本科生實驗創新能力的培養和提高

[摘要]大學本科生的創新能力的培養是新時代賦予高等教育的一項重要任務，建立新型創新能力培養模式是高校老師一個重要課題。為此，本文提出了一個創新能力培養新型模式，通過創新意識的設置、創新精神的倡導和創新過程實踐等方法，為實現學生創新能力的培養和提高嘗試一條可行有意義的途徑。

[關鍵詞]高校教育 實驗教學模式 創新能力

創新是科學發展的基石，關系到人類的生存與發展，創新能力是實現創新過程的前提。對于大學教學來說，培養具有創新能力的創新型人才，是當今乃至今后教育教學發展的首要任務。在目前深化高等教育改革中，創新能力的培養已成為一個根本性的指導思想。實驗教學是培養學生創新能力的重要途徑，而環境工程學是一門實驗性學科，是一門涉及多學科的交叉學科。同時，環境工程學需要應用其它基礎學科（如化學、化學工程、材料化學等）的理論、實驗方法和技術，來擴展和延伸自己的內涵和外延。因此，如何將創新能力的培養融入到整個環境工程學實驗教學中，已成為一個需要探索和嘗試的重要課題。

實驗教學的基本任務是通過實驗和教學對學生進行科學方法和實驗技能訓練，使學生完整地、系統地掌握實驗的基本原理、方法和技能，培養學生實驗操作技能和創新能力，增強學生理論聯系實際和分析、解決問題的能力，樹立求是鉆研的科學品德和科學精神。因此，在通常情況下，實驗課程的開設和實驗教學內容的安排，是按照培養計劃和實驗教學大綱的要求，做到實驗課程教學內容與理論課程教學內容相一致，實驗課程教學進度與理論課程教學進度相協調，實驗教學條件、實驗環境、實驗安全達到實驗教學的要求。在實驗形式上，有驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗等類型。在技能上，注重培養學生獨立動手能力、分析與解決問題的能力。這些內容在教學環節上是順理成章的，不言而喻的。然而，創新能力的培養卻是千差萬別的，是多方面的，可以存在多種的培養方式，這正是為什么創新能力的培養成為重要的探索課題的原因之一。筆者在提高學生綜合素質的基礎上，根據環境工程學實驗特點，通過創新意識的設置、創新精神的倡導和創新過程實踐等方法，最終實現學生創新能力的培養和提高的目的。同時，建立了實驗創新過程實踐模式，這種模式不僅適用于環境工程學實驗教學，而且也適用于其它教學過程，具有普遍性意義。

一、創新意識是培養學生創新能力的首要條件

創新意識即培養學生具有強烈的創新欲望和興趣，發現問題并積極探求的心理取向以及強烈的事業心、責任感和創新信念品質。教育學家烏申斯基說：沒有絲毫興趣的強制學習，將會扼殺學生探求真理的欲望。可以看出，興趣不但是學習的重要動力，而且興趣也是創新的重要動力，是培養創新能力的基點。同樣，創新的過程需要興趣來維持，在興趣的維持過程中，就會養成強烈的事業心和責任感，就會樹立健全的創新信念，從而為創新能力的培養和提高打下基礎。

在實驗教學過程中創新意識的設置尤為重要，這是興趣開發和維持興趣的基礎。創新意識的設置就是創設問題情境，由此激發探究欲望，問題情境是一種特殊的學習情景，創設良好的問題情境是激發探究欲望的良好開端。問題情境的創設就是孕造一種特殊的氛圍，這種氛圍能夠促使學生的思想在已有知識與新知識之間發生激烈碰撞，從而產生強烈的探知欲望的火花。良好的問題情境創設過程應該是生動直觀、富有啟發性的。其過程可以運用直觀演示產生的問題、實驗前期現象出現的疑問、多媒體動畫的提示、科學預言等手段。其特點是抽象問題具體化、深奧原理形象化、枯燥知識趣味化。作為一門實驗科學的環境工程學，實驗內容真實、過程形象、現象生動。因此，良好的問題情境創設極易喚起學生極大的興趣，能很好地完成實驗科學創新意識的設置。例如，大氣污染物從存在形式上可分為兩大類，即顆粒污染物和氣態污染物，涉及顆粒污染物的一個重要的實驗是“大氣中顆粒污染物樣品的采集”。問題情境創設見圖1。從大氣中顆粒污染物能否看見和實例入手，直至進入實驗，不僅將原理和操作貫穿其中，而且通過問題的提出激發了學生探知興趣。當問題一提出，許多學生例舉了來自大氣中顆粒污染物的各種實例，同時討論了顆粒污染物的危害；而這種危害是學生學習和掌握顆粒污染物采集實驗的原因之一；進而轉入為何采集和如何采集，討論各種采集方法，有的學生雖然提出的方法沒有實用性，但激發了他們思考，而這種思考正是創新的源泉。

二、創新精神是培養學生創新能力的基石

創新精神就是勤于思考，樂于實踐，刻意求新的精神，是一種勇于拋棄舊思想舊事物、創立新思想新事物的精神。對于一個本科生來說，創新精神就是不能滿足已有知識(掌握的書本理論和實驗方法)，應該倡導不斷求新，敢于打破原有框框，不唯書唯上，不盲目效仿別人，敢于質疑權威。當然，創新精神是以遵循客觀規律為前提又符合客觀需要的，創新精神提倡新穎、獨特，同時又要受到道德觀、價值觀、審美觀的制約。因此，創新精神是培養學生創新能力的基石，是當代人應該具備的素質。我們知道，僅僅具備創新意識是不夠的，同時必須賦有創新精神。通過環境工程學實驗，學生能夠初步具有信息加工能力，分析研究問題的能力、動手操作能力，運用技術方法的能力，成果發明和表達能力等。顯然這僅僅是綜合能力的培養，學生還必須結合綜合能力，通過獨立的思考、大膽的探索、標新立異，最后提出自己的新思想、新觀點、新思路、新問題、新設計、新途徑、新方法等。在實驗教學過程中，不斷地灌輸創新精神，激發學生的主動性，使學生踴躍提出新想法。告訴學生無論哪門學科都在不斷地發展，需要新思路和新方法，你們的想法或許就是本學科發展的一個亮點。因此，在實驗教學中允許學生對實驗路線進行合理的修改。雖然有的學生提出的修改并不合理，為了得到驗證的結果，具有說服力，常常耗時耗力，但是使學生擁有了創新精神，這是值得的。

三、創新過程實踐是培養學生創新能力的重要步驟

創新過程實踐即創新活動實施過程，是創新思維實現的過程，因而創新過程實踐是培養創新能力的關鍵所在。環境工程學實驗是一個豐富多彩的思維過程，引導學生通過自身潛能的挖掘，把創新思維寓于實驗的各個環節之中，就會引發深層次的思考，從而培養和提高學生的創新能力。

創新思維實現的過程是一個需要規劃和設計的，對于實驗課程來說是一種教學模式。我們在環境工程學實驗過程中采用了下列模式（見圖2）。在這種模式中，學生首先進行自行設計，畫出實驗流程草圖。因此，學生要得到一個好的理想的或者一個嶄新的結果和結論，必須具備兩個條件:一是對實驗原理和過程非常熟悉和理解透徹；二是必須有創新思維。這兩者缺一不可，前者是基礎，原理和過程理解不透徹，顯然不可能產生設計和構思的靈感，也就無法產生各種可比較的路線，那么嶄新的結果和結論無從談起了。后者是得到嶄新的結果和結論的關鍵，學生具備了前者，如果不進行深層的設計和構思，同樣不會產生各種可比較的路線，也就得不到一個理想的結果和結論。因此這樣的深層的設計和構思就能上升為創新思維，這種創新思維在實驗實踐過程中得到實現，由此創新能力得到了培養和提高。在這種模式下，創新思維可能一次無法成功地實現，但可以返回來重新設計和構思，直至創新思維得以實現。在這種模式下，實驗允許失敗，指導老師的作用也非常重要，指導老師應該鼓勵學生敢于猜想，敢于突破實驗課本的束縛，但又不違背客觀規律。

我們在實施這種模式的過程中發現，學生的基礎理論知識得到了鞏固，學生的實驗興趣得到了極大的提高，創新能力得到了培養和提高。例如，在大氣氣態污染物凈化和回收實驗中，我們準備了各種操作單元設備，主要單元設備有吸收柱、膜接觸器和溶液再生器等，要求學生廣開思路，設計吸收柱和膜接觸器吸收性能比較的流程。圖3是學生設計的三種典型的流程。在這三種流程中，流程1和2是單獨進行性能比較的流程，通常大多數學生均能構思和設計，流程3是性能比較流程的一種組合流程，其特點：性能比較可以在同一再生條件下進行，可提高結果的準確性，同時縮短了流程，節省了材料，但流程較復雜，采用的閥和流量計較多，操作也較復雜，流程3具有明顯的創新性。顯然，流程3不進行深層的創新思維過程是達不到的。這一結果正是實驗創新過程實踐模式所要達到的目的。

四、結論

高等教育一個重要任務就是培養創新型人才，將創新能力的培養貫穿于整個教育教學體系是一個系統工程。而創新能力的培養方式又是多種多樣的。我們根據環境工程學實驗特點，通過創新意識的設置、創新精神的倡導和創新過程實踐等方法，探索了能夠實現學生創新能力培養和提高的目的一條途徑。同時，我們所建立的實驗創新過程實踐模式，能夠適用于其它學科教學過程，是具有普遍性意義的。

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項目基金：南京信息工程大學教改項目（07KC0047）；江蘇省高校大學生實踐創新項目（07CX0009））

（作者單位：江蘇南京信息工程大學）