基于创新思维训练的教学方法探讨——以南京林业大学“木材干燥”课程为例

(南京林业大学材料科学与工程学院，南京 210037)

南京林业大学林业工程学科起源于民国时期的中央大学和金陵大学的森林利用等相关专业，该学科在全国学科水平评估中始终名列前茅。该学科承载着保障国家木材安全、提升环境保护与资源节约综合利用、发展林业战略性新兴产业及培养高素质专门人才的历史使命。因此，林业工程学科的教师在授课过程中，应有意识地对学生开展创新思维训练，以推进学生的个性化发展，培养多元化拔尖创新人才。在分析了当代大学生创新思维现状的基础上，笔者结合近年“木材干燥”课程的教学实践，对基于创新思维训练的教学方式进行了探讨，旨在为培养高素质、复合型、创新型林业工程人才探索新路。

一、创新思维的内涵

创新包含了“创造”“更新”和“改变”3层含义，即事物的“从无到有”“以新代旧”和“固而思变”。创新思维指的就是在对事物进行有价值的“创造”“更新”和“改变”过程中获得的独创思维，它是人们运用独特、新颖的方式解决问题的思维过程，是思维素质、思维心理、思维形式、思维环境和思维效果的系统综合反映[1]。创新思维是人类有别于其他动物的重要特征，是促进人类进步的催化剂。常见的创新思维方法包括发散思维、组合思维、联想思维和逆向思维等[2]。

(一)发散思维

发散思维指的是人们在解决问题的过程中，从已有信息出发，排除固定观念，不受现存方式、方法、规律和范畴的约束，围绕某一问题沿着不同方向、不同角度进行思考；对材料、知识和观念进行重新的组合，尽可能地放开想象；通过某一已知信息思考出尽可能多的思维目标。例如，当材料的属性固定时，人们可以从其功能出发，构想出获得该功能的各种可能性；当材料的功能固定时，人们可以从其结构出发，构想出利用该结构的各种可能性。

(二)组合思维

组合思维是由两种或两种以上思路相交引出的创新思维形式，是一种以综合分析为基础，按一定原理或规则对现有事物或系统进行有效综合，从而获得新事物和新系统的创造性思维。它不局限于材料、物品、零部件的组合，可以是信息汇合、事物结合和排列等。例如，麦克斯韦组合了法拉第的电磁感应理论及拉格朗日、汉密尔顿等人的数学方法，创造了更加完备的电磁理论。

(三)联想思维

联想思维是指人们在思考某一问题时，大脑立即对存储的各种信息进行编码加工，借助现有知识、经验或熟悉的事物，获得借鉴和启迪的心理过程。在人类征服和改造自然的过程中，发明创造的一系列劳动工具均和联想思维有关。例如一系列的刀、刃等，就是借助工具间形状或用途的相似性，从石刀联想创造出铡刀、菜刀、手术刀等一系列切割工具[3]。

(四)逆向思维

逆向思维是与正向思维、常规思维相反方向的思维过程，以对立、颠倒、逆转、反面等方式去认识问题、思考问题、解决问题的思维。在现实生活中，如果一味采用正向思维，容易使人陷入思维定式。研究表明，在实践教学过程中采用逆向思维，可以激发学生的学习兴趣，有效提升教学质量[4]。

二、当代大学生创新思维的现状分析

佩里[5]等将大学生思维发展划分为3个水平，二元论、相对论和信奉、承诺意识。处在二元论水平的人把世界看成是非好即坏、非正确即错误的二分结构；处于相对论水平的人能够接受各种不同的观点，能够认识到事物在不同的参照结构、价值体系中具有不同的性质；处在信奉、承诺意识水平的思考者在面临许多合理的观点和关系时，能够坚定地根据逻辑得出自己的看法，能在许多研究的关系中找出新的关系，对自己及他人的思想进行思考，具有充分的辩证思维能力。

有关研究表明，我国大学生的思维发展也表现出这3种水平，并且大多数停留在相对论阶段，较少进入信奉、承诺水平。刘巧芝等[6]从浙江省部分高校中随机抽取了750名在校大学生，并对其进行了问卷调查，得出大学生的平均创新素质得分为2.289分(满分5分)。李存金等[7]基于问卷调查的实证分析结果，总结出大学生创新思维能力的平均得分为2.92分(满分5分)，其中平均得分最低的因素是创新方法的运用(2.21分)。

综上所述，当代大学生的创新思维能力普遍较低，影响大学生创新思维的有大学生自身、教育体系、家庭环境和社会环境等维度因素[8]，其中前两个维度因素的影响更为显著。

(一)大学生自身影响维度

大学生的想象力和思维力是检验创新思维最直接的指标。因为创新需要对事物进行有价值的“创造”“更新”和“改变”，所以学生只有广泛总结和归纳基本经验，才能提炼出创新活动的基本规律、原则、步骤和方法。在这个过程中，想象力和思维力是形成创新理论体系的先决条件。林业工程学科的授课对象主要是理工类大学生，他们学习和研究的对象主要是自然科学。同文科类学生相比，理工类大学生的思维方式更加严谨，研究和解决问题时更加遵循规范和要求，所以这使得他们的思维更容易受到经验和定律的约束。

(二)教育体系影响维度

从教育体系的角度考虑，在理工类高校的教学实践中，教学采取的仍是传统的“教师讲，学生听”的模式，而实际上学生更愿意接受“讲授与课堂讨论相结合”和“专题讨论”等教学方式。“教师讲，学生听”的授课方式重在知识积累，但对学生综合能力的培养则有着明显的欠缺，未能把创新思维能力的培养渗透在教学中。单一的授课方式在一定程度上约束了学生的个性发展，影响了学生创新思维能力的提升。

(三)家庭环境影响维度

受应试教育和传统观念的影响，中国大部分家庭非常重视子女对课程知识的学习，对实践和创新能力的培养不够重视。家庭是孩子的第一课堂，家庭生活是孩子个性自然形成和展示的空间，家庭的教育理念、教育方式对孩子创新能力的培养有着重要的影响。

(四)社会环境影响维度

在社会环境的影响维度中，社会氛围、社会价值观以及社会实践等，都对学生的创新思维有着影响。现阶段的社会创新实践活动与校内其他创新实践教育活动存在重复的现象，甚至有些是可有可无的。各高校应当充分利用和强调各种积极因素，在社会创新实践过程中，从舆论宣传、价值观引导、资金资助、条件支持等方面，营造良好的社会氛围，以促进大学生的创新实践活动[9]。

三、基于创新思维训练的“木材干燥”课程教学方法的改革

“木材干燥”课程是木材科学与工程专业的基础课程，通过研究木材与水分的相互关系、木材的干燥介质、干燥工艺等，使学生学会选择和制定木材干燥基准，对木材干燥生产过程进行操作和控制。干燥是从树木到制备成各类木质产品必经的重要技术环节。在实际生产当中，针对木材树种、初含水率、尺寸等差异，不同企业在热源、热介质、设备和干燥工艺的选择与运用上各有特色。但无论采取何种干燥方法，其核心原理都是依靠热力作用排出木材水分。“木材干燥”课程教学主要以木材常规窑干工艺、设计及技术作为重点进行详细介绍[10]，而对于特种干燥方法的讲授比重较低且相对较为独立。笔者在课程授课过程中，通过强化木材干燥的核心原理，利用对比、组合、发散等教学方法，对学生进行了创新思维的训练。

(一)对比教学法

虽然木材窑干作为一种常规方法得到了广泛应用，但木材窑干存在热量消耗大、水分蒸发温度高、厚板干燥困难等实际问题。针对热量消耗大的问题，笔者将其与空调除湿的工作原理进行了对比，引导学生了解除湿干燥也可以作为特种干燥方法；针对厚板干燥困难的问题，笔者通过对比微波炉的加热原理，将“高频/微波干燥”作为特种干燥方法进行介绍。在学生在了解了除湿干燥、高频/微波干燥等特种干燥方法的同时，笔者还引导启发学生利用对比的方式对木材干燥的方式、设备、技术进行创新。

(二)组合教学法

组合的核心是“由两种或两种以上思路相交，对现有事物或系统进行有效的综合”。在联想思维的基础上，可以引导学生利用组合思维进行创新，因为有了联想思维的铺垫，学生可以将高频/微波干燥与真空干燥相结合，利用二者的优点，在降低水分蒸发温度的同时，又保证了厚板的均匀加热。此外，教师还可以引导学生对干燥设备、检测仪表等进行创新，如学生自发组合出板材干燥质量较优的“干燥方法+干燥设备+干燥窑”工艺技术。组合教学的效果表明，组合法可以进一步强化学生的创新思维，学生可以结合不同事物的优点，整合出新的干燥手段。

(三)发散教学法

林业工程学科的学生有时会把自己局限在本学科内，思考问题、解决问题的角度比较单一、固定。因此，教师应引导学生利用发散思维，排除固定观点，不受现存方式、方法的约束，对课程知识进行消化和理解。在授课过程中，笔者引导学生从水分蒸发这一已知信息出发，使干燥对象跳出木材行业的范畴，主动吸收引进其他行业的干燥技术，如食品干燥、化工干燥等，对木材干燥进行方法、设备的创新。实际授课效果表明，启发学生将目光投向其他行业，也是对其创新思维的训练。值得注意的是，对于其他行业技术、思维模式不能完全套用，因为不同的干燥对象，其物性存在着差异。但是发散性思维方法有助于帮助学生扩大知识面，使学生的创新思维得以延伸。实践证明，通过创新思维培养，学生对木材干燥有了更深的理解。在以往的教学过程中笔者发现，学生对除湿干燥、高频干燥和真空干燥等特种干燥方法的理解存在着一定的偏差，而利用对比、发散等教学方法后，学生会从差异性出发理解不同干燥方法间的区别，对课程知识的把握更加准确。

四、基于创新思维训练的“木材干燥”课程教学方法的改革成效

(一)提高了教学效果

“木材干燥”课程教学结束后，笔者以调查问卷的形式对课程教学效果进行了调查。结果显示，80%以上的学生表示这种授课方式有助于对理论知识的理解和强化。随着学生对知识理解能力的提高，相伴而来的是学生表达、沟通、自主学习能力的提升。79.5%的学生认为提高了沟通能力，82%的学生认为提高了自主学习能力，81%的学生认为提高了个人综合能力。由此可见，教学方法的改变极大的提高了学生学习的积极性，也为有效实施“以学生为中心”的教育模式提供了有利条件，具体效果见表1。

表1 基于创新思维训练的“木材干燥”课程教学方法改革的效果 %

(二)增强了学生的创新能力

教学方法的改革，增强了学生的创新能力。例如，笔者在提出如何解决热量消耗大、厚板干燥困难这两个问题后，学生可以自行思考解决水分蒸发温度高的问题。因为有了对比实例，学生自然而然地联想到利用高压锅的工作原理，即在一定真空度条件下、降低水的沸腾温度，从而在较低的热量供应条件下实现木材内部水分的快速蒸发。这种以问题为切入点的授课方式，有助于学生对课程知识的掌握，也强化了学生的联想思维。为了培养学生的创新能力，笔者改革了“木材干燥”课程考核形式，采取撰写小论文和PPT口头报告等作为平时考核的内容。学生可以围绕木材干燥的热源、介质、设备或工艺任选一角度，作为小论文的选题，针对现阶段木材干燥存在的缺点或限制进行创新性改进。

实践表明，经过创新思维训练后，大部分学生能够自主查阅文献、开展实际调研，主动对现阶段木材干燥方法进行改进。有的学生创新性的提出以生物质燃料作能源，利用蒸汽发生器产生的过热蒸汽对材性较差的人工林软质木材进行整形压缩，之后排出的蒸汽与部分过热蒸汽混合，供给预干处理；有的学生提出太阳能热泵烘干房以及由太阳能与电气进行联合干燥；有的学生提出了新型单板干燥转动轴；等等。

基于创新思维训练的“木材干燥”课程教学方法的改革，充分调动了学生学习的积极性和主观能动性，加深了学生对于基础知识的理解，培养了学生的创新思维，为培养高素质、复合型、创新型林业工程人才打下了扎实基础。