本科生创新思维培养模式探索

陈一 丁梦 刘文勇 钟直峰

摘  要：为培养和强化大学生的创新意识和创新能力，作者在废弃物材料化再利用本科教学环节中进行探索和实验，通过多专业课知识串联教学、综合性课程设计的设置、不同学科交叉讨论及引入科研实战等方式，对学生的理论基础、设计思路、实验验证及实战能力四方面进行综合提升，以实现学生创新性思维的培养。该体系被证实可有效提高学生的学习兴趣，促进学生养成更具创新性的思维习惯，为学生构建更完善的知识体系打下基础。

关键词：本科生;创新思维;培养模式

中图分类号：C961       文献标志码：A          文章编号：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

習近平总书记强调：“科技兴则民族兴，科技强则国家强……深化科技体制改革，增强科技创新活力，集中力量推进科技创新，真正把创新驱动发展战略落到实处。”大学生作为科技创新最广大的基础和未来的主力军，在本科学习期间激发创新思维、培养创新习惯，提升创新能力，无疑将为今后进一步的发展及创新创业打下坚实的基础。大学生创新能力的培养不仅影响高等院校的创新水平，也关系到国家未来整体的科技创新能力。

国家近年来高度重视对大学生创新性的培养，国务院发布的《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》对教学方法和考核方式的改革提出了具体要求，如“开展启发式、讨论式、参与式教学，扩大小班化教学覆盖面，推动教师把国际前沿学术发展、最新研究成果和实践经验融入课堂教学，注重培养学生的批判性和创造性思维，激发创新创业灵感”“建立创新创业学分积累与转换制度，探索将学生开展创新实验、发表论文、获得专利和自主创业等情况折算为学分，将学生参与课题研究、项目实验等活动认定为课堂学习”等。如何将以上意见和纲领落到实处，采取切实可行的方式方法实现对创新型人才的培养，无疑是教育工作者积极探索的方向和必须实现的目标。

在大学生的创新性培养方面，先进发达国家走在了前面。美、日、德等国都在高校积极推行创新教育，培养大学生的创新能力。在日本，高校特别重视学生思维训练和创造力的培养，把培养综合化人才作为高等教育的目的。东京工业大学成立高新技术教育中心，在教育目标、课程设计等方面强调学生创造性思维的培养，鼓励学生参加创新竞赛，培养学生创新能力。德国在一贯严谨务实的基础和理念上，也积极推进教学改革，强调跨学科的综合教学，培养学生多元化的思维方式和创造力。美国的教学方式更加灵活，教学时更加注重个性化的培养，如采用任务教学、独立思考培养法、案例教学法等方式，鼓励学生们标新立异，运用一定的方法进行创造性思考。麻省理工、哈佛等名校将教学与科研完美结合，开展各种创新能力培养实验，组织学生从事技术发明和新产品开发。通过这些方式培养出来的学生具有非常优秀的创造性思维能力。

随着我国对于教育的日益重视，国内也有许多理论研究人员和实践教学者针对大学生创新思维的培养模式，大学生科技创新体系的构建、价值及其在区域经济发展中的作用，大学生创新体系和国家创新体系的融合等方面进行了探索，成果颇丰。如张金洲、曹胜波解析了大学生科技创新能力的现状和对策[1];张彩千、郑波针对大学生科技创新活动的特征、现状和实施管理进行了探析，并从队伍建设、科技文化环境的培植、物质资助和制度、机制的完善等方面进行了论证[2];杨震就高校培养大学生创新能力的重要性和必要性及高校培养大学生创新能力的途径和方法做了论述[3];周健吉对高校培养学生科技创新能力作出了相应的思考，从大学生科技创新素质的特征与高校培养学生科技创新能力的途径两个方面入手进行了分析[4];高炜森、李小艳就如何在高校中加强学生科技创新能力训练，提高学生创新能力进行了分析，并就学校管理制度的构建提出了建议[5];彭顺金等就高校课程考试评价体系对大学创新教育和大学生创新能力培养的影响进行了论述[6];陈伯云等就传统教育体制对大学生创新能力培养的“瓶颈”问题进行分析，提出在我国大学生的教学应加强实践教学环节，为大学生潜能的开发和创新能力的发挥创造条件[7]。总体而言，所有研究者均认为大学生科技创新能力的培养具有重大的意义和作用，也详细、深刻地分析了其中的原因，但对于如何实际构建有效的大学生创新能力培养体系，尤其是针对不同培养目标所制定的具体培养方案和实例涉及甚少。同时，本科教育中，学科之间差异巨大，不同学科的特点也决定了其创新人才培养模式必有其特性，不可一概而论。在工科教育中，通过学习让学生拥有举一反三的能力，学会结合不同层面知识理性思考、合理拓展，进而以新的方法去解决一些实际问题，即为本科阶段创新思维培养的主要目标。

新材料研发一直是我国科技领域的短板，也是最需要创新思维的领域，极需大量创新型人才投入其中。如何在此领域中培养具有创新型思维的大学生，是本科教学亟待解决的问题。为了探索这方面的经验，笔者选取材料开发具有特色的废弃物材料化再利用技术专业选修课作为实践环节，通过特殊的教学方式设定，尤其是基于学科交叉的思想，在教学中提高学生的创新思维能力，得到了一些有益的经验。

一、课程实践

废弃物材料化再利用技术课程是材料学专业课程，学习目标是让学生掌握废弃物的分类、特征、处理及其二次材料化的方式和再生材料的性能。通过课程的学习，学生可针对各类废弃物设计再生工艺流程，针对特定应用领域实现新材料的开发和制备，并初步预测再生材料的相关性能。显然，这是需要一定创新性思维的，且这种思维的培养是建立在多种专业基础知识之上的创新，需要较强的综合能力。而传统的课程教学更多地只重视知识点的传授，对于创新思维的培养仍显著不足。

（一）课程教学中存在的关键问题

1. 知识串联性差。学生在各门专业课程学习后，往往仅掌握了各门课程相关的基础知识，而没有建立各专业课知识点之间的有效关联，形成了知识“孤岛”，从而导致无法融会贯通地将其运用到新材料开发的创新，知识运用的连续性和整体性较差。

2. 创新思维训练不系统。本科教学中单门课程的课程设计实践仅提炼出重点的孤立题目以训练学生在一个知识点上的实践能力，是一种片段化的思维培养模式，无法培养学生多维度的思考和解决综合性的问题，从而缺乏整体性、系统性的创新思维模式培养。

3. 解决实际问题能力差。学生在新材料开发的创新实战中效果差，具有一定预设性的实践无法让学生感受真实问题解决时的复杂性，由于没有正确的方式和足够的机会单独完成新材料创新的过程，从而无法真正完成从理论到实战的升华。

（二）课程教学创新具体方式

针对以上创新性思维培养中的问题，笔者在课程教学中进行了创新，通过多专业课知识串联教学、综合性课程设计的设置、不同学科的交叉讨论及引入实战等方式，对学生的理论基础、实践创新、动手能力及实战模拟四方面进行综合提升，以实现对学生创新性思维的培养。

1. 强化课堂教学中的专业知识点串联，夯实学生创新理论基础

废弃物材料化再利用技术是材料学科的下游课程，综合性、实用性很强。要想学好这门课程，需要将前期所学相关专业课的知识与本课程知识点结合，做到融会贯通。以包装废弃物再生新材料技术为例，这个过程涉及包装废弃物的分类与组成、物质的物理、化学特性，材料加工性能，再生新材料的制备方式、工艺和性能要求等。在本门课程的传统教学中，一般仅就材料的回收、处理及再加工制备有详细的介绍，和前置知识的串联不够，虽然学生拥有专业基础，但知识串联能力不足，很难及时形成完整的创新性思维。

因此，在课程讲解时，必须花一些时间完成上下游知识的串联，形成整体概念。如在包装废弃物材料化再利用中既需要系统讲解包装废弃物的种类、分选、处理等，也需重温包装废弃物中不同物质如高分子树脂、陶瓷、金属的结构、物性特征、再加工方式及再加工对物质的影响等，还应就废弃物二次加工制备新材料的应用领域、应用要求进行讲解。在农业废弃物再利用中也应补充讲述农业废弃物如不同类型植物纤维的分子结构、物理化学特性、加工方式对物性的影响、加工装备等，还应对废弃物材料化中涉及的物质表征方式进行概述。将废弃物再利用本身的知识点和上下游知识点相结合，建立系统的知识体系和分析方法，从更加本质的角度揭示废弃物的结构、物性特征和再次材料化之间的内在关联，让学生可以从更高和更广的角度认知废弃物的再利用，从而夯实创新的基础。有了基础知识作为保障，在课堂中适当设置互动环节，多提出讨论性的问题，引导学生对知识进行串联，形成一定解决问题的能力。

2. 开设综合性、设计性、高自由度课程设计，提升实践创新能力

废弃物材料化再利用技术课程具有鲜明的实践属性，学习的最终目标是完成以废弃物为原料的新材料开发和应用，这就要求学生带着目标去学习和思考，通过综合各方面信息实现创新能力的培养。在此课程的学习中，仅靠书本知识和设想并不足够，创新思维的开发必须有实践的配合，只有将创新性的想法和实验性验证相结合，才能完成创新思维培养的闭环。目前的状况是，该课程更多是理论性的讲述，没有设置创新单元，即使有实验也仅开设了固定的几个安排好的实验，完全起不到启发性的效果。

基于此，在本课程中，我们设置了综合性、设计性的课程设计环节（图1），让学生在实际知识应用中培养创新性思维。课程开始时即进行分组并提出设计要求，以5～8人为一组，针对一个大方向进行选题和综合性设计。设置开放性的课题如“包装废弃物再生建筑用材料”“农业废弃物制备膜材料”等，要求学生对课题进行系统地思考，并以创业项目书的形式呈现结果。项目书需系统表述再生材料的应用领域和物性要求，并设计废弃物的分选、处理、再加工方式和具体工艺。与此同时，设置开放性实验时段，由学生结合前期专业实验课中学习过的实验提出计划，在老师辅导下进行探索性实验，充分验证所设定技术路线的可行性。设计完成后，采用更加灵活而全面的评价体系，即从再生材料选择的合理性、解决问题路线的正确性、设计的完成度、实验的结果及汇报的表现来进行综合评价。通过这种开放性课程设计模式，既强化了学生对于课程知识点的掌握，也可以实现从更宏观的角度体会再生材料的整个设计流程，完成创新从感性到理性的提升。

3. 引入学科间交叉讨论，通过思想碰撞启发创新思维

在废弃物材料化再利用中，对二次开发材料的应用应该有深刻的认识，但材料应用于不同领域，仅通过本专业的學习无法完全覆盖。所以，在课程学习中，创新性地安排了和其他专业学生的交流环节，让其他专业学生参与课程设计的开题和汇报环节，从应用角度为本专业学生提供建议。如废弃物制备建筑用材料课程设计中，安排建筑专业的学生和老师参与，探讨废弃物用于不同建筑材料领域如外墙材料、内部材料、装饰材料的可能性和具体方案。通过思想的碰撞，让本课程的学生对于材料开发应用具有更加清晰的认知，更贴近实际情况，做到有的放矢。让创新性的训练更加实际，此举还可以进一步激发学生的学习兴趣，拓宽创新思路。

4. 引导学生参与教师科研项目和创新创业大赛，通过实战提高创新能力

解决实际问题是实践能力培养的最好渠道，教师的科研课题为学生提供了实战平台。一方面，科研是科研工作者的本職工作和追求;另一方面，将科研课题融入教学，用于对学生科研与创新能力的培养也是义务。在课程教学中，收集教师的科研课题，细致分解和本课程相关的部分让学生参与其中，让学生真正走进课题组、走进实验室，走进企业，完成从学习创新到实践创新的过渡。学生参与项目的形式也有所创新，不让学生仅仅进行“听从式”实验操作，而是让其有独立思考的空间。项目采取正规管理模式，要求学生分组按正规的项目申请、项目实施和项目结题形式进行，设置申请和结题汇报环节，所有学生均参与其中共同进行项目创新性、科学性、完成性的论证和评价，老师全程进行辅助和辅导。项目制的实施使得学生至少可以完成一个完整项目的开发工作，从而完成一个整体的思维创新的过程。经过综合评定与筛选学生团队完成的科研项目，选择其中创意和完成度较好的项目积极参与国家、省、市级各类创新创业大赛和大学生创新项目，在比赛中进一步打磨创新能力，在学生中起到示范和带动作用。

二、实践效果

通过两年的教学实践，效果改善非常明显，学生对本门课程的学习兴趣越来越浓，积极性越来越高，基础知识的掌握更加牢固。其间，经教改课题组的集体努力，学生累计完成课程设计环节40余次，参加教师科研项目10余项，参与大学生创新竞赛4项，学生基本可以完成从课题提出、设计到解决的全部环节，解决实际问题的思考能力显著提高，普遍展现出一定创新性思维的特征，也出现了多名具有较好创新能力的学生。总体而言，这种新型教学模式优化了知识的串联、增加了开放设计环节，强化了学科之间的交流并尽可能让学生参与实际的科研项目，通过多管齐下促进学生养成更具创新性的思维习惯，并为学生构建更完善的知识体系打下基础。

参考文献：

[1]张金洲，曹胜波.浅析我校大学生科技创新能力的现状和对策[J].华中农业大学学报（社会科学版），2000（2）：72-73.

[2]张彩千，郑波.大学生科技创新活动的特征、现状和实施管理探析[J].和田师范专科学校学报，2005（1）：86-88.

[3]杨震.论新时期大学生科技创新能力的培养[J].学校党建与思想教育，2016（8）：44-45.

[4]周健吉.对高校培养学生科技创新能力的思考[J].中国校外教育（理论），2007（8）：26.

[5]高炜森，李小艳.高等学校学生科技创新能力培养的实践与思考[J].教育与职业，2013（9）：185-186.

[6]彭顺金，周怡，李新.高校课程考试评价体系对大学创新教育和大学生创新能力培养的影响[J].教育教学论坛，2015（2）：112-114.

[7]陈伯云，漆晗东，李国平，等.加强实践性教学环节 培养大学生专利创新能力[J].经济师，2004（6）：70-71.