本科生創(chuàng)新思維培養(yǎng)模式探索

陳一 丁夢 劉文勇 鐘直峰

摘? 要：為培養(yǎng)和強(qiáng)化大學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，作者在廢棄物材料化再利用本科教學(xué)環(huán)節(jié)中進(jìn)行探索和實(shí)驗(yàn)，通過多專業(yè)課知識串聯(lián)教學(xué)、綜合性課程設(shè)計(jì)的設(shè)置、不同學(xué)科交叉討論及引入科研實(shí)戰(zhàn)等方式，對學(xué)生的理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及實(shí)戰(zhàn)能力四方面進(jìn)行綜合提升，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。該體系被證實(shí)可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成更具創(chuàng)新性的思維習(xí)慣，為學(xué)生構(gòu)建更完善的知識體系打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：本科生;創(chuàng)新思維;培養(yǎng)模式

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）03-0038-04

Abstract： In order to cultivate and strengthen the innovation consciousness and ability of college students， the author explored and experimented in the undergraduate teaching of Waste Reuse for Developing Materials. Through connecting the knowledge of multiple specialized courses， setting comprehensive curriculum design， cross discussion between the students in different discipline， and introducing scientific research practice， we tried to improve the theoretical basis， design ideas， experimental verification， and practical ability comprehensively， in order to realize the cultivation of students' innovative thinking. It has been proved that this system could effectively improve students' interest in learning， promote students to form better habit of innovative thinking， and lay the foundation for students to build more sound knowledge system.

Keywords： undergraduates; innovative thinking; training mode

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“科技興則民族興，科技強(qiáng)則國家強(qiáng)……深化科技體制改革，增強(qiáng)科技創(chuàng)新活力，集中力量推進(jìn)科技創(chuàng)新，真正把創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略落到實(shí)處?！贝髮W(xué)生作為科技創(chuàng)新最廣大的基礎(chǔ)和未來的主力軍，在本科學(xué)習(xí)期間激發(fā)創(chuàng)新思維、培養(yǎng)創(chuàng)新習(xí)慣，提升創(chuàng)新能力，無疑將為今后進(jìn)一步的發(fā)展及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅影響高等院校的創(chuàng)新水平，也關(guān)系到國家未來整體的科技創(chuàng)新能力。

國家近年來高度重視對大學(xué)生創(chuàng)新性的培養(yǎng)，國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》對教學(xué)方法和考核方式的改革提出了具體要求，如“開展啟發(fā)式、討論式、參與式教學(xué)，擴(kuò)大小班化教學(xué)覆蓋面，推動教師把國際前沿學(xué)術(shù)發(fā)展、最新研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)融入課堂教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)生的批判性和創(chuàng)造性思維，激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)靈感”“建立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分積累與轉(zhuǎn)換制度，探索將學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、發(fā)表論文、獲得專利和自主創(chuàng)業(yè)等情況折算為學(xué)分，將學(xué)生參與課題研究、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)等活動認(rèn)定為課堂學(xué)習(xí)”等。如何將以上意見和綱領(lǐng)落到實(shí)處，采取切實(shí)可行的方式方法實(shí)現(xiàn)對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，無疑是教育工作者積極探索的方向和必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

在大學(xué)生的創(chuàng)新性培養(yǎng)方面，先進(jìn)發(fā)達(dá)國家走在了前面。美、日、德等國都在高校積極推行創(chuàng)新教育，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力。在日本，高校特別重視學(xué)生思維訓(xùn)練和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，把培養(yǎng)綜合化人才作為高等教育的目的。東京工業(yè)大學(xué)成立高新技術(shù)教育中心，在教育目標(biāo)、課程設(shè)計(jì)等方面強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生參加創(chuàng)新競賽，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。德國在一貫嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的基礎(chǔ)和理念上，也積極推進(jìn)教學(xué)改革，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的綜合教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生多元化的思維方式和創(chuàng)造力。美國的教學(xué)方式更加靈活，教學(xué)時(shí)更加注重個(gè)性化的培養(yǎng)，如采用任務(wù)教學(xué)、獨(dú)立思考培養(yǎng)法、案例教學(xué)法等方式，鼓勵(lì)學(xué)生們標(biāo)新立異，運(yùn)用一定的方法進(jìn)行創(chuàng)造性思考。麻省理工、哈佛等名校將教學(xué)與科研完美結(jié)合，開展各種創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，組織學(xué)生從事技術(shù)發(fā)明和新產(chǎn)品開發(fā)。通過這些方式培養(yǎng)出來的學(xué)生具有非常優(yōu)秀的創(chuàng)造性思維能力。

隨著我國對于教育的日益重視，國內(nèi)也有許多理論研究人員和實(shí)踐教學(xué)者針對大學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)模式，大學(xué)生科技創(chuàng)新體系的構(gòu)建、價(jià)值及其在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用，大學(xué)生創(chuàng)新體系和國家創(chuàng)新體系的融合等方面進(jìn)行了探索，成果頗豐。如張金洲、曹勝波解析了大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的現(xiàn)狀和對策[1];張彩千、鄭波針對大學(xué)生科技創(chuàng)新活動的特征、現(xiàn)狀和實(shí)施管理進(jìn)行了探析，并從隊(duì)伍建設(shè)、科技文化環(huán)境的培植、物質(zhì)資助和制度、機(jī)制的完善等方面進(jìn)行了論證[2];楊震就高校培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性和必要性及高校培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑和方法做了論述[3];周健吉對高校培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力作出了相應(yīng)的思考，從大學(xué)生科技創(chuàng)新素質(zhì)的特征與高校培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的途徑兩個(gè)方面入手進(jìn)行了分析[4];高煒森、李小艷就如何在高校中加強(qiáng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力訓(xùn)練，提高學(xué)生創(chuàng)新能力進(jìn)行了分析，并就學(xué)校管理制度的構(gòu)建提出了建議[5];彭順金等就高校課程考試評價(jià)體系對大學(xué)創(chuàng)新教育和大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響進(jìn)行了論述[6];陳伯云等就傳統(tǒng)教育體制對大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“瓶頸”問題進(jìn)行分析，提出在我國大學(xué)生的教學(xué)應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，為大學(xué)生潛能的開發(fā)和創(chuàng)新能力的發(fā)揮創(chuàng)造條件[7]?？傮w而言，所有研究者均認(rèn)為大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重大的意義和作用，也詳細(xì)、深刻地分析了其中的原因，但對于如何實(shí)際構(gòu)建有效的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，尤其是針對不同培養(yǎng)目標(biāo)所制定的具體培養(yǎng)方案和實(shí)例涉及甚少。同時(shí)，本科教育中，學(xué)科之間差異巨大，不同學(xué)科的特點(diǎn)也決定了其創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式必有其特性，不可一概而論。在工科教育中，通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生擁有舉一反三的能力，學(xué)會結(jié)合不同層面知識理性思考、合理拓展，進(jìn)而以新的方法去解決一些實(shí)際問題，即為本科階段創(chuàng)新思維培養(yǎng)的主要目標(biāo)。

新材料研發(fā)一直是我國科技領(lǐng)域的短板，也是最需要?jiǎng)?chuàng)新思維的領(lǐng)域，極需大量創(chuàng)新型人才投入其中。如何在此領(lǐng)域中培養(yǎng)具有創(chuàng)新型思維的大學(xué)生，是本科教學(xué)亟待解決的問題。為了探索這方面的經(jīng)驗(yàn)，筆者選取材料開發(fā)具有特色的廢棄物材料化再利用技術(shù)專業(yè)選修課作為實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過特殊的教學(xué)方式設(shè)定，尤其是基于學(xué)科交叉的思想，在教學(xué)中提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，得到了一些有益的經(jīng)驗(yàn)。

一、課程實(shí)踐

廢棄物材料化再利用技術(shù)課程是材料學(xué)專業(yè)課程，學(xué)習(xí)目標(biāo)是讓學(xué)生掌握廢棄物的分類、特征、處理及其二次材料化的方式和再生材料的性能。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可針對各類廢棄物設(shè)計(jì)再生工藝流程，針對特定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新材料的開發(fā)和制備，并初步預(yù)測再生材料的相關(guān)性能。顯然，這是需要一定創(chuàng)新性思維的，且這種思維的培養(yǎng)是建立在多種專業(yè)基礎(chǔ)知識之上的創(chuàng)新，需要較強(qiáng)的綜合能力。而傳統(tǒng)的課程教學(xué)更多地只重視知識點(diǎn)的傳授，對于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)仍顯著不足。

（一）課程教學(xué)中存在的關(guān)鍵問題

1. 知識串聯(lián)性差。學(xué)生在各門專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，往往僅掌握了各門課程相關(guān)的基礎(chǔ)知識，而沒有建立各專業(yè)課知識點(diǎn)之間的有效關(guān)聯(lián)，形成了知識“孤島”，從而導(dǎo)致無法融會貫通地將其運(yùn)用到新材料開發(fā)的創(chuàng)新，知識運(yùn)用的連續(xù)性和整體性較差。

2. 創(chuàng)新思維訓(xùn)練不系統(tǒng)。本科教學(xué)中單門課程的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐僅提煉出重點(diǎn)的孤立題目以訓(xùn)練學(xué)生在一個(gè)知識點(diǎn)上的實(shí)踐能力，是一種片段化的思維培養(yǎng)模式，無法培養(yǎng)學(xué)生多維度的思考和解決綜合性的問題，從而缺乏整體性、系統(tǒng)性的創(chuàng)新思維模式培養(yǎng)。

3. 解決實(shí)際問題能力差。學(xué)生在新材料開發(fā)的創(chuàng)新實(shí)戰(zhàn)中效果差，具有一定預(yù)設(shè)性的實(shí)踐無法讓學(xué)生感受真實(shí)問題解決時(shí)的復(fù)雜性，由于沒有正確的方式和足夠的機(jī)會單獨(dú)完成新材料創(chuàng)新的過程，從而無法真正完成從理論到實(shí)戰(zhàn)的升華。

（二）課程教學(xué)創(chuàng)新具體方式

針對以上創(chuàng)新性思維培養(yǎng)中的問題，筆者在課程教學(xué)中進(jìn)行了創(chuàng)新，通過多專業(yè)課知識串聯(lián)教學(xué)、綜合性課程設(shè)計(jì)的設(shè)置、不同學(xué)科的交叉討論及引入實(shí)戰(zhàn)等方式，對學(xué)生的理論基礎(chǔ)、實(shí)踐創(chuàng)新、動手能力及實(shí)戰(zhàn)模擬四方面進(jìn)行綜合提升，以實(shí)現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

1. 強(qiáng)化課堂教學(xué)中的專業(yè)知識點(diǎn)串聯(lián)，夯實(shí)學(xué)生創(chuàng)新理論基礎(chǔ)

廢棄物材料化再利用技術(shù)是材料學(xué)科的下游課程，綜合性、實(shí)用性很強(qiáng)。要想學(xué)好這門課程，需要將前期所學(xué)相關(guān)專業(yè)課的知識與本課程知識點(diǎn)結(jié)合，做到融會貫通。以包裝廢棄物再生新材料技術(shù)為例，這個(gè)過程涉及包裝廢棄物的分類與組成、物質(zhì)的物理、化學(xué)特性，材料加工性能，再生新材料的制備方式、工藝和性能要求等。在本門課程的傳統(tǒng)教學(xué)中，一般僅就材料的回收、處理及再加工制備有詳細(xì)的介紹，和前置知識的串聯(lián)不夠，雖然學(xué)生擁有專業(yè)基礎(chǔ)，但知識串聯(lián)能力不足，很難及時(shí)形成完整的創(chuàng)新性思維。

因此，在課程講解時(shí)，必須花一些時(shí)間完成上下游知識的串聯(lián)，形成整體概念。如在包裝廢棄物材料化再利用中既需要系統(tǒng)講解包裝廢棄物的種類、分選、處理等，也需重溫包裝廢棄物中不同物質(zhì)如高分子樹脂、陶瓷、金屬的結(jié)構(gòu)、物性特征、再加工方式及再加工對物質(zhì)的影響等，還應(yīng)就廢棄物二次加工制備新材料的應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用要求進(jìn)行講解。在農(nóng)業(yè)廢棄物再利用中也應(yīng)補(bǔ)充講述農(nóng)業(yè)廢棄物如不同類型植物纖維的分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)特性、加工方式對物性的影響、加工裝備等，還應(yīng)對廢棄物材料化中涉及的物質(zhì)表征方式進(jìn)行概述。將廢棄物再利用本身的知識點(diǎn)和上下游知識點(diǎn)相結(jié)合，建立系統(tǒng)的知識體系和分析方法，從更加本質(zhì)的角度揭示廢棄物的結(jié)構(gòu)、物性特征和再次材料化之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生可以從更高和更廣的角度認(rèn)知廢棄物的再利用，從而夯實(shí)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。有了基礎(chǔ)知識作為保障，在課堂中適當(dāng)設(shè)置互動環(huán)節(jié)，多提出討論性的問題，引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行串聯(lián)，形成一定解決問題的能力。

2. 開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性、高自由度課程設(shè)計(jì)，提升實(shí)踐創(chuàng)新能力

廢棄物材料化再利用技術(shù)課程具有鮮明的實(shí)踐屬性，學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是完成以廢棄物為原料的新材料開發(fā)和應(yīng)用，這就要求學(xué)生帶著目標(biāo)去學(xué)習(xí)和思考，通過綜合各方面信息實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在此課程的學(xué)習(xí)中，僅靠書本知識和設(shè)想并不足夠，創(chuàng)新思維的開發(fā)必須有實(shí)踐的配合，只有將創(chuàng)新性的想法和實(shí)驗(yàn)性驗(yàn)證相結(jié)合，才能完成創(chuàng)新思維培養(yǎng)的閉環(huán)。目前的狀況是，該課程更多是理論性的講述，沒有設(shè)置創(chuàng)新單元，即使有實(shí)驗(yàn)也僅開設(shè)了固定的幾個(gè)安排好的實(shí)驗(yàn)，完全起不到啟發(fā)性的效果。

基于此，在本課程中，我們設(shè)置了綜合性、設(shè)計(jì)性的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)（圖1），讓學(xué)生在實(shí)際知識應(yīng)用中培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。課程開始時(shí)即進(jìn)行分組并提出設(shè)計(jì)要求，以5～8人為一組，針對一個(gè)大方向進(jìn)行選題和綜合性設(shè)計(jì)。設(shè)置開放性的課題如“包裝廢棄物再生建筑用材料”“農(nóng)業(yè)廢棄物制備膜材料”等，要求學(xué)生對課題進(jìn)行系統(tǒng)地思考，并以創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目書的形式呈現(xiàn)結(jié)果。項(xiàng)目書需系統(tǒng)表述再生材料的應(yīng)用領(lǐng)域和物性要求，并設(shè)計(jì)廢棄物的分選、處理、再加工方式和具體工藝。與此同時(shí)，設(shè)置開放性實(shí)驗(yàn)時(shí)段，由學(xué)生結(jié)合前期專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中學(xué)習(xí)過的實(shí)驗(yàn)提出計(jì)劃，在老師輔導(dǎo)下進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證所設(shè)定技術(shù)路線的可行性。設(shè)計(jì)完成后，采用更加靈活而全面的評價(jià)體系，即從再生材料選擇的合理性、解決問題路線的正確性、設(shè)計(jì)的完成度、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及匯報(bào)的表現(xiàn)來進(jìn)行綜合評價(jià)。通過這種開放性課程設(shè)計(jì)模式，既強(qiáng)化了學(xué)生對于課程知識點(diǎn)的掌握，也可以實(shí)現(xiàn)從更宏觀的角度體會再生材料的整個(gè)設(shè)計(jì)流程，完成創(chuàng)新從感性到理性的提升。

3. 引入學(xué)科間交叉討論，通過思想碰撞啟發(fā)創(chuàng)新思維

在廢棄物材料化再利用中，對二次開發(fā)材料的應(yīng)用應(yīng)該有深刻的認(rèn)識，但材料應(yīng)用于不同領(lǐng)域，僅通過本專業(yè)的學(xué)習(xí)無法完全覆蓋。所以，在課程學(xué)習(xí)中，創(chuàng)新性地安排了和其他專業(yè)學(xué)生的交流環(huán)節(jié)，讓其他專業(yè)學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)的開題和匯報(bào)環(huán)節(jié)，從應(yīng)用角度為本專業(yè)學(xué)生提供建議。如廢棄物制備建筑用材料課程設(shè)計(jì)中，安排建筑專業(yè)的學(xué)生和老師參與，探討廢棄物用于不同建筑材料領(lǐng)域如外墻材料、內(nèi)部材料、裝飾材料的可能性和具體方案。通過思想的碰撞，讓本課程的學(xué)生對于材料開發(fā)應(yīng)用具有更加清晰的認(rèn)知，更貼近實(shí)際情況，做到有的放矢。讓創(chuàng)新性的訓(xùn)練更加實(shí)際，此舉還可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬創(chuàng)新思路。

4. 引導(dǎo)學(xué)生參與教師科研項(xiàng)目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，通過實(shí)戰(zhàn)提高創(chuàng)新能力

解決實(shí)際問題是實(shí)踐能力培養(yǎng)的最好渠道，教師的科研課題為學(xué)生提供了實(shí)戰(zhàn)平臺。一方面，科研是科研工作者的本職工作和追求;另一方面，將科研課題融入教學(xué)，用于對學(xué)生科研與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是義務(wù)。在課程教學(xué)中，收集教師的科研課題，細(xì)致分解和本課程相關(guān)的部分讓學(xué)生參與其中，讓學(xué)生真正走進(jìn)課題組、走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)企業(yè)，完成從學(xué)習(xí)創(chuàng)新到實(shí)踐創(chuàng)新的過渡。學(xué)生參與項(xiàng)目的形式也有所創(chuàng)新，不讓學(xué)生僅僅進(jìn)行“聽從式”實(shí)驗(yàn)操作，而是讓其有獨(dú)立思考的空間。項(xiàng)目采取正規(guī)管理模式，要求學(xué)生分組按正規(guī)的項(xiàng)目申請、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目結(jié)題形式進(jìn)行，設(shè)置申請和結(jié)題匯報(bào)環(huán)節(jié)，所有學(xué)生均參與其中共同進(jìn)行項(xiàng)目創(chuàng)新性、科學(xué)性、完成性的論證和評價(jià)，老師全程進(jìn)行輔助和輔導(dǎo)。項(xiàng)目制的實(shí)施使得學(xué)生至少可以完成一個(gè)完整項(xiàng)目的開發(fā)工作，從而完成一個(gè)整體的思維創(chuàng)新的過程。經(jīng)過綜合評定與篩選學(xué)生團(tuán)隊(duì)完成的科研項(xiàng)目，選擇其中創(chuàng)意和完成度較好的項(xiàng)目積極參與國家、省、市級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，在比賽中進(jìn)一步打磨創(chuàng)新能力，在學(xué)生中起到示范和帶動作用。

二、實(shí)踐效果

通過兩年的教學(xué)實(shí)踐，效果改善非常明顯，學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)興趣越來越濃，積極性越來越高，基礎(chǔ)知識的掌握更加牢固。其間，經(jīng)教改課題組的集體努力，學(xué)生累計(jì)完成課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)40余次，參加教師科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，參與大學(xué)生創(chuàng)新競賽4項(xiàng)，學(xué)生基本可以完成從課題提出、設(shè)計(jì)到解決的全部環(huán)節(jié)，解決實(shí)際問題的思考能力顯著提高，普遍展現(xiàn)出一定創(chuàng)新性思維的特征，也出現(xiàn)了多名具有較好創(chuàng)新能力的學(xué)生?？傮w而言，這種新型教學(xué)模式優(yōu)化了知識的串聯(lián)、增加了開放設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了學(xué)科之間的交流并盡可能讓學(xué)生參與實(shí)際的科研項(xiàng)目，通過多管齊下促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成更具創(chuàng)新性的思維習(xí)慣，并為學(xué)生構(gòu)建更完善的知識體系打下基礎(chǔ)。

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