基于势科学的知识创新能力影响因素及课堂教学启示

邢 丹，姚俊明

(济宁医学院，山东 济宁 276826)

随着网络的兴起、智能手机的普及，人们可以随时随地获取大量的信息。海量无序信息的自然流动颠覆了传统的教育和学习方式，为了推进经济发展的新常态，国家提出“万众创新”，创新2.0是知识社会的创新形态。如何在信息大爆炸时代，提高大学生的知识创新能力，知识创新能力的影响因素有哪些？哪些是最主要的？创新型人才成才的特性及教育启示有哪些？

创新是一个民族进步的灵魂。计算机专业是在科学和技术中进步飞快的一个领域，传统的计算机教学只是注重知识的传授，缺乏对学生创新能力的培养，势必会造成培养出人才的素质无法适应未来社会对人才的需求，培养的人才缺乏核心竞争力。教育要面向未来，知识是易变的，但经过知识学习和实践训练的过程中的思维方式是可以迁移的，甚至是经过思维方式的“移花接物”对未来的知识学习进行整合，教学过程要总结已有知识中的精华，形成新的知识，这也就是创新思维训练的过程。

1 创新能力的数理逻辑基础及其影响因素

1.1 创新能力的数理逻辑基础

创新是在特定的时间、空间和知识体系内对各种思维方式的综合运用的结果。创新的要点是“变化”和“有意义的效果”。变化的起点是对原有事物在固有知识的指导下发现存在问题，为了解决问题需要进行改变，改变的结果必须是产生了有意义的效果，才算是真正意义上的创新，才是真正经得起时间和实践检验的创新。所谓知识创新为了探求问题的解决方法，就是在固有的知识基础上，通过对问题分析、经过若干思维方式的整理加工、找到区别最大，联系最紧密的解决方法，也就是寻找到一种势，提出对问题的一种解决途径。

根据势科学理论，创新的本质是系统过程在大势作用下的非平衡相变和非线性分岔。当势不太大的时候，过程是平衡的、线性的，只有当系统势超过某个临界值时，非平衡相变和非线性分岔才能发生，创新才能实现[1]。详细地说，如果某种信息势中形成的知识为k,其存在的问题为p，经过了某种或某几种思维T1…Ti的作用，在情感阻尼正向作用下，可以讲k’中的知识迁移至k中解决其存在问题pk,并由此产生了新的知识创新k’’。

根据牛顿力的定义，推导出信息力的公式F=f×M×A=f×M×dv/ds=f×M×dv×dl，创新能力的本质就是个人、组织创新发展的内在信息力[2]。同时结合创新型人才成长机制[3]和稻盛和夫的人生方程式=思维方式×热情×能力，总结出创新能力=环境*情感阻尼*内在知识信息势。可以写成公式I= f*E*A(其中I即innovate创新能力，f为环境风险系数，A是个体学习中得到的知识信息即信息势 )。基础是固有的知识，其次的影响因素是思维方式，按照势科学的理论，对称是最大的势，最重要的思维方式，也是马克思哲学中的普遍规律，即对立统一规律，两种对称的思维，对立统一，相辅相成，共同作用，比如正向思维和逆向思维，抽象思维和形象思维等等。

1.2 创新能力的影响因素

根据公式I=f*E*A，创新能力的影响因素其一为环境，包括时代，家庭、学校、社会、团队的氛围。孟母三迁，“识时务者为俊杰”“良禽择木而栖”，都说的是环境的重要作用。民主的环境是培育学生情商的重要土壤，除了家庭、课堂、专业、学校及社会营造的自由而宽松的文化环境，还有一个非常重要的就是精神的民主，即精神的自由，五四爱国运动的核心是“爱国、进步、民主、科学”，其中之一即是民主。作为读书和求知最好的座右铭的“独立之精神，自由之思想”，是教育和培养人才应当遵循的原则。环境的引导和正向激励会增长见识，会正面促进情感阻尼，负面情绪会削弱情感阻尼。当一个人具有了正向刺激后，其内在的潜能才能够被激发出来，迸发出无穷的能量。

影响因素二为情感阻尼(emotion)：达芬奇说过“对事物的热爱来源于对其理解的程度，理解得越充分，热爱得越炽热。”情感因素来源于对事物的热爱。最深沉和持久的爱来源于对祖国的热爱，一个人的理想一定要同国家的前途和命运相联系，也就做到了顺势而为，才能够形成向上的动力，正所谓“力形之所奋也”“知止而后有定”；其次是兴趣，情感阻尼的变化趋势为开始时热情高涨，但随着知识学习难度的增大，问题的增多，热情缓慢减退，唯有浓厚的兴趣的支撑并具备锲而不舍的执着精神，从一次次获得的成就中增强自信心，逐渐形成稳定的内在个人素质。一个人对有关问题的已有知识的融会贯通程度越高，对有关问题的知识越有兴趣，对该种问题的学习能力就越强，学习效率就越高。

影响因素三为知识信息势，随着学习的不断深入和扩大，拥有的知识量逐渐增多，但是强大的知识需要越有序，越加工整理，才能够从其中形成固有的思维。科学的思维主要有直线思维、逆向思维、差异思维、跳跃思维等[4]。知识随着时间的流逝会逐渐淡忘，但是唯有思维，会潜移默化地迁移至新的问题场景中，在好奇心和想象力的作用下，将原有的知识或经过融合、或经过差异化处理，或经过迁移而形成新的解决问题的方法，提高了创新能力，固化为个人的综合能力。

2 提高创新能力的途径及方法研究

2.1 提高创新能力的途径

根据创新能力公式，为了提高创新能力有三种途径：首先，通过增加生存环境的不确定性，很多有成就的科学家和学者都是通过访学、晋升、到国外实习、积极参加各类学术会议，积极参与社会实践等各种途径，增大环境的影响因素，催生求知的欲望，激发创新潜能。其次，通过增大情感阻尼，增大学习兴趣及提高对问题的敏感性，保持对知识求知欲渴的强烈好奇心。可以充分利用自媒体时代海量地获取知识，广泛地获取具有信息量的、内容差别大又联系紧的各类知识，是一个重要的路径。众所周知，达芬奇不仅在艺术也在科学方面都做出了卓越的贡献。究其原因是有很多思维无论在哪种学科领域都是相通的，是具有促进作用的。很多时候创新是学科之间的交叉、融合和跨界的结果。根据“差别促进联系，联系扩大差别”的势增原理，学科交叉是创新思想的源泉，针对某一问题的不同学科属性、联系和规律等认识更加深入，需要在学科拓展外延上合宏观层面上的研究，问题的解决表现为综合交叉学科的特点。未知世界和实际问题是不分学科的，科研的突破点往往是交叉学科[5]。不同学科之间的跨界的根本是真正把别人的问题变成自己的问题，需要解决的是在哪里搭桥和怎么跨的问题。计算机科学是一门学科，每一门学科都有发生、发展的过程，其本身是学科交叉的结果，它也会再和别的学科交叉，产生进一步的研究空间和创新成果，给我们的启示是在学习专业的同时，注重在学科能力和思维方式中的碰撞。还需要拓展知识面，从不同角度对上课的重点和难点进行阐释，激发学生的潜力，通过启发思考，将解决问题的方法用于未知的问题。再次，随时整合个体原有的知识使其有序化，不断地使学到的知识融会贯通，更重要的是注重思维能力的训练，化繁为简，去粗取精，在问题的发现和解决问题的方法之间多问几个为什么，此种解决问题的方法的优缺点是什么，适合的场景是什么，充分利用思维方式求解是否还有其他的解决方法。

2.2 创新方法研究

王国维总结出需要经过“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”这三重学术境界才能最终形成创新知识。辩证思维从提出问题、分析问题、解决问题出发，以问题为导向，围绕问题进行开展；工科学者[6]从“孕育、萌芽、困顿、明朗期”着手；实践论的观点则是，从实践中发现问题，通过查找资料、调研，在分析众家之长基础上进行兼收并蓄，批判继承，提出自己的解决之道，提出的思想的正确与否还需在实践中进行检验。走的是一条从实践中来到实践中去的路径。学习是实践，既有学的方面，又有习的方面，还要注重学和思的关系，学习需要领悟，“学而不思则罔，思而不学则殆”，进一步在思考中发现问题，通过对问题进行抽象分解，最终通过分析影响问题的主要原因和次要原因，主要矛盾和次要矛盾去解决问题。

3 课堂教学启示

人才的培养模式即教育创新[7]的内容，也是寻求教育教学创新的过程。学习的动力，来自于感性与理性的互动。是情感势(内在势)与信息势(外在势)非平衡非线性共同作用的结果。外在势就是教育过程中的信息势。现代教育的本质不仅在于传授知识，教学创新的根本路径是在于营造教育信息势[8]。

蔡元培曾说过“教育是帮助被教育的人，给他们能发展自己的能力，完成他的人格，于人类文化上能尽一分子责任”。课堂教学的过程需要贯彻以教师为主导、以学生为主体的教学思想。课堂教学讲授的环节应引起学生的关注和共鸣。创新的教学的几个方面：首先，切实可行地导入进行教学，切入点根据不同的教学内容采取灵活多变的方式;①可以从已学的知识导入，完成从已知到未知的有序衔接;②社会关注的焦点、热点话题;③科技前沿研究的热点难点问题；④日常生活中常见的现象、知识、方法等，引入设计取决于教师的知识面及对已有知识和新知识之间的准确把握；其次，突破所学知识的某些中间环节，打破原有知识逻辑体系，同学生的生活体验紧密联系，结合个人学习感悟及以往的个人经验，或是感兴趣的主题，将复杂深奥的内容通过口头简明扼要的表达，激发学生学习的兴趣，注重学生的思维的训练；第三，恢复知识本来的发现过程，从对问题的探索过程，启发学生思考，构建主动的参与式学习，将理论与生活实践和个人感悟联系起来营造情感势；第四，构建上课课堂环境的民主，充分利用网络进行混合式课堂教学，在不确定的环境变化中寻求环境的引导和信息势的激励及思想的碰撞，培养个性化创新人才。

在教学过程中以《数据结构》课程的排序算法为例，首先,通过询问学生每天都使用的搜索引擎搜索的过程为例，搜索引擎查找的过程是从全球所有主机上查找跟搜索主题相关的网页，找到的网页数据是海量的，如果所有网页都直接显示，那么数据是杂乱无章的，而是通过排序算法对数据进行排序。通过这个实例地切入引起学生对排序算法学习的兴趣。同时再进一步营造信息势，以生活中的抓扑克牌的过程理解插入算法的过程，进而询问如果对于海量的数据也还是采取插入排序，效率就会低，进而学习快速排序，快速排序快的关键是类似在树形结构上的操作，而插入排序则是在线性结构上。同时可以算法执行过程中的动画显示过程进而验证这一论断。进而引导学生写出程序的过程，整个排序的教学过程是以启发式教学，将理论和生活实际相联系，紧紧围绕实际应用的场景，训练学生的思维过程。在线性表、哈希表、二叉树学习的同时，指出在Java程序设计中的List、HashMap、TreeMap都是具体数据结构的抽象和封装，当在使用淘宝网站进行购物时，购物车的实现就是采用Map这种数据结构，这样将抽象的技术同生活应用紧密结合，而不仅仅传授知识。知识容易随着时间的流逝而遗忘，思维方式却可以迁移至新的环境，进而形成一种创新的能力。

同时，针对我校医学院校的背景，在讲解Android程序设计时，图片组件的使用ImageView以CT图像为例，进行演示，同时打破课本的知识点，结合网络数据传输，以通过网络获取CT图像进行本地存储为例进行演示，为学习后续图像处理课程打下基础，同时增加远程医疗的相关知识，为培养医学信息人才的应用做好铺垫。

4 结语

环境、情感阻尼、知识信息势都是创新能力影响的验室管理理念，更要有效地传递实验室操作规范与安全意识，并被学生接受和执行，最大化地实现学科融合优势，助力学科发展和创新人才培养。