本科生創新思維培養模式探索

陳一 丁夢 劉文勇 鐘直峰

摘? 要：為培養和強化大學生的創新意識和創新能力，作者在廢棄物材料化再利用本科教學環節中進行探索和實驗，通過多專業課知識串聯教學、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等方式，對學生的理論基礎、設計思路、實驗驗證及實戰能力四方面進行綜合提升，以實現學生創新性思維的培養。該體系被證實可有效提高學生的學習興趣，促進學生養成更具創新性的思維習慣，為學生構建更完善的知識體系打下基礎。

關鍵詞：本科生;創新思維;培養模式

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：“科技興則民族興，科技強則國家強……深化科技體制改革，增強科技創新活力，集中力量推進科技創新，真正把創新驅動發展戰略落到實處。”大學生作為科技創新最廣大的基礎和未來的主力軍，在本科學習期間激發創新思維、培養創新習慣，提升創新能力，無疑將為今后進一步的發展及創新創業打下堅實的基礎。大學生創新能力的培養不僅影響高等院校的創新水平，也關系到國家未來整體的科技創新能力。

國家近年來高度重視對大學生創新性的培養，國務院發布的《關于深化高等學校創新創業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展、最新研究成果和實踐經驗融入課堂教學，注重培養學生的批判性和創造性思維，激發創新創業靈感”“建立創新創業學分積累與轉換制度，探索將學生開展創新實驗、發表論文、獲得專利和自主創業等情況折算為學分，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對創新型人才的培養，無疑是教育工作者積極探索的方向和必須實現的目標。

在大學生的創新性培養方面，先進發達國家走在了前面。美、日、德等國都在高校積極推行創新教育，培養大學生的創新能力。在日本，高校特別重視學生思維訓練和創造力的培養，把培養綜合化人才作為高等教育的目的。東京工業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學生創造性思維的培養，鼓勵學生參加創新競賽，培養學生創新能力。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，強調跨學科的綜合教學，培養學生多元化的思維方式和創造力。美國的教學方式更加靈活，教學時更加注重個性化的培養，如采用任務教學、獨立思考培養法、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造性思考。麻省理工、哈佛等名校將教學與科研完美結合，開展各種創新能力培養實驗，組織學生從事技術發明和新產品開發。通過這些方式培養出來的學生具有非常優秀的創造性思維能力。

隨著我國對于教育的日益重視，國內也有許多理論研究人員和實踐教學者針對大學生創新思維的培養模式，大學生科技創新體系的構建、價值及其在區域經濟發展中的作用，大學生創新體系和國家創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新能力的現狀和對策[1];張彩千、鄭波針對大學生科技創新活動的特征、現狀和實施管理進行了探析，并從隊伍建設、科技文化環境的培植、物質資助和制度、機制的完善等方面進行了論證[2];楊震就高校培養大學生創新能力的重要性和必要性及高校培養大學生創新能力的途徑和方法做了論述[3];周健吉對高校培養學生科技創新能力作出了相應的思考，從大學生科技創新素質的特征與高校培養學生科技創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新能力訓練，提高學生創新能力進行了分析，并就學校管理制度的構建提出了建議[5];彭順金等就高校課程考試評價體系對大學創新教育和大學生創新能力培養的影響進行了論述[6];陳伯云等就傳統教育體制對大學生創新能力培養的“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節，為大學生潛能的開發和創新能力的發揮創造條件[7]。總體而言，所有研究者均認為大學生科技創新能力的培養具有重大的意義和作用，也詳細、深刻地分析了其中的原因，但對于如何實際構建有效的大學生創新能力培養體系，尤其是針對不同培養目標所制定的具體培養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新人才培養模式必有其特性，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，即為本科階段創新思維培養的主要目標。

新材料研發一直是我國科技領域的短板，也是最需要創新思維的領域，極需大量創新型人才投入其中。如何在此領域中培養具有創新型思維的大學生，是本科教學亟待解決的問題。為了探索這方面的經驗，筆者選取材料開發具有特色的廢棄物材料化再利用技術專業選修課作為實踐環節，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新思維能力，得到了一些有益的經驗。

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，針對特定應用領域實現新材料的開發和制備，并初步預測再生材料的相關性能。顯然，這是需要一定創新性思維的，且這種思維的培養是建立在多種專業基礎知識之上的創新，需要較強的綜合能力。而傳統的課程教學更多地只重視知識點的傳授，對于創新思維的培養仍顯著不足。

（一）課程教學中存在的關鍵問題

1. 知識串聯性差。學生在各門專業課程學習后，往往僅掌握了各門課程相關的基礎知識，而沒有建立各專業課知識點之間的有效關聯，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的創新，知識運用的連續性和整體性較差。

2. 創新思維訓練不系統。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模式，無法培養學生多維度的思考和解決綜合性的問題，從而缺乏整體性、系統性的創新思維模式培養。

3. 解決實際問題能力差。學生在新材料開發的創新實戰中效果差，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新的過程，從而無法真正完成從理論到實戰的升華。

（二）課程教學創新具體方式

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

1. 強化課堂教學中的專業知識點串聯，夯實學生創新理論基礎

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課的知識與本課程知識點結合，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，和前置知識的串聯不夠，雖然學生擁有專業基礎，但知識串聯能力不足，很難及時形成完整的創新性思維。

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，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如高分子樹脂、陶瓷、金屬的結構、物性特征、再加工方式及再加工對物質的影響等，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。在農業廢棄物再利用中也應補充講述農業廢棄物如不同類型植物纖維的分子結構、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合，建立系統的知識體系和分析方法，從更加本質的角度揭示廢棄物的結構、物性特征和再次材料化之間的內在關聯，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節，多提出討論性的問題，引導學生對知識進行串聯，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創新能力的培養。在此課程的學習中，僅靠書本知識和設想并不足夠，創新思維的開發必須有實踐的配合，只有將創新性的想法和實驗性驗證相結合，才能完成創新思維培養的閉環。目前的狀況是，該課程更多是理論性的講述，沒有設置創新單元，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節（圖1），讓學生在實際知識應用中培養創新性思維。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”“農業廢棄物制備膜材料”等，要求學生對課題進行系統地思考，并以創業項目書的形式呈現結果。項目書需系統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，由學生結合前期專業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、實驗的結果及匯報的表現來進行綜合評價。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，也可以實現從更宏觀的角度體會再生材料的整個設計流程，完成創新從感性到理性的提升。

3. 引入學科間交叉討論，通過思想碰撞啟發創新思維

在廢棄物材料化再利用中，對二次開發材料的應用應該有深刻的認識，但材料應用于不同領域，僅通過本專業的學習無法完全覆蓋。所以，在課程學習中，創新性地安排了和其他專業學生的交流環節，讓其他專業學生參與課程設計的開題和匯報環節，從應用角度為本專業學生提供建議。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。讓創新性的訓練更加實際，此舉還可以進一步激發學生的學習興趣，拓寬創新思路。

4. 引導學生參與教師科研項目和創新創業大賽，通過實戰提高創新能力

解決實際問題是實踐能力培養的最好渠道，教師的科研課題為學生提供了實戰平臺。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新能力的培養也是義務。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，完成從學習創新到實踐創新的過渡。學生參與項目的形式也有所創新，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。項目采取正規管理模式，要求學生分組按正規的項目申請、項目實施和項目結題形式進行，設置申請和結題匯報環節，所有學生均參與其中共同進行項目創新性、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工作，從而完成一個整體的思維創新的過程。經過綜合評定與篩選學生團隊完成的科研項目，選擇其中創意和完成度較好的項目積極參與國家、省、市級各類創新創業大賽和大學生創新項目，在比賽中進一步打磨創新能力，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，經教改課題組的集體努力，學生累計完成課程設計環節40余次，參加教師科研項目10余項，參與大學生創新競賽4項，學生基本可以完成從課題提出、設計到解決的全部環節，解決實際問題的思考能力顯著提高，普遍展現出一定創新性思維的特征，也出現了多名具有較好創新能力的學生。總體而言，這種新型教學模式優化了知識的串聯、增加了開放設計環節，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成更具創新性的思維習慣，并為學生構建更完善的知識體系打下基礎。

參考文獻：

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