基于創(chuàng)新思維訓(xùn)練的教學(xué)方法探討
——以南京林業(yè)大學(xué)“木材干燥”課程為例

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210037)

南京林業(yè)大學(xué)林業(yè)工程學(xué)科起源于民國時(shí)期的中央大學(xué)和金陵大學(xué)的森林利用等相關(guān)專業(yè)，該學(xué)科在全國學(xué)科水平評(píng)估中始終名列前茅。該學(xué)科承載著保障國家木材安全、提升環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約綜合利用、發(fā)展林業(yè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)及培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才的歷史使命。因此，林業(yè)工程學(xué)科的教師在授課過程中，應(yīng)有意識(shí)地對(duì)學(xué)生開展創(chuàng)新思維訓(xùn)練，以推進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，培養(yǎng)多元化拔尖創(chuàng)新人才。在分析了當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新思維現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合近年“木材干燥”課程的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)基于創(chuàng)新思維訓(xùn)練的教學(xué)方式進(jìn)行了探討，旨在為培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型、創(chuàng)新型林業(yè)工程人才探索新路。

一、創(chuàng)新思維的內(nèi)涵

創(chuàng)新包含了“創(chuàng)造”“更新”和“改變”3層含義，即事物的“從無到有”“以新代舊”和“固而思變”。創(chuàng)新思維指的就是在對(duì)事物進(jìn)行有價(jià)值的“創(chuàng)造”“更新”和“改變”過程中獲得的獨(dú)創(chuàng)思維，它是人們運(yùn)用獨(dú)特、新穎的方式解決問題的思維過程，是思維素質(zhì)、思維心理、思維形式、思維環(huán)境和思維效果的系統(tǒng)綜合反映[1]。創(chuàng)新思維是人類有別于其他動(dòng)物的重要特征，是促進(jìn)人類進(jìn)步的催化劑。常見的創(chuàng)新思維方法包括發(fā)散思維、組合思維、聯(lián)想思維和逆向思維等[2]。

(一)發(fā)散思維

發(fā)散思維指的是人們在解決問題的過程中，從已有信息出發(fā)，排除固定觀念，不受現(xiàn)存方式、方法、規(guī)律和范疇的約束，圍繞某一問題沿著不同方向、不同角度進(jìn)行思考；對(duì)材料、知識(shí)和觀念進(jìn)行重新的組合，盡可能地放開想象；通過某一已知信息思考出盡可能多的思維目標(biāo)。例如，當(dāng)材料的屬性固定時(shí)，人們可以從其功能出發(fā)，構(gòu)想出獲得該功能的各種可能性；當(dāng)材料的功能固定時(shí)，人們可以從其結(jié)構(gòu)出發(fā)，構(gòu)想出利用該結(jié)構(gòu)的各種可能性。

(二)組合思維

組合思維是由兩種或兩種以上思路相交引出的創(chuàng)新思維形式，是一種以綜合分析為基礎(chǔ)，按一定原理或規(guī)則對(duì)現(xiàn)有事物或系統(tǒng)進(jìn)行有效綜合，從而獲得新事物和新系統(tǒng)的創(chuàng)造性思維。它不局限于材料、物品、零部件的組合，可以是信息匯合、事物結(jié)合和排列等。例如，麥克斯韋組合了法拉第的電磁感應(yīng)理論及拉格朗日、漢密爾頓等人的數(shù)學(xué)方法，創(chuàng)造了更加完備的電磁理論。

(三)聯(lián)想思維

聯(lián)想思維是指人們在思考某一問題時(shí)，大腦立即對(duì)存儲(chǔ)的各種信息進(jìn)行編碼加工，借助現(xiàn)有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)或熟悉的事物，獲得借鑒和啟迪的心理過程。在人類征服和改造自然的過程中，發(fā)明創(chuàng)造的一系列勞動(dòng)工具均和聯(lián)想思維有關(guān)。例如一系列的刀、刃等，就是借助工具間形狀或用途的相似性，從石刀聯(lián)想創(chuàng)造出鍘刀、菜刀、手術(shù)刀等一系列切割工具[3]。

(四)逆向思維

逆向思維是與正向思維、常規(guī)思維相反方向的思維過程，以對(duì)立、顛倒、逆轉(zhuǎn)、反面等方式去認(rèn)識(shí)問題、思考問題、解決問題的思維。在現(xiàn)實(shí)生活中，如果一味采用正向思維，容易使人陷入思維定式。研究表明，在實(shí)踐教學(xué)過程中采用逆向思維，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提升教學(xué)質(zhì)量[4]。

二、當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新思維的現(xiàn)狀分析

佩里[5]等將大學(xué)生思維發(fā)展劃分為3個(gè)水平，二元論、相對(duì)論和信奉、承諾意識(shí)。處在二元論水平的人把世界看成是非好即壞、非正確即錯(cuò)誤的二分結(jié)構(gòu)；處于相對(duì)論水平的人能夠接受各種不同的觀點(diǎn)，能夠認(rèn)識(shí)到事物在不同的參照結(jié)構(gòu)、價(jià)值體系中具有不同的性質(zhì)；處在信奉、承諾意識(shí)水平的思考者在面臨許多合理的觀點(diǎn)和關(guān)系時(shí)，能夠堅(jiān)定地根據(jù)邏輯得出自己的看法，能在許多研究的關(guān)系中找出新的關(guān)系，對(duì)自己及他人的思想進(jìn)行思考，具有充分的辯證思維能力。

有關(guān)研究表明，我國大學(xué)生的思維發(fā)展也表現(xiàn)出這3種水平，并且大多數(shù)停留在相對(duì)論階段，較少進(jìn)入信奉、承諾水平。劉巧芝等[6]從浙江省部分高校中隨機(jī)抽取了750名在校大學(xué)生，并對(duì)其進(jìn)行了問卷調(diào)查，得出大學(xué)生的平均創(chuàng)新素質(zhì)得分為2.289分(滿分5分)。李存金等[7]基于問卷調(diào)查的實(shí)證分析結(jié)果，總結(jié)出大學(xué)生創(chuàng)新思維能力的平均得分為2.92分(滿分5分)，其中平均得分最低的因素是創(chuàng)新方法的運(yùn)用(2.21分)。

綜上所述，當(dāng)代大學(xué)生的創(chuàng)新思維能力普遍較低，影響大學(xué)生創(chuàng)新思維的有大學(xué)生自身、教育體系、家庭環(huán)境和社會(huì)環(huán)境等維度因素[8]，其中前兩個(gè)維度因素的影響更為顯著。

(一)大學(xué)生自身影響維度

大學(xué)生的想象力和思維力是檢驗(yàn)創(chuàng)新思維最直接的指標(biāo)。因?yàn)閯?chuàng)新需要對(duì)事物進(jìn)行有價(jià)值的“創(chuàng)造”“更新”和“改變”，所以學(xué)生只有廣泛總結(jié)和歸納基本經(jīng)驗(yàn)，才能提煉出創(chuàng)新活動(dòng)的基本規(guī)律、原則、步驟和方法。在這個(gè)過程中，想象力和思維力是形成創(chuàng)新理論體系的先決條件。林業(yè)工程學(xué)科的授課對(duì)象主要是理工類大學(xué)生，他們學(xué)習(xí)和研究的對(duì)象主要是自然科學(xué)。同文科類學(xué)生相比，理工類大學(xué)生的思維方式更加嚴(yán)謹(jǐn)，研究和解決問題時(shí)更加遵循規(guī)范和要求，所以這使得他們的思維更容易受到經(jīng)驗(yàn)和定律的約束。

(二)教育體系影響維度

從教育體系的角度考慮，在理工類高校的教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)采取的仍是傳統(tǒng)的“教師講，學(xué)生聽”的模式，而實(shí)際上學(xué)生更愿意接受“講授與課堂討論相結(jié)合”和“專題討論”等教學(xué)方式?！敖處熤v，學(xué)生聽”的授課方式重在知識(shí)積累，但對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)則有著明顯的欠缺，未能把創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)滲透在教學(xué)中。單一的授課方式在一定程度上約束了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，影響了學(xué)生創(chuàng)新思維能力的提升。

(三)家庭環(huán)境影響維度

受應(yīng)試教育和傳統(tǒng)觀念的影響，中國大部分家庭非常重視子女對(duì)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠重視。家庭是孩子的第一課堂，家庭生活是孩子個(gè)性自然形成和展示的空間，家庭的教育理念、教育方式對(duì)孩子創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著重要的影響。

(四)社會(huì)環(huán)境影響維度

在社會(huì)環(huán)境的影響維度中，社會(huì)氛圍、社會(huì)價(jià)值觀以及社會(huì)實(shí)踐等，都對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維有著影響?，F(xiàn)階段的社會(huì)創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)與校內(nèi)其他創(chuàng)新實(shí)踐教育活動(dòng)存在重復(fù)的現(xiàn)象，甚至有些是可有可無的。各高校應(yīng)當(dāng)充分利用和強(qiáng)調(diào)各種積極因素，在社會(huì)創(chuàng)新實(shí)踐過程中，從輿論宣傳、價(jià)值觀引導(dǎo)、資金資助、條件支持等方面，營造良好的社會(huì)氛圍，以促進(jìn)大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)[9]。

三、基于創(chuàng)新思維訓(xùn)練的“木材干燥”課程教學(xué)方法的改革

“木材干燥”課程是木材科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，通過研究木材與水分的相互關(guān)系、木材的干燥介質(zhì)、干燥工藝等，使學(xué)生學(xué)會(huì)選擇和制定木材干燥基準(zhǔn)，對(duì)木材干燥生產(chǎn)過程進(jìn)行操作和控制。干燥是從樹木到制備成各類木質(zhì)產(chǎn)品必經(jīng)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，針對(duì)木材樹種、初含水率、尺寸等差異，不同企業(yè)在熱源、熱介質(zhì)、設(shè)備和干燥工藝的選擇與運(yùn)用上各有特色。但無論采取何種干燥方法，其核心原理都是依靠熱力作用排出木材水分?！澳静母稍铩闭n程教學(xué)主要以木材常規(guī)窯干工藝、設(shè)計(jì)及技術(shù)作為重點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹[10]，而對(duì)于特種干燥方法的講授比重較低且相對(duì)較為獨(dú)立。筆者在課程授課過程中，通過強(qiáng)化木材干燥的核心原理，利用對(duì)比、組合、發(fā)散等教學(xué)方法，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。

(一)對(duì)比教學(xué)法

雖然木材窯干作為一種常規(guī)方法得到了廣泛應(yīng)用，但木材窯干存在熱量消耗大、水分蒸發(fā)溫度高、厚板干燥困難等實(shí)際問題。針對(duì)熱量消耗大的問題，筆者將其與空調(diào)除濕的工作原理進(jìn)行了對(duì)比，引導(dǎo)學(xué)生了解除濕干燥也可以作為特種干燥方法；針對(duì)厚板干燥困難的問題，筆者通過對(duì)比微波爐的加熱原理，將“高頻/微波干燥”作為特種干燥方法進(jìn)行介紹。在學(xué)生在了解了除濕干燥、高頻/微波干燥等特種干燥方法的同時(shí)，筆者還引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生利用對(duì)比的方式對(duì)木材干燥的方式、設(shè)備、技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。

(二)組合教學(xué)法

組合的核心是“由兩種或兩種以上思路相交，對(duì)現(xiàn)有事物或系統(tǒng)進(jìn)行有效的綜合”。在聯(lián)想思維的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生利用組合思維進(jìn)行創(chuàng)新，因?yàn)橛辛寺?lián)想思維的鋪墊，學(xué)生可以將高頻/微波干燥與真空干燥相結(jié)合，利用二者的優(yōu)點(diǎn)，在降低水分蒸發(fā)溫度的同時(shí)，又保證了厚板的均勻加熱。此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)干燥設(shè)備、檢測儀表等進(jìn)行創(chuàng)新，如學(xué)生自發(fā)組合出板材干燥質(zhì)量較優(yōu)的“干燥方法+干燥設(shè)備+干燥窯”工藝技術(shù)。組合教學(xué)的效果表明，組合法可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)生可以結(jié)合不同事物的優(yōu)點(diǎn)，整合出新的干燥手段。

(三)發(fā)散教學(xué)法

林業(yè)工程學(xué)科的學(xué)生有時(shí)會(huì)把自己局限在本學(xué)科內(nèi)，思考問題、解決問題的角度比較單一、固定。因此，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生利用發(fā)散思維，排除固定觀點(diǎn)，不受現(xiàn)存方式、方法的約束，對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行消化和理解。在授課過程中，筆者引導(dǎo)學(xué)生從水分蒸發(fā)這一已知信息出發(fā)，使干燥對(duì)象跳出木材行業(yè)的范疇，主動(dòng)吸收引進(jìn)其他行業(yè)的干燥技術(shù)，如食品干燥、化工干燥等，對(duì)木材干燥進(jìn)行方法、設(shè)備的創(chuàng)新。實(shí)際授課效果表明，啟發(fā)學(xué)生將目光投向其他行業(yè)，也是對(duì)其創(chuàng)新思維的訓(xùn)練。值得注意的是，對(duì)于其他行業(yè)技術(shù)、思維模式不能完全套用，因?yàn)椴煌母稍飳?duì)象，其物性存在著差異。但是發(fā)散性思維方法有助于幫助學(xué)生擴(kuò)大知識(shí)面，使學(xué)生的創(chuàng)新思維得以延伸。實(shí)踐證明，通過創(chuàng)新思維培養(yǎng)，學(xué)生對(duì)木材干燥有了更深的理解。在以往的教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)除濕干燥、高頻干燥和真空干燥等特種干燥方法的理解存在著一定的偏差，而利用對(duì)比、發(fā)散等教學(xué)方法后，學(xué)生會(huì)從差異性出發(fā)理解不同干燥方法間的區(qū)別，對(duì)課程知識(shí)的把握更加準(zhǔn)確。

四、基于創(chuàng)新思維訓(xùn)練的“木材干燥”課程教學(xué)方法的改革成效

(一)提高了教學(xué)效果

“木材干燥”課程教學(xué)結(jié)束后，筆者以調(diào)查問卷的形式對(duì)課程教學(xué)效果進(jìn)行了調(diào)查。結(jié)果顯示，80%以上的學(xué)生表示這種授課方式有助于對(duì)理論知識(shí)的理解和強(qiáng)化。隨著學(xué)生對(duì)知識(shí)理解能力的提高，相伴而來的是學(xué)生表達(dá)、溝通、自主學(xué)習(xí)能力的提升。79.5%的學(xué)生認(rèn)為提高了溝通能力，82%的學(xué)生認(rèn)為提高了自主學(xué)習(xí)能力，81%的學(xué)生認(rèn)為提高了個(gè)人綜合能力。由此可見，教學(xué)方法的改變極大的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也為有效實(shí)施“以學(xué)生為中心”的教育模式提供了有利條件，具體效果見表1。

表1 基于創(chuàng)新思維訓(xùn)練的“木材干燥”課程教學(xué)方法改革的效果 %

(二)增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力

教學(xué)方法的改革，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如，筆者在提出如何解決熱量消耗大、厚板干燥困難這兩個(gè)問題后，學(xué)生可以自行思考解決水分蒸發(fā)溫度高的問題。因?yàn)橛辛藢?duì)比實(shí)例，學(xué)生自然而然地聯(lián)想到利用高壓鍋的工作原理，即在一定真空度條件下、降低水的沸騰溫度，從而在較低的熱量供應(yīng)條件下實(shí)現(xiàn)木材內(nèi)部水分的快速蒸發(fā)。這種以問題為切入點(diǎn)的授課方式，有助于學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握，也強(qiáng)化了學(xué)生的聯(lián)想思維。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，筆者改革了“木材干燥”課程考核形式，采取撰寫小論文和PPT口頭報(bào)告等作為平時(shí)考核的內(nèi)容。學(xué)生可以圍繞木材干燥的熱源、介質(zhì)、設(shè)備或工藝任選一角度，作為小論文的選題，針對(duì)現(xiàn)階段木材干燥存在的缺點(diǎn)或限制進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)。

實(shí)踐表明，經(jīng)過創(chuàng)新思維訓(xùn)練后，大部分學(xué)生能夠自主查閱文獻(xiàn)、開展實(shí)際調(diào)研，主動(dòng)對(duì)現(xiàn)階段木材干燥方法進(jìn)行改進(jìn)。有的學(xué)生創(chuàng)新性的提出以生物質(zhì)燃料作能源，利用蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的過熱蒸汽對(duì)材性較差的人工林軟質(zhì)木材進(jìn)行整形壓縮，之后排出的蒸汽與部分過熱蒸汽混合，供給預(yù)干處理；有的學(xué)生提出太陽能熱泵烘干房以及由太陽能與電氣進(jìn)行聯(lián)合干燥；有的學(xué)生提出了新型單板干燥轉(zhuǎn)動(dòng)軸；等等。

基于創(chuàng)新思維訓(xùn)練的“木材干燥”課程教學(xué)方法的改革，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動(dòng)性，加深了學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的理解，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，為培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型、創(chuàng)新型林業(yè)工程人才打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。