“过程式学习”培养化工大学生创新能力*

魏立纲，黄德智，安庆大，翟尚儒，崔贺民，赵 雪

(1 大连工业大学轻工与化学工程学院，辽宁 大连 116034；2 大连中汇达科学仪器有限公司，辽宁 大连 116023)

在复杂的国际环境下，以科技创新作为发展驱动是保证“一带一路”、“中国制造2025”、“国内国际双循环”等发展战略顺利实施的关键，从而实现我国国民经济健康可持续发展[1]。为了实现这一目标，需要大量具有专业素质、创新能力的“复合型”人才。近年来，除了专业知识讲授和实践技能提升以外，大学生创新能力已经成为高等学校的主要培养目标之一[2-3]。

作为以轻工为特色的工科院校，大连工业大学(以下称我校)化工专业大学生的培养目标主要是面向化工、炼油、制药、材料、轻工、能源、环境等部门，培养德智体美劳全面发展，掌握化学工程与工艺专业知识，具有较强工程实践能力和创新意识，具备适应经济社会发展的具有良好的人文、职业素养、社会责任感和一定的国际化视野，扎实的自然科学知识，较强的工程设计、技术开发和管理素质，能够在石油化工、煤化工、能源等领域从事工程设计、技术开发、生产运行与管理工作的应用型人才。化工专业的毕业生应该具备综合运用基础理论知识和先进的专业技术手段，对新产品、新工艺、新技术和新设备进行化工过程研究、开发和综合设计的能力，并能对化工过程涉及的经济、环境等分析的初步能力；同时具有较强的知识更新能力、创新意识、实践能力、组织协调能力、团队合作意识以及跨文化的交流、竞争与合作能力[4-6]。只有具备上述素质的化工专业大学生才能在走出大学校门，进入社会以后，自勉自励，做一个主动有为的人。

1 大学生创新能力培养现状

为贯彻国家教育方针，全面推进素质教育，积极参与科学研究、创新活动、科技竞赛等实践活动，激发和培养大学生的创新精神、创业意识和实践能力，提高大学生科学素质，创新能力培养贯穿我校本科生教育全过程。在第四学年(1)学期，化工专业增加了化工综合创新训练课程，使大学生的创新能力全面提升。设立“创新创业能力与综合素质拓展”学分(2.0分)，学生可以通过参加国家、省、学校等各级创新训练/竞赛项目(本专业或跨专业皆可)获得学分。近年来，“挑战杯”、“ 创新创业竞赛”、“化工设计竞赛”等创新创业竞赛不断设立，为学生们提供了展现创新能力和综合素质的平台。我校鼓励学生跨专业组合参加创新训练/竞赛项目，例如化工专业学生与包装、轻化、环境专业学生一起组合，参加该专业类别项目，反之亦可。这样不仅拓展大学生知识面，提高综合素养，还有利于激发科研创新的潜能。上述创新教育实施的效果在大学生考研、求职过程中已得到充分体现。

但是，目前化工专业大学生的创新能力培养仍然存在一些问题。首先，能力培养课程/项目时间短。创新能力培养一个不断积累知识的漫长过程。根据笔者经验，在正常上课情况下，至少需要2年时间才能获得创新能力明显提升。但是，化工综合创新训练课程时间仅有半个学期，而且一般创新训练项目时间均为1年。在这样短时间内，学生能力提升有限，有些项目无法取得预期成果；而项目结束后，学生的积极性也难于持续。其次，部分学生的主动性和积极性不高，只为了获得创新创业学分。导致这种现象的原因很多，没有从创新过程中获得新鲜感、成就感可能是其中之一。大部分创新题目都在指导教师科研项目框架内，少有学生自己立题，这使得学生可能对从事创新的题目根本不感兴趣，把创新训练变成“例行公事”。另外，科研过程参与度低，不清楚研究背景和目标，也可能是部分大学生的主动性差的原因之一。甚至有已经完成较多实验的学生仍然不知道自己为什么做、做出结果有什么用，被动学习程度可见一斑。针对上述问题，根据十年来指导大学生创新活动的经验，结合化工专业创新活动的特点，笔者提出基于“过程式学习”的大学生创新能力培养方案。

2 基于“过程式学习”的培养方案

创新能力培养依托于指导教师的纵向、横向科研项目，这样能够为能力培养提供物质储备和学术基础，参与课题组研发，体会科研氛围。为了保护大学生科研兴趣，实行学生、指导教师双选，真正实现做自己喜欢的事。学生从大一第1学期即开始选择创新课题，进入课题组，基于“过程式学习”得到创新能力培养；培养结束时间为大三第2学期，总体学习时间为2～3年，基本满足科研创新能力培养对时间的要求。所谓“过程式学习”就是按照科研过程的基本步骤(选题、实验、分析、综合等)，深入参与每一个环节，完成相关能力训练。“过程式”学习可以有步骤、有目的培养大学生创新能力[7-9]。

选题是创新的开始。首先，要求学生自行学习课本以外的专业知识，阅读文献，补强知识欠缺，这一阶段约持续1～1.5年。半年以后，对课题相关有一定见识的学生确定课题。选题过程中，不仅了解国内外相关理论技术发展、掌握技术优点和劣势，从而提出开展自己课题的必要性和重要意义，明确课题创新点。撰写开题报告，确定研究目标和内容，确定你解决的关键科学技术问题，指定研究方案，从理论和实践上对其进行可行性分析。

化工是实验学科，掌握实验技术是创新的保证。在实验阶段，需先进行相关安全培训，熟悉并掌握化工实验操作规程。在实验技术上进行培训，指导教师监督实验流程，要求学生做好实验记录。一般，通过重复4～5次实验，考察实验结果可重复性，可以判断学生对实验程序、操作技巧、设备使用等方面掌握情况。指导学生进行误差分析，掌握产生误差原因，保证数据准确性。通过实践操作训练，学生实践能力可得到本质上提高。

数据分析是创新的关键，没有正确的分析方法，获得的实验数据仅仅是数字，得不到任何有价值的规律性结果。首先，指导学生按照正确和适当的形式将实验数据绘制图表，以便清楚展现实验规律。如果实验数据规律性不明显，需要进一步处理。在学生研究催化木质素氧化降解过程中，从木质素加入量、初始O2压、温度、时间等操作参数来看，没有发现催化剂-1和催化剂-2之间对木质素降解率提高存在协同作用。如果引入催化剂/木质素加入量比这一参数，发现在高比率(8 mmol/g)时，混合催化剂作用下木质素降解率高于单一催化剂-1或-2时的结果；但是，低比率(4～6 mmol/g)时，没有发现这一现象。这说明，只有在足够量(≥8 mmol/g)条件下，两种催化剂协同作用才会显现。根据这一发现，学生及时调整操作参数，获得了较好的实验结果，木质素转化率达到80%以上。从这一实例可以看出，数据分析在挖掘潜在信息的重要性。

在上述工作的基础上，综合数据分析和结果，做出理论或技术上有价值、对下一步工作指导意义的总结。这一点需要一定知识积累和研究经历才能做出，可以在教师指导下进行。用PPT形式总结、汇报自己工作，既锻炼PPT制作，也将零散结果综合展示。通过综合这一步，可以发现各个部分之间的关联，确定前后数据是否相互支撑。如果时间允许，学生有撰写文章的意愿，应在老师指导下完成文章写作，在将心中所想转化为文字的过程中，对数据和结果再一次综合整理，思维更加严谨。综合结果并做出总结，标志学生科研素质和能力本质上提升，应该引起指导教师的重视[4,10]。

3 培养方案实施中存在问题和解决途径

上述培养方案基本是基于科研项目研发的“过程式学习”模式。严格贯彻此培养方式，大学生的创新能力必然提高。但是，在实施过程中，仍然会存在诸多问题，需要采用适当方法加以解决。

(1)学生选题不具可行性

囿于知识欠缺，学生提出的研究课题可能不具备实践上和理论上可行性。这是在科研“过程式学习”中大概率出现的问题。除了指导教师的引导，举行以选题为主题的“头脑风暴”讨论是解决方法之一[11-12]。研究生作为会议主持和记录，指导教师不参加会议。在会议中鼓励学生敢于发言，畅快交流，提出尽可能多的课题，从其中选出1～2个符合科研发展趋势，有足够创新性的课题。这样的讨论会提供了研究生和大学生之间互相学习和交流的机会。

(2)难以保证实验连贯性

目前，我校大学生第一、二学年讲授课程较多，甚至周末都安排了实验课程。由于化工实验耗时长，难有完整时间段来完成一个工作。根据这一现实情况，要求大学生每周找出2个半天时间来完成实验，并由2～3名不同班级的同学组建实验小组，充分利用上课时间差别。从近两年实施效果看，这种组合方法基本能够保证完成既定的实验计划。

(3)难以保持对科研的热情

科研过程充满艰辛且周期漫长，寄希望大学生靠自己思想觉悟保持热情，不可行也不现实。如果没有恰当的指导机制，学生往往是带着热情进入实验室，却总是被一点点磨灭。所以，在培养方案实施过程中，指定一名研究生作为科研领路人，首先教会实验流程，然后再自己做实验；配备一个负责任的导师，随时愿意帮助学生，回答学生的问题。导师不仅关心学生的学术方面成长，还需注意思想情绪的变化。现在大学生多是00后一代，有思想活跃，积极进取的一面，也有抗压承受能力偏弱的问题。面对学生思想波动，导师要对他们多一些宽容，少一些责备。另外，维持课题组和谐的氛围，对大学生真正融入科研训练中也是非常重要的。

(4)数据分析、综合浮于表面

正确而全面分析实验数据，是提升大学生创新能力的关键。但是。大多数学生能够准确完成实验工作，得到可信的数据。但是，这种简单重复、熟练操作的实验技能，不符合大学生创新能力培养要求。真正具有分析、综合能力的大学生尚少，这主要是受到对课题认知水平的限制。首先，定期举行文献报告(3周/次)；通过学习文献工作中如何进行数据分析、机理探究。“采他山之石以攻玉，纳百家之长以厚己”。其次，在学生分析综合的基础上，指导教师与学生面对面交流，指出需要提高和改正的地方。通过反复数次修改，直至形成以PPT和结题报告形式的合格总结。

4 结 语

针对化工科研的特点，提出利用“过程式学习”方法培养大学生创新能力的方案。按照选题、实验、分析、综合等化工科研的基本步骤，使大学生参与每一个环节，完成相关能力训练。通过近年的培养实践，取得了一定成果，共计12名大学生直接参与5项科研项目研发，获得创新创业竞赛省级二等奖以上奖励20余项，申请专利8项，授权专利4项。在教育实践过程中，需要结合学生自身特点和教育目标变化，调整具体的培养方案，进一步丰富教学方法。