培养学生创新思维与动手能力

姚志军

  兴趣为主,掌握主动权

  “英才计划”是近年来中国科协和教育部共同组织的中学生科技创新后备人才培养计划,旨在对一些学有余力的优秀中学生进行培养,让他们提前体验科研过程、激发对不同学科的兴趣。作为一名在大学里从事教学和科研多年的老师,与中学生的距离似乎已经很遥远,但“英才计划”让我更了解了新一代青少年的想法,也对自己的教学有了进一步的感悟。本科生有 4 年的时间从零开始,由浅至深、系统地学习计算机专业。而对于中学生,我们的目标是让他们对计算机学科有初步认识,具有完成简单代码撰写的能力。这样提前接触大学教学内容有利于他们尽早确定自己感兴趣的方向,在进入高校后能更快地适应大学的教学方式,掌握更多主动权。我在对学生进行指导时,主要坚持以下两个理念:一是兴趣为主,技术为辅;二是由学生掌握主动权。

▲ 导师为学生介绍研究方向

  均衡分配学习内容,循序渐进

  在参与“英才计划”的两年间,我共指导了两名同学,分别是兰州市第五十一中学的雷盛博同学和西北师范大学附属中学的常凯鑫同学。这两名同学都是名副其实的“00 后”,不但在学校品学兼优,而且很早就对计算机学科表现出了浓厚的兴趣,因此报名了 “英才计划”。

  两名同学都表现出对人工智能学科的极大兴趣,并希望未来能够为我国人工智能行业贡献属于自己的力量。因此在选择具体课题时,我为他们提供了两个易于上手且有助于提高计算机专业技能的课题,即基于 python 的人脸识别和爬虫实现。大概是由于人脸识别在日常生活中的广泛应用,两名同学均选择了人脸识别任务的实现。在自己兴趣的基础上,后续的课程开展也会更有效率。中学生与研究生之间的专业知识储备差距较大,因此我们不能将对研究生的指导方法生搬硬套,而学生在高中阶段的主要任务还是对其学校课程的学习,那么如何在这样的情况下制定“英才计划”的培养方案成为重中之重。我们选择让学生根据在校课程忙碌程度确定每个月的课余时间,在此基础上对课题目标进行阶段分解,将它均衡地分布在整个“英才计划”周期内,循序渐进地达到我们的目标。令我惊喜的是,由于现在整体教育水平的提高,中学生在课余生活中已经可以频繁接触计算机,也有学生表示在中学有参加机器人社团,并且与朋友会讨论计算机相关内容。因此,在培养初期,我们可以节省很多时间用于给学生夯实基础。

  在实际培养过程中,我们将整个培养周期分为四部分。第一部分是制定工作计划,以及学习 python 基础概念知识。选择 python 作为使用的编程语言是由于其相对简单的语法以及丰富的第三方库。我们指导学生学习 python 的安装和基础知识,使他们可以理解简单的 python 程序,而对于更为高等的特性,则根据学生自己需求决定是否在未来进一步了解。第二部分是对数据结构的学习。数据结构是计算机学科中极其重要的一门专业基础课,对于各种数据结构、算法的学习有利于培养学生的计算机思维。我们也帮助学生尝试用python 实现简单的排序算法。第三部分是对人脸识别原理进行学习。计算机是如何从一幅图片获取人脸特点,并且将他与其他人区分开的?学生在理解了其原理后对于人脸识别代码会有进一步的了解。而第四部分就是实现人脸识别功能。从简单的一张图片,到一个视频片段,如何利用 python 实现识别?这也是学生最终有所收获的阶段。

▲ 导师与学生讨论研究计划

  从实际问题入手,培养创新意识

  除了明确不同阶段的任务,我认为充分利用老师的资源,为学生提供一个学习平台也是非常重要的。例如自己的科研团队拥有多名在读研究生,当中学生碰到一些无法解决的问题时,与课题组其他研究生的讨论也能从更多的角度启发他们,同时实验室的设备、工具、书籍等都可以为中学生提供便利。

  我认为,“英才计划”对于学生而言是一个起点,是一次科研初体验。从最初的新奇,到遇到困难时的迷茫,再到完成目标时的欣喜,这个过程不仅培养了学生发现问题、思考问题和解决问题的能力,更为学生打开了科学世界的大门,激发了学生们对于科学的兴趣和热情。虽然相比于本科生和研究生,中学生的知识储备还远远不够,但中学生的可塑性更强。作为指导老师,我们应该加以正确引导,鼓励学生独立思考,从实际问题入手,培养创新意识,提高动手能力。在这个过程中,导师应该率先打破在应试教育中学生对于老师的依赖感,帮助学生开拓眼界,尊重学生的兴趣,利用自己的资源为学生提供平台,指导学生完成课题。让我欣慰的是,虽然中学生的学业负担很重,但学生们还是表现出了极大的积极性和主动性。

  “英才计划”给了那些对科学怀有热爱、具有创造力与好奇心的中学生一个学习成长的机会,让他们知道对科学的追求是一个漫长而持续的过程,人生的拼搏不是止步于高考,相反在某种意义上,高考是一个全新的起点。另一方面,“英才计划”作为中学教育与大学教育的衔接,能够帮助中学生树立崇高的人生理想,对他们进入大学的专业选择甚至就业方向都有着深远的影响,同时也为国家培养一批青少年科技创新人才。感谢“英才计划”这个平台,给了我接触年轻一代的机会,从他们身上,我看到了对科学的热爱和创新的能力。参与“英才计划”的两年也给我平时的教学工作带来了许多启发。作为高校教师,我们不应该局限于传授学生书本上的知识,更应该注重提高学生的综合能力,给本科生提供更多的机会去体验科研过程,激发科学兴趣,培养学生的创新思维与动手能力。

▲ 助教为学生解决学习中遇到的问题