关于工科院校培养应用型人才创新能力的思考

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所谓工科应用型人才，是指具有深厚的基础理论知识和扎实的专业基础，以及较强的调研能力、实践能力、专业技术的操作技能与相关技术综合能力，并善于在此基础上进行技术创新的人才。工科应用型人才与工科研究型人才的不同之处主要表现在创新的内容与创新的方式上。应用型人才不仅能掌握和应用最新技术运转设备，而且能改革、改造和创新技术，在同样的投入下获取更大的成效；而研究型人才则侧重于新设备的研制。 
　　德国教育家斯普朗格曾经说过：教育的最终目的不是传授已有的东西，而是要把人的创造力量诱导出来。今天，人类正面临着历史上从未要求过的巨变与革新。教育，尤其是工科院校的教育，如何利用已有的资源培养受社会欢迎的工科应用型人才，已经成为当务之急。
　　中国加入WTO后，教育的快速发展与教育经费的短缺这一“两难”问题日益明显，而我国教育中长期存在的“重理论轻技能”的做法，更是培养合格人才的瓶颈。因此，如何尽最大可能利用已有的资源培养社会需要的、有竞争潜能和可持续发展的人才，这已经成为高等教育的研究重点。笔者在借鉴国外先进经验的基础上，提出如下设想：
　　1．在某些学科中进行试点，增加“创新”学分，鼓励学生在基础课和专业课学习的过程中树立“敢于怀疑、勇于挑战”的思想。
　　2．有条件的实验室向学生开放，同时提供一些课题或研究项目让学生选择。为保证实验的顺利进行，我们可以学习斯坦福大学、牛津大学的模式，为选择课题的学生配备导师(指导教师)。此举在我国推行，既能弥补和完善我国应用型工科大学生的动手能力，即开发学生的创新能力，将他们从应试教育“熟知”的教学方法环境中，逐渐转向追求“真知”的主动性和能动性，同时又能促进一些长期从事纯理论与应试式教学的“经师”，努力成为具有实际操作经验与能力，知识与技能不断更新的“真师”。
　　为了研究工作能顺利地进行，作者以自然辩证法的科学技术方法论为指导思想，拟订了一个适合工科应用型人才选择课题、研究、创新的实施方案。具体操作过程可以5)以下几个步骤：
　　第一步：确定科研的起点
　　科研的起点是什么?传统的观点认为科学研究始于观察实验，亚里士多德与牛顿均认同认识源于实践的基本命题。但是，实践证明，观察实验并不是科研的唯一起点。德国科学家伦琴发现x射线就是最好的例证。因此，我们可以这样认为：发现问题并提出问题是科学研究的起点。因为，提出一个问题甚至比解决一个问题更重要。解决一个问题也许仅是数学上或实验上的技能而已，而提出新问题、新理论，从新的角度去看问题，却需要创造性的想象力，更有可能产生科学上的革命。
　　第二步：掌握问题的实质
　　当我们确定问题是科研的起点这一大前提后，还必须掌握问题的实质。通常可以从科学与常识、科学与伪科学等方面考察问题的实质。科学与常识——科学问题是通过对科学的背景知识进行了认真的思索和分析后提出来的，这种认识上的进展，已经构成了“科学发现的可能性”。而常识问题有可能只是浅显无知的提问，但也有可能会引出科学问题。因此，对后者应该辩证地对待。
　　科学与伪科学——科学问题是客观存在的问题，是可以通过实践检验的。因此，它具有真实的特征。然而，在现实中也存在着伪科学问题。所谓伪科学，是指用已有的经典理论和技术既不能证实又不能证伪，既不能依靠逻辑推理又不能单凭经验回答的问题。从哲学思辨的角度分析，科学与伪科学之间存在着历史的、辩证的和发展的关系。当某个问题被提出来时，解决问题的现有理论背景、技术水平、实验及检验的设备和手段，常常成为解决问题的关键。

　　第三步：探求问题的来源
　　①由现有理论与经验事实之间的矛盾而引起的。A、新的观察实验与原有理论相悖。例如历史上关于天王星实际运行轨迹与按经典的牛顿天体力学所计算出来的理论轨迹不相符的矛盾。由于发现了用现有理论解释不了的新现象，就使得原有理论面临危机。B、根据理论推出的逻辑结论与客观事实之间的矛盾。
　　②由理论体系之间的矛盾而产生的问题。A、同一理论体系内部的逻辑困惑。在这方面最著名的例子，就是伽利略通过揭露亚里士多德关于重物先落地的所谓亚里士多德动力学悖论，并由此而建立起的，包括自由落体定律在内的一系列运动定律。B、不同理论体系之间的矛盾。在科学研究中，对于同一现象范围内的许多事实，常可以建立起许多假说对它们进行解释。例如对光的波粒二象性矛盾的研究与探索。
　　③由理论的实际应用或人们的实际需要同现有的技术条件的矛盾而提出的问题。例如，核物理的建立为人类开发利用原子能展示了光明的前景，但是，要使理论真正转化为现实，仅有理论的指导是不够的，还需要解决大量的、系统的、与之相关的一系列技术问题。而这些问题的提出则成为应用和开发研究的对象。
　　第四步：确定选择课题的原则
　　①需要原则。从科学发展的历程和当代科学研究表明，许多重大课题都是从社会生产和生活的需要中提出来的。例如，袁隆平等人的杂交水稻育种研究获得成功，使得水稻的亩产量大大提高。诸如此类问题的解决，不仅为社会带来了直接的经济效益，而且推动着科学技术本身的深入发展。企业需要往往体现在对新产品的改造和技术的革新上。
　②创造性原则。创造性是指在思想上与实质上均具有科学的扬弃精神，反对因循守旧，勇于做他人想做而不能做的事，走他人不敢走的路。创造性原则大体可以分为思维、观念上的创新和方法、应用上的创新。思维、观念上的创新是自然辩证法思辨精髓的体现。因为，只有人的认识上的飞跃、突破，或者说是人的认识上的创新，才会有方向正确的、行动上的创新。例如，爱因斯坦的同时性的相对论从狭义到广义的拓展，为人类科研带来了福音。方法和应用上的创新最能增强人们认识世界和改造世界的能力，它能在最短的时间内用最小的付出获得最大的收益。普赖斯和汤浅光朝将当时已建立的科学统计方法应用于历史学研究中，分别研究并得出了著名的科学指数增长率和科学活动中心转移规律。而将方法上的创新与应用上的创新有机地结合，例如，用新技术和新方法将原有设备进行新的组合，则会产生更高的效益。
　　③可行性原则。可行性原则是指在某项计划或工程具体操作之前，从技术、经济、环保等方面进行科学的考察，并确定该项目或计划能否执行。这里提出的可行性原则，主要是指在选择课题时必须考虑的主、客观条件。
　　主观条件是指研究者为了完成某一课题所具备的知识结构、层次、研究能力、团队意识以及技术水平，等等。通常，我们在选择课题时应该考虑：A、如果培养对象擅长于理性思维，而有关的文献资料又较丰富且易获得，则应该选择理论性课题；B、如果培养对象的动手能力强，而且又热衷实验研究，同时必要的实验仪器齐全或者能够筹措，则选择实验性课题易于成功；C、如果培养对象的知识面较广博，且又有较好的协作能力、条件，则可以考虑接受跨学科性的研究项目。控制论的创始人维纳最初学的是生物学，但是，他的动T-ff力弱，实验做得不理想，但思路敏捷。后来，他跟随罗素学习数学并且关注前沿科学，终于在若干年后利用较好的数学功底和长于理性思维的特点，在创立控制论上做出了重要的贡献。维纳的成功经历，我们可以看出，有机地利用上面的三种选择因素，就能充分发挥个性的优势，有利于研究的成功。
　　客观条件则是指研究者在他所从事的研究过程中必须具备的物质手段，例如，相关的设备和仪器，以及必要的资金、人力、图书情报等等。

　　第五步：探索答案
　　当确定了研究课题之后，下一步的工作就是解题寻求答案。该过程大体如下：
　　①分析问题——确定问题的背景知识、性质、解题方式和预测可能出现的结果等因素。其中，分析问题的性质是众多因素中最为重要的，它可以分为常规问题和非常规问题。常规问题是指这类问题可以通过已有理论，并且针对问题的特征列出辅助性的假说去求解。非常规问题则是指解决这类问题已经没有适合的理论，因此，必须摆脱束缚，透过问题的背景知识的限制，充分调动研究者的洞察能力、想象能力、思维能力、联想能力，科学地、大胆地提出新假说。
　　②提出假说。所谓假说，是指根据一定的科学事实和理论，对研究的问题作的一种假定性推测与说明。它同时反映着研究者在某个阶段的知识背景——具有阶段性，同时也表明这种知识形态将在假说应用的过程中有着逐步完善的趋势——具有发展性。因此，我们通常采用假说手段对研究对象作一个试探性的说明，找出产生该问题的种种可能因素。由于假说是科学性、猜测性和众说性的辩证统一体，所以它能反映研究者的主观能动性、发散性思维和创新能力。从自然辩证法的角度看，它既有科学的分析与演绎，又包含了某些至今未被人们认知的推理成分。通常，我们将假说分成以下两个过程：
　　A、研究者充分发挥想象力，在有机地综合运用各种思维方法，大胆合理的怀疑的基础之上，收集有关影响问题的本质和相关的因素，并建立假说理论模型。B、根据所建立的理论模型，采用合适的手段，例如数学建模探索答案。数学建模属于自然辩证法的科学技术方法论范畴，它的研究主要是根据研究对象的本质特征，进行数量、结构等方面的充分的描述、严谨的计算、严密的逻辑推导和判断，并在此基础上准确地把握事物的本质和揭示研究对象的运动规律的一种研究方法。数学建模还能起到科学的预见作用，由此引发重大的发现。历史上有关天王星的发现就是一个有力的说明。在研究过程中，通过实验和数学建模的有机运用，能够展示研究者的逻辑思维和高超的实际操作技能。当然，如果反复的计算仍然不能找到合理的答案，那么，就应该重新审视先前假说的合理性、逻辑性。
　　第六步：检验结果
　　当问题的答案得出之后，还应当对解题过程以及答案的正确性、可靠性进行检验。如果所得到的答案不能直接通过观察实验的手段予以校验，我们还可以运用自然辩证法中的逻辑推理等方法将问题的过程与结果，转换成某种可以直接验证的陈述，继而进行验证。如果检验后的结果与实际不相符合，则应该重新考察先前提出假说是否合理。值得重视的问题是，由于现有的实验手段、设备，尤其是技术、技能水平还有待提高、完善，故而对结果的证明是证实还是证伪，则是一个非常复杂的问题，对它的判断与解决，需要研究者具备较高的综合能力。