结合专业背景对全体本科生实施创新教育

路长 汪莉霞

摘要：对全体本科生进行创新教育，扩大创新人群，才能更好地实现“万众创新”。福布斯富豪榜也显示，中美的富豪中都是本科学历占绝大多数。在学生专业知识和专业背景基础上进行创新培养，更有利于学生理解和掌握如何进行创新。结合专业课实施的创新教育包括以下内容：传播创新精神，结合问题分析启发创新内容，在教学中引导创新方法，通过课程作业培养创新思维，通过设计实验锻炼创新实践。最终实现对学生创新能力的培养与提升。

关键词：本科;创新教育;专业;培养

中图分类号：G640     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）14-0137-05

创新的重要性是毋庸置疑的。现代生活中涉及的各种产品、种种便利都是人类创新的结果。我们国家也形成了创新发展的指导思想，习近平总书记指出“国际经济竞争甚至综合国力竞争，说到底就是创新能力的竞争。谁能在创新上下先手棋，谁就能掌握主动。我们要大力实施创新驱动发展战略，加快完善创新机制，全方位推进科技创新、企业创新、产品创新、市场创新、品牌创新，加快科技成果向现实生产力转化，推动科技和经济紧密结合”[1]。“实施创新驱动发展战略决定着中华民族前途命运。没有强大的科技，‘两个翻番‘两个一百年的奋斗目标难以顺利达成，中国梦这篇大文章难以顺利写下去，我们也难以从大国走向强国。全党全社会都要充分认识科技创新的巨大作用，把创新驱动发展作为面向未来的一项重大战略，常抓不懈”[2]。李克强总理提出，要在960万平方公里的土地上掀起“大众创业”“草根创业”的新浪潮，形成“万众创新”“人人创新”的新势态[3]。

本文阐述的创新包括广义上的创新。在广度上，各行各业各个学科领域包括哲学、社会科学、文化、教育、文学、艺术、军事、政治、经济、管理、法律、数理化、工业技术、生物农业、医药卫生、交通运输、航空航天、环境安全等各方面都需要创新，也都可以持续创新。在深度上，创新既包括原始创新、重大理论突破，也包括一般性有效的改进、改良。

但“科学技术是第一生产力”，科学发现和技术发明又是推动人类社会进步的最重要力量，因此本文阐述的高校创新教育又重点指理工农医领域的科技创新教育。当所有高校毕业生，乃至更廣泛的国民都具有创新意识、创新思维和创新能力时，才能更有效地促进我国发展为创新型强国。

一、全体本科生创新教育的重要性

高校是我国人才培养的主要场所，当前我国高校很重视本科生的创新教育。高校中开展的创新教育内容包括：面向本科生开设一些创新课程、创新实验班、创新基地班[4]，设置一些创新研究项目让本科生申请参加[5]，等等。众多学者也对创新教育进行了探讨。张琼提出了创新教育进课堂的改革理念[6]，部分高校探索推动教师的科研进展进入本科课堂[7]，陈嘉艳讨论了科研导师制对本科生进行创新培养[8]，等等。但当前高校中的本科创新教育仍存在不足，主要是没有实现本科生全覆盖，也不够系统全面。本科创新教育的主要工作是为部分积极主动的学生提供帮助，并未将创新教育纳入全体本科生的必修环节。在高校应进行创新创业教育的国家指导方针下，多数学校也都更侧重于创业教育[9]。

本文提出，应对全体本科生进行创新教育，而且是系统全面的创新教育。对全体本科生进行创新教育的重要性体现在以下几方面：（1）本科生所具有的知识、智力、潜能是完全可以进行创新的，如马化腾、比尔·盖茨、斯蒂芬·乔布斯、马克·扎克伯格等本科生既是顶级企业家也是顶级创新人才。（2）硕士博士也都经历过本科阶段，对全体本科生进行创新教育，实际上就是强化了整个高等教育的创新培养体系。（3）大学毕业生是国家各行各业发展建设的中坚力量，当这个群体都充满创新精神，具备创新能力时，才能使各行各业各领域产生更多的创新成果，才更有利于我国向创新型国家转变。

对全体本科生进行创新教育的重要性还体现在，高等教育中庞大的本科生群体在国家的经济产业中占据绝对重要的位置。对2019福布斯富豪榜中全部的324位中国富豪和607位美国富豪的学历进行统计[10]（如表1和表2），可以发现中美两国的富豪群体都是本科学历占主导。富豪们都是成功的顶级商业精英和企业家，如果他们领导的企业多数是创新型的，那么整个国家的经济产业就是创新型的。

为更直观看中美两国富豪各学历所占比例，根据相应人数绘制成比例图，如图1、图2所示。在绘图时去除了学历不详的人数。另外，MBA没有统计入硕士，而计入其拥有的其他教育学历，主要是因为MBA教育通常不涉及创新研发的内容，通常也不会影响该富豪是否进行创新研发的意愿和决策。虽然我国在2000年以前高等教育不发达，覆盖的人群比例低，但本科以上学历富豪仍占到约63%;在高等教育高度发达的美国，本科以上学历的富豪占比超过了95%，这些充分说明了高等教育的重要性。从比例图中可以看到，中美两国富豪的学历都是本科占主导。作为全球高等教育典范的美国，本科富豪占比更是超过了70%。因此对本科生创新教育的覆盖程度、质量好坏就决定了未来整个国家的创新态势。

二、结合专业进行创新教育

对全体本科生进行创新教育有两种方法：一是对全体本科生开设创新教育的通识课，二是将创新教育融入专业课教学。第一种方法的优点是便于统一安排教学和教材，便于确定统一的教学内容、教学要求和教学考核。缺点是学生较难理解和掌握，不利于培养学生的创新思维和创新能力。对于创新教育，除了共性的创新思维方法外，多数“创新”要与具体的创新对象、创新内容进行结合，否则就容易变成泛泛而谈。例如，发动机一直被认为是我国工业中的难点和痛点。如果课程中以发动机为对象，讲述发展与创新，那么绝大多数非发动机相关专业的学生因为没有背景知识，并不容易理解发动机具体要创新什么、如何创新。学习之后也仅知道现代发动机涉及很多学科，发动机的追赶创新要解决大推力、低油耗、高稳定性、长寿命、极端环境下持续工作等宏观性能。但对于绝大多数非相关专业学生而言，在对发动机的构造、发动机的复杂性都不了解的情况下，让学生了解掌握如何进行发动机的创新几乎是不可能的。这样课程学习后，学生仍停留在创新意识、创新概念上，即知道要创新，但创新能力并没有提高。对于其他的创新对象也一样，以电子产品的发展创新为例，对于绝大多数非电子相关专业的学生而言，在对电子产品的构造、原理、性能、工作流程等都不了解的情况下，让他们了解掌握电子产品的创新，这同样是不现实的，也不会有好的效果。

第二种创新教育方法就是将其与专业背景相结合，各个学科专业开设自己的创新课程。国民经济之所以分为各行各业、各个门类体系，高等教育之所以分为各个学科专业，就是因为人类的知识体系和应用体系越来越庞大丰富，远远超过了个体有限时间精力所能掌握的范围，必须进行社会分工。个体主要进行特定分工的学习和工作。创新本身就是特定分工、特定领域上的进一步突进，突破人类现有的认知界限。因此，创新应该是以具体学科领域为基础，与具体专业知识相结合的创造。任何学科专业，学生对自己的学科背景、专业知识都是熟悉的。结合专业背景进行创新教育，学生就很容易理解本专业、本行业存在的问题，易于认识本专业、本行业所需要创新的内容，也易于掌握实现创新的方法。再通过创新思维、创新实践的教育锻炼，就可以更有效地培养提升学生的创新能力。

下面笔者结合所教的消防工程专业具体谈谈如何进行创新教育。

三、传播创新精神，从专业背景开始

大学生都应该了解专业背景、行业背景，这是学习的归属感所在。学科专业、行业的发展历史实际上就是不断创新、改进的历史。面对未来的发展趋势和发展问题，应重点向学生传输创新理念和创新精神。

以消防工程为例，相应的行业背景就是我国的火灾安全形势。图3—图6分別是我国近20年的火灾发生起数、直接经济损失、死亡人数和受伤人数[11]的统计。

从图3—图5可以看出我国的火灾安全形势仍是比较严峻的，火灾发生起数和直接财产损失近几年都出现了猛然增加，火灾死亡人数近几年也出现了反弹。随着我国经济的发展，城市的人口密度、财富密度、能源电力的使用负荷、建筑的高度复杂度等都在不断加大。这些因素都使得火灾风险不断增加，消防安全面临的新问题也不断出现。面对新形势新问题，应该主要采用创新的方法来解决，而不是依靠限制建高楼、限制电力使用、限制材料使用等措施。管理上要创新，使建筑的管理、可燃材料的管理、火源的管理、消防设施的管理、人的管理等更合理、更科学、更有效。消防知识传播教育上要创新，更有效地增强了人们的消防意识，提升了消防认知，更有效地进行了火灾防范。科技上要创新以预防火灾的发生，包括建筑内材料的阻燃、非燃化，电气、火源的安全防护等。科技上要创新以应对火灾的危害，包括更先进的火灾探测技术、火灾扑灭技术、排烟防护技术等。总之，在新时代的背景下，需要向学生传播这样的创新理念：面对问题主要不是采用限制措施，而应通过方方面面的创新来解决，这是创造更幸福生活和实现强国之梦的必由之路。

四、创新内容的启发，从问题分析中引出

在强调创新的今天，本科生对于“什么是创新”通常都会有所了解，但对于具体“创新什么”，即具体要创新的内容在认识上还是比较模糊的。创新的内容包括以下类型：第一类是问题导向，在人类生产、生活、实践中会存在各种各样的问题，这些问题的解决就构成了创新的目标内容。第二类是人类的向往、科学幻想、各种设想、畅想等，这些也可以构成创新的目标内容。如，人像鸟儿一样在空中飞翔的梦想，像嫦娥一样的奔月神话以及各种科幻小说的场景等都构成了创新的内容，并在人类的创新实践中一一实现。第三类是基础理论、基础规律的突破，包括宇宙的奥秘、自然的规律、微观世界的特征等。第三类创新是最难的，这类创新一旦获得突破，人类将获得巨大的进步。迄今，人类所有发明应用都基于基础理论、基础规律的认识与突破。

对于大多数专业和行业而言，进行创新的内容通常都是第一类和第二类。以消防工程领域为例来说明需要创新什么。第一类内容是问题导向。2009年2月中央电视台新址北配楼发生火灾，北配楼的高度达到159米，而当时消防车的最大灭火高度才达到80多米，因此对于超出高度的火灾根本无能为力，这也是央视大楼火灾烧了6个多小时才被救灭的原因。在超高层建筑日益增多的今天，研制适合我国城市超高层建筑的高性价比灭火消防车就是重要的创新内容之一。2008年1月乌鲁木齐德汇广场发生火灾，最终烧了22个小时，整栋大楼付之一炬。火灾完全失控的原因有以下几个方面：第一，楼内的灭火系统未能将初期火灾扑灭;第二，消防通道被占用，消防车未能及时开进来灭火;第三，严寒中室外消火栓被冻住，消防车除自带水量外，未获得消火栓水源的持续补充。那么，这里面涉及的所有问题都可以是消防领域需要解决的创新内容。再如，我国经常有消防员在救援中牺牲。一个重要的原因就是消防员佩戴的防毒面罩不能完全隔离外界有毒烟气，消防员在火场搜救过程中因吸入过量烟气而牺牲。因此，研发密封隔离性良好的防毒面罩也是重要的创新内容。第二类内容是新的设想。例如，消防员进行灭火主要依靠消防车的水柱，一旦起火高度超过了水柱能到达的高度，那么就会无能为力了。可以设想新的灭火方法：利用无人机群循环不断地向火源发射高效灭火弹来灭火。此时，无人机群的有序工作，高效灭火弹的研制，准确定位射向火源等就是需要创新的内容。

以上消防问题和创新内容对于消防工程专业的学生而言，就很容易理解和掌握。同样，其他专业的学生对于其本专业领域的问题和创新内容也都很容易理解和掌握，从而让学生在了解“什么是创新”的基础上理解“创新什么”。

五、创新方法的引导，与专业知识内容相结合

现代社会的各种产品、成果都是创新的结果。介绍本专业领域成果的实现方法和研发途径——创新方法，学生会更容易理解和掌握。了解了创新方法，就是了解了如何进行创新。一般而言，创新方法包括智力激励法（也称头脑风暴法）、形态分析法、列举法、类比法、综摄法、组合法、设问法等[12]。智力激励法也可理解为群策群力、全面思考、深入思考。仍以消防工程领域为例，除了上面第四部分列举的一些创新内容，消防工程方面还有哪些需要重点解决、创新的内容呢？让学生分析、讨论各个火灾案例，找出其中的问题，总结出需要创新的内容和方向——这就属于智力激励法。再如，火灾自动报警系统是基本的消防设施，其主要作用是探测火灾和启动控制其他消防设施。目前常用的火灾探测器主要有三种，即感温探测器、感烟探测器和火焰图像探测器，分别探测火灾中的高温特征、烟气遮光特征和可见光火焰图像特征。那么除了以上三种探测器，是否还可以研发其他火灾探测器呢？进一步考虑火灾中的特征，根据火焰红外光谱辐射、紫外光谱辐射特征可以研发相应的火焰探测器，根据火灾中都会产生CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）的特征，可以研发相应的CO探测器、CO2探测器等，这种根据对象的形态特征进行创新的方法属于形态分析法。再如，上面第四部分提到研制无人机发射的高效灭火弹，目前还是一种设想，并没有实际产品。如果研发这种灭火弹采用哪种灭火原理才能实现小体积小质量而更高效呢？是像水那样进行冷却，还是像干粉那样进行化学抑制，还是像CO2那样隔氧窒息，还是像沙子覆盖那样隔离呢？或是几种方案的结合呢？——这种思路就属于列举法。

不管是哪一个专业领域，在本专业知识的基础上，结合本专业的例子，学生就很容易理解和掌握各种创新方法。

六、激发创新思维，通过课程大作业进行培养

传统的课程作业主要是为了巩固和运用已有知识，无关创新。在新时代的背景下，应该使本科生学会创新。根据本专业领域存在的全新问题，设计课程大作业，让学生去完成。这个作业当然不设置标准答案，主要考查学生的创新性、思考的深度广度、作业完成的认真程度等。为体现重要性，作业的成绩要在总成绩中占较大的比重。一般的创新教育主要是教师教、学生学。而通过课程大作业则可以激发学生的创新思维，让学生思考什么是创新、创新什么、如何创新，从而使“创新”成为学生的能力。大作业的设计既要是本领域未解决的新问题，又要是学生在现有专业知识基础上能有所思考、有所作为的问题。

以消防工程领域的问题为例，烟气的毒性非常强，火灾死亡人员中60%以上是因为吸入烟气中毒而造成的。当烟气中CO浓度达到1%，人员在其中呼吸只要1—2分钟就会致死。与CO毒性相当的还有NH3（氨气）、HCI（氯化氢）、SO2（二氧化硫）、C3H6O（丙醛）等气体。比CO毒性更强的还有HCN（氰化氢）、COCI2（光气），在1—2分钟内的致死浓度HCN为0.2%，COCI2为0.025%。基于这样的专业知识，就很容易理解人员在火灾中死亡、消防员在火场救援中牺牲，主要是因为吸入有毒烟气。存在的问题是目前的防毒面罩密封隔离性不强，使得消防员在救援过程中容易吸入有毒烟气。针对这一问题，让学生查资料写出如何创新研发密封隔离性更好的火灾救援防毒面罩。

可供参考的思路是，采用各种创新方法来进行研发设想。（1）设问法，如何更密封呢？思考采用更好的密封胶。在现有的各种胶水的基础上，开发一种对人体皮肤无害的胶，用于防毒面罩开口部分的密封，实现与人体皮肤的完全贴合，不漏气。这种胶在火场中不会失效，要脱下面罩时还需要有相应无害的试剂使其失效脱离皮肤。（2）类比法，像正压防水防烟一样，消防员在背氧气瓶的同时附有正压装置，使面罩内保持正压，外界的烟气就无法进入。（3）综摄法，仿效太空服设计密封服来取代面罩，封闭包裹消防员的全身，这样就不漏气了。还有组合法以及上文第五部分提到的其他创新方法，等等。当然这些设想还只是第一步，还要进一步思考这些设想如何去实现。要研发产品还要考虑多种现实问题，包括是不是适合人体，是否方便救援，是否适合火场环境，是否可靠或存在较大风险，是否经济可行，等等。

在调研作业提交后，还要通过对学生的作业进行总结点评启发来鼓励优秀的学生，开阔学生的思路，进一步激发学生的思维。

七、创新实践，通过创新实验进行锻炼

在日常教育中培养学生的创新精神，在课堂教学上指导和启发学生掌握创新内容、创新方法，通过未解决新问题的大作业激发学生的创新思维。但要实现完整的创新教育，还要让学生进行创新实践，从而更好地培养和提升学生的创新能力。这可以通过设计创新实验来完成。要体现创新，就要求实验内容是未解决的问题;而要使学生进行创新实验的实践，也需要在他们的专业知识基础上进行设计。

仍以消防工程专业为例，火灾越早发现就越容易被扑灭，现实中90%以上的火灾都是在早期就被撲灭了，避免了大的灾害。目前火灾报警系统通常对一根蜡烛火是探测发现不了的。常用的感温探测器和感烟探测器都安装在天花板或吊顶上，当到达探测器的烟气温度达到70℃或遮挡住相当一部分光线时，报警系统才能探测感知。报警系统不能探测蜡烛火一方面是因为探测器的灵敏度不够，另一方面是在应用中因避免灵敏度太高而频繁出现误报警。创新实验要求如下：在实验室现有火灾探测、报警设备的基础上，进行创新改造和研制，使得新系统探测到蜡烛火并报警。

对于以上创新实验可行的一个思路是采用更高灵敏度的元件，同时调低报警触发的门槛，比如当温度传感器测到的温度比环境温度高10℃，同时用火焰探测器探测到火焰光谱时就报警。当然这种方案设计不好时，对于蜡烛火未必能报警。同时调低报警触发门槛还会带来一个新问题，误报率攀升——这在工程上也是不允许的。比如阳光照射就可能会导致误报警，再比如长时间开灯也可能会导致误报警。既要灵敏地识别火焰，同时又能排除其他情况所导致的误报警是本创新的难点。

创新实践的内容设计，除了与专业课内容紧密相关外，也可以根据教师的最新研究进展进行设计。这样学生也可以了解最新的研究动态，了解高校研究的开展方法和创新方向。需要考虑的是，这样的实践内容设计通常存在一个问题，那就是学生的知识储备不够，还需要大量时间进行文献的调研阅读，也还需要更多时间讲解研究的意义、研究的方法和研究的目标。但这作为创新教育的一部分也是可行的。

对于创新实践，多数学生可能会做得不够好，创新本来就不容易。但肯定也会有少数学生进行认真的探索，选择合适的创新方法，取得较大的进展。通过分享这些实践内容，会使学生的创新能力和认知获得大幅的提升，也为众多学生开启了一扇创新之门。此外，还要鼓励和创造条件让更多学生参与创新项目，以让学生获得更多的锻炼机会，提高学生的综合创新能力。还要投入更多的资源与条件，尽量让每个学生都可以做创新性的毕业论文，进一步完善本科生创新教育的全员培养。

参考文献：

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[2]习近平.在十八届中央政治局第九次集体学习时的讲话[Z].2013-09-30.

[3]李克强.2014夏季达沃斯论坛开幕式致辞[Z].2014-09-10.

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[5]杨珏，张文明.以科技竞赛为载体 提升本科生创新实践能力[J].中国高等教育，2014，（20）：30-32.

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[11]公安部消防局.中国消防年鉴2017[M].昆明：云南人民出版社，2017.

[12]王浩程，冯志友.创新思维及方法概论[M].北京：中国纺织出版社，2018.

Abstract：To be more conducive to achieve "mass innovative"，we should carry out innovative education for all college students and expand the innovative population.The Forbes Billionaire List also shows that most of the billionaires in China and the United States have bachelor's degrees.It is easier for students to understand and master how to innovate basing on their specialized knowledge and background.The contents of innovative education combined with major courses include the following：disseminating innovative spirit，inspiring innovative content in problem analysis，guiding innovative methods in teaching，cultivating innovative thinking through assignments，and practicing innovative practices through designed experiments.Finally，the students' innovative ability can be cultivated and improved.

Key words：bachelor;innovation education;major;cultivation