关键词：工程教学；导图；创新思维
一、引言
创新是现代社会发展的需求，作为创新载体的科技人才的培养是实现社会创新的根本途径。早在20世纪80年代，《北京科技报》《科学画报》等陆续刊登了大量介绍国外有关创新思维的文章；中国创造学会筹委会、中国发明协会、中国现代设计法研究会等创新思维研究组织相继成立。与此同时，创新思维培养持续跟进，并逐渐步入新的层次。
。左脑擅长逻辑思维和推理，它依据现有知识并在现有理论的框架内得出结论，不产生新的知识；右脑的非逻辑思维则创造新的理论和观念，孕育新的思想。20世纪70年代英国教育家托尼・巴赞提出思维导图概念以激活大脑的创新能力。思维导图通过激活右脑的活动将左脑内的相关基础知识读取出来，就产生了创造力。既然思维导图可用于中小学基础创新能力的提升，那么应用于高等教育也有相应的效果。
在高等教育的工科教学过程中，我们经历了传统的工科教学方法和项目驱动教学方法过程，教学理念和方法在不断地与时俱进。在未来，将思维导图与项目驱动教学方法相结合不仅可以将工科学生培养为合格工程师，更能培养有创新能力的工程师。
二、传统工程教学方法和项目驱动教学方法比较
传统的工科教学方法以学会事实性的知识、术语、内容为目标，在教学过程中采取单一的教师讲授和学生学习方式，最终培养掌握某工程领域相关知识的工程师。这样的工程师在毕业后需要继续在单位资深工程师引领下完成实践学习。项目驱动教学方法以培养设计、实践能力为目标，在教学过程中采取教师为主导、学生为主体的教学方式，发挥学生学习的主观能动性，最终培养有设计、实践、跟踪服务能力的工程师。这样的工程师具备快速适应新项目的能力。
在现代社会，工程师需要能迅速把握时代的脉搏，不断创新以引领科技潮流。如何培养具备创新能力的工程师是现代高等教育面临的难题。
三、项目驱动教学过程中采用思维导图
项目驱动教学方法以项目为主线，调动学生学习动机与兴趣。教师设计的项目是开放式的，允许学生自由发挥。在教育活动中，学生要实现创新就要激发出自己最可贵的想象力，对事物的好奇心及获取新知识的欲望。教师应通过各种途径和方法促进学生这种能力的发展。学生需要为一个有待研究的开放式项目提出尽可能多的解决方案，这时思维导图就凸显魅力了。
教学过程中采用思维导图要求教师要先对学生进行有关思维导图绘制方法的训练。目前，常见的思维导图工具有16款，如XMIND、Mindmaps、FreeMind等。教师可要求学生：借助思维导图对项目进行预习，预习时要用思维导图把自己的方案设计画出来，明确这些方案需要哪些措施去实现，哪些措施是可以实现的，哪些需要学习。学生带着学习目标进行学习时才能最大限度地优化学习效果。
思维导图的主要特点是能发挥学生的逻辑思维、发散思维、自主探究能力、合作学习能力。这些能力都是培养创新思维必不可少的。思维导图的绘制要包含如下四个方面：首先，中央图形是其重中之重，是核心。要求学生充分利用逻辑思维能力迅速锁定主题及关键词，以问题为中心；其次，中央图形的分支以树枝的形式从中央向四周发散，要求学生发挥发散思维，充分联想，提供尽可能多的设计方案；再次，在分支上，学生应运用自主探究能力判断分支的重要性，越远的分支越不重要；最后，通过组间同学的合作学习确定节点来联络各分支。
教学实施中需要执行如下步骤：①教学情境导入；②学生绘制思维导图及师生探讨交流；③组间合作学习；④成果展示；⑤教学反思。
（1）教学情境导入。。帮助学生迅速实现知识之间的迁移。教师在项目教学中应由易到难循序渐进引入新知识，学习的好奇心及学习兴趣。
（2）学生绘制思维导图及师生探索交流。学生采用发散思维对给定的工程项目进行文献检索或实地调研，了解项目的工程背景和应用场所。甚至可以和当前最新科技技术相结合进行联想，提出新的解决方案。学生还可以思考项目中的不确定因素并将其细节化，明确项目的主题和关键词，从而开展思维导图的绘制。在绘制思维导图过程中可能会发现新的思路和想法，反过来引起更深层次的思考。这让学生的自主探索成为有反馈的良性循环过程。在此过程中教师的作用只是主导，营造积极、奋发的教学环境，在学生需要帮助时给予指导。
（3）组间合作学习。每个项目小组自发分工，每人都有不同的任务。组员之间彼此需要合作交流，利用集体智慧共同完成思维导图的绘制。每个成员要明确自己的关键词，保证既分工又合作。最后合并成小组的工程项目思维导图。在此过程中教师只需要在教室走动，倾听个小组的讨论和观察每个组员表现，便于组间考核。
（4）成果展示。各工程项目小组集体到讲台上展示小组的项目设计思维导图，可以有一个同学介绍整体思路，其余同学介绍自己的分支以及组间合作交流关系。其他项目小组成员有责任提出不同观点，对组员的设计思路进行提问，这样保证该小组思维清晰，思辨力强，并且可以对别人的提问进行批判性吸收，以更好地改进自己的项目思维导图。这样学生真正回归到学习的主体地位。教师要对每个小组的表现进行记录、考核，重点观察学生的思辨能力和批判性思维，这是创新的源泉。
（5）教学反思。教师和学生在进行完项目方案设计后，分别进行教学反思。教师可回顾课堂的教学过程，对自己的教学活动进行梳理，根据学生对每个教学环节的反应及任务完成情况，总结教学中的问题并及时改进。学生应通过教学反思，对自己的项目有更深次的理解，重新改进自己的思维导图，扩展思维，让学习成为有反馈的闭环，从而激发创新思维。
为适应现代社会的需求，工程教学方法注定要能培养学生的创新思维。本文将思维导图引入工科项目驱动教学方法，提出该方法的教学实践过程以及在工程教学中师生的相互关系，为工程教学提供一种可借鉴的方法。
参考文献：
关键词 课堂提问 思维能力 中学数学
中图分类号：G633.6 文献标识码：A
0引言
一堂课要提很多问题，这些问题该怎么提，先提什么，再提什么，几个问题按怎样的关系组合起来，这就需要教师在课堂提问的方式上下一番“苦功”。优化课堂的提问方式，能更好地启发学生去思考、去探索，这不但能达到巩固旧知识、理解新知识的目的，而且有利于培养学生的创造性思维能力。创造性思维能力是思维活动的最高形式，是创造力的核心。
1问题的设计
思维是从问题开始的。如果把学生的大脑比作一泓平静的池水，那么教师富有针对性和启发性的课堂提问就像投入池水中的一粒石子，可以激起学生思维的浪花，启迪学生的心扉，开拓学生的思维，使他们处于思维的最佳状态。
1.1设计情境式问题，诱发学生思维的积极性
。在讲授新知识之前，要有意识地复习与之有关的旧知识。因此，设计一些彼此关联的，富有启发性的问题，并预示新课题，能更好的激发学生的求知欲，使他们急切企盼“探个究竟”。学生自觉或不自觉地启动自己的思维，层层递进，逐步阐述有关的知识点，充分运用自己的思维去发现、去理解新的知识。如此反复，可使学生巩固、拓广旧知，发现、掌握新知，同时使学生有了思考问题的兴趣，进而发展了学生的思维。
1.2设计发散式问题，培养学生思维的灵活性
经常会听到有的学生说：“上课听得懂，一做题就发怵。”究其原因就是思维缺乏灵活性。通过对优等生和差等生的解题过程观察发现，优等生可以从同一题的信息源产生不同的假想，然后对每一种假想进行合理的思维推理，一旦一种假想思维受阻能立即转换思维方式；而差等生从同一题的信息源产生的假想不仅单一而且缓慢，往往“一条道走到黑”。要使这类学生“头脑开窍”，就是要培养这些学生思维的灵活性。为此，在课堂教学中有目地的根据同一问题设计发散式的问题，如在一题多解和多变的习题讨论中，增强思维发散与知识交叉，增加思维的广阔性、灵活性。
1.3设计探究式问题，提高学生思维的创造性
对学生来说，创造性思维能力就是利用已学过的知识和经验创造性地思考问题和解决问题的能力，如独特的见解，新颖的解法等。学生的创造性思维活动具有强烈的探索动机，经历提出问题、建立假说、实验验证、得出结论等几个阶段。这就要求在教学过程中要根据教材精心设计一系列探究式的问题和实验，引导学生在思考和实践中，发挥他们的创造力。
2提问的方式
课堂提问的设计直接或间接决定着学生思维能力的发展，教学中教师不仅要课前精心设计问题，授课时还要给学生独立思考锻炼的机会，鼓励学生多思，启发学生巧思，教师自己要对学生的见解给予分析。肯定优点，并指出其不足之处，让学生从教师的提问中受到启发。
2.1开放式提问
开放式提问，是指教师提出的问题答案不是唯一的。既然答案不是唯一的，就是要使学生产生尽可能多、尽可能新，甚至是前所未有的独创想法。这样的提问，激发的正是发散性思维，培养的正是想象力。它不像传统教学的提问方式，一问一答，一答一个准，只提供一种可能答案，一种解决途径，结果堵塞了学生的思路，遏制了学生的创新意识。在这种开放式的提问的推动下学生必然会展开多角度、多方向的思维活动。结合各方面的信息，在产生大量答案的同时，获得新奇、独特的反应，从而培养思维的广阔性和灵活性。
2.2突破式提问
突破式提问，是指问题的答案不仅限于所学课本的知识内容，也涉及到课本知识以外的回答。也就是说教师在课堂上提出的问题不仅对于学生只能用课本上的现成知识回答，而是要求学生以自己的阅历和知识基础，根据自己收集和储存的知识能量，根据自己的社会经验来回答问题。
2.3比较式提问
比较式提问，是指教师提问的目的是让学生在众多答案中进行比较、鉴别，选出最优的答案。比较是一切思维和理解的基础。比较式提问，能使学生在回答的过程中获得对事物清晰完整的认识，从而使学生的创造性思维能力得到培养。
2.4启发式提问
所谓启发式提问，是指提出的问题具有很强的启发性和诱惑力，而答案又不是轻而易举可以得到的，必须通过自己的一番探索和努力才能获取。
“启发式提问”不仅仅是在培养学生的“问题意识”和解决问题的能力上起一定的作用，更重要的是反映了教师本身的创造性，一般的教师能让学生在愉快的环境中学会教学大纲中所规定的知识内容，而好的教师不仅让学生学会知识，还能让学生掌握一定的学习方法，能在教学过程中经常提出一般教师不易发现的问题，那才是具有创造性的教师。
参考文献
[1] 中华人民共和国教育部制订.数学课程标准（实验稿）[M].北京：北京师范大学出版社，2001.
[2] 张明生，关文信.新课程理念与初中数学课堂教学实施[M].北京：北京师范大学出版社，2003.
关键词：科学教学；探索；创新意识；实践能力
创新教育充分体现了学生的主体作用，通过发挥教师的主导作用，达到发展学生智力、培养学生创新意识和实践能力的一种崭新的教学模式。它的实施，必须依据教学的一般规律，主动地对教学的程序以及手段、方法进行有效的应用，从而提高课堂教学的质量和效率。根据科学学科的特点，并参考他人的一些经验，笔者探索出如下几条培养学生创新能力的途径。
一、充分利用科学史，培养学生的创新意识和信心
在科学教材中，有许多阅读材料，介绍了在科学发展的历史进程中，一些科学家们的发明创造及他们对人类所做出的贡献，这些科学家虽所处的时代不同，经历不同，贡献不同，但他们都有一个共同之处，就是善于观察，富于想象，敢于探索，敢于实践，敢于创新。这些难能可贵的科学精神和科学态度正是我们需给学生培养之处。这些生动的科学史，我们有机地把它渗透到平时的教学之中，这是对学生进行创新教育的最好例证。如研究物体的自由落体运动实验时，讲述伽利略如何克服种种困难完成了著名的“比萨斜塔”实验，爱迪生“灯丝”的发现等。。
二、注重问题情境的创设，培养学生良好的思维习惯和创新意识
问题是思维的生长点，具有较强的激发思维动机的功能，是探索、创新的前提和方向，让学生学会提问则是培养学生创新思维的关键一环。教师可充分利用初中生好奇心强的心理特点，有意识地创设良好的问题情境，如通过一个故事、一段录像、一个实验或利用多媒体设备等创设良好的问题氛围，激发学生的兴趣，激活学生的思路，诱发学生产生疑点并提出问题，培养学生敢质疑、善提问的良好的思维习惯。良好的思维习惯是一种重要的科学素质，许多科学家的发明创造都是由思维引发的。因此在课堂教学中，教师要培养学生的创新意识和创造能力，关键在于培养学生的思维能力，形成良好的思维品质。在教学中可采用：利用情境设疑、启发提问来培养学生思维的积极性；多让学生动口、动手，变被动学习为主动学习来培养学生思维的自觉性；多展开讨论，发表不同见解来培养学生思维的发散性和创造性；多采用一题多变、一题多问、一题多解来培养学生思维的灵活性和广阔性；多用不同角度加以综合分析来培养学生思维的全面性和正确性。通过这些思维方法的培养，以达到培养学生的创新意识和创新能力的目的。
三、加强实验及实践活动，培养学生的探索、实践和创造能力
科学课程是一门实验学科，教材中安排了许多实验、实习及实践活动，基本上每一堂课都让学生在实验中度过，它们以其生动的魅力和丰富的内容吸引着学生去学习、探索和实践，这是培养学生探索精神、实践能力及创造能力的有效途径。
1.在实验中培养学生的观察能力和严谨的科学态度。如果学生不会观察，就不会有新的发现，也就不会有创新。教师在对学生进行科学史的教育时，就要让学生意识到观察的重要性。另外，在实验教学中，教师要指导学生如何去观察，观察实验的器材、装置、操作、现象等，还应指导学生善于发现实验中发生的细微变化，从观察中促进思维，去分析实验的原理及各种变化的原因，培养分析问题、解决问题的能力，养成实事求是和严谨的科学态度。
2.增强实验的启发性和探索性，培养学生的创新意识和创造能力。教材中有不少实验，教师在教学中可根据教材内容创造条件，可重新设计、改进或补充，以培养学生的创造能力。如在测定不规则小石块的密度时，在得到测定体积的一般方法――“排水法”后，鼓励学生寻找其他方法测其体积，从而激活学生的思维。实践证明，学生的思维是相当活跃的，有的提出将石块切割成规则的形状，有的提出利用面粉或细沙的“掩埋法”等。
四、注重科学方法内容的教学，培养学生运用科学的方法学习和创新
教育学家布鲁纳提出：能力=知识+科学+方法+技能。可见，掌握科学方法与培养能力密切相关，对方法的掌握是衡量能力高低的一个重要因素。因此，加强科学方法教育是素质教育的一项重要内容，是提高学生科学素养的重要途径。我们在教学中要重视这些内容的教学，通过分散、集中等把科学方法的教学与科学知识的传授有机地结合起来，培养学生运用科学的方法去学习、去实践、去创新的能力。
总之，在科学学科教学中，培养学生的创新意识和创新能力，方法是多种多样的。只要教师有创新意识，不断地在教学活动和日常交流中表现出这种创造性倾向，就会在无形中激发和促进学生的创造力。只要教师的工作有创造性，就能培养出具有创造性的学生。
参考文献：
[1]扈中平.现代教育理论[M].北京：高等教育出版社，2000.
论文摘要：初中学生学习科学课，思维能力决定了其对于课程的理解程度，因此科学思维能力的培养对于科学课的学习尤为重要。本文以培养初中生科学思维能力的重要性分析为基础，总结出初中科学课培养科学思维能力的两种重要方法。
一、培养初中生科学思维能力的重要性
1.科学思维能力简介
科学思维是以科学知识为基础达到思维最优化、科学化，是适应现代化实践方式以及现代化科技创新而创立的方法体系，是对世界的复杂性、整体性和多样性的全局把握。
科学思维能力是指以科学认知得到的以及人的大脑依赖于信息符号对于感性材料加工处理的途径和方式，其实质是通过合理地处理各种科学思维方法之间的辩证关系，从而使其达到最优化，做到科学地、历史地、全面地观察问题、考虑问题，得出符合实际的解决问题的方法。
科学思维方式是一个庞大的方法集合，其中包括科学抽象方法、思维发散法、逻辑方法、模型优化法等。
2.培养科学思维能力的重要性
（1）培养学生科学思维能力是科学课学习的重要基础
初中生在学习科学课的传统过程中，往往是老师把需要传授的知识和课程固定式思维结合起来，学生将老师的思维固化在自己的脑海中，形成模式思维。长此以往，学生容易导致对熟悉的课程和内容铭记于心，但是当遇到新的问题时就会茫然无措，不知道从何入手解决问题。这就是模式化思维与现代教学没有同步前进的结果。而科学课是对自然科学进行探索、求知过程的研究，要求学生具有独立、创新、灵活思维能力，因此培养学生的自主科学思维能力也就成为了学习科学课的重要保证。
（2）初中生习惯于单一思维，缺乏发散思维能力
初中学生在分析和解决自然科学问题的时候，习惯于单一的沿着问题的发展过程考虑问题，思维习惯固定，思维方向难以改变，因此不能够通过多角度多途径解决问题，难以进行发散思维或变换角度思维，解决问题的方法模式化，缺乏一定的灵活性与创新性，没有形成系统的科学思维方法，难以从根本上突破学习科学课的瓶颈。
（3）科学课自身特点对于科学思维能力的要求
科学课对于知识与能力的相互转化十分重视，学生思维能力的塑造是科学课的首要目的。培养科学的思维能力是科学课的基本要求，其知识体系本身特点就决定了其对于学生科学思维能力的要求。。只有让学生拥有科学的思维方法才能够在信息时代合理地运用其来解决实际问题。
二、初中科学课培养科学思维能力的方法
1.培养学生发散式的科学思维能力
培养学生科学思维能力首要任务的是学生思维的灵活性与发散性，即发散式思维，能够从多角度、全方位思考问题，冲破传统观固定化思维模式的单一性与局限性。
以能量的转化与守恒为例，学生在初学该章节时，对于转化与守恒这个概念就有所误解，认为其相互矛盾。既然能量可以相互转化，那么能量还能够守恒么？这是很多学生所产生的疑问。这就是学生考虑问题的时候单从某种能量自身考虑，缺乏能量的整体式思维，而且考虑问题绝对化，把转化与守恒进行绝对化思考，导致对问题难以理解。转贴于
该例子说明学生在思考科学问题时候应该从不同的角度思考问题，从个别以及整体不同的角度入手解决问题，该例中很多同学会从单一的势能或者单一的动能出发，没有考虑到能量的总体性，即思考的角度要全方位。因此可以通过教学中的看似矛盾的问题，来培养学生的发散式思维能力。
2.培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力
想象式思维能力是科学中的一种非常重要的抽象逻辑思维能力，因为在科学课的研究中，会遇到边缘科学等许多超越现实的实验条件，现实生活中难以重现实验环境。这就要求学生抓住研究对象的主要因素，排除其他次要因素，使研究对象与实验条件理想化，从而建立理想的实验模型。
例如对于势能的理解，很多学生认为火燃烧时释放出热量这种形象化的能量才是能量，因为它可以通过人体感觉得到。而像重力势能、弹性势能等人体感觉不到的能量，学生就无法理解。因为势能比较抽象化。这就需要学生在理解势能这个概念时采用抽象式、理想式的科学思维方法。将能量作为一个整体抽象的描述印在脑海中，将无形的势能附着于有形的物体上，从而将无形的势能抽象的想象成有形的势能，从而消化对势能概念的理解。
因此，充分发掘学生的想象力，培养学生想象式的思维能力是培养科学思维方法的重要任务。
三、结论
本文通过分析科学课学习过程中一些影响思维能力的常见现象，总结出提升科学思维能力的两种重要方法，如培养学生发散式的科学思维能力、培养学生想象式的思维能力，充分发掘学生的想象力等。相信这些对于培养初中学生学习科学课的科学思维能力具有一定的理论和实践指导意义。
【参考文献】
[1]吴琳娜，等.《科学思维概述》[J].科技信息.2010，1(11).
[2]陈吉明.《创新实践课程教学中科学思维能力的培养》[J].实验室研究与探索.2011，30(2)．
关键词初中物理 创新意识 培养
具有较强的创新意识、创新精神和掌握创新的科学方法是一个人是否具有创新思维能力的前提和基础，创新思维能力是创新意识、创新精神和创新能力的综合体现。物理学科作为自然科学的带头学科，是一门以实验、实践为基础不断创新发展的科学，物理学研究问题的结构原理和科学方法囊括了人类尝试各种创新活动的途径、思想和方法，物理学发展史就是一部不断创新发展的历史，物理教学在培养学生的创新思维能力具有独特的优势，应当担负起培养学生创新思维能力的重任
物理教学中渗透科学研究方法教育，让学生掌握科学的创新方法；通过优化教学方法、重视实验教学，激发学生的创新意识、创新精神和创新能力等实现创新思维能力的综合发展。
一、营造宽松和谐、民主的教学氛围，使学生的思维开放具有创新性
人的思维只有处于开放积极状态，才最具活力和创新性。在教学中要通过营造宽松和谐、民主的教学氛围，创设适合学生积极主动思考、“真想知道…..”的问题研究、探索型课堂结构。
通过民主、宽松的教学氛围，鼓励学生打开思维想象空间，大胆提问、引发猜想、想象。牛顿说过“没有大胆的猜测，就不会有伟大的发现”，“想象力是创造力的基础，没有想象就没有创造”。物理学家们在提出新的物理概念、物理模型和物理实验，创造性地建立新的物理理论之前或过程中，想象力都起着巨大的作用。
通过民主、宽松的教学氛围，要鼓励学生敢于挑战科学、质疑问难，鼓励学生带着批判的观点去学习和应用科学知识；敢于克服从众、崇尚权威心理思想。玻尔在分析卢瑟福的原子核式结构模型时，发现与经典电磁理论存在二大矛盾，正是因为他没有盲目崇尚牛顿和麦克斯韦的经典权威理论，而是敢于反常规地大胆提出与经典理论相矛盾的三点假设对原子核式结构模型进行完善，后经实验证实获得成功的。
大胆想象、敢于质疑问难、勇于面对失败、善于从失败中吸取教训正是具有创新思维能力必须具备的科学品质，在教学中要善于发现和开发蕴藏在学生身上潜在的创造性思维品质，爱护和培养学生的好奇心、求知欲，培养学生的创新思维能力。
二、创设生动、富有探索性的问题情景，激发好奇心培养创新意识
好奇是一种不必经奖励与强化而自觉激励自己不断进行某种探究活动的动机，对创新思维的形成与发展具有启发、导向的功能，是发掘创新思维、推动创新的原动力。在教学中通过创设生动、富有探索性的问题情景，激发学生的兴趣与好奇，培养学生的创新意识。。通过创设情景激起好奇能启迪思维，激起学生求知欲望，促使学生积极思考追求新知识、主动探索解决问题的途径、方法，正是学生对这种学习活动持主动参与的态度，才会使自己的思维活动处于最积极、活跃的状态，变被动的学会为主动的会学，思维才最具有创造性。
三、教学中渗透介绍物理学家科学研究、发现的经历和故事，激发学生的创新精神
在教学中渗透介绍物理学家科学研究、发现的经历和故事，不仅使学生了解科学发现与创新的思维和方法，激发学生的创新欲望，同时对学生的创新意识和创新精神的培养起到潜移默化的作用。比如在相关教学中渗透介绍：牛顿通过发现苹果落地现象得到启示，到万有引力定律的发现联想到物体的平抛运动扩展到月球绕地球运转，才有了人造卫星上天；阿基米德从在浴缸里洗澡的感觉中发现浮力定律；伽利略的比萨斜塔实验了亚里斯多得的观点；发明大王爱迪生各种发明创造背后的艰苦经历和不折精神；天文学家第谷经过几十年长期不懈的观察，积累了750个星体有关运动的“天文”数字；可以使学生在学习物理知识的同时体会科学发现和探索的科学精神，培养学生献身科学的志趣和严谨、求实的创新科学态度。
四、重视实验教学，培养学生的综合创新能力
科学创新离不开实验，实验是创新能力的“培养基地”。通过实验可以培养学生的动手实践能力；通过实验能够培养学生的创新意识、创新精神和树立创新的科学态度等多方面综合创新能力；通过实验过程中的生动情景和素材，激起学生的好奇心，促使其主动地探究学习；通过实验可以使学生在实验中碰到问题，培养其创造性地“想”解决问题的能力并从实验中体验创新思想和方法。因此，在教学中应创设条件，让学生有更多的机会亲自动手实验，培养学生的综合创新能力。
1、除了必做实验外，还可以改变课堂老师演示实验为学生随堂动手实验。充分发挥学生的主体作用，让学生通过亲身实验获取直观感性材料，体验物理知识的形成过程。如电磁感应现象一节中的演示实验如能让学生动手实验，亲自探索出“由电生磁”的条件，不仅充分发挥学生的主体作用，而且让学生体验成功感，创新意识和创新精神得到加强。
2、改变验证性实验为研究探索性、设计性实验，培养学生的主动探究、追求“原知”的实践创新能力。比如楞次定律的分组实验教学可以和研究电磁感应现象的实验相结合为学生探索性实验，学生通过自己实验、探索出感应电流具有什么样的性质？总结得出楞次定律，更深刻掌握楞次定律的本质内容。除此之外，还可以通过创设一些设计性实验问题引导学生进行实验创新设计活动。如：利用一把刻度尺和一根已知劲度系数的弹簧测定纸张之间的动摩擦因数；测定光在玻璃中的传播速度；用单独一只电流表或电压表测定电流表或电压表的内阻；利用小球、绳子和秒表测量长方形桌子的面积等。
【关键词】计算思维 应用能力 创新能力 人才培养
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(a)-0135-02
1 前言
众所周知,计算思维(Computational thinking)能力是计算机专业人才的最基本、最重要的能力之一[1]。目前,我国高校的计算机科学与技术专业通常会先在课程体系中安排以数学分析为基础、以实数为主要运算对象的课程,接着安排以离散数学为代表的、以抽象集合及元素为运算对象的课程,希望能通过这些课程的学习来培养学生的计算思维能力。尽管计算机科学在本质上源自数学思维,它的形式化解析基础筑于数学之上,但是仅仅通过数学课程的学习来使学生弄清计算思维的基本概念和内涵是不够的,而且进程太慢。
对于刚刚进入大学进行专业学习的大学生来说,他们在中学阶段获得的计算机知识是有限的,没有专业的背景,并没有认识到计算思维能力对计算机专业学习和能力培养的重要性。如果我们能在一年级就帮助学生对整个计算机科学有一个整体的认知,处理理解计算机科学的概念、思想和基本方法,将有力于学生尽快完成从中学到大学学习方式方法的转变,有助于学业的完成。
因此,我们有必要从计算思维的角度向学生阐述计算机学科思想与方法论,使学生一开始对专业课程学习有一个比较准确的定位,对计算机科学的专业内涵和方法论有所了解,从而进一步明确学习的目标,培养自己良好的学风。
2 计算思维与计算机专业学习导论
J. M. Wing教授在《Computational Thinking(计算思维)》一文中指出[2]:计算思维是建立在计算过程的能力和限制之上的,不管这些过程是由人还是由机器执行的。计算方法和模型给了我们勇气去处理那些原本无法由任何个人独自完成的问题求解和系统设计。计算思维涉及运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类的行为,它涵盖了反映计算机科学之广泛性的一系列思维活动[2]。
从计算机发展的历史来看,目前的计算机已经成为适合于每一个人的“一种普遍的认识和一类普适的技能”[2]。一定程度上,这也意味着计算机科学从前沿高端到基础普及的转型[3]。
为了使计算机专业的学生一开始就能对专业的课程体系和知识体系有一个比较清晰的了解,我们必须给学生提供一门导引型课程,站在计算思维的高度和广度来论述计算机学科的基本概念、基本方法和发展趋势,讨论学科的内涵和本质,科学地为学生们进行正确的导学。
为此,针对初入大学的计算机专业学生,我们设置了“计算机科学导论”课程,并在课程的教学中坚持运用科学哲学的思想方法和高级科普的深刻定位[4],首先从科普的层面教育和帮助学生认知计算机科学与技术学科,对学生进行一次整体的专业学习“导游”,达到既“授人以鱼”,也要“授人以渔”的教学目的。
3 计算思维与学生能力的培养
3.1 计算思维与学生思维能力的培养
计算思维是人类求解问题的一条途径,它影响着我们的思维方式和思维习惯,从而也将深刻地影响着我们的思维能力。过去,人们都认为计算机科学家的思维就是用计算机去编程,这种认识是片面的。计算思维不仅仅是程序化的,而是在抽象的多个层次上进行思维[2]。人是个活体,具有丰富的想象力和创造力。利用计算机,人们可以用自己的智慧设计实现了各种各样的应用系统,解决了那些计算机诞生之前不敢尝试的问题,拓展了人类征服自然、改造自然的能力。
。
我们通过在“计算机科学导论”课程从计算思维的角度来阐述计算机科学与技术方法论,可以有助于学生在学习专业的伊始就站在计算思维高度来看待专业的学习,注意培养自己严谨的抽象思维能力,使计算思维的精髓融入分析问题和解决问题的学习和实践过程中。这对培养学生的思维能力是非常有效的。
3.2 计算思维与学生应用能力的培养
计算机科学又从本质上源自工程思维,因为我们建造的是能够与实际世界互动的系统[2]。目前,计算机应用已经深入到各行各业,融入人类活动的整体,解决了大量计算时代之前不敢解决的问题。
然而,由于目前计算机能力的有限性,许多科学问题和工程应用问题依旧亟待解决。解决这些问题将会激起我们的好奇心和创造力。计算机学科就是在挑战问题、解决问题的过程不断得到发展的,计算思维能力也在分析问题和解决问题的实践当中得到充实和提高。
对计算机专业来说,实践是指计算机学科的设计过程,基础的技能是每位学生未来适应社会、为社会服务所必须掌握的。学生的应用能力一般是指编程能力和系统开发能力,它是要通过实验教学环节不断加深和加强。在这其中,不断拓展对计算思维的理解和认识是非常重要的。在这样的思维指导下,学校和教师可以为学生提供多样化的学习方式,使学生能在知识海洋里比较自主、自由地“航行”。例如,在计算机专业课程的学习中,教师可在给定范围后,让学生上机自由操作,支持和鼓励学生提出问题并自行解决问题,鼓励学生进行科技创业活动。这样做将有利于发挥学生的想象能力,培养学生的创造性思维。
为了培养学生的应用能力,我们贯彻了以学生为主体的教学理念,实行“边学习、边设计开发、边实践”的教育过程,在传授科学知识的同时,培养学生的系统开发实践、技术研究与认知能力,提高其综合素质。通过学习知识的过程,参与科技活动,培养了学生计算思维能力和应用开发能力,增强了学生可持续发展能力和认知能力。
3.3 计算思维与学生创新能力的培养
创新是一个民族生存、发展和进步的原动力。计算机科学与技术作为一门新兴的技术学科,知识和技术的创新显得尤为重要。在注重基础和应用能力的培养基础上,要培养学生的创新能力,必须注意加强学生知识融通与学习能力、迁移能力的培养,使学生在横向和纵向两个方向对所学专业有较好的宏观把握。
我们以为,计算思维能力的培养对计算机专业学生创新能力的培养是至关重要的。创新要靠科学素养和理解科学,靠科学的思想方法[4]。学生掌握了科学的思想,就能在今后的学习和生活中多层次、多视角、全方位地观察和理解客观世界的变化,运用已经掌握的知识和科学方法去理解事情、发现问题、提出问题、参与讨论、解决问题或找到解决问题的途径和方法。可以说,计算思维能力是计算机专业学生必备的科学素养之一,也是创新型人才应该必备的首要条件之一。
在培养学生的创新能力过程中,首先必须启发和培养学生的计算思维能力,使学生深刻地理解计算机科学与技术学科的方法论;然后在此基础上,把创新教育融入学生培养和教学活动中,培养学生在计算机科学领域的创造性,激励学生进行思想创新和技术创新,激发学生对计算机科学技术这一块神秘圣地的好奇心,以及培养怀疑精神和求异思维。另一方面,在教学过程中,应该主动为学生的学习活动设置符合学生计算思维能力和创新能力培养的教学内容,给学生们展开讨论和交流提供机会与场所,使学生积极主动地进行探索式学习,相互启发、相互鼓励,培养学生的创新意识。这就要求教师在教学内容的设计上要体现当代教育思想,讲课内容要新颖、有趣。例如,我们可以利用现有的教学条件,尽可能设置创新情景,使学生感到在一个真实的创新环境中,自己成为创新人员之一。也可以与一些有实力的科技开发公司合作,联合设置一些有利于学生开展科技开发和软件设计的学生创新实验室。这个创新环境应尽量与社会现实基本保持一致,这样有利于学生毕业后顺利地进入角色,开展创新活动。同时,作为一名专业教师,应主要体现一个“导”字,即正面启发诱导,侧面辅导,后面督导,通过精心的环境设计把学生带入主动探索、独立钻研、活化知识的境界。
4 结语
J. M. Wing在文献[2]中指出:当计算思维真正融入人类活动的整体以致不再是一种显式之哲学的时候,它就将成为现实。我们应该在培养计算机专业人才过程中,培养学生面向计算学科思维的能力,使学生真正理解计算学科的内涵和分析问题、解决问题的方法,而不是把人才的能力培养仅仅局限编程和系统设计开发上。
参考文献
[1] 蒋宗礼.以能力培养为导向,提高教育教学水平[C].大学计算机课程报告论坛论文集2007,北京:高等教育出版社,2007,p.24-29.
[2] J. M. Wing, Computational Thinking[J]. Communications of ACM,2006,49(3):33-35.
[3] 王飞跃.计算思维到计算文化.科学时报,2007.10.12.
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