强化基本原理教育 着力培养高质量高水平创新人才

蒋宗礼　李雨竹

摘 要：同步国家发展，强化质量意识，高标准，严要求；放眼未来，面向社会主义现代化强国建设的需要，强化基本原理教育，強化理论指导的实践，引导和鼓励学生多读书，提升学生的科学意识、探索意识，夯实可持续发展的知识和能力基础；弘扬踏踏实实、实事求是、敢为人先等作风；倡导对教学的研究和研究型教学，提高课程教学站位，以知识为载体培养学生的能力，锻造品格，为社会主义现代化强国建设培养高质量高水平的创新人才。

关键词：创新人才培养；夯实基础；强化原理；教学落实

一、社会主义现代化强国建设需要更高质量更高水平的创新人才

2021年7月1日，习近平同志代表党和人民庄严宣告：“经过全党全国各族人民持续奋斗，我们实现了第一个百年奋斗目标，在中华大地上全面建成了小康社会，历史性地解决了绝对贫困问题，正在意气风发向着全面建成社会主义现代化强国的第二个百年奋斗目标迈进。”这标志着我国进入新的发展阶段。教育大国支撑了小康社会的建设，社会主义现代化强国的建设则需要教育强国的支撑。

众所周知，社会发展的不同阶段需要不同的建设人才，教育必须很好地完成这个任务。1975年，邓小平同志指出：“我们有个危机，可能发生在教育部门，把整个现代化水平拖住了。比如我们提高工厂自动化水平，要增加科技人员，这就要靠教育。”习近平同志在党的二十大报告中指出：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。”“坚持教育优先发展、科技自立自强、人才引领驱动，加快建设教育强国、科技强国、人才强国，坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。”

2023年5月29日下午，习近平同志在中共中央政治局就建设教育强国进行第五次集体学习的时候指出：“建设教育强国，龙头是高等教育。”作为支撑和引领国家战略实施的高等教育，必须同步国家的发展，尽快实现由大到强的转变，为建成“社会主义现代化强国”这一伟大事业培养更高质量更高水平的创新人才。

我国的高等教育发展迅速，短短的三十来年，建成了世界规模最大的高等教育体系，为全面建成小康社会、实现党的第一个百年奋斗目标培养了大量人才，这个阶段的高等教育实现了以规模快速增长为主要特征的外延发展。今天，要“建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国”，实现党的第二个百年奋斗目标，高等教育必须加快转型发展的步伐，实现以提高人才培养质量和水平为主要特征的内涵发展，落实“全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才”这一高质量发展的任务，使学生成长为具有更好的可持续发展能力、更强烈的探索精神、更突出的坚忍不拔精神、更强的创新能力的人才，成为党和国家事业有能力、有担当，可堪大任的接班人。

但是，学生在校时间的有限性和知识的无限性，教育的基础性和探索与创造的未来性这两个高等教育的基本矛盾依然存在。用相同长的时间，面对更多的知识，如何使毕业生能有更高的质量、更高的水平？这就要求我们提高认识、提高紧迫感，要下更大的力气，把工作做得更扎实，更好地体现面向社会主义现代化强国的未来，要有更高的标准和更严格的要求，在利用新技术、新方法的同时，更好地发扬人才培养上的优良传统，要从粗放走向精细，从经验走向科学。

二、强化标准意识，夯实学生的发展基础，确保人才培养质量

相对于研究生教育，本科教育处于基础层面。目前我国的本科工科教育有两大标准，即各个专业类的教学质量国家标准和华盛顿协议框架下国际等效的工程教育专业认证标准。这两个标准可以看作是本科工科教育的基本要求。各个专业类的教学质量国家标准确立了培养社会主义建设者和接班人的基本定位和基本要求。国际等效的工程教育专业认证标准将本科教育定位在培养学生解决复杂工程问题的能力，而复杂工程问题的根本特征是“必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决”。特别是要注意到，工程是包括数学、自然科学、计算（指计算机技术）和工程知识、技术和技能整体的、有目的性的应用。因此，工程并不是单凭经验的“动手”“干活”，更不是初级的简单的“动手”“干活”。所以，高等教育要以知识为载体，培养学生解决问题的能力。无论是知识的获得，还是能力的增长，都是通过理论教学和实践教学实现的。

表1是我国学位条例对学士、硕士、博士的基本要求。从该基本要求来看，均包括知识和能力两部分，两者缺一不可，都不能偏废。特别要注意的是，从学士、硕士再到博士，对基础理论和专门知识的要求都在不断提高，以匹配越来越强的解决不同复杂度的问题所需要的能力。

没有基本原理作为基础，一切无从谈起；只知道基本原理，一切都是空谈。

必须督促学生加强对基本原理，特别是第一（性）原理（first principal）的学习。人类大约用了20万年学会使用轮子，然后用5000年学会用蒸汽推动轮子，而今，不要说5000年、500年，即使是5年，科学技术的发展已经远远超过“学会使用轮子”和“学会用蒸汽推动轮子”的跨越。这一事实很好地说明了基本原理、基本原理指导下的理性思维、理性实践的重要性。

对于工程类专业的学生，强调对基本原理的学习，就是对“面向未来”的基本体现。本科工科教育对接未来的工程师，而工程师与技术员和技术工人的本质区别在于工程师需要在未来的实践中，能够基于深入的工程原理经过分析、设计解决问题，所以，他们必须追求理论指导下的实践，而不是简单“动手”。要真正面向未来，必须夯实可持续发展的基础，避免面向本科生进行“产品教育”，做到：学习系统，而不冷落原理；使用工具，不忘关注规律，分析实验结果，深究相关机理。

目前的工科教育实践中，存在对基础理论的弱化倾向，这种弱化严重地削弱了工程人才关于问题求解相关机理的探索意识和能力，导致他们往往更多关注问题求解的表象。以下现象是不恰当的，相应的问题应该得到纠正：一些工程硕士、工程博士的教育通过简单地降低对基本理论的要求来区别于工学硕士和工学博士的教育，为数不少的“应用型”本科的培养方案中，数学、自然科学、专业基础和重要的专业课严重不足，甚至部分缺失，出现的是大量面向产品的课程。相当比例的专业和学生对较为基础的课程学习兴趣不足，“能不学”则不学。笔者讲授“形式语言与自动机理论”已经近40年，编著有此课程国内使用最为广泛的国家精品教材，多年来一直需要通过限额（100人）来控制课堂规模，去年秋天却因选课人数不足而关闭。

强调学生对基本原理的学习，并不是“工科教育理科化”，而是要夯实学生的可持续发展基础，使学生在未来的工作中面对问题时能够站得更高。简单粗暴地削弱对基本原理的学习以增加“动手实践”，并不能真正解决“工科教育理科化”问题，更不是“工学硕士”“工学博士”教育区别于“工程硕士”“工程博士”的关键点，当然也不是应用型本科人才培养所应该采取的做法。简单粗暴地削弱对基本原理的学习要求只会降低他们的培养质量和水平，牺牲他们的可持续发展能力。实际上，目前存在的“工科教育理科化”问题主要在于有些工科教育受到包括师资和办学条件在内的各种因素的影响，只是通过“大课”向学生讲了（有的甚至只能算是“说了”或者“读了”）有关的课程，根本谈不上学生学了很多理论而没有结合实际，“学会”就更谈不上了。即使是实践，也仅仅是做了一些验证性的实验，达不到相关标准中“要设置完善的实践教学体系，并与企业合作，开展实习、实训，培养学生的实践能力和创新能力。毕业设计（论文）选题要结合本专业的工程实际问题，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。对毕业设计（论文）的指导和考核有企業或行业专家参与”的基本要求，从而导致学生得不到足够的训练，远离了工程实际。

理论，使学生站到巨人的肩膀上，并拥有一个智慧的头脑；实践，则是用智慧的头脑练就一双灵巧的手，开创一个新世界。理论教育和实践教育是相辅相成、相互支撑的，需要配套地安排理论和实践教学活动。实际上，笔者20世纪90年代主持所在学校计算机科学与技术专业的培养方案设计的时候，除了保证该专业的学科基础课程、核心专业课程外，还确定了 “计算机、数学、外语不断线”的原则，取得了很好的效果，一大批学生已经成为我国计算机领域的核心骨干人才。其中“计算机”指的就是与理论教学配套的、从基本的程序设计和电路认知实验到软件和硬件系统的设计与实现的实践课程教学。

无论是“应用型”本科生教育，还是“专业学位”的研究生教育，只要是“本科”“研究生”，都不能简单地削弱对基础理论教学的要求，特别是不能以基础理论对他们比较难、无法学懂为理由而回避对这些内容的学习。如果因为“学着太费劲”，或者“学不懂”就不学，就降低要求，则是无法满足标准的。

三、从创新看高质量高水平创新人才培养的发力点

运用深入的工程原理经过分析和设计解决实际问题就是一种创新。面向未来的教育强调学生的创新意识、创新能力的培养。创新能力也是全面建成社会主义现代化强国所需人才的重要特征之一。培养学生的好奇心，使学生对相应的问题和方向感兴趣，甚至将其作为毕生追求，做到勇于并善于探索。必须保证学生厚基础、善思维和常实践。

1．厚基础

基础包括知识基础和能力基础，而教育追求的是以知识为载体培养学生解决问题的能力。根据面向本科工程教育的国际等效的标准，学生的知识面应该包括数学、自然科学、计算机技术、工程基础、专业、人文社科、经济与管理知识，构成数学、自然科学和计算机公共基础类课程、工程基础类课程、专业基础类课程、专业类课程、工程实践类课程、人文社会科学类通识教育课程。其中数学、自然科学和计算机公共基础类课程使学生掌握理论、实验、计算方法，为学生表述工程问题、选择和设计恰当数学模型、进行分析推理等奠定基础，而“理论、实验、计算”正是被大家广泛认可的三大研究范型。学科基础类课程则要体现数学和自然科学在本专业应用能力的培养。可见这些课程所包含的基本原理，特别是第一原理的重要性。

要想打好这些基础，很重要的是“读书”“读经典”。实际上，读书是我们的优秀传统，人们曾经将很多和学习相关的活动称为读书。甚至用“读书”表示在上学（小学、中学、大学），更具体地将研究生阶段的学习叫作“读研究生”“攻读学位”等，讲究“读万卷书、行万里路”。疫情对学生的影响不可忽视。笔者讲授的在三年级开设的一门国家精品课程也超过了35年，自认为积累越来越多，体会越来越深，而且每次也都花了较多的时间备课。但是，本学期的授课感觉却大不如前，特别是最终还居然出现了多名学生不及格，这是最近二十多年该课堂从未有过的！面对高等教育的转型发展，一个紧迫的任务是构建一个良好的生态环境，鼓励、帮助甚至督促学生营造安静的书屋、安静的书桌，不仅要引导和鼓励，而且要求学生认真多读书，全身心地投入学习，特别是要读经典，要苦读苦研。一个不可忽视的现象是，随着数字化的发展，课程学习相关的资源无论从载体、版本，数量，还是从内容上，都越来越多，获取也越来越方便，但部分学生读书的热情却变低了。曾几何时，北京地铁里，一个个如饥似渴的读书者构成了一道亮丽的风景线，现今看到的却是一个个紧盯手机屏幕娱乐放松者。一门课程下来，一些学生别说读上几本参考书，恐怕连教材都难得好好读读。这些学生从看教材变成了看教师的PPT，甚至更变成了仅仅在“需要”时去网上“搜一下”（搜到的内容并不一定准确）。一些学生读的更多的是可以“立竿见影”的书，例如，面向产品使用之类的《……宝典》《……实战》等，至于较为基础的相关经典因为读起来难度太大，又不“实用”，而难入书架、难上书桌。从这些年教材销量的大幅度下滑就可见一斑。难怪计算机类专业的学生中会出现“我是学Java的”“我是学Python的”。

实际上，读书特别是读经典，很多时候是“寂寞的”，只有耐得住寂寞，才能有收获。有一种说法叫“书山有路勤为径，学海无涯苦作舟”。所以，静下心来，认真、深入地读书，读经典，还可以锤炼一个人的品格，而这种品格是“高质量高水平人才”“创新拔尖人才”所必备的。

2．善思维

学而不思则罔，思而不学则殆。要引导学生深入思考问题，在深入辨析的过程中明白相应的道理。这就要求教师要在对问题的研究中教，学生在对未知的探索中学。我们应该将此作为“做中学、学中做”在课堂中的实现，不能狭义地将“做”局限在实验室和实践基地里。这要求教师深入研究课程内容，使得能够在讲课中模拟“精化后” 的、更理性的知识发现过程，再现“知识的发现过程中大师的创新思维”，引导学生在对未知的探索过程中学习，经历知识的创新过程，体验大师们的理性思维、人格和品德魅力，感受“顶峰体验”，在学习知识中汲取更丰富的营养，从而将教学活动组织成师生的共同研究活动。

强调以知识的发现过程为载体，培养学生的思维能力，还使得学生不再简单地记忆知识，将知识传授型的教学提升为能力培养型的教学，逐步学会遇事要深思而不是简单地迷信“权威”，简单地照搬照抄。同时能够在讨论碰撞过程中，学会倾听他人意见，特别是不同意见，并通过换位思考得到启发而有所新发现，学会“包容”，以“兼容并蓄，博采众长”。

3．常实践

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行；要知道梨子的滋味，就要亲口尝一尝。一是表明了实践的重要性。二是表明实践是要尝尝书上得来的知识的“滋味”，也就是说，不能简单地死读书，而是要在实践中提升对理论知识（原理）的认知，将那些看似“难啃的石头”变成自身的“黄金屋”，所以，实践并不是单纯的实践。三是要在理论的指导下开展实践，而不是简单动手，盲目实践。四是在反复、不断的实践中不断丰富认知，不断地解决实际问题，并有所发现。所以，培养方案应该是理论教学和实践教学相互支撑并且同步推进的。

通过这样的实践，可以从三个方面取得收获。一是不断强化学生的科学精神，使他们更加崇尚科学，做事更加强调科学性和科学的指引，做事也就能够更加科学、更加高效，更好地探索未知，减少盲目性。二是学会综合运用知识解决新的问题，更快地成为领域的专家，甚至先行者。三是强化设计能力，尤其是基于原理、面向实际需要的系统设计能力，使学生受到更好的训练，有能力解决那些“不是仅靠常用方法就可以完全解决”“涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中”的问题。只有这样，才能适应全面建成社会主义现代化强国的需要。

四、提高课程教学站位，培养学生的创新能力，提升人才培养的质量和水平

大学需要构建适应学生成长的良好生态环境，课程教学是这个生态环境的基础部分。无论是提高质量、提高水平，还是培养创新人才，必须有相适应的包括理论课程和实践课程在内的课程教学。全面提升课程的教学站位，摆脱课程为本、教师为本、教材为本，使课程有机融入整个培养体系，共同为培养学生的创新能力、提升人才培养的质量和水平发力。

课程教学一个非常关键的问题是，教师必须强烈地意识到，不是告诉学生什么，而是引导学生发现和解决问题，在发现和解决问题的过程中得到那些知识和方法， 形成希望的能力，达到“教是为了不教”的目的——使学生真正可以“基于深入的原理经过分析去解决问题”。

习近平总书记2023年2月21日在中共中央政治局第三次集体学习时指出，要打好科技仪器设备、操作系统和基础软件国产化攻坚战，鼓励科研机构、高校同企业开展联合攻关，提升国产化替代水平和应用规模。编译系统就是最重要的基础软件之一，编译原理课程包含了一系列计算机工作者一辈子都会反复用到的问题求解思想和方法。通过这门课程的教学，学生不仅可以学到相关的知识，更重要的是还可以学到“一辈子都会反复用到的问题求解思想和方法”。可以说，编译是计算机科学与技术等专业一门非常好的课程，其基本内容很好地体现了计算机类专业的主干学科抽象和自动计算的基本特征，也正是这个原因，使得课程内容显得“很抽象”“很理论”，下功夫不够难以理解。导致不少相关专业将其从培养方案中移除，很是可惜。实际上，生硬地传授相应的理论知识，确实会导致学生理解困难。如果教师转换思路，引领学生回归第一原理进行分析，在分析的过程中解决问题，归纳出适当的概念，就会让课程从“沉闷”“晦涩”变得“活跃”“有趣”。而且还可以引导学生树立起为国家发展重视基本系统构建的志向。

例如，为了培养学生的系统观和系统设计能力，在讲授编译程序的总体结构时，如果简单地告诉学生编译程序的总体结构如图1所示，然后再解释各个模块的功能是什么，很可能会使学生不知所云，只能死记硬背。如果像图2所示的那样，一步一步地与学生一起探讨编译程序需要如何从接受一个表达高级语言程序的平滑字符流开始，经过切分单词、分析所表达语句的结构、分析相应结构的语义、用中间代码表达语义、优化中间代码，最终生成目标代码。通过分析，实现功能模块划分，并依据执行逻辑确定模块及其关系，同时将公共服务独立出来，构成恰当的模块，教师在和学生共同完成系统设计的同时，系统的总体结构被清晰地展示出来。在这个“研讨”过程中，还使学生亲身体验了系统设计的思路和方法，甚至体验“分治”方法的威力，既不用学生去死记硬背这个结构及各个模块的功能、相应的系统设计思想和方法，还在宏观上消除对编译程序的神秘感，提振了学好这门课程的信心。同时还可以请学生在课后深入思考，从根本上理解习近平总书记

为什么要强调打好基础软件的攻坚战。

实际上，当初人们是用机器语言进行程序设计的，效率非常低，不易理解，还极容易出错。如果能够使用接近人们习惯的“高级语言”写程序，然后由“编译程序”将这个高级语言程序翻译成等价的机器可以执行的机器语言程序，就可以大大提高程序设计的质量和效率。最初提出这一设想的是一名仅仅入职三四年的本科毕业生，而且遭到了当时的绝对权威的强烈反对，被认为是没有必要的，也是不切合实际的。但年轻人坚持了下来，完成了这个开创性的工作，将程序设计带到了一个新的阶段，为计算机学科的进步作出了巨大贡献。顺便提及这个故事，就可以通过先贤们的事迹，鼓励学生根据实际需要，提出问题、解决问题、不畏权威、敢于突破、敢为人先。

全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才。落实到课程教学上，就是要有效地利用“最佳的知识载体”，实现价值塑造、知识传授和能力培养。

五、结语

最后有几点需要强调。第一，同步国家发展，建设高等教育强国，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，教育需要从经验走向科学，從粗放走向精细。第二，要像看待科研那样看待教学，把教师的精力引导到人才培养上，鼓励教师履行天职，落实教书育人的根本任务。第三，广大一线教师、专业负责人、教学管理者一定要结合自己的教学实践大力开展深入的教学研究，特别是研究与人才培养密切相关的学科形态、能力构成、知识取向、学科特点、根本问题、学科方法、问题空间（包括子空间）、知识体系（最佳知识载体），以提高教学的效率，以缓解时间的有限性问题。第四，要紧盯国家的需求，紧盯学生的未来，夯实其发展基础。第五，历史的经验值得注意，鼓励学生探索机理，而不是停留在利用/使用的层面，不浅尝辄止，这样我们就能够走得更远，收获更多，别人就无法卡我们的脖子，我们就能顺利地实现中华民族伟大复兴的目标，就会对人类作出更大、更多的贡献。第六，要解决好学生的读书问题，引导、鼓励和要求学生读书、读经典，强化学生深入探讨、不怕困难、坚忍不拔、敢于突破、敢为人先的精神，更好地成长为德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。

[责任编辑：余大品]

蒋宗礼，北京工业大学教授，教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会副主任委员，第六届高等学校教学名师奖获奖者。