基于“微創新”理論的實踐教學模式探索

張新風, 陳姝佳, 郭宇歌, 張娟霞, 張淑梅, 岳圣茹, 郭獻章

(1. 首都師范大學 初等教育學院, 北京 100048； 2. 東北大學秦皇島分校 計算機與通信工程學院, 河北 秦皇島 066004； 3. 吉林大學 外國語學院, 吉林 長春 130012)

實踐教學是大學教育的重要一環,通過實驗、課程設計、實習實訓、畢業設計等形式,鞏固已學知識、培養綜合能力、養成良好習慣、訓練意志品質,對工科學生的培養尤為重要。順應新時代對人才的要求,把創新創業教育與實踐教學相融合,把傳統的實踐教學貫穿于創新項目的實踐過程之中,使學生的創新思想、理論與能力在以項目為導向的實踐中得到了訓練與養成,同時,又把基礎的實驗知識與技能與前沿的、學生感興趣的知識技能相結合,設計出項目方案,做出專利成果與創新型產品,通過教師與學生團隊全程合作,共同研發、共享產權,使師生的知識與能力都得到了實質性的提升與更新。這種模式是從本質上對大學實踐教育的一種革新與嘗試。一般認為,良好的實踐教學模式,應該是能夠改變過去注重知識傳授的傾向,關注學生的發展,倡導學生主動參與、樂于探究、勤于思考的教學方式,激勵學生主動地在實驗教學中創新,特別是在可行的創新理論的指導下,注意研究學生的心理特征和認知規律,善于啟發學生的思維,激起學習興趣,使他們積極、主動地獲得知識和提高能力。而基于“微創新”理論綜合實踐教學模式正是在這種思維模式上的一種進化與升華。

隨著新一代信息技術和創新2.0的交互與發展,“互聯網+”成為創新2.0下的互聯網發展的新業態,人們生活方式、工作方式、組織方式、社會形態正在發生深刻變革[1]。從現狀來看,“互聯網+”尚處于初級階段,各領域對“互聯網+”還在做論證與探索,特別是那些非常傳統的行業,他們正努力借助互聯網平臺增加自身利益。在這樣的社會趨勢下,東北大學秦皇島分校實驗教育中心師生利用“微創新”的策略打破解決問題的思維定式,在框架內思考產生了“互聯網+”傳統行業的靈感[2],他們為此進行了廣泛的社會調研、資料查閱,并動手實驗,利用專業知識得到了可行的創意思路、實現方法,獲得了專利性成果。

本文所展示的“互聯網+”綜合自動售賣機是在實驗教師指導下,2015級本科生的一個項目小組制作的產品,運用框架下“微創新”理論的策略組合[3],很好地結合了“互聯網+物聯網”的思想,同時又給日常生活帶來便利的創新型產品。若其能夠被合理地推廣與應用,將具有潛在的行業顛覆能力[4]。

在模式探索與創新過程中,在項目執行過程中,師生克服了從知識到技能都準備不足的困難,使師生的知識運用能力、創新能力、動手實踐能力等得到了鍛煉與提高,這是該教學模式的特征之一[5-6]。

下面分別從“微創新”原理與項目設計、項目功能與市場需求、應用場景與盈利模式的創新、項目執行中學生專業知識技能的綜合培養等幾個方面,通過一個實例的全過程來闡明這種實踐教學創新模式的原理與應用。

1 “微創新”原理與項目設計

1.1 “微創新”原理與創新策略

多年致力于創造力研究的創新領域專家德魯·博迪和雅各布·戈登堡分析發現,創新并非來自天馬行空、驚世駭俗的發明,而多是通過在現有框架內進行微小改進,結果卻非同凡響、創意無限。

系統性“微創新思維”是利用現有的資源實現真正的創新,是基于現實的具有可行性的創新思維。

框架內的“微創新”包括2條法則：框架內的思考和改變你在解決問題時的慣用思路。“微創新”包括以下策略：少即是多的減法策略、分而治之的除法策略、生生不息的乘法策略、一專多能的任務統籌策略、巧妙相關的屬性依存策略[3]。

1.2 利用“微創新”策略進行項目策劃

框架內思考的“微創新”,也稱系統性創新,按其創新的系統性分為“兩個原則、五大策略、一個主線”。兩個原則指框架內思考和形式為先、功能次之；五大策略即減法策略、除法策略、乘法策略、任務統籌策略、屬性相關策略；一個主線指矛盾引領。

從圖1的分析可知,這5種“策略”的第一步,均是把一個產品分解成多個部件(分割的依據可以是結構、功能、物理切割等),然后按照形式為先的原則,利用不同的策略,在形式上進行新產品的創新,然后再思考這個創新出來的新產品有什么新的特殊功能,再考慮誰會為這個新的產品買單。在整個過程中,包括新產品、新功能的出現,問題的解決,都是依據一個被限定了的框架內部部件的縮減、重組、復制等結構與數量上的調整,或者是其中某一個或數個部件被賦于新的任務,或開發出新的功能(屬性)。下面通過一個實例來說明這種創新方法在學生實踐項目中的應用。

圖1 “微創新”策略分析框圖

設定一個創新對象(或稱框架)：校內的實體商店。分解其組成部分：固定的店面、售貨員和商品。

先運用減法策略,減去重要組成部分,減去固定的店面,則成了移動攤販；減去售貨員,則成了無人售貨商店；減去商品,則成了網店；同時,網店也沒有了固定的店面和售貨員,但卻需要快遞的介入。前面的思考,雖然有益,但都是已經有的產品(或模式),并沒有新的創意。如果把固定的店面和售貨員去掉,只剩下商品,顯然,這是無人售貨機了。

對于無人售貨飲料機,再將其分解如下(看能用什么方法進行創新)：瓶裝飲料、貯貨柜、現金支付系統和無現金支付系統及制冷壓縮機。

對于瓶裝飲料,運用乘法策略,可以復制為非瓶裝熱飲、水果、可加熱的漢堡等,這就變成一個無人售貨的小商店了。布置在教學樓、公寓等方便師生購買之處,是一個不錯的創意。

對于貯貨柜,運用除法策略,化整為散,分別貯存不同的飲品,不同的水果。這樣的創新之后的優勢是什么？顯然,不同的水果在各自適宜的溫度與濕度下,會增加保質期與新鮮度。

對于現金支付系統和無現金支付系統,運用減法策略,減去現金支付,有什么好處？有什么影響？好處是減小了設備的購置成本與維護成本、減少了收假幣的機會,只能讓可以線上支付的用戶使用,而這些用戶都是各移動支付的實名注冊用戶,對于用戶的購買行為可以追溯與數據分析。不好的影響是,非移動支付用戶無法購買。

對于制冷壓縮機,這是用來對飲料進行制冷的裝置。運用屬性相關策略,可以得到什么？壓縮機在制冷的同時,會散發熱能,如果將其熱能收集起來,可以作什么用呢？將散熱管通過一個保溫水箱,則熱管散熱加快了,保溫水箱的水也被加熱了,而這個被加熱了的水可以作為熱飲的備用水源,使熱飲制作速度更快了。一能兩用、節能環保,可推而廣之。

這樣通過系統性創新,一個新型的無人售貨商店的規劃出現了,適合在學校內布置。如果再對這個商店所在的框架進行分析和創新,還會有什么發現呢？先針對水果售賣過程分解如下：從批發市場購進、分選包裝、放進無人售貨機、用戶選購、稱重、移動支付、取走水果。

運用乘法策略,把無人售貨機進行復制,則發現無人售貨機越多,則單個機械所分擔的前后工序的成本越低、整個系統的運行效率越高、整體盈利水平也越高,這就出現了一個較為完整的水果從批發到零售的無人售貨商店系統的規劃。

運用減法策略,把分選包裝這道特別浪費人力與包裝材料的工序去掉,系統的效率與效益更好了,但這部分工作在系統內需要尋找可替代的部件。研究發現,人們在購買水果時,都有親自挑選的習慣,而標準的包裝并不利于銷售。所以可以讓顧客自己去挑選以代替這道工序。那么如何來實現呢？在廂板上開洞,廂板的內側開口處固定安裝有可自由伸縮的彈簧手套,顧客可以把手伸進手套中挑選水果,但不能從這個手套洞口中拿出來,只能放進稱重口,支付后才能取走水果。這個步驟,也相當于運用了一次任務統籌的策略,讓顧客在挑選的同時,執行了分選包裝的任務。

以上就是通過微創新的策略組合進行實踐項目策劃的過程,下面就這種設備的實現過程進行說明。

2 創新項目的實現過程

通過“微創新”(也稱“系統性創新”)的策略組合,師生一起將創新理論活學活用,構思出一款具有廣闊市場前景的新產品的藍圖,但作為實踐教學,只有動手做出實物產品,才能從根本上實現對學生從創新理論到綜合動手能力的全面培養。因此根據“微創新”理論中的任務統籌策略,在教學這一框架內,實現產品的研發,具有更加突出的現實創新意義。

該項目的實現改變了傳統意義上教師只有教現有知識的角色,同時附加了總工程師的領導、指揮與研發的角色。也改變了傳統意義上學生只有學教師所教授的知識的角色,同時也扮演了科研攻關的技術人員的角色,外加親自動手操作的技術工人的角色。此外,根據不同的專業學生的培養目標和已經掌握的知識與技能,進行模塊化任務分解,把一個實踐項目的研發,當作一個工廠中的完整工序進行分工,給實驗室附加了一個模擬工廠的角色[7-8]。

2.1 對產品進行功能性結構分解

通過分解,示例產品可以分成以下模塊：通信系統模塊、中央計算機模塊、遠程售賣終端模塊[9]。

其中,通信系統包括抽象的通信技術和相應的軟硬件。中央計算機由終端計算機、相互關聯的配貨軟件、會計軟件、終端監控軟件、故障報警與維護等部分組成。

遠程售賣終端由水果售賣部分、熱早餐售賣部分、快餐提取部分、冷熱飲部分、輔助部分組成。

加熱早餐售賣部分由皮帶機電機、電磁鐵、食品滑道、轉動出貨口、貨架、分類存儲箱、皮帶機軸、掃碼機、專用微波爐、出貨口組成,各類食品分開存儲在分類存儲箱中。

水果售賣部分由水果分類存貯箱、皮帶機電機、出貨通道、電子秤、彈簧裝置、固定膠皮手套、傳送帶、出物口組成。

快餐提取部分采用疊加式轉盤結構。由電機、轉盤、轉軸、快餐凹槽、出貨口組成。

冷熱飲部分由儲水裝置、加熱保溫裝置、出水裝置組成。

輔助部分包括單片機、平板顯示器、空調機組、溫度傳感器、電子眼、報警器、過期商品處理器、現場支付裝置、各商品出口處的包裝袋與紙托盤自動分發裝置。

該產品的整體模式結構如圖2所示。

圖2 無人售賣機系統整體模式結構圖

2.2 對產品的各功能模塊進行技術細節分析

示例產品是由通信系統、中央計算機、遠程售賣終端應用系統3部分組成,實現對自動售賣機系統的控制。通信系統可接收網上預訂訂單以及實現數字支付,并將信息反饋到遠程終端；遠程終端接受收訂單信息,為工作人員調整配貨種類及數量提供數據和信息；中央計算機根據預定的程序和算法做出決策,下達命令,控制售賣終端。售賣機使用流程如下：

(1) 使用者可從專用APP中選擇需要購買的東西，如水果、熱早餐、快餐、冷熱飲。每部分都顯示出商品圖片、剩余數量、單價。冷熱飲部分需要用戶后續選擇是否加熱。使用者也可以前往售賣終端的透明窗口挑選水果、快餐、早餐,其中使用機器配有的橡膠彈簧手套,可伸手觸摸水果,并判斷水果質量,后將其放到內部電子秤上即可顯示出重量和價格。

(2) 終端收到支付信息后為用戶自動準備商品。早餐和快餐將會由傳送帶送入微波爐加熱,加熱完畢后再通過傳送帶送至出貨口,中央計算機會根據客戶需求控制機器是否加熱飲料；水果被稱重后通過電子秤傾斜將其送至傳送帶,并運到出貨口。

(3) 用戶通過互聯網下訂單后,可到售賣終端取貨。用戶用APP掃描顯示屏二維碼向終端核實自己的訂單信息,按下開關鍵,此時出貨口打開,用戶可用出貨口中的紙杯接冷熱飲,或拿袋子裝水果、早餐、快餐。

(4) 拿到商品后,用戶只需在APP中確認收貨,通過支付平臺實現付款交易。

2.3 教師與學生專業匹配中的創新策略

通過對產品的結構功能模塊的分解與技術流程的分析,再在框架內對可利用的資源進行組合與匹配,在匹配的過程中,盡可能地運用屬性相關策略與任務統籌策略,使各部件發揮最優勢的功能。

教師要同時精通計算機、通信、機械制造、自動控制及創新教育等專業,顯然是不可能的,所以可以以一個專業教師為主,但他能借助全校各專業教師的智力協助,相當于在指導教師這一塊,運用了一次屬性相關策略。那么學生呢？按照模塊所涉及的知識的要求,選定了計算機專業的學生進行中央處理軟件與手機APP的設計與編寫,機械專業的學生進行整機的實體設計與制作,通信專業的學生進行整體系統內部的數據通信及與外部的通信設計與調試,經管類學生負責產品的營銷、財務管理、人力資源管理、市場分析等內容。每個專業由5名學生組成,再從這25名學生中選出2名學生作為正副廠長,進行統籌與協調。這樣,各專業的學生在完成本專業模塊的任務時,又學習與了解了相關專業學生的知識背景與工作流程,為學生今后走上領導工作崗位,是一個很好的能力鍛煉與提升。

3 基于創新思維的實踐教學模式改革的評價

在中國高等教育中仍存在重理論、輕實踐的傾向,抽象的專業知識難以形成學生的能力,綜合實踐能力的不足成為學生未來職業生涯與科研能力的短板[10-11]。在實踐教育中,以創新理論為指導進行新項目的規劃,在操作中培養學生將專業知識轉化為解決現實生活中問題的產品與手段,這種教學模式,不但在思維上激發了學生的創新能力，邏輯上鞏固了知識的綜合運用能力,還在實踐中提高了動手操作能力[12]。

由于教學模式仍在探索之中,創新項目的實施對于教師和學生都是一種挑戰,其間不免出現預料之外的情況,需要付出更多的精力和時間來解決。由于示例項目的綜合性較強,對“框架內”的資源要求也較多,建議專業較單一的學校或實驗中心,在利用“微創新”理論進行教學改革時,要靈活機動,不必搞大而全,要新而實用,有時一項小的改進也會起到意想不到的作用[13]。

4 結語

將“微創新”理論運用于實踐教學,創新了教學內容與教學模式,通過一個創新項目的主線,把創新理論與創新能力、專業理論知識與技能、綜合實踐與團隊協作能力都連接了起來,在學以致用、學而有用、學而好用的熱情中,完成了學校對實踐教學所賦予的任務。同時為其他學生樹立了榜樣,營造了良好學習氛圍[14]。

運用這一教學模式,首先要求師生充分了解與掌握“微創新”理論的精髓,在項目策劃時靈活掌握。其次,更清楚地了解了自己框架內所掌握的資源,包括實驗制作條件與師生的專業知識技能,太超過能力所限的創新任務,會增加挫敗感、降低師生的積極性。

“微創新”也會帶來大改變,它所強調的框架內思維,是一種很好的創新能力訓練模式。它所賴以實現的創新策略,也都是在現實技術突破的基礎上才能執行的,因此它不只是簡單地強調框架內“微調”,而是在優化產品與服務時,一次次巧妙地運用了行業內的新技術與新發現,因此這種創新也會給社會生活帶來重大變革。比如示例的綜合水果售賣機,因該產品設置靈活,智能化、自動化程度高，運行成本低,一旦推廣,將在一定程度上顛覆食品零售業的運行和盈利模式,降低了食品銷售的社會成本,解放更多的勞動力去創造更高的社會價值。

總之,這是一種值得嘗試與推廣的高校實踐教學模式改革,也是高校創新理論教學用于實踐的一個有益范式。