基于TRIZ理論的研究性教學(xué)模式在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

陳 剛，宋義林，高樹枚，王冠然

（黑龍江大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150080）

黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院作為新建的工科學(xué)院，將培養(yǎng)適合龍江經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和企業(yè)需要的應(yīng)用型高級技術(shù)人才定位為辦學(xué)和人才培養(yǎng)的總目標(biāo)。為此，積極進(jìn)行教學(xué)改革，探索應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式和課程體系建設(shè)，將研究性教學(xué)模式運(yùn)用到了應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)中，并通過TRIZ理論創(chuàng)新方法的應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造潛能，在高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)模式的探索與實踐上取得了較好效果。

1.應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的確立及當(dāng)前培養(yǎng)模式存在的問題

國家的建設(shè)和發(fā)展要求高等教育培養(yǎng)多種類型的人才。例如，學(xué)術(shù)型人才，應(yīng)用型人才，復(fù)合型人才等。其中，應(yīng)用型人才側(cè)重知識應(yīng)用與技術(shù)創(chuàng)新，能夠在社會生產(chǎn)、管理、服務(wù)的第一線解決實際問題。隨著我國高等教育大眾化的深入，社會對應(yīng)用型人才的需求數(shù)量在增加、層次在擴(kuò)展、培養(yǎng)陣營在擴(kuò)大，應(yīng)用人才已成為我國高等教育人才培養(yǎng)中的主要任務(wù)。應(yīng)用型人才從層級的角度，可以分為三層：基礎(chǔ)層次技能應(yīng)用型，主要由高職高專院校培養(yǎng)；中級層次知識應(yīng)用型，主要由應(yīng)用型本科院校和本科院校的應(yīng)用型專業(yè)培養(yǎng)；高級層次創(chuàng)造應(yīng)用型，主要由國家及部分地方重點大學(xué)來培養(yǎng)［1］。黑龍江大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院成立于2005年，是一個綜合性地方重點大學(xué)新建的工科學(xué)院。學(xué)院根據(jù)社會需求、自身特點和辦學(xué)條件，將培養(yǎng)適合龍江經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和企業(yè)需要的應(yīng)用型高級技術(shù)人才作為學(xué)院辦學(xué)和人才培養(yǎng)的目標(biāo)，努力開展高素質(zhì)創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

當(dāng)前，高等工科教育在應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式方面還不同程度地存在一些問題。在教學(xué)方式上，存在填鴨式和重知識傳授輕知識應(yīng)用的問題，學(xué)生提出問題和分析解決問題的意識與能力欠缺，創(chuàng)新能力不足；在教與學(xué)的關(guān)系上，教師在教學(xué)過程中的主導(dǎo)作用過重，學(xué)生聽課跟著教師走，看書跟著教材走，考試跟著復(fù)習(xí)范圍走；在學(xué)習(xí)層次上，繼承性過多，創(chuàng)新性過少；在學(xué)習(xí)的情感上，應(yīng)試型過多，興趣型過少［1］。總之，在教學(xué)過程中對學(xué)生的學(xué)習(xí)改革、學(xué)習(xí)引導(dǎo)不夠重視，學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)狀態(tài)亟待指導(dǎo)和激發(fā)。為此必須更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)程中的學(xué)生自主性、研究性、實踐性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)。

2.基于TRIZ理論的應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究性教學(xué)模式的提出

研究性教學(xué)是教師以培養(yǎng)學(xué)生的研究意識、研究能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，通過教學(xué)過程的研究性，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，從而讓學(xué)生掌握知識、培養(yǎng)研究和創(chuàng)新能力的教學(xué)［2］，是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，以問題或課題為內(nèi)容，以研究為手段主動地獲取經(jīng)驗和知識的學(xué)習(xí)活動。對教師的教來說，研究性教學(xué)是要將科學(xué)研究的思想與方法融進(jìn)教學(xué)過程。歸結(jié)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)，教學(xué)不再是簡單的知識傳授過程，而應(yīng)使學(xué)生在比較系統(tǒng)地掌握本學(xué)科專業(yè)必需的基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，注重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、應(yīng)用所掌握的知識和技術(shù)解決實際問題的實踐能力。使學(xué)生具備基礎(chǔ)較扎實、知識面較寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高四個突出特點，尤其是具有應(yīng)用知識進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)二次開發(fā)的能力，適應(yīng)社會多樣化的需求［3］。

在提高學(xué)生的知識應(yīng)用與創(chuàng)新能力中，讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握科學(xué)的創(chuàng)新方法是十分重要的。我們在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，基于TRIZ理論的研究性教學(xué)模式對培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才、提高學(xué)生的解決實際問題能力和創(chuàng)新能力比較有效。TRIZ理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在1946年創(chuàng)立的，作為發(fā)明問題的解決理論，在軍事、工業(yè)、航空、航天等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。TRIZ理論可以幫助人們系統(tǒng)地分析問題，快速發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)或者矛盾，準(zhǔn)確確定問題的探索方向，突破思維障礙，打破思維定式，以新的視覺分析問題，加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程［4］，提高成功率。因此，在研究性教學(xué)過程中有計劃地讓學(xué)生學(xué)習(xí)和使用TRIZ理論，對提高學(xué)生的創(chuàng)新思維大有裨益。

3.研究性教學(xué)中TRIZ理論的具體運(yùn)用

3.1 TRIZ理論在理論課課堂研究性教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

課堂教學(xué)是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。在高校教學(xué)中，盡管目前理論課課堂教學(xué)課時逐步壓縮，實踐學(xué)時不斷增加，但仍然是主要的教學(xué)環(huán)節(jié)。提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，首先要向課堂要質(zhì)量，要改革教學(xué)內(nèi)容和方法。知識傳授和能力培養(yǎng)是人才培養(yǎng)的兩個方面，二者相輔相成。知識是能力的基礎(chǔ)，能力是對知識的運(yùn)用。雖然能力的提升十分重要，但理論的傳授也不容忽視。采用研究性教學(xué)方式，讓學(xué)生以探究者的姿態(tài)，以問題為導(dǎo)向，并結(jié)合創(chuàng)新方法運(yùn)用，主動思考地學(xué)習(xí)，是我們進(jìn)行理論課教學(xué)方法改革的方向。

我們在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)第四學(xué)期開設(shè)的機(jī)械原理和第五學(xué)期開設(shè)的機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)作了一些嘗試。前四周授課主要介紹這門課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，在講授規(guī)定的基本教學(xué)內(nèi)容同時，講解研究性教學(xué)授課方法及要求，并對TRIZ理論相關(guān)內(nèi)容做簡要介紹。在這一階段的教學(xué)中，教師可以要求學(xué)生課下對TRIZ理論等創(chuàng)新思維方法進(jìn)行一定的了解學(xué)習(xí)，提供給學(xué)生一些電子版學(xué)習(xí)資料，推薦參考書籍目錄以及相關(guān)學(xué)習(xí)網(wǎng)站等，讓學(xué)生為后續(xù)的學(xué)習(xí)作準(zhǔn)備。5～8周講授與問題討論結(jié)合，問題先由教師提出，一般為2～4個涉及課程學(xué)過的教學(xué)內(nèi)容的問題。一般每周4個學(xué)時課程，安排3個學(xué)時講授，1個學(xué)時進(jìn)行課上討論、發(fā)言。涉及到的TRIZ理論可以為創(chuàng)新思維方法、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則、發(fā)明原理等內(nèi)容。將學(xué)生分為若干小組，以便課堂內(nèi)外學(xué)習(xí)和討論，每個小組為4～6人。9～12周仍為講授與問題討論結(jié)合，但問題主要由學(xué)生自己提出，一般每個小組為1～3個涉及課程學(xué)過或尚未學(xué)過的教學(xué)內(nèi)容的問題，一般每周安排1個學(xué)時進(jìn)行課上討論、發(fā)言或答辯。涉及到的TRIZ理論可以為資源分析、技術(shù)矛盾與物理矛盾及物——場模型分析方法等內(nèi)容。

在2012～2013學(xué)年開設(shè)的機(jī)械原理5～8周教學(xué)環(huán)節(jié)，教師提出“齒輪傳動機(jī)構(gòu)改進(jìn)發(fā)展方向”的問題，學(xué)生通過課堂上學(xué)習(xí)和課下查閱相關(guān)資料，并運(yùn)用TRIZ理論中多屏圖思維法對齒輪傳動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的當(dāng)前、過去、未來，以及系統(tǒng)的子系統(tǒng)和超系統(tǒng)進(jìn)行了分析，克服了思維慣性，使問題分析全面，提出許多超越常規(guī)的、有建設(shè)性的創(chuàng)新性觀點和建議。在2012～2013學(xué)年機(jī)械設(shè)計9～12周課程教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生結(jié)合承擔(dān)的“床用腿部康復(fù)運(yùn)動裝置”的創(chuàng)新課題，提出了液壓驅(qū)動裝置創(chuàng)新的問題，運(yùn)用TRIZ理論中的空間分離原理，列出了物理矛盾和技術(shù)矛盾，提出了磁耦合力運(yùn)用的設(shè)想，最終完成了無活塞桿磁力油缸的方案設(shè)計，想法大膽并富創(chuàng)新性。

運(yùn)用TRIZ理論在理論課堂的研究性教學(xué)中還應(yīng)注意以下的問題：

（1）研究討論應(yīng)以問題為導(dǎo)向，教師提出問題應(yīng)為涉及課程學(xué)過的教學(xué)內(nèi)容，由易到難。學(xué)生自擬的問題可為涉及課程學(xué)過內(nèi)容的問題，也可為涉及尚未學(xué)過的內(nèi)容，但一定為涉及本課程內(nèi)容。

（2）問題的分析和解決也應(yīng)由淺入深，課上討論的問題可以延伸到課下再學(xué)習(xí)研究，但要適當(dāng)。另外，課下布置的一般性作業(yè)最好與研究性問題結(jié)合，提高學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和連貫性。

（3）對TRIZ理論等創(chuàng)新理論的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，教師也應(yīng)注意循序漸進(jìn)，第四學(xué)期和第五學(xué)期教學(xué)運(yùn)用上應(yīng)有所側(cè)重，注意從各個方面對學(xué)生能力的培養(yǎng)。

（4）教師和學(xué)生提出的討論問題要預(yù)先做好設(shè)計，使這些問題涉及的相關(guān)理論能從各個側(cè)面進(jìn)行探討，同時又要避免討論點過于寬泛，從而保證課堂討論的有界和有序。

（5）注意調(diào)動全體同學(xué)的積極性，盡可能使每一個學(xué)生都積極參與進(jìn)來。課堂討論以組為單位展開，發(fā)言的學(xué)生應(yīng)代表小組的意見，發(fā)言內(nèi)容應(yīng)事先在小組研究中進(jìn)行過討論。為促進(jìn)一些不愿思考、不想發(fā)言的同學(xué)動起來，采用小組發(fā)言人由老師隨機(jī)指定的方法，避免“搭便車”的現(xiàn)象。在自由討論環(huán)節(jié)，鼓勵同學(xué)自由發(fā)表見解，彰顯個性思維。課堂討論情況作為平時成績的主要參考依據(jù)。

3.2 TRIZ理論在實驗課研究性教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

近年來，實驗教學(xué)越來越受到重視。實驗教學(xué)不僅是理論教學(xué)的補(bǔ)充，更是在理論教學(xué)基礎(chǔ)之上的深入學(xué)習(xí)與知識運(yùn)用，對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、實踐創(chuàng)新和動手能力至關(guān)重要、不可替代。通過開展實驗教學(xué)改革，我們將研究性教學(xué)方式和創(chuàng)新理論運(yùn)用引入實驗教學(xué)中，并對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的第三學(xué)期開設(shè)的機(jī)械工程材料與工藝學(xué)和第五學(xué)期開設(shè)的機(jī)械制造裝備設(shè)計的實驗教學(xué)做了試點。經(jīng)過幾年的探索實踐和改進(jìn)完善，逐步形成了具有本專業(yè)特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)實驗教學(xué)方法，并取得了良好的教學(xué)效果。

在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的第三學(xué)期開設(shè)的機(jī)械工程材料與工藝學(xué)實驗課——材料硬度實驗測定實驗項目操作中，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)目前硬度計配置的試臺，不能對非規(guī)則形狀的試件定位固定。而調(diào)研結(jié)果證明實際生產(chǎn)和科學(xué)研究須要對非規(guī)則形狀的試件進(jìn)行測量，如向生產(chǎn)商訂購特殊的非規(guī)則硬度測量夾具，則價格相對昂貴且操作難度大。學(xué)生根據(jù)硬度計測量非規(guī)則形狀的實際要求，首先確定了夾具設(shè)計的TRIZ最終理想解，并在查閱相關(guān)技術(shù)資料和分析總結(jié)的基礎(chǔ)上提出了金屬硬度測量非規(guī)則試件夾具的設(shè)計方案，申報了校實驗室開放基金項目，并獲得立項批準(zhǔn)。學(xué)生根據(jù)學(xué)到的理論知識并結(jié)合TRIZ原理，確定了最終的技術(shù)路線，合理解決了測量精度與裝置復(fù)雜性和制造成本的矛盾，效果良好。該夾具結(jié)構(gòu)簡單獨特，實用性強(qiáng)，具有較好的推廣應(yīng)用前景，作品申報參加了第二屆全國“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽并獲獎。

在第五學(xué)期開設(shè)的機(jī)械制造裝備設(shè)計實驗課——車床結(jié)構(gòu)剖析實驗項目教學(xué)中，學(xué)生就車床結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作難度大，低年級學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新制作時獨立操作較難控制、不安全等問題，運(yùn)用TRIZ抽取原理，提出了簡化工業(yè)車床功能、結(jié)構(gòu)，縮小體積，開發(fā)國產(chǎn)化微型車床的方案，并獲得當(dāng)學(xué)年的校實驗室開放基金項目立項批準(zhǔn)。近幾年來，我們在實驗教學(xué)中采用課上啟發(fā)提示，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，初步分析問題，課下開放實驗室，學(xué)生利用課余時間來實驗室開展研究性學(xué)習(xí)，并且以實驗室開放基金項目為載體，引導(dǎo)鼓勵學(xué)生系統(tǒng)地利用TRIZ理論創(chuàng)新方法，分析和解決實驗中發(fā)現(xiàn)的問題，取得了較好的成效，已申請國家級、省級的大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目和校級實驗室開放基金項目十余項。

3.3 將研究性教學(xué)模式“融入”學(xué)生課外創(chuàng)新實踐活動中

為進(jìn)一步推動學(xué)生自主性、研究性學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，我們將基于TRIZ理論的研究性教學(xué)模式“融入”到學(xué)生課外創(chuàng)新實踐活動指導(dǎo)中，使研究性教學(xué)與學(xué)生創(chuàng)新實踐活動相結(jié)合，已取得了較好的效果。例如，機(jī)械專業(yè)大一學(xué)生在參加校園清雪活動中利用TRIZ發(fā)明原理自制了手推式除雪車，并參加了2013年第二屆全國“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽，得到了專家的肯定與好評。

近年來，我們以全國“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽為載體，深入開展基于TRIZ理論的研究性教學(xué)活動，我們給參賽的學(xué)生舉辦講座和培訓(xùn)，從作品選題、制作和申報書撰寫等多方面指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新思維方法進(jìn)行實踐與創(chuàng)新活動，學(xué)生的實踐能力得到了明顯提高，取得了可喜的成果。3年來，課題組教師共指導(dǎo)學(xué)生參加了9項全國“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽，獲大賽一等獎4項，最佳市場前景獎1項，三等獎3項，優(yōu)勝獎2項，教師連續(xù)兩年被大賽評為優(yōu)秀指導(dǎo)教師。實踐證明，課外學(xué)術(shù)科技活動及學(xué)科競賽對培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)自覺性的十分有效。參加過學(xué)科競賽取得成績的學(xué)生知識的實際運(yùn)用和創(chuàng)造能力都得到了較大提高，在就業(yè)和考研深造方面的機(jī)會要高于其他同學(xué)。

4.取得的成效及體會

幾年來，我們在應(yīng)用型人才培養(yǎng)的研究性教學(xué)模式的探索中做了有益的實踐和嘗試。我們鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)到的理論知識并結(jié)合TRIZ理論的創(chuàng)新方法來發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、研究自覺性和創(chuàng)新趣味性，有效提高了學(xué)生的知識應(yīng)用能力和實踐、創(chuàng)新能力。將TRIZ理論的創(chuàng)新方法運(yùn)用到研究性教學(xué)和創(chuàng)新活動中，對促進(jìn)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)和獲得創(chuàng)新發(fā)明成果具有“催化劑”的作用，起到了事半功倍的效果。理論課與實驗課和創(chuàng)新課題的研究性教學(xué)與學(xué)生課外創(chuàng)新實踐活動有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生系統(tǒng)的知識學(xué)習(xí)與實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)相結(jié)合，循序漸進(jìn)，優(yōu)勢互補(bǔ)，創(chuàng)新了教學(xué)模式。當(dāng)然，在教學(xué)實踐中我們的教學(xué)模式還有需要完善和改進(jìn)的地方，如每個小組的學(xué)生數(shù)偏多，課堂時間有限，學(xué)生參與的廣度不足，難以制定統(tǒng)一的考核標(biāo)準(zhǔn)，教師投入的精力不足等。

研究性教學(xué)是一項綜合性的系統(tǒng)工程，它涵蓋教學(xué)過程的各個方面。下一步，我們將在改進(jìn)前期研究存在問題的基礎(chǔ)上，鞏固已取得的成果，繼續(xù)擴(kuò)大基于TRIZ理論的應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究性教學(xué)模式的應(yīng)用范圍，逐步引入到學(xué)年論文、課程設(shè)計、工程訓(xùn)練和畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷完善高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式和培養(yǎng)方法，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和企業(yè)技術(shù)進(jìn)步提供有力的人才支撐。

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