卓越工程师创新能力的培养_林健 来源: 发布时间:2015-09-12 浏览次数:257

摘要 

 “卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越 计划”)的主要目标是:面向工业界、面向世界、面 向未来,培养造就一大批创新能力强、适应经济社 会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为建 设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的 人力资源优势,增强我国的核心竞争力和综合国 力。在这个目标中,培养造就一大批创新能力强 的各类型卓越工程师,是提高我国的自主创新能 力,降低关键技术和核心技术的对外依存度,增强 国家的核心竞争力,将“中国制造”转向“中国智 造”或“中国创造”,实现创新型国家的战略目标的 根本任务。 创新能力是一个优秀工程技术人才的基本特征,是卓越工程师之所以“卓越”的重要标志。本科层次卓越工程师应该能够在工程现场创新性地 从事产品的生产、营销和服务或工程项目的施工、 运行和维护,成为优秀的应用型创新工程师。硕 士层次卓越工程师应该能够创新性地从事产品或 工程项目的设计与开发或生产过程的设计、运行 和维护,具备设计开发出拥有自主知识产权的新 产品或新工程项目的能力,成为优秀的设计开发 型创新工程师。博士层次卓越工程师应该能够创 造性地从事复杂产品或大型工程项目的研究、开 发以及工程科学的研究,具备创造出具有国际竞 争力的专利技术、专有技术、尖端产品或高技术含 量的工程项目的能力,成为优秀的研究型创新工程师。由此可见,创新能力是各种层次和类型卓 越工程师的核心能力。 本文以研究卓越工程师创新能力的培养为主 题,重点讨论卓越工程师创新能力及其要素分析、 卓越工程师创新思维能力的培养、改革课程与教 学内容以满足创新能力培养需要、推行适应创新 能力培养的研究性学习、构建创新实践教育体系 以实现创新能力提升、营造促进卓越工程师创新 能力培养的校园氛围等六个方面问题。以期为 “卓越计划”参与高校开展卓越工程师创新能力培 养的教育教学工作提供建议和参考。

一、卓越工程师创新能力及其要素分析 创新是人才必须具备的核心素质,是企业组 织发展的竞争优势,是一个民族进步的灵魂,是国 家兴旺发达的不竭动力。创新具有三个层面的内 涵:一是对现实事物当前状况的更新;二是对现实 事物当前状况的改变;三是创造新事物替代现实 事物。创新的本质是突破,即突破思维定势和陈 规旧律;创新的目的是发展,即满足人类社会不断 发展的需要。与人类的其他活动相比,创新具有 以下主要特征:

1)继承性。任何创新都是在保留现实事物 优点的基础上,根据经济社会发展的需要,对现实 事物所进行的改进、完善和再创造,因此是对前人 各种优秀成果的继承。

2)求异性。求异是创新的本质特征,是对现实事物缺点的矫正、不足的完善和优点的超越, 是追求标新立异,追求前所未有,追求与众不同, 追求自我超越,因此创新是发展的根本。

3)超前性。创新使得所产生的新事物前所 未有,是首创,它超越于他人的成果,超前于人们 的认识,因此创新推动了社会的进步和发展。

4)灵活性。创新寻求的是对现实事物的发 展和突破,提倡根据不同的对象和条件采取灵活 变通的思路、途径和方法以取得创新性成果,它反 对一成不变的教条,避免被常识所束缚,鼓励“不 择手段”和“穷尽一切办法”。

5)风险性。对现实事物的质疑、否定和超 越使创新面临着巨大的挑战,充满了无数的不确 定性;物质条件和科技水平的制约、社会观念意识 的滞后性也使创新充满着各种变数。因此创新充 满着风险,创新行为可能成功,更可能失败,而真 正的成功往往是建立在大量失败的基础上。

6)实践性。创新是一种实践活动,只有进 行实践才能发现新问题、提出新思路、检验新方 法、产生新产品、评价新成果,因此实践是创新的 平台。 创新能力是指人们在丰富的知识和开阔的视 野的基础上,通过创新性的思维活动,发现新问 题,提出解决问题的新思路、新途径,并通过创造 性的实践活动,产生新产品、新技术或新方法的能 力。具体而言,创新能力至少应该包括发现新问 题和新事物的能力,提出解决新问题的思路或方 案的能力,将思路或方案付诸实践并取得创新性 成果的能力。 具体到工程领域,创新能力是指工程人才在 大量的工程实践中发现新的工程问题,根据经济 社会发展需要发现社会对产品、技术、工艺和装备 等方面的新需求,以及由自身的理想和愿望形成 新的工程目标,提出解决这些新问题、新需求或新 目标的思路、方案、途径或手段,并通过创造性的 工程实践活动解决这些工程问题,研究、设计和开 发出新的产品、技术、工艺和装备以及实现新的工程目标的能力。 创新能力是一种复杂能力,主要是由知识视 野、创新意识、创新思维、创新技能和创新素质等 要素相互作用而形成的综合能力。

1)知识视野。丰富的知识和开阔的视野是 具备创新能力的基础。知识是人们发现未知世 界、改造自然和创造未来社会中获得的规律和原

理以及经验教训的总结,体现了人类对自然界规 律和外部事物本质的认识水平。视野是人们认识 自然和了解世界的维度、高度、宽度和角度,而知 识能够开阔人们的视野。丰富的知识能够使人深 入了解外部世界和事物、洞察和发现新问题;开阔 的视野才能够开拓创新思路、开辟创新空间,提出 解决问题的思路,找到解决问题的方法。 在工程领域开展创新活动不仅需要掌握扎实 的工程原理、工程技术和本专业的理论知识,了解 新材料、新工艺、新设备和先进生产方式以及本专 业的前沿发展现状和趋势,而且还需要具有相关 学科甚至边缘学科和人文社会科学的知识,同时 具备战略视野和系统观念,能够高瞻远瞩地看待 事物的本质。

2)创新意识。创新意识是人们在认识、思 想、意念上不断追求进步、追求革新、追求卓越的 一种持之以恒的精神态势,是在充分认识创新的 重要性的基础上,对待创新的一种自觉的、主动的 态度。形成创新意识的因素有理想愿望、价值追 求、兴趣爱好、求知欲望、好奇心态等,这些因素是 唤起创新需要、产生自觉性行为、激发创造性潜能 的重要推动力量,是引发创新思维的前提和条件。 在工程领域形成创新意识的基础是良好的工 程职业道德、坚定的追求卓越的态度、强烈的爱国 敬业精神和社会责任感。在此基础上,强烈的工 程创新意识可以通过三方面的努力来形成:一是 通过对本学科专业的发展过程、对经济社会的贡 献和国内外最新进展的了解,开拓学生的工程视 野,培养学生对本工程学科专业的热爱和兴趣;二 是通过安排学生参与各种工程创新活动,提高他 们运用所掌握知识改造现实工业产品和创造新产 品的欲望;三是通过对未知事物的分析和探索,培 养学生的好奇心,增强他们求变创新的激情。

3)创新思维。创新思维是从独特的视角发 现新问题,用新颖的思路解决该问题,以期获得创 新性成果的思维活动。具体而言,创新思维是以 创新人才已掌握的知识和经验为基础,在强烈的 创新意识的驱使下,对各种信息进行处理、分析和 提炼,从与众不同的角度发现或提出问题,并综合 运用各种思维方式,分析构成问题诸多因素间的 相互关系,抓住错综复杂问题的主要矛盾,提出解 决问题的前所未有的思路、途径或方法的复杂的 思维过程。 需要指出的是,创新思维本身并不构成单独高等工程教育研究的思维方式,它是寓于各种思维方式之中或是多 种思维方式的有机组合,从而产生创新性成果的 综合的、高级的思维。

4)创新技能。创新技能是指运用已有的知 识经验,通过反复的实践而形成的能够将创新思 维的成果转化为创新成果的动作系统,也可以称 之为创新实践能力。创新活动的开展不仅需要创 新思维,而且需要创新技能,否则创新就成为空中 楼阁,可望不可及。 创新技能与创新能力的其他构成要素之间存 在着相辅相成的关系,一方面,创新技能需要在创 新意识的驱动下,在创新思维的引导下,运用所拥 有的知识和视野,并在创新素质的作用下,通过对 工程项目或工业产品的改造、研究、设计、开发等 的反复的实践和不断的尝试,逐步地得到形成和 发展;另一方面,缺乏创新技能将使得创新者力不 从心或无从下手、知识无法得到应用、创新意识难 以实现、创新思维的发展受到限制、创新素质得不 到提升。 创新是一个不断实践的过程,是一种创造性 的实践,只有在实践中运用创新技能才能发现事 物的本质规律,产生、检验和实现创新思路和方 案,形成新理论、提出新方法、开发新技术、创造新 产品。因此,实践是创新的土壤,创新实践是创新 能力形成和发展的关键。 在工程领域获得创新技能不仅要有丰富的知 识和开阔的视野,具有开拓创新意识和创新思维 能力,而且要有丰富的工程实践背景、分析和解决 工程实际问题的能力、生产或工程系统的运行和 维护能力、产品或工程项目开发和设计的能力,以 及工程项目集成的基本能力。

5)创新素质。创新素质是创新实践得以成 功开展所必须具备的能力和品质,是获得创新技 能、培养和提高创新能力的保障。构成创新素质 的能力主要包括信息获取、知识更新和终身学习 能力,组织管理能力、交流沟通能力、团队合作能 力和关系协调能力。这些能力对创新的作用主要 在于协调好各方面的关系、调动各方面的积极因 素、集中各种优势资源、营造良好的创新氛围。 构成创新素质的品质主要是批判性精神、敢 于探索的勇气、持之以恒的态度和坚忍不拔的毅 力。对现有知识的质疑和批判是发现新问题的基 础;对现实事物的否定存在着极大的失败风险,需 要勇气;任何创新均需要经过长期不懈的努力,需要有持之以恒的态度;每项创新成果都是在多次 的失败和挫折之后产生,需要有坚忍不拔的毅力。 在上述构成创新能力的诸要素中,知识视野 是创新思维和创新技能的基础,创新意识是创新 思维和创新实践的驱动,创新思维是创新实践的 引导和关键,创新技能或创新实践是取得创新性 成果的根本,创新素质是获得创新性成果的保障, 而其中创新思维和创新实践是创新能力的核心, 如图1所示。卓越工程师创新能力的培养需要在掌握其构 成要素之间的相互关系的基础上进行。图1中的 五个要素不是截然分开的,在卓越工程师创新能 力的形成过程中存在着密不可分的关系,它们之 间的有机结合和相互作用的结果才形成了完整的 卓越工程师的创新能力。因此这些要素的培养不 仅要在“卓越计划”专业培养方案的制定过程中予 以系统考虑,而且需要有机地融入专业培养方案 的整个实施过程中。 除了上述构成创新能力的内在要素外,卓越 工程师创新能力的培养离不开外在因素,即创新 环境。良好的创新环境是创新能力培养的温室, 它既能够促进学生求知欲望和好奇心的培养,鼓 励学生的思维在开放、无际的空间中自由飞翔,为 学生创新素质的形成营造积极的氛围,又能够提 供必要的硬件条件和技术支持,具有包容和允许 失败的宽松环境,支持学生根据自己的思路进行 各种探索和尝试,为学生开展创新实践活动提供 坚实的平台。

 二、卓越工程师创新思维能力的培养 在创新能力的各种构成要素中,创新思维能力和创新技能是其中最核心的两个部分,需要贯穿于“卓越计划”的专业培养方案之中,在卓越工 程师培养标准的实现过程中不断地培养和提升。 其中创新思维能力的培养还要在掌握创新思维的 特征的基础上,加强创新思维主要方式的训练,并 突破影响创新思维能力培养的思维定势等,这些 是创新思维能力培养的重点。 1.创新思维的特征[ 2]。 创新思维是指以独特的视角、新颖的思路和 超常的方式,发现、分析和解决问题,从而创造出 新事物的一种综合性的思维模式。创新思维具有 求异性、灵活性和开放性的主要特征,分析和掌握 创新思维的特征是培养创新思维能力的基础。

1)求异性。求异性也可称为新颖性或突破 性,是创新思维最本质的特征,体现出与其他常规 思维方式所不同的独到的创新意义。也就是说, 不论是思维过程,还是思维结果,创新思维都与常 规的思维活动存在着不同的新颖之处。在思维过 程中,创新思维所采用的思维方式、方法、程序和 途径等方面没有固定的模式,它既可以从一种思 维跳到另一种思维,也可以从一种意境进入另一 种意境,还可以全方位、多角度地思考问题。在思 维结果上,创新是建立在对现实事物不满意的基 础上的怀疑、批判、否定和超越。因此,创新的本 质就是追求与现实事物的不同,追求标新立异、追 求前所未有、追求与众不同、追求自我超越、追求 在现实事物基础上的突破和发展。

2)灵活性。灵活性也可称为变通性,体现 在根据不同的对象、条件和状态的变化,灵活地应 用各种不同的思维方式、灵活地变换思考问题的 角度,而不固执于已有的成见之中。创新思维的 灵活性主要表现在三个方面:一是能够灵活地应 用各种不同的思维方式,即以追求创新和突破为 目的,根据思维对象及其状态,选择合适的思维方 式或综合几种思维方式,以获得独特的创新性成 果;二是能够及时地变换对问题的思维角度,即从 一种思路或方向变通到另一种思路或方向,从而 形成多角度、多方位的思维态势,达到独辟蹊径、 “柳暗花明又一村”的境地;三是能够及时地抛弃 一些旧的思维观念、不合适的思维方式,或显然是 错误的假说,转向运用新的思维模式。

3)开放性。开放性也可称为发散性或多向 性,体现在创新思维没有条条框框限制,不墨守成 规,反对教条主义,可以从不同的角度、不同的方

向、不同的侧面和不同的层面上去思考和分析事 物,进而提出尽可能多的解决问题的思路和方案, 以期获得理想的创新性成果。 2.创新思维的构成。 高校学生富有想象力,对新事物充满好奇,随 着知识的丰富和经验的积累,他们的思维更加敏 捷,更容易迸发出创新灵感的火花。但是面对新 事物,高校学生的思维方式往往是直线式和平面 式的,而不是立体式的和全方位的;而他们在课堂 上学习的思维方式主要是逻辑思维和集中思维, 因此在创新思维能力培养上缺乏系统的训练和实 践。 创新思维是立体式、全方位的思维活动,是多 种思维方法和思维模式相互作用、灵活运用和有 机结合的产物。它既要有逻辑思维,也要有形象 思维和直觉思维;既要有正向思维,也要有逆向思 维和批判性思维;既要有集中思维,也要有发散思 维,还要有超前思维和灵感思维。因此,创新思维 是一种综合的、复杂的、高级的思维活动。以下是 创新思维能力培养中需要重点训练和实践的几种主要思维方式。

1)逆向思维。逆向思维又称反向思维,是 朝着与人们正常的、习惯的、合乎情理的思维相反 的方向进行的思维,是有悖常理、与正常思维背道 而驰的一种思维方式。 逆向思维在创新中的作用主要表现在改变常 规的思维模式,用截然相反的新思路、新视野和新 方式,发现、分析和解决问题,以求获得创新性的 成果。例如汽车节能减排问题的解决,如果一味 从降低油耗、减轻车身自重、提高燃油效率的正向 思维去考虑问题,则解决问题的空间会越来越小; 但是,如果从节能减排这一目标开始逆向思考,不 受单一能源的限制,人们就容易想到用电能来部 分或全部替代燃油的解决方案。

2)批判性思维。批判性思维是用挑剔的眼 光、以试图否定事物的方式、从批判事物的角度看 待、思考、分析和研究问题的一种思维方式。 批判性思维对于追求不断进步、追求创新、追 求卓越具有十分重要的意义。创新人才只有通过 否定、再否定的方式看待自己的工作成就,以永不 满足的态度对待各种现有的工业成果,才能够创 造性地提出各种创新的思路、发展的目标和行动 的方案,获得创新性的成果,赢得持续竞争优势。

3)超前思维。超前思维又称预见性思维,是对事物未来发展可能出现的趋势、状态和结果 进行推理,进而对事物的未来发展做出预见,并调 整对当前事物认识的一种思维方式。 超前思维在创新中的作用主要表现在其具有 的远见卓识和推陈出新的特点上,即用发展的眼 光和求新求变理念发现事物存在的问题、分析问 题的根源并解决好问题,进而取得创新性的成果。 例如,在工业产品的研究开发中就需要运用超前 思维,考虑人们对未来产品的变化需求,以扩大产 品的市场份额;在工程项目的开发设计中也需要 运用超前思维,满足项目使用者日后对项目功能 可能的期待。

4)发散思维。发散思维又称扩散思维,是 从一个问题出发,充分发挥想象力,沿着各种不同 的方向思考该问题,以寻求多种解决问题的思路、 方法和答案的一种思维方式。 发散思维是创新思维中最基本和最主要的思 维方式,集中体现了创新思维的本质和特征,广泛 存在于人们的创新活动中。发散思维能够使人们 海阔天空地全方位思维、浮想联翩、触类旁通、产 生灵感,探索出新颖独特的解决问题的思路和办 法。例如,在资源的利用上,可以通过功能的发散 思维,寻求最大限度发挥某项资源可能具有的各 种功能;在产品结构的设计上,可以通过结构的发 散思维,找到能够获得理想的性能且成本经济的 最佳的产品结构;在新产品的开发上,可以通过组 合的发散思维,将不同产品的相关要素组合起来, 形成崭新的产品。

5)灵感思维。灵感思维也称顿悟思维,是 一种突然产生的、突发性的灵机一动、“计上心来” 的思维方式。这里的灵感既指突如其来的对事物 规律的认识,也指瞬间闪现的解决问题的创新性 途径。 灵感是创新性成果的来源之一,灵感思维是 创新思维的精华。阿基米德原理和牛顿万有引力 定律的提出是灵感思维的最典型的实例,这两个 例子也进一步说明,没有长时间对问题的苦苦思 索,没有对问题本质深入的把握,没有逻辑思维对 问题的分析探究,就不可能出现非逻辑思维的飞 跃形式,灵感就不会不期而至。 创新思维的培养一方面要综合运用以上述几 种思维方式为主的思维方式,对新事物进行不断 分析、比较、综合和推理,另一方面要注重对事物 的本质和规律的认识,抓住错综复杂事务中的主要矛盾,探求诸多要素之间的相互关系,只有这样 才能卓有成效地产生创新性的成果。 3.思维定势的突破。 3] 思维定势是指人们在日常思维活动中所形成 的习惯的方向、模式、方法和路径。虽然思维定势 在处理日常事务和重复性的问题上能够大大减少 人们的思维负担,提高工作效率,但是当面对新事 物和新问题时,思维定势就容易产生负面甚至破 坏性的影响。 高校学生受思维定势束缚的现象仍然明显存 在。由于长期接受应试教育,习惯于被动接受,按照教师课堂分析问题的思维方式理解事物,不少 高校学生往往缺乏主动思考和对问题的质疑,加 上在一些学生中存在的浮躁心理,将获得学分作 为学习的主要目标,使得这些学生缺乏求异、求新 的积极性,而乐于随波逐流,长此以往,在这些学 生中就形成了思维定势。由此可见,卓越工程师 创新思维的培养,还要突破思维定势的束缚,可以 从以下几方面入手。




1]林健:《“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制》,《高等工 程教育研究》2010年第4期。

2]杨信礼、屠春友着:《现代领导战略思维》,中共中央党校出版 社2003年3月版。

3]李小三主编:《现代领导哲学思维》,研究出版社 2009年3月 版,第19~28页。 4]林健:《面向卓越工程师培养的课程体系和教学内容改革》, 《高等工程教育研究》2011年第5期。

5]林健:《面向卓越工程师培养的研究性学习》,《高等工程教育 研究》2011年第6期。

6]林健:《构建工程实践教育体系培养造就卓越工程师》,《中国 高等教育》2012年第13/14期。

7]《教育部关于做好“本科教学工程”国家级大学生创新创业训 练计划实施工作的通知》,教高函[2012] 5号。

8]《教育部 财政部关于实施高等学校创新能力提升计划的意 见》,教技[2012] 6号。