基于思维导图的研究生创新能力培养

徐鹤　李鹏　黄海平　谭萍
摘要：提出创新能力教育的目的是培养一种能发挥人类本身创造力的思考问题的习惯，重点说明思维导图在研究生课程教学、作业提交、科研项目管理和学科竞赛中的具体使用及对研究生创新思维培养的作用。
关键词：思维导图；创新能力；学科竞赛；计算思维
0 引言
当前我国的研究生教育处于快速发展时期，招生数量不断增加。创新是企业得以发展的关键，也是人类社会前进的动力和基础。我国的研究生教育已走向大众化教育阶段，与本科生教育相比，研究生教育更注重培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。创新能力是新世纪人才培养的核心，研究生创新教育是国家创新体系的重要组成部分。研究生教育必须将人的创新能力培养贯穿整个培养过程，但目前研究生的整体创新能力还处于相对较低的水平。进行高等教育的研究生创新能力教育改革方法研究势在必行。
陈国良院士等指出培养创新人才的一个重要途径是潜移默化地培养其计算思维，培养计算思维应成为大学计算机素质教育的基本要素之一[1-2]。计算机基础课程是学生进入高校必修的一门课程，构建基于计算思维能力培养的计算机课程教学改革得到了教学人员的大力支持[3-4]。计算思维（Computational Thinking）不仅是计算机科学家应具备的能力，而且是每个人的一项基本能力，是建立在计算基本概念基础之上解决问题、设计系统和理解人类行为的一种方法[5]。计算思维是一种解析思维，如何表述该思维成为研究热点[6-7]。刘贵松等提出基于计算思维能力培养的计算机图形学知识体系[8]，其对知识的表述是培养计算思维的重要方法。当前，知识可视化是进行思维表述的好方法，得到了广泛关注。
欧美发达国家十分重视学生创新能力的培养，MIT最早开设了创新能力培养课程；英国的研究生教育采用“宽进严出”的培养方式，通过严格评价论文创新点着重培养学生的创新能力。自2013年起，我国教育部学位与研究生教育发展中心面向全国在校研究生开展“全研究生创新实践系列活动”，旨在推动研究生培养模式改革，提升研究生创新实践能力。
“思维导图（Mind Map）”由世界著名的英国心理学家、教育家Tony Buzan在1971年发明[9-10]，综合运用色彩、框图、文本、连线等图形表述思维，以图形展示知识与思考过程之间的联系。思维导图作为展现思维过程的工具，能够激发人的想象力和创新潜力，自发明以来，在教育教学、科学实践、战略策划、项目管理等领域应用广泛。
思维导图应用在研究生教育培养过程中，能够促进对学生创新思维能力的发散和培养[11]。
1 思维导图方法在研究生课程教学中的应用
以可编程网络课程为例，可以构建如图1所示的基于思维导图的课程教学内容，从图1可以很直观地查看教学内容、重点和难点。该课程主要介绍网络理论基础、网络编程基础、Python编程技术、NetFPGA编程、网络设备编程、SDN网络编程等知识。学生可以根据图1扩展自己的学习方向，全面掌握可编程网络的核心技术，最终获得课程涉及技术的应用开发能力。这里仅给出课程总体教学内容的思维导图，实际教学中每个部分的内容都可以通过思维导图方式呈现，促使学生的思维不断发散，从而构建越来越细化的知识点内容。这样的呈现方式使学生的思维过程随着课程的教学进度不斷发展、深入和思考，让学生的思维得到训练和扩展。
2 思维导图方法在研究生作业提交中的应用
教师授课过程中使用的思维导图只是教师主观产生的思维方式，学生只能被动接受。为了充分发挥学生的主观创造力，要求学生采用思维导图方法提交课程作业答案。这需要教师设置合理的开放性作业题目，充分发挥研究生的思维创新能力。针对可编程网络课程，图2是一位学生采用思维导图方式对作业题目“可编程网络技术中的节能策略应该如何考虑”给出的一个答案。从图2可以看出，这种开放性题目本身没有标准答案，其作用是引导学生积极使用开放性思维，而这种思维方式是创新能力形成的基础。学生从中学会运用理性的思维分析问题、解决问题，甚至提出新的问题，再分析新问题、解决新问题，从而激发学生的创造力。
3 思维导图方法在研究生参与项目中的应用
研究生是科研项目的主力军，其创新能力是科研项目顺利实施的基础。张倩苇等[12]以H大学 320 位在校研究生为样本从创新能力和问题解决能力等5个维度进行了调查分析，结果显示当前研究生的科研创新能力不足。研究生作为科研项目的主要实施者，其科研创新能力的不足会影响科研项目的创新效果，进而影响社会进步和科学技术的发展。如何培养研究生的科研创新能力已成为研究生创新教育改革的重点。将思维导图方法应用到江苏省重点研发计划社会发展面上项目“基于无线传感器与射频标签的食品安全供应链关键技术应用研究”的日常管理中，通过在项目的实施过程中采用思维导图方式进行项目规划、指导、实施，不断加强对研究生科研创新能力的培养。采用思维导图工具建立该项目研究内容、任务分工、时间节点等信息，见图3。从图3中可以看出任务划分的子课题内容、完成人、时间安排、功能要求等，参与项目研究的学生能清晰地看到项目整体的内容、进程及相关要求，研究过程中可根据研究进度不断添加或调整项目实现的功能，实现项目管理全程可视化，形成良好的项目管理和创新思维应用实践。
4 思维导图方法在研究生学科竞赛中的应用
学科专业的设置需要紧跟经济社会发展需求，学校计算机类专业研究方向设置包括软件工程、嵌入式软件开发、分布式计算与互联网技术、云计算与物联网技术、网络与信息安全。如何检验培养出的研究生是否符合社会需求成为当前研究生教育改革的一个重点。
创新能力培养是一个长期的过程，贯穿于整个研究生学习期间。在众多培养研究生创新能力的途径当中，与专业方向相关的学科竞赛是检验研究生创新能力的一种方式，也是培养研究生创新能力的方式之一[13]。例如，代表性的研究生竞赛有中国研究生电子设计竞赛、全国研究生数学建模竞赛、中国研究生未来飞行器创新大赛、全国研究生移动终端应用设计创新大赛、全国研究生智慧城市技术与创意设计大赛等。还有一些研究生和本科生均可参加的比赛，例如中国软件杯大学生软件设计大赛、全国高校物联网应用创新大赛、全国高校云计算应用创新大赛。这些竞赛无一例外将“创新”列为主要评价标准。
将思维导图方法应用到具体的竞赛中，通过竞赛过程的理性思维指导，激发了研究生的创新意识，提高了研究生的创新实践能力。第四届全国高校物联网应用创新大赛创意赛，学院团队充分发挥创新能力，自主设计物联网应用系统，最终提交的作品“牛奶溯源查询系统”获得华东赛区三等奖。获奖作品来自研究生参与的江苏省重点研发计划社会发展面上项目部分研究内容，这也是发挥团队成员的创新能力的结果，比赛获得的奖项是对团队创新能力的一种检验。在竞赛过程中，使用思维导图不断强化竞赛内容、进度、功能、创新点等，团队成员的理性思维和创新思维得到了实际应用和检验。使用思维导图方法进行学科竞赛指导的部分实例见图4。
5 改革结果分析
通过将思维导图方法应用到研究生教育改革中，笔者选取课题组的18名研究生进行了一个学期的培养，并进行了问卷调查，统计结果见表1。
由表1可知，所有学生对教学改革效果表示满意。特别地，学生对于使用思维导图方法指导学科竞赛的方式对创新能力的培养认可度最高，这主要因为学科竞赛往往是学科领域中最实际的应用问题，需要采用创新性方法解决；其次是在科研项目管理中使用思维导图也得到较高的认可度。学科竞赛作品本身就是一种创新性要求很高的项目，需要用创新性的思维解决竞赛题目预设的实际问题，这是在学生完成平时的课程学习、作业考核等环节后，对创新性思维的培养结果进行检验的最好方式。
6 结语
通过在日常教学过程中使用思维导图进行思维发散，在教学作业中要求学生用思维导图进行课题答案提交，在科研项目中使用思维导图方法管理项目，通过学科竞赛检验研究生的创新能力，并在竞赛中使用思维导图方法提高研究生创新思维的应用能力，学生的思维发散能力得到训练，思维创新能力得到促进。研究结果表明，通过使用思维导图方法能够培养研究生的创新能力，应该得到大力推广与使用。
原文地址：http://www.scicat.cn/5/jisuanjilunwen/20190108/147244.html

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