基于TRIZ理論構(gòu)建學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的研究與實踐

袁偉光，阮觀強

（上海電機學(xué)院，上海 201306）

當前，全面振興本科教育作為新時代高等教育改革發(fā)展的核心任務(wù)，對高校的教育教學(xué)質(zhì)量提出更高的要求[1]。大學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是反映教育教學(xué)質(zhì)量的重要指標，也是體現(xiàn)高校綜合實力的重要方面。創(chuàng)新能力培養(yǎng)與專業(yè)教育的融合并不在于新增多少課程或?qū)W分，而是將創(chuàng)業(yè)的元素融入人才培養(yǎng)的全過程中[2]。學(xué)科競賽作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要載體，可以貫穿人才培養(yǎng)的全過程，學(xué)生將學(xué)到的知識進行整合，應(yīng)用到創(chuàng)新實踐活動中，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 依托學(xué)科競賽培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的傳統(tǒng)模式面臨的問題

隨著各類高校對學(xué)生學(xué)科競賽工作重視程度的提升，通過采取課程改革、政策支持、競賽激勵機制等多方面的措施，以賽促教、以賽促學(xué)，使學(xué)科競賽在人才培養(yǎng)體系中發(fā)揮了舉足輕重的作用，形成創(chuàng)新人才培養(yǎng)的綜合平臺。但是，隨著學(xué)科競賽賽事種類的擴容、競賽內(nèi)容的深層化，依托學(xué)科競賽培養(yǎng)創(chuàng)新能力的傳統(tǒng)模式面臨諸多問題。

1.1 交叉復(fù)合的創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系構(gòu)建難度大

目前，大部分工科專業(yè)的學(xué)科競賽以學(xué)生掌握本專業(yè)甚至跨專業(yè)的知識體系為前提，對學(xué)生創(chuàng)新能力的廣度和深度提出了更高的要求。傳統(tǒng)的競賽集訓(xùn)模式、單一課程中融入競賽項目等形式已無法滿足這類能力培養(yǎng)的需求。

傳統(tǒng)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的課程設(shè)置往往缺少對提升學(xué)科競賽能力全面、系統(tǒng)的支撐。相關(guān)課程間關(guān)聯(lián)少，沒有知識系統(tǒng)化的環(huán)節(jié)，造成學(xué)科競賽知識體系零散，難以建立多課程的系統(tǒng)性概念，與實際競賽的能力培養(yǎng)目標有很大差距。同時，部分競賽能力培養(yǎng)的主導(dǎo)課程雖然開設(shè)了，但是課程知識體系中對很多競賽需要的知識點只注重理論而未以競賽作為實際應(yīng)用來進行講解。這就導(dǎo)致參與此類學(xué)科競賽的學(xué)生參與普適性變差，以競賽為載體的創(chuàng)新能力培養(yǎng)很難與專業(yè)人才培養(yǎng)完全融合。

1.2 師資力量薄弱

目前高校學(xué)科競賽指導(dǎo)教師大部分為一線授課教師，他們的主體工作是教學(xué)與科研。學(xué)科競賽一般都具有周期長、投入大、產(chǎn)出慢的特點，而且要求指導(dǎo)教師要有扎實的專業(yè)功底和豐富的指導(dǎo)經(jīng)驗。同時，部分高校還缺乏健全的學(xué)科競賽配套機制和系統(tǒng)的師資培養(yǎng)體系。種種原因?qū)е铝私處焻⑴c學(xué)科競賽指導(dǎo)、教學(xué)方法改革的積極性不高，能夠勝任學(xué)科競賽指導(dǎo)的教師屈指可數(shù)[3]。

沒有充裕的學(xué)科競賽師資力量的儲備、專業(yè)教師對本專業(yè)所涉及的學(xué)科競賽的深入研究，就很難實現(xiàn)將本專業(yè)學(xué)科競賽創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標系統(tǒng)地融入課程體系中。

1.3 教學(xué)方法的改革難度大

在課程教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)科競賽創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，最核心的問題是如何系統(tǒng)地將本專業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標分解到課程體系中，以及如何在課程的教學(xué)中落實相應(yīng)的能力培養(yǎng)目標。傳統(tǒng)的課程教學(xué)以教師為中心，圍繞“教”而開展，學(xué)生的“學(xué)”完全依賴教師的“教”，往往強調(diào)固化的知識傳遞，缺少創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。這就奧球改革傳統(tǒng)的課程教學(xué)方法，教師需要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)相關(guān)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理論，運用并組合案例教學(xué)、項目式教學(xué)、混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)教學(xué)等教學(xué)方法，找到適合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式[4]。

而且這種教學(xué)方法的改革必須在學(xué)科競賽相關(guān)課程中全面開展，才能使知識的傳授與學(xué)科競賽創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有機融合，構(gòu)建完整的創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。參與改革的教師要形成學(xué)科競賽能力培養(yǎng)的全局觀，將創(chuàng)新能力培養(yǎng)的知識點，通過一門課程的案例、項目等連成線，再通過課程群搭建學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)的面。這對專業(yè)人才培養(yǎng)方案的宏觀設(shè)計提出了更高的要求。

2 構(gòu)建學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的理論基礎(chǔ)

2.1 TRIZ理論簡介

TRIZ在俄語中的意思是“發(fā)明問題解決理論”，是蘇聯(lián)科學(xué)家、發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒通過研究了全世界超過250多萬件的發(fā)明專利，分析這些專利的共性與個性規(guī)律，總結(jié)凝練出的系統(tǒng)理論。該理論的基本思想是：創(chuàng)新問題的核心是解決其系統(tǒng)中存在的技術(shù)矛盾和物理矛盾。其理論體系包括技術(shù)系統(tǒng)進化法則、技術(shù)矛盾解決原理、創(chuàng)新問題標準解法、發(fā)明問題解決算法和工程參數(shù)知識庫等[5]。應(yīng)用TRIZ理論解決創(chuàng)新問題時，一般通過以下過程實施：將創(chuàng)新問題抽象簡化為TRIZ理論模型；基于TRIZ理論模型，找到合適的TRIZ理論中的法則、原理，解決其技術(shù)矛盾和物理矛盾；將簡化后的模型解決方案再轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新問題的解決方案[6]。

TRIZ理論包含了一套成型的創(chuàng)新理論，被證明在培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力方面具有顯著的作用，為造就創(chuàng)新人才給出了一種行之有效的培養(yǎng)模式[7]。作為一種新的教育理念和教育方法，教育研究者正通過一系列的改革、探索，挖掘TRIZ理論與專業(yè)人才培養(yǎng)的結(jié)合點。

2.2 TRIZ理論與學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的結(jié)合點

從人才培養(yǎng)目標來看，TRIZ理論與學(xué)科競賽注重培養(yǎng)創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法、創(chuàng)新能力的目標是一致的。近些年，國內(nèi)的很多高校已意識到了TRIZ理論對人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的巨大作用，開始引入相關(guān)的課程作為高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系的一部分。這是TRIZ理論與創(chuàng)新能力教育結(jié)合的一種簡單、快速、淺層次的方式。

TRIZ理論提供了多層次、系統(tǒng)的創(chuàng)新問題解決方法，具有普適性的特點。TRIZ理論完全可以與學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系進行深度融合，作為主線貫穿于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)。

2.2.1 創(chuàng)新能力課程群的構(gòu)建

新工科背景下的工程教育專業(yè)認證，強調(diào)以產(chǎn)出為導(dǎo)向、注重持續(xù)改進的OBE理念，以學(xué)生的能力培養(yǎng)為目標，這也是新工科專業(yè)人才培養(yǎng)體系構(gòu)建的核心思想[8]。這與TRIZ理論強調(diào)創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，解決實際創(chuàng)新問題的理念是完全一致、相輔相成的。而且構(gòu)建創(chuàng)新能力課程群從本質(zhì)上講就是課程系統(tǒng)的設(shè)計，其與發(fā)明創(chuàng)造的創(chuàng)新問題非常相似，都是解決系統(tǒng)內(nèi)部的矛盾問題。所以，基于以上分析，通過TRIZ理論的相關(guān)工具，構(gòu)建創(chuàng)新能力課程群是完全可以實現(xiàn)的。

2.2.2 開設(shè)TRIZ理論課程

以美國為代表的很多發(fā)達國家的大部分院校都非常注重學(xué)生創(chuàng)新思維的塑造，都會開設(shè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)課程和TRIZ理論課程。近些年，國內(nèi)高校也逐步將TRIZ理論課程作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程的一部分[9]。這種方式能夠讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)TRIZ理論，為參加學(xué)科競賽、發(fā)明創(chuàng)造等創(chuàng)新活動做好理論儲備。

2.2.3 課程教學(xué)方法的改革

TRIZ理論注重創(chuàng)新問題的模型簡化與構(gòu)建，通過系統(tǒng)的工具與方法尋找解決方案，這與大部分工科專業(yè)的大作業(yè)、綜合項目、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)是非常吻合的。所以，將TRIZ理論應(yīng)用到課程教學(xué)中，與項目化教學(xué)、案例教學(xué)等有機結(jié)合，進行系統(tǒng)的教學(xué)方法改革，能有效解決傳統(tǒng)教學(xué)模式的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，這種方式能激發(fā)學(xué)生參與項目的熱情，使學(xué)生參加學(xué)科競賽的綜合能力得到提升。

2.2.4 師資隊伍的培養(yǎng)

為實現(xiàn)大學(xué)生學(xué)科競賽創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標，建設(shè)一支具有教學(xué)技能的教師隊伍是必備條件。目前各高校教師隊伍以中青年教師為主，大部分教師沒有接受過創(chuàng)新教學(xué)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)或培訓(xùn)，并且在課程教學(xué)中缺少創(chuàng)新理論、方法的實踐。通過TRIZ理論的系統(tǒng)培訓(xùn)和基于TRIZ理論的教育教學(xué)方法改革，將豐富教師的教學(xué)模式和手段，有效提高教師的教學(xué)水平和創(chuàng)新能力[10]。

2.2.5 融入學(xué)科競賽

在學(xué)科競賽中，指導(dǎo)教師、參賽學(xué)生可以充分利用TRIZ理論中的各種創(chuàng)新問題解決方法，大膽提出創(chuàng)新的設(shè)計方案，來完成參賽作品的設(shè)計，使之成為助力學(xué)生競賽的有效手段。

3 構(gòu)建學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的具體方法

下面以車輛工程專業(yè)為例，闡述構(gòu)建學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的具體方法。

3.1 基于TRIZ理論，構(gòu)建學(xué)科競賽創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的課程群

構(gòu)建課程群的首要任務(wù)是梳理學(xué)科競賽應(yīng)具備的能力體系，合理選取支撐課程，挖掘課程的關(guān)聯(lián)性和內(nèi)在邏輯性，從而構(gòu)建課程群。

車輛工程專業(yè)所對應(yīng)的全國大學(xué)生智能車競賽、全國大學(xué)生巴哈汽車大賽等學(xué)科競賽要求參賽學(xué)生所掌握的知識面涵蓋汽車構(gòu)造、汽車試驗、機械設(shè)計、電路設(shè)計、程序設(shè)計、傳感器應(yīng)用等[11,12]。以學(xué)生學(xué)科競賽創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程為分析對象，基于技術(shù)系統(tǒng)進化法則和技術(shù)矛盾解決原理等TRIZ理論，運用其創(chuàng)新思維訓(xùn)練工具之一“九屏幕法”，分析汽車類學(xué)科競賽能力的關(guān)聯(lián)性、層次性和進化性，形成緊密的、環(huán)環(huán)相扣的、有邏輯性的能力體系，如圖1所示。

通過以上對TRIZ理論的系統(tǒng)分析，得到汽車類學(xué)科競賽能力體系，進而尋找出與能力培養(yǎng)目標匹配的課程，構(gòu)建出學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)課程群，開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。課程群對學(xué)科競賽能力的支撐作用如圖2所示。

3.2 結(jié)合TRIZ理論，開展項目化教學(xué)、角色互換式教學(xué)等教學(xué)方法改革

3.2.1 項目化教學(xué)

項目化教學(xué)是將項目實踐引入教學(xué)活動中，是以學(xué)生中心、以項目為載體、以任務(wù)為驅(qū)動的教學(xué)模式，這種教學(xué)模式能有效達成課程教學(xué)目標中實踐能力的培養(yǎng)。將TRIZ理論與項目實踐進行結(jié)合，可以提高學(xué)生的能動性和參與性；在課程教學(xué)中，教師可選擇一個應(yīng)用TRIZ方法解決的問題或項目，引導(dǎo)學(xué)生利用相應(yīng)的TRIZ創(chuàng)新方法和工具解決此問題，過程中不斷提出新的見解、新的發(fā)現(xiàn)，提出新的問題，通過小組討論或者小組實驗，一起解決工程實際的發(fā)明或創(chuàng)新問題，真正地使學(xué)生的思維進行發(fā)散；在課后通過布置一些與學(xué)科競賽相關(guān)的技術(shù)問題，引導(dǎo)學(xué)生用TRIZ理論進行思考，掌握同類問題的解決方法[13]。

學(xué)科競賽相關(guān)課程的教學(xué)，以項目化教學(xué)開展，優(yōu)勢極其明顯。首先，一個完整的競賽項目可以拆分成若干個競賽子項目，非常有利于各個相關(guān)課程教學(xué)中項目化教學(xué)的導(dǎo)入。其次，學(xué)生將不再被動地接受教師傳遞的知識，而是主動地從項目中挖掘知識和方法，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。再次，項目化教學(xué)突破了單一的課堂教學(xué)模式，在完成項目的過程中，學(xué)生有獨立進行工作的機會，使學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做，達到提高學(xué)生實際操作技能、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)運用相關(guān)知識解決實際問題的綜合能力的目的。同時又通過團隊合作完成工作任務(wù)的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的競賽團隊合作意識[14]。

3.2.2 角色互換式教學(xué)

依據(jù)美國學(xué)者埃德加戴爾提出的“學(xué)習(xí)金字塔”理論以及“翻轉(zhuǎn)課堂”教育的理念，相關(guān)課程實施角色互換式的教學(xué)方法改革，強調(diào)學(xué)生的積極參與和實踐。教師布置項目匯報的題目，學(xué)生以小組為單位進行課后自學(xué)，查找相關(guān)資料，制作PPT，課堂分組演講，學(xué)生與教師聽講，課上學(xué)生運用所學(xué)的TRIZ理論工具，進行討論、提問、評價。這種教學(xué)方法也是培養(yǎng)學(xué)生溝通、團隊協(xié)作能力的非常有效的方式。

3.3 建設(shè)一支創(chuàng)新型師資隊伍

具有創(chuàng)新教學(xué)技能的高素質(zhì)教師隊伍是學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系中最重要的環(huán)節(jié)。不同于傳統(tǒng)課程的講授，創(chuàng)新型師資隊伍應(yīng)具備過硬的專業(yè)理論功底和實踐能力，同時還應(yīng)掌握系統(tǒng)的創(chuàng)新理論，善于用創(chuàng)新思維傳遞給學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和思維方式。

通過“一主線三共同”的建設(shè)模式，建設(shè)一支凝心聚力的高素質(zhì)創(chuàng)新型師資隊伍。“一主線”是指以TRIZ理論作為學(xué)科競賽課程體系構(gòu)建、教學(xué)方法改革、師資培訓(xùn)等的主線，通過系統(tǒng)的TRIZ理論培訓(xùn)，夯實教師創(chuàng)新理論、創(chuàng)新思維的基礎(chǔ)?！叭餐笔侵笇I(yè)教學(xué)團隊共同梳理課程體系，開發(fā)項目化教學(xué)內(nèi)容；課程教學(xué)團隊共同授課，開展各類實踐教學(xué)活動，實施有效的互助機制；競賽指導(dǎo)教師結(jié)對，以老帶新，共同指導(dǎo)學(xué)生競賽，不斷擴容指導(dǎo)教師隊伍。

3.4 開設(shè)公選課，引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽

車輛工程專業(yè)教學(xué)團隊針對現(xiàn)在比較成熟的幾個汽車類全國大學(xué)生競賽項目，相應(yīng)開設(shè)了多門公共選修課：智能車設(shè)計與制作、巴哈汽車設(shè)計與制作、圖形設(shè)計與制作等。學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程后，能夠初步了解學(xué)科競賽項目所需要的知識，掌握一些初步的競賽技能，最重要的是培養(yǎng)了學(xué)生參與競賽的興趣，這樣為更多的學(xué)生加入競賽團隊，找到未來學(xué)習(xí)生活的目標，打下了堅實的基礎(chǔ)。

3.5 實施學(xué)科競賽評價機制，提高競賽創(chuàng)新能力

大學(xué)生學(xué)科競賽助力創(chuàng)新能力培養(yǎng)的動力來源于人才培養(yǎng)目標和學(xué)生自身發(fā)展的需要、教師對學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重視和付出，創(chuàng)新條件和創(chuàng)新環(huán)境對大學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)發(fā)揮著重要作用，學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)評價機制是保障大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)常態(tài)化的根本，如圖3所示。

教師在課內(nèi)教學(xué)與課外活動（主要是競賽活動指導(dǎo)）中，把自己研究的最新科研成果，反哺至競賽創(chuàng)新課程中，通過項目化教學(xué)與角色互換式教學(xué)，培養(yǎng)汽車類本科生的競賽能力，促使學(xué)生完成專業(yè)設(shè)定的培養(yǎng)目標，同時為自己終身學(xué)習(xí)定下目標。通過教學(xué)的評價與比賽結(jié)果，不斷閉環(huán)反饋至教師，教師吸取經(jīng)驗與教訓(xùn)后，再投入到競賽教學(xué)中。這種評價機制也非常符合工程教育專業(yè)認證所要求的持續(xù)改進的宗旨，其為學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的完善提供了持續(xù)的動力。

4 結(jié)語

通過對TRIZ理論的深入研究，結(jié)合學(xué)科競賽的特點，系統(tǒng)地分析學(xué)科競賽能力體系，構(gòu)建學(xué)科競賽能力課程群。在課程群的課程建設(shè)與教學(xué)方面，引入TRIZ理論，與項目化教學(xué)、角色互換式教學(xué)等教學(xué)方法深度融合，大幅改善了學(xué)科競賽相關(guān)課程的教學(xué)效果。同時，通過建設(shè)創(chuàng)新型師資隊伍、開設(shè)競賽類公選課、實施學(xué)科競賽評價機制等措施，有效保障創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標的達成。

最終形成一個完整的學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，如圖4所示。這樣的培養(yǎng)體系保障了學(xué)生學(xué)科競賽創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效性和持續(xù)性，將為本科教育提供一種新型的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。