一个实际系统是有难度的，教师要具有整体驾驭相关知识的能力，能够解决学生提出的各种各样的问题。因此，培养学生的创新能力，教师的角色至关重要。

我国高校建立科学、合理的创新人才培养体系是一个长期、复杂的工程，这其中还有许多的问题需要探索，还有许多国内外成功的经验值得我们去研究。我们应放眼全球，学习借鉴发达国家的成功之处，以培养出更多的高素质创新人才。

[1]刘建国.创新型人才类型与个性结构的分析[J].大学教育科学,2004.3

[2]郭毅夫,匡令芝.美国高校培养创新人才的经验及启示[J].世界教育信息,2007.4

[3]霍宏涛.数字图像处理[M].机械工业出版社,2004.6

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.073

路红，女，1973.12生，博士，南京工程学院副教授