基于CDIO模式下的理工科創新創業實踐研究

劉勇，李彥超，金鵬，李海東

（黑龍江大學電子工程學院，黑龍江哈爾濱 150080）

在2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學提出了CDIO工程教育模。該教育理念，是目前工程教育 CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的創新培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。2016年6月2日，我國正式加入《華盛頓協議》（以下簡稱《協議》），被認為是中國高等教育取得的具有里程碑意義的歷史性突破。

創新實踐是工程的靈魂，造成工程科技人才質量不高的主要因素之一是創新實踐教學不足。對于工科學生而言，大學四年是參與工程實踐、形成工程思維、獲得工程經驗的最好機會。令人遺憾的是，創新創業實踐教學作為工程教育教學體系的重要組成部分，卻沒有得到高校、教師和學生的足夠重視，實踐教學始終是本科工程教育人才培養的薄弱環節。朱高峰院士提出能力對于工程教育至為關鍵，包括思維能力、技術能力、溝通能力、創新創業實踐能力。

1 TRIZ創新方法理論與高等學校創新教育

1.1 TRIZ創新方法理論的發展應用

創新創業實踐新模式，是設立的目標，是訓練學生解決復雜工程問題的方式，是綜合運用基礎的課程內容。以解決復雜工程問題為目標的改革思路。運用產品設計思維，要求學生分小組設計一個產品，從創新構思、創新設計、技術實現和營銷（創業實踐），綜合性解決出現的復雜問題。該模式從理論設計、產品設計、營銷、學生創業等全系列模式。該課程從理論設計、產品設計、營銷、學生創業等全系列模式。該課程改革，圍繞著智能家居這個大方向，以設計產品方式，充分鍛煉學生工程設計能力。

1.2 對國內外研究現狀分析

在美國，雖然沒有制定政府層面的創新工程教育人才培養標準，但已經形成了成熟的創新工程教育認證制度。美國工程與技術鑒定委員會是美國最具權威的專業鑒定機構之一，它在20世紀末的一大貢獻就是推出了“EC2000（Engineering Criteria,2000）”，該標準被全球各國參考和借鑒，從而產生了廣泛影響。

在博洛尼亞進程的背景下，歐洲各國工程協會師聯合會（European Federation of National Engineering Associations，FEANI）于 2004年 9月啟動了歐洲工程師認證計劃，它實際上是歐洲工程教育創新認證計劃，目的是要在歐洲范圍內建立統一的工程教育認證體系。

為促成歐洲市場的統一并保障工程科技人才在區內的自由流動，歐洲工程師聯合會制定了 “FEANI公式”，并創設了 “歐洲工程師”這樣一個專業資格。“FEANI公式”規定了工程師應該具備的知識、創新能力和素養，亦可視為歐洲工程教育人才培養的標準。

日本工程教育鑒定委員會 （Japan Accreditation Board for Engineering Education，JABEE） 成立于 1999年，現已成為具有權威性的第三方評鑒機構。與美國工程與技術鑒定委員會一樣，JABEE制定了規范的評估認證標準，包括通用標準和行業專業標準兩大類其中通用標準又分為六個子類：教學目標、教學環境（設備、財源）、教學手段（入學考試、課程、方法、教師）、學習時間、教學成果的評價和改進機制，等等。其中通用標準又分為六個子類：教學目標、教學環境（設備、財源）、教學手段（入學考試、課程、方法、教師）、學習時間、教學成果的評價和改進機制，等等。

國內高校南京郵電大學等院校率先提出了對通信工程專業的教學實踐改革，提出了一些工程思維模式的創新實踐類課程改革思路，以校內實習與校外實習互相補充的模式。長沙學院對電子與通信工程專業提出在教學過程中就積極引入知名通信企業已有的成熟創新教學資源方式。淮陰工學院對通信工程專業引入CDIO創新教育理念，CDIO工程教育理念的引入改變了傳統教學過程中粗放的學習過程，增加了創新創業模式，融入課堂的各個環節中，實現了由傳統理論知識傳授＋創新實踐鍛煉分割化、條塊化的培養模式逐步向“知識傳授與能力培養”統一的一體化創新創業教育模式的轉變，使學生在學習專業基礎知識的基礎上培養了學生的創造性、思維能力、實踐應用能力、創業能力和團隊協作精神。合肥工學院提出了建立一種面向解決復雜通信工程問題的教學改革，包括平臺改造、模塊能力建設、實訓項目制、團隊分組協作。通過實訓平臺的學習，大部分學生通過工信部無線通信工程師認證、華為HCDA等。該課題所要解決的主要問題、研究的主要內容及重要觀點。

1.3 TRIZ創新方法在教育領域情況

我國研究 TRIZ創新方法理論的是在20世紀90年代開始的，應用TRIZ創新方法在高等教育應用相對較晚，TRIZ創新方法理論融入高等教育工程專業應用，相對較少，運用該方法在高等教育創新人才培養上，無論從深度還是廣度來講都還在發展的初期。

該文討論TRIZ創新方法理論，研究了如何運用該方法，提高工程專業人才的創新教育的問題，特別討論了將創新方法融入課堂，融入課外活動的可能性，在工程專業大學生教育中創新創業能力培養中引入TRIZ創新方法理論，能極大地提高工程專業學生解決實踐工程問題的能力，可以從產品思維來引入創新方法，在產品概念構思、產品設計、制作等各個階段都帶來了重要的新思路，這對人才培養模式是一個重要的創新。

1.4 TRIZ創新教育國內外發展狀況

阿奇舒勒 (G．S．Altshuller)是蘇聯創新方法專家，他研究了超過250萬件高水平發明專利，通過對這些專利的研究，他發現創新的規律，經過他們研究小組通過對這些創新規律的提煉，總結出來的TRIZ創新方法學，這些創新方法可以指導人們進行創新的應用，發明創造、解決工程難題，是系統化的創新方法學。TRIZ創新方法理論目前在歐美的大型公司創造了重要的價值，其應用極大地提高了企業市場競爭力。如美國福特汽車公司利用TRIZIZ創新的產品為其每年帶來超過10億美元的銷售利潤；在1997年韓國三星公司年引入TRIZ創新理論，他們采用TRIZ創新方法來指導產品的開發，幾年時間已經節約資金達 15億美元，也累計使用了TRIZ創新方法獲得了52項發明專利[2]。

TRIZ創新方法理論是主要研究的創新方法、創新思維理論，是目前比較全面的系統化創造和技術創新的理論，被歐美專家稱為“超級發明術”。TRIZ創新方法理論已經在國內外高校有了很多的推廣。

目前國外的一些高校在積極推廣創新方法課程，TRIZ創新方法理論的教育，重在以培養學生的創造性思維，提供創新的多個方法的理論，具有一定的普遍指導意義，對理工科學生尤其具有更多的幫助。在美國，很多高等院校都開設TRIZ創新方法方面的課程，如賓夕法尼亞州立大學、麻省理工學院、康涅狄格大學等。在歐洲很多國家，高等院校都已經開展了創新方法課程，其中許多院校都設有TRIZ創新方法的課程。亞洲國家中，日本和韓國，更是重視創新教育，很多高校開設了獨立的TRIZ創新方法課程[3]。

TRIZ創新方法課程在全球幾十個國家都在推廣使用，在許多大學都把TRIZ創新課程單獨授課，成為教授學生的重點的創造發明思維課程，在國際知名企業中紛紛引入TRIZ創新理論，運用該方法在產品的開發和設計中。

目前在國內接近有60所高校開設TRIZ創新方法課程。國內的一些高校研究了也是將TRIZ創新理論運用于教學各個方面，一些研究者曾嘗試了將 TRIZ理論應用于創新理論教育、課程教學實踐及教學工具的改進中。

許德志和熊威（2010）提出了把TRIZ創新方法理論引入到各個專業的專業課程中[4]。劉訓濤（2011）等人提出了將TRIZ理論入課堂教學，并提出創新方法的立體化教學[5]。 張躍庭和劉奎穎（2011）提出如何提高學生創新能力，提出了引入TRIZ創新方法理論在工科教學中開展相關活動[6]。

綜上所述，國外高校對于TRIZ創新方法理論已經進行了相關的研究，很多高校已經把該創新方法理論應用于課堂，課程設計等教學環節，TRIZ創新方法應用于企業開展創新活動做得非常迅速的發展。對于TRIZ創新方法對工科教學環節中，如何提高學生創新能力，量化研究，相對較少，如何把TRIZ創新方法與目前工程專業已有課程結合也相對研究較少，該論文主要研究TRIZ創新方法如何提高工程專業的學生創新能力，創新方法理論與課程的各個環節融入問題。

2 基于TRIZ的創新方法在工程專業教學中

2.1 工程專業創新人才培養目標與改革內容

2.1.1 以培養工程專業學生創新能力為目標的教學改革

（1）運用CDIO模式設計創新型創業型課程體系。實現學生課程創新課題化教學模式。對理工科專業性課程，采用一個標準創新創業流程設計。在綜合性創新課程體系中，學生設計一個課題，每個學生課題采用代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。

（2）設計一定目標難度，超出課本的課程目標，提高學生創新學習能力。在課程目標上，采用一定實際應用要求，超出所學課本知識，需要學生深度自學，并能運用創新方法，創業思維來解決復雜問題。例如，在電子課程中，以一個圍繞著智能家居這個案例，如何解決控制家電問題，需要了解家電遙控器的各種控制協議，如紅外38KHz協議、射頻遙控器433MHz、355MHz的協議，這些協議是本科課程里沒有講授內容，需要學生自行學習，并通過示波器讀取相應信號波形，找到信號的特征，了解每個遙控器按鍵的信號編碼，進而設計硬件電路。需要設計產品成本，市場價格，營銷策略。

（3）多學科交叉互動，多專業組合，解決工程問題。為實現設計目標，采用跨學科知識能力實現。設計小組，采取跨專業、跨年級組合，學生成立小組，自己找隊友，組成產品小組，來自不同專業、不同學歷的學生，圍繞著特定產品，進行創新設計，創業模擬。還是以智能家居中，硬件電路設計完畢，需要制作相應外殼，進行包裝設計，這需要學生學習CAD知識，設計硬件外殼，從美觀、易用、電氣特性等各個角度考慮問題，進而進行3D打印機打印相關硬件的外殼。市場營銷的學生，需要寫一些簡單的商業計劃書，進行營銷策略設計。

（4）以產品設計模式設置課程形式。以三人制方式分組，三種角色，產品和營銷設計師，硬件電路設計師和軟件設計師。從產品原型功能設計，硬件電路實現，軟件實現，產品外觀，產品說明書，商業計劃書，路演演講答辯。從一個產品的思想到最后的營銷全方位鍛煉學生角色的改變，將CDIO思想貫穿整個課程。

（5）以創業方式鼓勵學生為設計作品進行商業營銷。通過前期技術方式解決問題后，后期產品的營銷。撰寫商業計劃書，申請專利，參加商業創業的路演，找投資人，小批量生產等方式，全面提高學生對產品設計、商業策劃、市場營

改革目標：（1）以CDIO為模式，工程思維模式，從產品角度設計課程。利用通信系統綜合實驗課程，提高學生解決復雜工程設計問題，其目標在于綜合運用從基本實驗向工業產品設計思維轉變。（2）從單一課程實踐向多門課程綜合運用轉變。本課程設計目標就是將前幾年所學知識綜合運用，實踐設計一個科技作品，運用十幾門課程內容，從原理到實踐的轉變，從單一知識設計到綜合運用轉變。涉及程序設計、電路、系統、信號處理等內容。（3）以提高深度學習能力為目標，涉獵其他學科內容。設計一個智能硬件產品，包含電子與通信的知識內容，也涵蓋機械加工，市場營銷、創業、工藝美術等多學科內容，為完成目標，學生需要獨立學習相關內容，快速解決問題，極大地提高了學習能力。（4）從工業設計向產品創業目標推進。該課程以智能硬件設計、外觀、產品商業計劃書、營銷方式等，作為考核標準，學生最后設計產品，課程以學生答辯方式進行，需要將產品演示，市場情況介紹，營銷方式多種采分點，極大地提高了學生的主動性，提高了綜合能力。

擬解決的關鍵問題：（1）理工科課程大綱改革。從單一的實驗，向多學科綜合運用實驗設計轉變，從單一學科向跨學科轉變，從專業技術向創業市場方向轉變，從以課程學習，向以開發產品，行業變化，經濟和社會效益追求目標轉變。（2）學習目標的變革，改革學生只是學習知識的思想，變成以產品設計為目標，以追求提高綜合工程設計能力的為動力的課程體系。將創新、創業理論與應用揉進專業課程的課堂，發揮學生主體作用，將課堂演變變成市場，為市場研發一個接受的產品。（3）理工科創新性課程的變革，將傳統課堂授課，教師講解這些方式，變成了一學期，學生深入到實驗室方式，所有課余時間都在實驗室，充分調動團隊小組的力量，發揮各自角色的作用。（4）以創業方式為目標的變革，將課程變成學生創業的課堂，產品開發，創業為動力。將競賽、創業等綜合一起，課程作品也是創業競賽的作品，可以參加各種競賽，完成持續性開發。2.1.2本課題的研究思路和方法

實施方法：（1）課程體系目標以實際應用為主。解決是生活場景熟悉的問題，由學生主動提出設計目標，提高學生興趣，充分運用工科技術知識解決生活問題。（2）課程授課形式以創新創業方式進行。學生組整個學期除正常上課外，業余時間均在實驗室，完成設計內容，進行討論交流。（3）將產業思維引入課堂，以實際應用，創業為目標。學生設計產品為營銷，自然就考慮成本、應用場景等各個問題，鍛煉了解決復雜工程問題的能力。（4）學生教學分組進行，每個學生設計內容不同，技術目標不同。

實施方案：（1）學生在開學布置設計計劃，設計目標答辯、每周上課講解進度，解決學生共性問題。（2）提供創新實驗室，為學生提供場地、實驗室設備、實驗耗材等基層設施。（3）帶領學生參加各種科技競賽、創業大賽，充分將設計作品市場化，提高學生的認知能力。（4）引入社會參與，帶著解決社會工程技術問題目標，直接解決企業、家庭的痛點問題，如智能家居的各種功能模塊，智慧農業的設備研發。用真格實踐問題鍛煉學生。

改革效果：2018年1月1日—2018年12月30日帶領學生參加各種競賽，充分檢驗學生創新創業設計的科技作品的可行性，檢驗創新創業新課程模式改革的效果。

可行性分析：（1）創新創業課程模式改革具備一定的實踐基礎，經過2年的前期嘗試，具備了一定理論基礎。（2）具備實驗室場地、實驗室設備、實驗耗材等實驗基礎能力。（3）課題組成員，具備較好的實踐設計經驗，已經有實踐設計產品批量投入市場。具備從產品設計、研發、生產、營銷的全鏈條經驗。

2.1.3 項目預期的成果和效果（包括成果形式、實施范圍、受益學生數等）

完成基于CDIO模式的工科創新創業課程模式改革報告，發表一篇教改論文，收益學生工科專業4 000人。

2.1.4 本項目的特色與創新之處

（1）將行業的發展趨勢，崗位職責要求與創新創業課程有機結合。學生通過這門課程體系了解行業的用人要求，了解新技術的變化特點。

（2）將復雜工程問題應用到課程中，鍛煉了學生解決該問題的能力。

（3）運用CDIO思想，將產品項目制方式，引入到課堂，學生分組模式，角色演變，從產品設計，硬件研發，軟件研發，產品的測試，商業計劃書撰寫等多種角色應用。實現了學生了解綜合性課程應用。

（4）競賽、創業與課程結合。通過產品的設計成功，鼓勵學生將設計成果參加各種科技競賽，創業等新活動，極大地鍛煉了學生綜合解決問題能力，和面對復雜環境下的應變能力。

（5）多課程綜合應用，本課程目標設計一個智能硬件產品，學生自主設想一個市場沒有的產品，產品開發要求需要十幾門課程內容，有些課程還沒學會。需要學生綜合運用和較強的學習能力。

（6）需要跨學科解決和學習能力。每個產品涉及外殼、工藝美工、產品說明書、營銷等各個行業，極大提高學生綜合能力。

（7）以CDIO模式的課題體系，具備很好的實際應用效果，在工科各個課程中具備非常好的推廣價值。

2.1.5 與本項目有關的教學改革工作積累和已取得的教學改革工作成績

（1）該項目主持人，是省創業就業導師專家庫成員，一直進行該課程體系改革，教師具備了相應的工程背景經驗，具備技術、創業方面的背景。指導教師成功研發了智能家居的系列產品，并已經量產，實現了銷售。

（2）該項目教學改革項目已經研究很久，已經獲得了相應的教改項目、教改論文和相應教學獎勵。具備了相應的理論基礎和認可度。獲得了省級、校級教學改革項目6項，獲得省級教學成果獎2項，校級教學成果獎4項，獲得國家多媒體課件大賽國家一等獎。發表創新創業教學論文5篇。2013—2017年帶領學生參加科技競賽、創業競賽獲得國家級35項獎勵，省級120項，校級300余項獎勵。

學校（學院）已具備的教學改革基礎和環境，學校（學院）對項目的支持較大。

2.2 將TRIZ創新方法來改革教學內容、教學環節

建立以TRIZ創新方法與CDIO工程教育理念融合的工程教育創新課程。

從創新意識、創新人格、創新思維、創新精神、創新素質、創造能力、探索精神、創新意識、創新技能、創造性智力創新性品質等維度開展課程建設。開展基于工程實踐應用的創新意識、創新思維、創新方法、創新實踐的教學活動，與CDIO模型融合，形成具有工程專業特色的以解決實踐工程問題為目標的課程教學。以運用技術矛盾、物理矛盾、物場模型等分析方法，具體案例為目標， 開展40個創新理論，39個矛盾參數、76個標準解作為創新方法，解決具體科技問題。形成了工程教育的創新體系的課程。

建設以TRIZ創新理論課程與工科專業課程結合模式，形成面向全體、基于工程專業、強化實踐的“融入式”創新方法教學模式。開展TRIZ理論的工程專業課程融入模式教學，將創新方法開展與具體專業課程建設中，開發出一批運用創新方法理論分析的模型，融入日常課程教學中。創新方法課程教學內容的普適性和專業性、教學形式的實操性與實踐性、教學方法的多樣性與適用性、教學評價的系統性和過程化。即開展創新方法課程融入每一個工程專業，形成每個專業特色的創新方法實踐課程。

將創新方法課程與工程專業的創新課程設計、畢業設計結合，開展創新方法與專業實踐融合方式培養人才。創新方法課程重在實踐，在工程專業實踐活動中，課程設計、畢業設計，在新工科建設中，著重突出了創新、突出實踐。運用創新方法理論來解決創新難題。

開展具體科技問題研究，運用創新方法理論，找到解決問題方案，重在運用創新方法的教學，提高學生解決問題的能力。

建立TRIZ創新方法為基礎的學生創新社團或沙龍，定期進行開展創新活動講座與交流，建立起自底向上的創新活動模式。建立以創新方法實踐為興趣的學生各種社團活動，開展沙龍、知識競賽、創新方法講座，深入開展學生自主式創新組織活動，形成廣泛的創新實踐氛圍，建立起自底向上的創新活動模式。

開展以提高學生創新培養能力的科技創新訓練營活動。系統地開設創新方法課程、科技產品開發課程、高技術應用課程、創業基礎理論課程體系，形成創新思維、創新能力培養、產品開發、新技術應用、創業實踐結合的創新創業的發展模式。集訓營模式，隊友選拔優秀學生，有針對性的訓練，能快速開發出一批優秀學生作品。開展創新方法與學生科技競賽結合的創新訓練活動，形成一批大學生科技競賽成果。

學生科技競賽，難出作品，運用創新方法，解決生活、行業的痛點問題，在科技作品、模式創新將創新方法培訓、創新人才培養與創業結合，輔導學生利用創新方法進行科技產品開發，并進行自主創業的活動。

建立創新方法培養骨干教師團隊，形成跨專業、跨學科的培養教師隊伍。開展以科技產品開發為目標的有針對性的創新方法訓練模式。

2.3 對TRIZ創新方法融入工程專業學生課外課堂建設

2.3.1 工程專業創新人才課堂外創新活動

創新方法課程建設，不僅局限于專業課本身，更多的是可以開展面向全校的創新方法通識選修課體系。可以很多種靈活處理方式，可以采用創新集訓營方式，有針對性建立創新集訓營，有課程體系，考核標準，集訓目標。建立學生創新社團，采用自底向上的學生社團，沙龍，團隊的學生創新團隊的幫扶。“課項賽”一體化模式學習成果應用導向創新方法集訓機制。鼓勵學生組建團隊，將學習成果應用于參加“大學生創新創業訓練計劃項目”、“互聯網+”等各級各類創新創業競賽，對優秀成果實施培育與孵化，開展專利申請、成果轉移轉化、成果落地孵化等。

2.3.2 將TRIZ創新方法與培養CDIO工程教育理念的模式結合

建立以TRIZ創新方法與CDIO工程培養教育的理念相融合的工程教育創新課程。CDIO工程培養模式，代表是產品構思（Conceive）、產品設計（Design）、產品實現（Implement）和產品運作（Operate） ，CDIO 模式以產品主線，將產品的研發到產品運行的生命周期融入工程專業課程中，由學生主動參與其中，以實踐、理論教學之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，培養工程專業人才。將TRIZ創新理論與構思、設計、實現和運作各個層次相結合，重在解決實際問題。

CDIO模式培養工程人才，是以產品為主線，在產品的各個層次上運用創新方法理論能有效地找到解決方案，在工程實踐上突出創新思維。

3 結語

在工程專業人才培養上，如何解決創新能力的培養，將TRIZ創新方法融入在專業培養的各個環節上，開展課外課堂，建立創新訓練營模式，開展“課—項—賽”一體化的創新模式培養，有成果，有模式創新培養，同時在課外建立的了面向創新愛好的學生創新社團，也是一種補充，將創新理論創新方法融入了CDIO模式的工程認證、新工科建設的進程中，這些方案都對工程專業創新人才培養搭建了很好的模式。