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)和強化大學生的創(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環(huán)節(jié)中進行探索和實驗，通過多專業(yè)課知識串聯(lián)教學、綜合性課程設計的設置、不同學科交叉討論及引入科研實戰(zhàn)等方式，對學生的理論基礎、設計思路、實驗驗證及實戰(zhàn)能力四方面進行綜合提升，以實現(xiàn)學生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。該體系被證實可有效提高學生的學習興趣，促進學生養(yǎng)成更具創(chuàng)新性的思維習慣，為學生構(gòu)建更完善的知識體系打下基礎。

關鍵詞：本科生;創(chuàng)新思維;培養(yǎng)模式

中圖分類號：C961? ? ? ?文獻標志碼：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

習近平總書記強調(diào)：“科技興則民族興，科技強則國家強……深化科技體制改革，增強科技創(chuàng)新活力，集中力量推進科技創(chuàng)新，真正把創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略落到實處。”大學生作為科技創(chuàng)新最廣大的基礎和未來的主力軍，在本科學習期間激發(fā)創(chuàng)新思維、培養(yǎng)創(chuàng)新習慣，提升創(chuàng)新能力，無疑將為今后進一步的發(fā)展及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下堅實的基礎。大學生創(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生創(chuàng)新性的培養(yǎng)，國務院發(fā)布的《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》對教學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，擴大小班化教學覆蓋面，推動教師把國際前沿學術發(fā)展、最新研究成果和實踐經(jīng)驗融入課堂教學，注重培養(yǎng)學生的批判性和創(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)學分積累與轉(zhuǎn)換制度，探索將學生開展創(chuàng)新實驗、發(fā)表論文、獲得專利和自主創(chuàng)業(yè)等情況折算為學分，將學生參與課題研究、項目實驗等活動認定為課堂學習”等。如何將以上意見和綱領落到實處，采取切實可行的方式方法實現(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現(xiàn)的目標。

在大學生的創(chuàng)新性培養(yǎng)方面，先進發(fā)達國家走在了前面。美、日、德等國都在高校積極推行創(chuàng)新教育，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力。在日本，高校特別重視學生思維訓練和創(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)大學成立高新技術教育中心，在教育目標、課程設計等方面強調(diào)學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，鼓勵學生參加創(chuàng)新競賽，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。德國在一貫嚴謹務實的基礎和理念上，也積極推進教學改革，強調(diào)跨學科的綜合教學，培養(yǎng)學生多元化的思維方式和創(chuàng)造力。美國的教學方式更加靈活，教學時更加注重個性化的培養(yǎng)，如采用任務教學、獨立思考培養(yǎng)法、案例教學法等方式，鼓勵學生們標新立異，運用一定的方法進行創(chuàng)造性思考。麻省理工、哈佛等名校將教學與科研完美結(jié)合，開展各種創(chuàng)新能力培養(yǎng)實驗，組織學生從事技術發(fā)明和新產(chǎn)品開發(fā)。通過這些方式培養(yǎng)出來的學生具有非常優(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踐教學者針對大學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)模式，大學生科技創(chuàng)新體系的構(gòu)建、價值及其在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中的作用，大學生創(chuàng)新體系和國家創(chuàng)新體系的融合等方面進行了探索，成果頗豐。如張金洲、曹勝波解析了大學生科技創(chuàng)新能力的現(xiàn)狀和對策[1];張彩千、鄭波針對大學生科技創(chuàng)新活動的特征、現(xiàn)狀和實施管理進行了探析，并從隊伍建設、科技文化環(huán)境的培植、物質(zhì)資助和制度、機制的完善等方面進行了論證[2];楊震就高校培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的重要性和必要性及高校培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的途徑和方法做了論述[3];周健吉對高校培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新能力作出了相應的思考，從大學生科技創(chuàng)新素質(zhì)的特征與高校培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新能力的途徑兩個方面入手進行了分析[4];高煒森、李小艷就如何在高校中加強學生科技創(chuàng)新能力訓練，提高學生創(chuàng)新能力進行了分析，并就學校管理制度的構(gòu)建提出了建議[5];彭順金等就高校課程考試評價體系對大學創(chuàng)新教育和大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響進行了論述[6];陳伯云等就傳統(tǒng)教育體制對大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“瓶頸”問題進行分析，提出在我國大學生的教學應加強實踐教學環(huán)節(jié)，為大學生潛能的開發(fā)和創(chuàng)新能力的發(fā)揮創(chuàng)造條件[7]。總體而言，所有研究者均認為大學生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重大的意義和作用，也詳細、深刻地分析了其中的原因，但對于如何實際構(gòu)建有效的大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，尤其是針對不同培養(yǎng)目標所制定的具體培養(yǎng)方案和實例涉及甚少。同時，本科教育中，學科之間差異巨大，不同學科的特點也決定了其創(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，通過學習讓學生擁有舉一反三的能力，學會結(jié)合不同層面知識理性思考、合理拓展，進而以新的方法去解決一些實際問題，即為本科階段創(chuàng)新思維培養(yǎng)的主要目標。

新材料研發(fā)一直是我國科技領域的短板，也是最需要創(chuàng)新思維的領域，極需大量創(chuàng)新型人才投入其中。如何在此領域中培養(yǎng)具有創(chuàng)新型思維的大學生，是本科教學亟待解決的問題。為了探索這方面的經(jīng)驗，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專業(yè)選修課作為實踐環(huán)節(jié)，通過特殊的教學方式設定，尤其是基于學科交叉的思想，在教學中提高學生的創(chuàng)新思維能力，得到了一些有益的經(jīng)驗。

一、課程實踐

廢棄物材料化再利用技術課程是材料學專業(yè)課程，學習目標是讓學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。通過課程的學習，學生可針對各類廢棄物設計再生工藝流程，針對特定應用領域?qū)崿F(xiàn)新材料的開發(fā)和制備，并初步預測再生材料的相關性能。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)基礎知識之上的創(chuàng)新，需要較強的綜合能力。而傳統(tǒng)的課程教學更多地只重視知識點的傳授，對于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)仍顯著不足。

（一）課程教學中存在的關鍵問題

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

2. 創(chuàng)新思維訓練不系統(tǒng)。本科教學中單門課程的課程設計實踐僅提煉出重點的孤立題目以訓練學生在一個知識點上的實踐能力，是一種片段化的思維培養(yǎng)模式，無法培養(yǎng)學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. 解決實際問題能力差。學生在新材料開發(fā)的創(chuàng)新實戰(zhàn)中效果差，具有一定預設性的實踐無法讓學生感受真實問題解決時的復雜性，由于沒有正確的方式和足夠的機會單獨完成新材料創(chuàng)新的過程，從而無法真正完成從理論到實戰(zhàn)的升華。

（二）課程教學創(chuàng)新具體方式

針對以上創(chuàng)新性思維培養(yǎng)中的問題，筆者在課程教學中進行了創(chuàng)新，通過多專業(yè)課知識串聯(lián)教學、綜合性課程設計的設置、不同學科的交叉討論及引入實戰(zhàn)等方式，對學生的理論基礎、實踐創(chuàng)新、動手能力及實戰(zhàn)模擬四方面進行綜合提升，以實現(xiàn)對學生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

1. 強化課堂教學中的專業(yè)知識點串聯(lián)，夯實學生創(chuàng)新理論基礎

廢棄物材料化再利用技術是材料學科的下游課程，綜合性、實用性很強。要想學好這門課程，需要將前期所學相關專業(yè)課的知識與本課程知識點結(jié)合，做到融會貫通。以包裝廢棄物再生新材料技術為例，這個過程涉及包裝廢棄物的分類與組成、物質(zhì)的物理、化學特性，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)教學中，一般僅就材料的回收、處理及再加工制備有詳細的介紹，和前置知識的串聯(lián)不夠，雖然學生擁有專業(yè)基礎，但知識串聯(lián)能力不足，很難及時形成完整的創(chuàng)新性思維。

因此，在課程講解時，必須花一些時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，還應就廢棄物二次加工制備新材料的應用領域、應用要求進行講解。在農(nóng)業(yè)廢棄物再利用中也應補充講述農(nóng)業(yè)廢棄物如不同類型植物纖維的分子結(jié)構(gòu)、物理化學特性、加工方式對物性的影響、加工裝備等，還應對廢棄物材料化中涉及的物質(zhì)表征方式進行概述。將廢棄物再利用本身的知識點和上下游知識點相結(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)在關聯(lián)，讓學生可以從更高和更廣的角度認知廢棄物的再利用，從而夯實創(chuàng)新的基礎。有了基礎知識作為保障，在課堂中適當設置互動環(huán)節(jié)，多提出討論性的問題，引導學生對知識進行串聯(lián)，形成一定解決問題的能力。

2. 開設綜合性、設計性、高自由度課程設計，提升實踐創(chuàng)新能力

廢棄物材料化再利用技術課程具有鮮明的實踐屬性，學習的最終目標是完成以廢棄物為原料的新材料開發(fā)和應用，這就要求學生帶著目標去學習和思考，通過綜合各方面信息實現(xiàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在此課程的學習中，僅靠書本知識和設想并不足夠，創(chuàng)新思維的開發(fā)必須有實踐的配合，只有將創(chuàng)新性的想法和實驗性驗證相結(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，沒有設置創(chuàng)新單元，即使有實驗也僅開設了固定的幾個安排好的實驗，完全起不到啟發(fā)性的效果。

基于此，在本課程中，我們設置了綜合性、設計性的課程設計環(huán)節(jié)（圖1），讓學生在實際知識應用中培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。課程開始時即進行分組并提出設計要求，以5～8人為一組，針對一個大方向進行選題和綜合性設計。設置開放性的課題如“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，要求學生對課題進行系統(tǒng)地思考，并以創(chuàng)業(yè)項目書的形式呈現(xiàn)結(jié)果。項目書需系統(tǒng)表述再生材料的應用領域和物性要求，并設計廢棄物的分選、處理、再加工方式和具體工藝。與此同時，設置開放性實驗時段，由學生結(jié)合前期專業(yè)實驗課中學習過的實驗提出計劃，在老師輔導下進行探索性實驗，充分驗證所設定技術路線的可行性。設計完成后，采用更加靈活而全面的評價體系，即從再生材料選擇的合理性、解決問題路線的正確性、設計的完成度、實驗的結(jié)果及匯報的表現(xiàn)來進行綜合評價。通過這種開放性課程設計模式，既強化了學生對于課程知識點的掌握，也可以實現(xiàn)從更宏觀的角度體會再生材料的整個設計流程，完成創(chuàng)新從感性到理性的提升。

3. 引入學科間交叉討論，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)材料的應用應該有深刻的認識，但材料應用于不同領域，僅通過本專業(yè)的學習無法完全覆蓋。所以，在課程學習中，創(chuàng)新性地安排了和其他專業(yè)學生的交流環(huán)節(jié)，讓其他專業(yè)學生參與課程設計的開題和匯報環(huán)節(jié)，從應用角度為本專業(yè)學生提供建議。如廢棄物制備建筑用材料課程設計中，安排建筑專業(yè)的學生和老師參與，探討廢棄物用于不同建筑材料領域如外墻材料、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，讓本課程的學生對于材料開發(fā)應用具有更加清晰的認知，更貼近實際情況，做到有的放矢。讓創(chuàng)新性的訓練更加實際，此舉還可以進一步激發(fā)學生的學習興趣，拓寬創(chuàng)新思路。

4. 引導學生參與教師科研項目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，通過實戰(zhàn)提高創(chuàng)新能力

解決實際問題是實踐能力培養(yǎng)的最好渠道，教師的科研課題為學生提供了實戰(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，用于對學生科研與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也是義務。在課程教學中，收集教師的科研課題，細致分解和本課程相關的部分讓學生參與其中，讓學生真正走進課題組、走進實驗室，走進企業(yè)，完成從學習創(chuàng)新到實踐創(chuàng)新的過渡。學生參與項目的形式也有所創(chuàng)新，不讓學生僅僅進行“聽從式”實驗操作，而是讓其有獨立思考的空間。項目采取正規(guī)管理模式，要求學生分組按正規(guī)的項目申請、項目實施和項目結(jié)題形式進行，設置申請和結(jié)題匯報環(huán)節(jié)，所有學生均參與其中共同進行項目創(chuàng)新性、科學性、完成性的論證和評價，老師全程進行輔助和輔導。項目制的實施使得學生至少可以完成一個完整項目的開發(fā)工作，從而完成一個整體的思維創(chuàng)新的過程。經(jīng)過綜合評定與篩選學生團隊完成的科研項目，選擇其中創(chuàng)意和完成度較好的項目積極參與國家、省、市級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和大學生創(chuàng)新項目，在比賽中進一步打磨創(chuàng)新能力，在學生中起到示范和帶動作用。

二、實踐效果

通過兩年的教學實踐，效果改善非常明顯，學生對本門課程的學習興趣越來越濃，積極性越來越高，基礎知識的掌握更加牢固。其間，經(jīng)教改課題組的集體努力，學生累計完成課程設計環(huán)節(jié)40余次，參加教師科研項目10余項，參與大學生創(chuàng)新競賽4項，學生基本可以完成從課題提出、設計到解決的全部環(huán)節(jié)，解決實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)新能力的學生。總體而言，這種新型教學模式優(yōu)化了知識的串聯(lián)、增加了開放設計環(huán)節(jié)，強化了學科之間的交流并盡可能讓學生參與實際的科研項目，通過多管齊下促進學生養(yǎng)成更具創(chuàng)新性的思維習慣，并為學生構(gòu)建更完善的知識體系打下基礎。

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