“過程式學習”培養(yǎng)化工大學生創(chuàng)新能力*

魏立綱，黃德智，安慶大，翟尚儒，崔賀民，趙 雪

(1 大連工業(yè)大學輕工與化學工程學院，遼寧 大連 116034；2 大連中匯達科學儀器有限公司，遼寧 大連 116023)

在復雜的國際環(huán)境下，以科技創(chuàng)新作為發(fā)展驅動是保證“一帶一路”、“中國制造2025”、“國內國際雙循環(huán)”等發(fā)展戰(zhàn)略順利實施的關鍵，從而實現(xiàn)我國國民經濟健康可持續(xù)發(fā)展[1]。為了實現(xiàn)這一目標，需要大量具有專業(yè)素質、創(chuàng)新能力的“復合型”人才。近年來，除了專業(yè)知識講授和實踐技能提升以外，大學生創(chuàng)新能力已經成為高等學校的主要培養(yǎng)目標之一[2-3]。

作為以輕工為特色的工科院校，大連工業(yè)大學(以下稱我校)化工專業(yè)大學生的培養(yǎng)目標主要是面向化工、煉油、制藥、材料、輕工、能源、環(huán)境等部門，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展，掌握化學工程與工藝專業(yè)知識，具有較強工程實踐能力和創(chuàng)新意識，具備適應經濟社會發(fā)展的具有良好的人文、職業(yè)素養(yǎng)、社會責任感和一定的國際化視野，扎實的自然科學知識，較強的工程設計、技術開發(fā)和管理素質，能夠在石油化工、煤化工、能源等領域從事工程設計、技術開發(fā)、生產運行與管理工作的應用型人才?；I(yè)的畢業(yè)生應該具備綜合運用基礎理論知識和先進的專業(yè)技術手段，對新產品、新工藝、新技術和新設備進行化工過程研究、開發(fā)和綜合設計的能力，并能對化工過程涉及的經濟、環(huán)境等分析的初步能力；同時具有較強的知識更新能力、創(chuàng)新意識、實踐能力、組織協(xié)調能力、團隊合作意識以及跨文化的交流、競爭與合作能力[4-6]。只有具備上述素質的化工專業(yè)大學生才能在走出大學校門，進入社會以后，自勉自勵，做一個主動有為的人。

1 大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

為貫徹國家教育方針，全面推進素質教育，積極參與科學研究、創(chuàng)新活動、科技競賽等實踐活動，激發(fā)和培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和實踐能力，提高大學生科學素質，創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿我校本科生教育全過程。在第四學年(1)學期，化工專業(yè)增加了化工綜合創(chuàng)新訓練課程，使大學生的創(chuàng)新能力全面提升。設立“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與綜合素質拓展”學分(2.0分)，學生可以通過參加國家、省、學校等各級創(chuàng)新訓練/競賽項目(本專業(yè)或跨專業(yè)皆可)獲得學分。近年來，“挑戰(zhàn)杯”、“ 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽”、“化工設計競賽”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽不斷設立，為學生們提供了展現(xiàn)創(chuàng)新能力和綜合素質的平臺。我校鼓勵學生跨專業(yè)組合參加創(chuàng)新訓練/競賽項目，例如化工專業(yè)學生與包裝、輕化、環(huán)境專業(yè)學生一起組合，參加該專業(yè)類別項目，反之亦可。這樣不僅拓展大學生知識面，提高綜合素養(yǎng)，還有利于激發(fā)科研創(chuàng)新的潛能。上述創(chuàng)新教育實施的效果在大學生考研、求職過程中已得到充分體現(xiàn)。

但是，目前化工專業(yè)大學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)仍然存在一些問題。首先，能力培養(yǎng)課程/項目時間短。創(chuàng)新能力培養(yǎng)一個不斷積累知識的漫長過程。根據(jù)筆者經驗，在正常上課情況下，至少需要2年時間才能獲得創(chuàng)新能力明顯提升。但是，化工綜合創(chuàng)新訓練課程時間僅有半個學期，而且一般創(chuàng)新訓練項目時間均為1年。在這樣短時間內，學生能力提升有限，有些項目無法取得預期成果；而項目結束后，學生的積極性也難于持續(xù)。其次，部分學生的主動性和積極性不高，只為了獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學分。導致這種現(xiàn)象的原因很多，沒有從創(chuàng)新過程中獲得新鮮感、成就感可能是其中之一。大部分創(chuàng)新題目都在指導教師科研項目框架內，少有學生自己立題，這使得學生可能對從事創(chuàng)新的題目根本不感興趣，把創(chuàng)新訓練變成“例行公事”。另外，科研過程參與度低，不清楚研究背景和目標，也可能是部分大學生的主動性差的原因之一。甚至有已經完成較多實驗的學生仍然不知道自己為什么做、做出結果有什么用，被動學習程度可見一斑。針對上述問題，根據(jù)十年來指導大學生創(chuàng)新活動的經驗，結合化工專業(yè)創(chuàng)新活動的特點，筆者提出基于“過程式學習”的大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案。

2 基于“過程式學習”的培養(yǎng)方案

創(chuàng)新能力培養(yǎng)依托于指導教師的縱向、橫向科研項目，這樣能夠為能力培養(yǎng)提供物質儲備和學術基礎，參與課題組研發(fā)，體會科研氛圍。為了保護大學生科研興趣，實行學生、指導教師雙選，真正實現(xiàn)做自己喜歡的事。學生從大一第1學期即開始選擇創(chuàng)新課題，進入課題組，基于“過程式學習”得到創(chuàng)新能力培養(yǎng)；培養(yǎng)結束時間為大三第2學期，總體學習時間為2～3年，基本滿足科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)對時間的要求。所謂“過程式學習”就是按照科研過程的基本步驟(選題、實驗、分析、綜合等)，深入?yún)⑴c每一個環(huán)節(jié)，完成相關能力訓練?！斑^程式”學習可以有步驟、有目的培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力[7-9]。

選題是創(chuàng)新的開始。首先，要求學生自行學習課本以外的專業(yè)知識，閱讀文獻，補強知識欠缺，這一階段約持續(xù)1～1.5年。半年以后，對課題相關有一定見識的學生確定課題。選題過程中，不僅了解國內外相關理論技術發(fā)展、掌握技術優(yōu)點和劣勢，從而提出開展自己課題的必要性和重要意義，明確課題創(chuàng)新點。撰寫開題報告，確定研究目標和內容，確定你解決的關鍵科學技術問題，指定研究方案，從理論和實踐上對其進行可行性分析。

化工是實驗學科，掌握實驗技術是創(chuàng)新的保證。在實驗階段，需先進行相關安全培訓，熟悉并掌握化工實驗操作規(guī)程。在實驗技術上進行培訓，指導教師監(jiān)督實驗流程，要求學生做好實驗記錄。一般，通過重復4～5次實驗，考察實驗結果可重復性，可以判斷學生對實驗程序、操作技巧、設備使用等方面掌握情況。指導學生進行誤差分析，掌握產生誤差原因，保證數(shù)據(jù)準確性。通過實踐操作訓練，學生實踐能力可得到本質上提高。

數(shù)據(jù)分析是創(chuàng)新的關鍵，沒有正確的分析方法，獲得的實驗數(shù)據(jù)僅僅是數(shù)字，得不到任何有價值的規(guī)律性結果。首先，指導學生按照正確和適當?shù)男问綄嶒灁?shù)據(jù)繪制圖表，以便清楚展現(xiàn)實驗規(guī)律。如果實驗數(shù)據(jù)規(guī)律性不明顯，需要進一步處理。在學生研究催化木質素氧化降解過程中，從木質素加入量、初始O2壓、溫度、時間等操作參數(shù)來看，沒有發(fā)現(xiàn)催化劑-1和催化劑-2之間對木質素降解率提高存在協(xié)同作用。如果引入催化劑/木質素加入量比這一參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在高比率(8 mmol/g)時，混合催化劑作用下木質素降解率高于單一催化劑-1或-2時的結果；但是，低比率(4～6 mmol/g)時，沒有發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。這說明，只有在足夠量(≥8 mmol/g)條件下，兩種催化劑協(xié)同作用才會顯現(xiàn)。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，學生及時調整操作參數(shù)，獲得了較好的實驗結果，木質素轉化率達到80%以上。從這一實例可以看出，數(shù)據(jù)分析在挖掘潛在信息的重要性。

在上述工作的基礎上，綜合數(shù)據(jù)分析和結果，做出理論或技術上有價值、對下一步工作指導意義的總結。這一點需要一定知識積累和研究經歷才能做出，可以在教師指導下進行。用PPT形式總結、匯報自己工作，既鍛煉PPT制作，也將零散結果綜合展示。通過綜合這一步，可以發(fā)現(xiàn)各個部分之間的關聯(lián)，確定前后數(shù)據(jù)是否相互支撐。如果時間允許，學生有撰寫文章的意愿，應在老師指導下完成文章寫作，在將心中所想轉化為文字的過程中，對數(shù)據(jù)和結果再一次綜合整理，思維更加嚴謹。綜合結果并做出總結，標志學生科研素質和能力本質上提升，應該引起指導教師的重視[4,10]。

3 培養(yǎng)方案實施中存在問題和解決途徑

上述培養(yǎng)方案基本是基于科研項目研發(fā)的“過程式學習”模式。嚴格貫徹此培養(yǎng)方式，大學生的創(chuàng)新能力必然提高。但是，在實施過程中，仍然會存在諸多問題，需要采用適當方法加以解決。

(1)學生選題不具可行性

囿于知識欠缺，學生提出的研究課題可能不具備實踐上和理論上可行性。這是在科研“過程式學習”中大概率出現(xiàn)的問題。除了指導教師的引導，舉行以選題為主題的“頭腦風暴”討論是解決方法之一[11-12]。研究生作為會議主持和記錄，指導教師不參加會議。在會議中鼓勵學生敢于發(fā)言，暢快交流，提出盡可能多的課題，從其中選出1～2個符合科研發(fā)展趨勢，有足夠創(chuàng)新性的課題。這樣的討論會提供了研究生和大學生之間互相學習和交流的機會。

(2)難以保證實驗連貫性

目前，我校大學生第一、二學年講授課程較多，甚至周末都安排了實驗課程。由于化工實驗耗時長，難有完整時間段來完成一個工作。根據(jù)這一現(xiàn)實情況，要求大學生每周找出2個半天時間來完成實驗，并由2～3名不同班級的同學組建實驗小組，充分利用上課時間差別。從近兩年實施效果看，這種組合方法基本能夠保證完成既定的實驗計劃。

(3)難以保持對科研的熱情

科研過程充滿艱辛且周期漫長，寄希望大學生靠自己思想覺悟保持熱情，不可行也不現(xiàn)實。如果沒有恰當?shù)闹笇C制，學生往往是帶著熱情進入實驗室，卻總是被一點點磨滅。所以，在培養(yǎng)方案實施過程中，指定一名研究生作為科研領路人，首先教會實驗流程，然后再自己做實驗；配備一個負責任的導師，隨時愿意幫助學生，回答學生的問題。導師不僅關心學生的學術方面成長，還需注意思想情緒的變化?，F(xiàn)在大學生多是00后一代，有思想活躍，積極進取的一面，也有抗壓承受能力偏弱的問題。面對學生思想波動，導師要對他們多一些寬容，少一些責備。另外，維持課題組和諧的氛圍，對大學生真正融入科研訓練中也是非常重要的。

(4)數(shù)據(jù)分析、綜合浮于表面

正確而全面分析實驗數(shù)據(jù)，是提升大學生創(chuàng)新能力的關鍵。但是。大多數(shù)學生能夠準確完成實驗工作，得到可信的數(shù)據(jù)。但是，這種簡單重復、熟練操作的實驗技能，不符合大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)要求。真正具有分析、綜合能力的大學生尚少，這主要是受到對課題認知水平的限制。首先，定期舉行文獻報告(3周/次)；通過學習文獻工作中如何進行數(shù)據(jù)分析、機理探究。“采他山之石以攻玉，納百家之長以厚己”。其次，在學生分析綜合的基礎上，指導教師與學生面對面交流，指出需要提高和改正的地方。通過反復數(shù)次修改，直至形成以PPT和結題報告形式的合格總結。

4 結 語

針對化工科研的特點，提出利用“過程式學習”方法培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的方案。按照選題、實驗、分析、綜合等化工科研的基本步驟，使大學生參與每一個環(huán)節(jié)，完成相關能力訓練。通過近年的培養(yǎng)實踐，取得了一定成果，共計12名大學生直接參與5項科研項目研發(fā)，獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽省級二等獎以上獎勵20余項，申請專利8項，授權專利4項。在教育實踐過程中，需要結合學生自身特點和教育目標變化，調整具體的培養(yǎng)方案，進一步豐富教學方法。