基于TRIZ理論的模塊化實踐教學改革
——以智能創新特色班為例

董桂麗，朱建華，周衛民，章曉眉

（浙江科技學院 創新創業學院，浙江杭州 310023）

大學生是人才的重要組成部分，是實施創新驅動發展戰略和推進“大眾創業、萬眾創新”的生力軍。應用型本科高校聚焦應用型人才培養，以生為本，產教融合，培養學生的理論創新意識和實踐動手能力，服務區域經濟社會發展[1]。其中實踐教學是培養學生創新意識和實踐應用能力的重要環節，是“知識傳授、能力培養、素質提升、人格塑造”多維度人才培養體系中的重要一環[2]。在新工科建設與改革過程中，特色班與專業課堂有機結合的應用型創新人才培養模式在推動實踐類課程的建設中起到了重要作用。本文提出了實踐類課程基于TRIZ 理論的“1-N-1”多層次模塊化教學模式（以下簡稱“模塊化教學模式”），以智能創新特色班為例，設計了在實物系統認知背景下的課程內容體系和課堂教學組織形式，并在浙江科技學院智能創新特色班（以下簡稱“特色班”）進行了教學實踐并取得了良好效果。基于TRIZ 的“1-N-1”多層次模塊化教學模式從培養學生科學創新思維的角度，加強實踐教育環節與專業主體教學的聯系，有機融合理論理解與動手實踐訓練過程，為實踐類課程建設提供參考。

1 實踐課程教學現狀

目前實踐類課程主要面向工科類不同專業學生，在課程調研中常常接觸到學生的疑惑：“老師，我的這個小想法也能有用嗎？”“老師我有創新的想法，但是我沒有辦法提出完整方案，感覺思維很亂”。不同專業學生有不同的知識背景和基礎，比如機械專業的學生，在大一階段還較少接觸電方面的課程，欠缺電專業的基礎知識，導致電類實踐課程開展過程中存在“基礎知識門檻和專業隔閡”，教師授課過程中無法平衡不同學生的進度。現有的實踐類課程設備主要面向相對固定的基礎實驗，無法滿足實踐教學中創新性、難度較大的綜合性實驗，學生缺乏上游理論教學向下游實踐技術轉化的訓練，理論與實踐聯系不夠緊密。

實踐類課程知識點復雜而課時有限，教師以講授和演示的方式為主開展教學，學生在課內實踐時間有限，無法充分調動積極性。而課外學習中學生分組開展實踐活動的過程中往往以結果為導向，忽略過程的重要性，時間和效果都無法得到有效保障。

基于以上問題，本文提出了基于“TRIZ” 的“1—N—1” 多層次模塊化教學模式，并通過三年的教學實踐，得到了不錯的教學效果。

2 基于TRIZ 的“1—N—1”模塊化多層次教學模式

TRIZ 理論以實現發明創造為目標揭示創造發明的內在規律和原理，從目標出發逆向分析解決方案的關鍵組成部分，幫助學生構建若干有機聯系的創新點，再通過有機融合這些創新點構建出一條完整的教學生態鏈[3,4]?；赥RIZ 理論構建的“1—N—1”多層次模塊化教學模式，讓學生從課題目標的整體化認知出發，掌握智能機器人的通用解決辦法；化整為零，設置“機械”“電氣”和“控制”三個模塊的相關課程供學生自主選擇； 掌握相關課程后針對具體目標進行仿真和模型分析，提出可行性方案、搭建實際樣機，測試方案有效性；最后化零為整，實現項目目標，并實現從提出問題到解決方案的整體過程性評價和結果考核。

2.1 模塊化教學內容設計

“1-N-1”多層次模塊化教學模式設計模塊化教學內容，以兩門必修課+N 門選修課的形式展開“1—N—1”主線，開設共14 個學分的課程。模塊化教學內容框圖如圖1所示。

圖1 “1-N-1”模塊化教學內容框圖

《小型機器人設計》必修課程幫助學生建立各類智能化機器人的通識了解，提煉出制作智能機器人所需掌握的通用知識點和應具備的基本能力，有利于學生擴展該領域的專業視野，明確學習目標，化被動式教學為主動式學習。

《智能控制與編程》《傳感器與電路》和《機械設計與制造》三個模塊在主干課程基礎上設置了《STM32 進階課程》《樹莓派初識》《電子基礎訓練》《PCB 設計》和《先進制造與3D 打印》等多門延伸性的選修課程。學生根據自己的興趣和能力選擇其中一個模塊下的一到多門課程或者兼修多個模塊，增加了課程選擇的自主性、靈活性。模塊化課程設置引導學生根據各自的長處來選課，轉化“被選擇”為“我選擇”，有效增強學生的任務驅動型學習力。

《智能小車設計制造》必修課程要求學生根據前面所修的課程，具體設計和制作一套涵蓋課程多方面知識并具有明顯創新點的智能搬運小車系統。課程要求對接“工程創新與實踐能力大賽”，把競賽主題作為課堂任務，豐富課堂教學內容，有效打通課堂教學與競賽目標。

“1—N—1” 模塊化教學內容有機組合必修和選修課程，既設置了學生在該框架下掌握必需的知識點和技能，掌握智能機器人領域的通用創新和問題解決方案，又能充分保障學生的自主選擇性，讓學生能夠站在“行業肩膀”上創新。整個培養計劃把學生放在主體地位，有效幫助學生發揮主觀能動性。競賽內容與特色班教學內容的有機整合達到了互補融合的優勢，有效挖掘特色班課堂深度。

2.2 多層次教學組織形式

該教學模式打通了特色班教學課堂、 競賽平臺與創業廣場的界限，根據學生實踐需要有效拓展不同層次的課堂寬度。把競賽相關設備和場地引入課堂教學，提高課堂教學硬件質量，為學生提高動手能力提供附加平臺；除主體課堂外，現在安吉校區建有200m2的俱樂部活動場地，俱樂部定期舉辦創新講座和系列活動，在小和山建有120m2左右的特色班課外實踐場地，面向全校有序開放。這個模式改善了原先教學實驗基地類型單一、教學內容陳舊的問題，打通“學—研—賽”之間的隔閡，提高普通學生的實踐活動參與度和平臺利用率。同時創業廣場為學生提供創意孵化場地，把有實際生產意義的創意拉長至產品層面，把學生的動手能力對標實際生產標準，把應用型創新人才的培養落到實處。

課程開展過程中，必修課首先采用講座形式，結合實際案例、教具和多媒體等教學手段，不斷增加學生的感性認識，引導學生課外檢索資料；選修課中引入探究式、案例式、研討式和開放式的教學方法，設置機電實踐訓練模塊、“Arduino 討論小組”“Solidworks 提高小組”等活動形式，講清基本理論，突出實際應用。各專業學生在該過程中混合編排組成小組學習，發揮各自在模塊化學習階段掌握的能力進行充分的課外討論和實踐，鍛煉學生的團隊合作精神。

在整體方案實現中，學生自主動手組裝和調試實物，練習控制系統的設計與整車調試方法。比如在《智能控制與編程》中，要求學生通過思考智能小車的設計與競賽場地的關系，提煉智能小車總體方案的特點，包括行走功能、最短路徑、避障功能、準確抓取、物料定位和擺放功能的實現方案等。課程涉及知識點多，專業覆蓋廣，該階段的教學開展多專業學生組隊、討論匯報、自行搜索材料； 然后學生根據自己設計的方案確定器件型號，自行組裝調試，帶著問題思考和學習，增加了課外學習自主性和與教師的交流互動，改變了教師主講型的教學方式。學生完成的課程作品經過選拔直接對接“工程創新與實踐能力大賽”等競賽，有效拓展課程深度，通過將課程與競賽結合，還會反向促進學生對課程的思考并提出改進意見。該課程的考核綜合平時方案的過程考核和最終的競賽成績，充分考察和評價學生的綜合能力，總評成績=平時成績×70%+期末成績×30%。平時主要考查課內外研討、小車各模塊制作情況、平時作業及課外參與度等情況；期末采用競賽方式，定量考查智能小車現場運行表現及相關設計資料完成情況等。

3 新模式對于應用型創新人才培養的意義

該教學模式在創新創業學院智能創新特色班開展實施四年以來，已經有近七百名學生完成了系統培訓課程并順利結業。自2018年以來，在特色班教師指導下學生申請發明專利8 項，立項國家級創新訓練計劃8 項，獲得互聯網+競賽金獎1 項，銀獎5 項，A 類競賽省級一等獎三十余項，二等獎三等獎近兩百項。

該教學模式引導學生將創新目標層層剝離，通過科學的思維體系將抽象步驟具象化，形成具有實際意義的創意成果。這樣能夠幫助學生解決創新過程中存在的痛點問題，助推學生解決作品向產品轉化的“最后一公里”問題。實踐三個周期以來，該教學模式有效融合了基礎實踐教學與創新競賽，有效鍛煉了學生的團結協作能力和自主探索實踐能力，形成了“幫扶帶”的良好學習傳統。

4 結語

基于TRIZ 的“1—N—1”多層次模塊化教學模式以智能創新特色班為載體，搭建了必修模塊與選修模塊相結合的課程體系，實現了特色班個性化教學培養應用型創新人才的目標。學生在選修模塊自主靈活選擇，互相組隊，有效鍛煉了團隊合作和專業動手能力。在TRIZ 理論的指導下，師生共同參與創新想法的萌發、培育、實現及轉化。下一步打算繼續在特色班進行該教學模式的實踐并推廣到全校范圍，探索更為有效的輔導學生進行成果轉化的方式和渠道，與更多交叉學科和相關學院的教師進行合作，引入創業指導資源，幫助學生孵化創新成果，以技術型背景深化學生創業，夯實技術轉化的基礎，更加有效和深入地探索該培養模式。