自主创新能力培养及实践

刘伟锋

(中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，山东青岛 266580)

自主创新能力是在对知识本质深入理解的基础上，能够发现新的问题并自主提出可行解决方法的能力。自主创新并非空中楼阁，自主创新是建立在知识理解的基础上的，即要有一定的知识积累。而自主发现问题的前提是能够自主学习，因此，自主学习是自主创新的前提。大学生的自主创新能力培养需要贯彻“大学学习不只是学习知识，更重要的是学习如何学习知识”的教学理念，通过“授人以渔”，鼓励学生自主学习，逐步引导锻炼学生发现问题并解决问题的能力，达到提升自主创新能力的目的。

一、大学生自主学习能力培养的必要性

《基础教育课程改革纲要(试行)》［1］指出:“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”相比于中学生，自主学习对大学生更为重要，大学生自主学习能力培养的必要性主要有以下三个方面。

(一)自主学习能力是掌握专业知识的需要

大学教育与中学教育不同，大学教育更具开放性，要学习的课程多，涉及面广，不同课程之间的衔接与连贯性差，以中国石油大学(华东)电子信息工程专业为例，专业课程涉及信息理论(如信号与系统、模式识别)、电路知识(如电工电子学、高频理论)、计算机编程(如C++程序设计)、数字芯片硬件(如单片机、PLC器件)、信号处理(如图像处理、语音处理、雷达信号处理)等不同层次不同领域的知识。大学生活丰富多彩，课外活动与实践琳琅满目，例如，各种社团活动、特长比赛、下乡实践等，大学生学习专业知识的有效时间有限。因此，培养自主学习能力，提高在有限时间内快速学习掌握知识的能力，对于大学生学习是非常必要的。

(二)自主学习能力是提升就业能力的需要。

对大多数大学生来说，大学毕业后将走向工作岗位，大学教育是大学生踏入社会前系统学习的最后一站，工作后将不再有长时间接受系统教育的机会，只能依靠自己在工作中学习，而信息时代的技术发展日新月异，裹足不前即意味着倒退，面临市场的淘汰。因此，培养大学生自主学习能力是提升大学生就业能力的需要，只有具备自主学习能力，才能在日后工作中快速学习新的知识，适应社会市场需求，在激烈的职场竞争中占据优势。

(三)自主学习能力是培养科研素养的需要

面临新知识，探索未知领域，对于走向研究生学习或科学研究工作的大学生的挑战更为明显，科学研究重要的能力要求之一是创新能力，随着研究生规模的扩大，研究生创新能力成为衡量研究生教育的重要指标之一，研究生创新能力也关系着我国整体科研创新的水平。研究生创新能力是指研究生在日常学习、生活和工作中，产生新颖而适切的学术观点或者学术成果的能力，简言之，就是发现新问题并解决新问题的能力，即自主创新能力。显然，只有深刻理解问题的本质，才能够发现问题所在，并进一步提出解决问题的方法，因此，自主学习能力是提高自主创新能力的前提，提升科研素养必须要加强自主学习能力的培养。

二、大学生自主创新能力的培养

有了自主学习的知识积累基础，自主创新能力的培养还需要掌握正确的方法，循序渐进才能实现。

(一)创新方法是自主学习之门

信息时代的新知识不断涌现，掌握学习新知识的方法是大学生能力培养的重要目标之一，而创新是目前了解新知识及技术发展的必要手段之一，因此，在实际的课程中要着重加强创新能力的培养。

以“模式识别”课程为例，课堂之初就给学生布置一个作业，要求提交某一相关领域知识综述，在课程进行中对如何完成这一作业进行指导，即创新方法的介绍。首先，介绍信息获取渠道及每种信息渠道获取的知识特点和时效性，例如，通过教材获得的知识往往是5年以上的成熟理论，比较系统全面;而相关学术会议和网络论坛获得的知识往往是1年以内甚至是即时知识理论发展，比较简洁但不一定完善。因此，需要根据不同的目的选择获取知识的渠道和方法。其次，介绍不同渠道的文献查阅方法，讲授各种文献数据库，例如，IEEExplore，Springer，Elsevier，WebofScience等的特点范围及使用方法。最后，简单介绍文献管理方法及常用软件，如Endnote等的使用。通过方法的指导，结合完成作业的实践，学生能够很容易地掌握创新方法，达到提高自主学习新知识能力的目的。

(二)理论结合实际是自我学习能力培养的重要途径

对于工科类学生，工程实践能力的培养尤其重要，“实践是检验真理的唯一标准”，工程实践不仅是动手能力的锻炼，更是加深理论理解的需要。对于信息专业来说，理论算法分析是工程实现的前提，而系统编程的实现是研究学习的终极目标，没有具体系统实现的算法研究是空中楼阁。只有实际系统的支持，才能更好地研究理论算法。

以“模式识别”课程为例，主分量分析(PrincipalComponentsAnalysis，PCA)是模式识别领域重要的基本知识，学生对于其中涉及的特征值分解过程比较熟悉，但对于“主分量”的含义以及主分量在实际中的应用体现往往是一知半解。教学中要求学生实际编程实现“基于主分量分析的人脸识别”，在此基础上教师对人脸识别中的主分量即特征脸(Eigenface)进行深入的讲解，使学生理解特征脸在人脸识别中的作业体现，大大加深了学生对于主分量分析的体会，从而促进了主分量分析理论的学习和理解。

(三)发现问题是自主创新的起点

掌握知识不是学习的目的，在掌握知识的基础上发现问题并解决问题才是学习的意义所在，古人讲“学而不思则罔”就是这个道理。要解决问题首先在于发现问题，发现问题是自主创新的起点，发现问题并不仅仅是发现问题的存在，即问题的表象，更要发现问题存在的原因，即问题的本质。因此，在教学过程中要鼓励发现问题，引导学生多观察多思考，多尝试发散性思维。

以“模式识别”课程为例，局部二值模式(LocalBinary Patterns，LBP)是常用的特征提取方法，教学中首先要讲解局部二值模式的原理，分析局部二值模式的特点，接着鼓励学生自主思考局部二值模式的应用领域，进而诱导学生思考这些相关领域中特征提取的特点以及其他常用的特征提取方法，局部二值模式与常用特征提取方法相比的优势和不足，这些优势和不足的原因是什么，等等。经过这样的发散性思考和讨论，既加深了局部二值模式原理的理解，更对局部二值模式的应用领域、该领域的相关研究进展有了全面的了解，同时也发现了局部二值模式存在的不足。类似教学过程的不断反复，培养了学生的发散性思维习惯，锻炼了发现问题、分析问题的能力。

(四)解决问题是自主创新的检验

自主创新不仅是发现问题，更是解决问题，发现问题并找到有效的解决方案是自主创新的检验。解决问题需要深入理解问题本质，从原理上分析问题的来龙去脉，切中问题要害才能找到有效的解决方法。因此，在教学过程中要引导学生逐本溯源，抓住问题的本质，从问题的本质入手寻求解决方案。

以上述局部二值模式的教学为例，在分析局部二值模式的过程中发现，对于目标检测(识别)应用中的局部二值模式特征，无法应对目标姿态旋转的情况，通过进一步分析发现，根本原因在于局部二值模式计算过程中是有顺序的，即其目标点的邻域点的计算顺序决定了局部二值模式特征的数值结果。找到了问题所在，接着引导学生思考如何抵消顺序的影响，考虑到邻域点的局部位置顺序，结合循环移位的思想，便容易找到解决方法。发现问题是解决问题的前提，解决问题基于对问题本质的深入分析。

三、结语

面向具有创新能力人才的培养目标，本文针对大学生自主创新能力培养，结合工科类专业教学实践，对大学生的自主创新能力培养进行了分析，结合专业课程的教学实践，提出了大学生自主创新能力培养的途径和方法以及“大学学习不只是学习知识，更重要的是学习如何学习知识”的教学理念，在教学实践中“授人以渔”，鼓励学生自主学习，引导锻炼学生发现问题并解决问题的能力，最终达到大学生自主创新能力的培养目标。

［1］中华人民共和国教育部.基础教育课程改革纲要(试行)［Z］.2001.