專業(yè)課教學(xué)創(chuàng)新方法TRIZ理論的滲透及效果評價(jià)

張雯 徐冬梅 劉志偉

［摘 要］ 如何在本科教學(xué)分量很重的專業(yè)課中加強(qiáng)創(chuàng)新教育，是教育工作者需要思考實(shí)踐的重要課題。TRIZ理論（發(fā)明問題解決理論）是目前世界范圍公認(rèn)而有效的一種邏輯類創(chuàng)新方法。通過以生物類課程為例，將TRIZ理論滲透到課程教學(xué)內(nèi)容中，并充分利用教學(xué)活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生使用創(chuàng)新理論解決實(shí)際問題。結(jié)果表明，將技術(shù)創(chuàng)新方法TRIZ理論滲透到課堂教學(xué)中，可激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課的興趣，迸發(fā)出課堂新生機(jī)；以TRIZ理論為媒介，引導(dǎo)學(xué)生對課程知識點(diǎn)的系統(tǒng)性理解和深層次思考，可提高專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量；通過TRIZ理論在課堂教學(xué)中滲透，可有效地鍛煉和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

［關(guān)鍵詞］ 生物類教學(xué)；TRIZ；創(chuàng)新方法

［基金項(xiàng)目］ 2021年度紹興市高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“生物類專業(yè)課教學(xué)中創(chuàng)新方法TRIZ理論的滲透及效果評價(jià)”（SXSJG202101）

［作者簡介］ 張 雯（1988—），女，湖北石首人，博士，浙江樹人學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境微生物學(xué)、TRIZ創(chuàng)新方法等研究；徐冬梅（1974—），女，吉林長春人，博士，浙江樹人學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境生物學(xué)等研究；劉志偉（1982—），男，河北滄州人，碩士，燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，主要從事微生物學(xué)、TRIZ創(chuàng)新方法等研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）10-0153-04［收稿日期］ 2022-05-05

一、研究背景

深入貫徹國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，高校要堅(jiān)持把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿到人才培養(yǎng)全過程。如何在本科教學(xué)分量很重的專業(yè)課中加強(qiáng)創(chuàng)新教育，是教育工作者需要思考實(shí)踐的重要課題。根據(jù)創(chuàng)新型人才的養(yǎng)成規(guī)律，可以從多個(gè)維度來提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。如通過知識水平的提升來激發(fā)創(chuàng)新思維、豐富知識體系，包括在教學(xué)內(nèi)容上拓寬知識面、緊盯前沿領(lǐng)域、提供創(chuàng)新基礎(chǔ)、啟發(fā)創(chuàng)新思路，彭瀚旻等人［1-2］提出將前沿科學(xué)技術(shù)與課堂教學(xué)向融合，通過對前沿領(lǐng)域知識的講述和推廣，開闊學(xué)生的視野，讓學(xué)生從中吸取更多的靈感；利用互聯(lián)網(wǎng)，在教學(xué)過程中進(jìn)行信息獲取和信息處理的方法介紹和實(shí)際操練，運(yùn)用信息技術(shù)培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新技能；采用開放式的教學(xué)方法，在課堂上充分利用探討式、提問式的訓(xùn)練培養(yǎng)創(chuàng)新精神，啟發(fā)創(chuàng)新思維；李婉宜等［3-4］介紹了五種啟發(fā)式教學(xué)法在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，并說明啟發(fā)式教學(xué)方法可以有效地提升和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；利用現(xiàn)代教育技術(shù)如虛擬仿真、短視頻制作等將理論知識化繁為簡，促進(jìn)知識內(nèi)化，激發(fā)創(chuàng)新思考能力。這些教學(xué)方式給學(xué)生提供了鍛煉創(chuàng)新思維能力的機(jī)會，但是在創(chuàng)新方法的指導(dǎo)上卻有所欠缺。而根據(jù)創(chuàng)新型人才的養(yǎng)成規(guī)律，具備了創(chuàng)新的知識儲備，又有了創(chuàng)新能力，還需要掌握創(chuàng)新方法。最有價(jià)值的知識是方法的知識。

TRIZ理論（發(fā)明問題解決理論）是目前世界范圍較公認(rèn)且有效的一種邏輯類的創(chuàng)新方法。雖已有一些教育者關(guān)注到了TRIZ理論在課堂教學(xué)中發(fā)揮的作用，但是關(guān)注點(diǎn)往往在利用TRIZ理論來解決課堂教學(xué)中存在的問題。如高鵬等利用TRIZ理論中的發(fā)明原理，針對教學(xué)過程中存在的具體問題進(jìn)行分析，并提出提高商務(wù)英語課堂教學(xué)質(zhì)量的方法；岳志勇等也提出可以利用TRIZ理論來對大學(xué)課堂中存在的問題進(jìn)行分析，以便更好地提高教學(xué)質(zhì)量［5-6］。我們認(rèn)為，如何將TRIZ理論與專業(yè)課進(jìn)行融合獲得更好的創(chuàng)新訓(xùn)練效果，是本研究主要關(guān)注的問題。

二、研究方法

（一）教學(xué)方法設(shè)計(jì)

本研究以“環(huán)境微生物學(xué)”課程為例，將技術(shù)創(chuàng)新方法TRIZ理論滲透到課程教學(xué)內(nèi)容中，由此通過一系列的課堂訓(xùn)練改變學(xué)生的思維定式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。具體實(shí)施過程如下。

1.技術(shù)進(jìn)化體系的課堂教育。TRIZ理論提出了任何技術(shù)系統(tǒng)的改進(jìn)和提升往往遵循了八大進(jìn)化法則，針對課本上提出的一些設(shè)計(jì)方法和方案進(jìn)行技術(shù)體系分析，指導(dǎo)學(xué)生針對目前常用的技術(shù)體系進(jìn)行改良和進(jìn)化摸索，如“微生物活性污泥的技術(shù)進(jìn)化處理方案”設(shè)計(jì)等。

2.理想解法的課堂教育。通過授課過程中對技術(shù)系統(tǒng)的理想化方式改造，培養(yǎng)學(xué)生顛覆性思維的能力。如傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)適應(yīng)性差，對于高鹽分、酸性、堿性、重金屬、高濃度有機(jī)廢水不適用，現(xiàn)在我們采用理想解方案來形成新的技術(shù)體系，如“利用古菌的特殊優(yōu)勢來進(jìn)行廢水處理”，通過這樣的轉(zhuǎn)換和講授，既讓學(xué)生學(xué)會了古菌的生存特點(diǎn)，掌握了基礎(chǔ)知識，又學(xué)會了創(chuàng)新方法，提升了創(chuàng)新思維能力。

3.40個(gè)發(fā)明原理的課堂教育。TRIZ理論就發(fā)明原理進(jìn)行了總結(jié)和分類，創(chuàng)造了基于40個(gè)發(fā)明原理的矛盾矩陣表。課堂講授中將發(fā)明原理與課堂知識點(diǎn)結(jié)合，如“微生物的分離”“鑒別培養(yǎng)基的配置所用的顏色原理”“微生物的連續(xù)培養(yǎng)技術(shù)所用的抽取原理”“固定化微生物系統(tǒng)所用的中介物原理”等。

4.DTC法的課堂教育。DTC法（尺寸—時(shí)間—成本法）是TRIZ理論中的一種極限思維方法，把問題的解決尺度放在無限大或無限小的時(shí)間、尺寸和成本上，尋找適合的解決方案。如課堂講授到《真菌》一章時(shí)，提出關(guān)于食品上黃曲霉菌污染難以解決的問題，引入DTC法，在尺寸維度上形成干燥粉碎化食品的方案，在時(shí)間維度上形成延長食品滅菌時(shí)間的方案，在成本維度上形成利用各種物理、化學(xué)手段抑制微生物生長的技術(shù)方案。

5.九窗口法的課堂教育。九窗口法，又稱為九屏幕法，是一種多層次、多角度的思維方式，通過分別列出本系統(tǒng)、子系統(tǒng)和超系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和未來的情況，以探索問題的解決途徑。如在講授到水源地藻類污染導(dǎo)致飲用水供水安全問題時(shí)，告訴大家如何用九窗口法解決，并可形成運(yùn)輸管道、取水系統(tǒng)、自來水公司消毒系統(tǒng)、水資源自身、室內(nèi)供水系統(tǒng)及過濾材料等多維度解決方案。

6.76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解的課堂教育。通過大量的專利分析，發(fā)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的模型類型并不多（只有5大類76個(gè)）如果將其歸納總結(jié)，形成標(biāo)準(zhǔn)解，就能高效地為創(chuàng)新服務(wù)。在課堂教育中，通過提出技術(shù)問題如怎樣防止微生物菌劑在使用中失效，要求學(xué)生利用標(biāo)準(zhǔn)解求解，并對比獲得最佳方案，如降低有害作用，提高不足作用等。

（二）教學(xué)評價(jià)方法設(shè)計(jì)

為準(zhǔn)確評價(jià)所設(shè)計(jì)的教學(xué)過程對學(xué)生的影響，設(shè)計(jì)多維度的評價(jià)方式。所設(shè)對照組為同一教師所授相同課程且未進(jìn)行TRIZ理論課堂滲透學(xué)習(xí)的學(xué)生。將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（t檢驗(yàn)）。

三、教學(xué)效果評價(jià)結(jié)果

（一）學(xué)生自評

1.自評分?jǐn)?shù)分析。首先對學(xué)生的課程自評分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，匯總線上學(xué)習(xí)評價(jià)、課堂學(xué)習(xí)評價(jià)和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)評價(jià)分?jǐn)?shù)。所設(shè)對照組為同一教師所授相同課程且未進(jìn)行TRIZ理論課堂滲透學(xué)習(xí)的學(xué)生。采用的分析方法為均值比較T檢驗(yàn)法，實(shí)驗(yàn)組（進(jìn)行TRIZ理論滲透）標(biāo)記為1，對照組（未進(jìn)行TRIZ理論滲透）標(biāo)記為2，結(jié)果如下：兩個(gè)班級的學(xué)生自評分?jǐn)?shù)的平均值差距不大，都是在89分，但是實(shí)驗(yàn)組成績略微高于對照組成績。而根據(jù)獨(dú)立樣本檢驗(yàn)，學(xué)生的自評分?jǐn)?shù)并沒有顯著性差異（P＞0.05）。但是，在情感狀態(tài)、知識掌握、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、科學(xué)研究能力、使用現(xiàn)代工具、國際交流能力、團(tuán)隊(duì)合作、主動(dòng)學(xué)習(xí)、創(chuàng)新意識、表達(dá)及溝通能力、操作技能、價(jià)值觀等各方面的具體評價(jià)上，卻不太相同，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的知識掌握和創(chuàng)新意識兩項(xiàng)的平均分?jǐn)?shù)明顯高于對照組。但這是學(xué)生自評的情況，主觀性強(qiáng)，我們后續(xù)還需要結(jié)合學(xué)生的考試成績和其他表現(xiàn)，綜合評判這兩項(xiàng)是否確實(shí)有了明顯提升。

2.半結(jié)構(gòu)式訪談結(jié)果分析。對學(xué)生的訪談結(jié)果進(jìn)行分析如下：在對課程的認(rèn)知上，受訪學(xué)生都表示通過本門課程的學(xué)習(xí)可以掌握很多基礎(chǔ)知識和實(shí)驗(yàn)技能，并且學(xué)習(xí)到了很多重要的思考方法，非常有利于解決實(shí)踐問題；對自身課程的學(xué)習(xí)把控上，受訪學(xué)生都認(rèn)為大部分課程內(nèi)容可以很好地理解，但是有一部分想透徹了解還需要課后查找資料和進(jìn)行練習(xí)；能力培養(yǎng)方面，受訪學(xué)生大都認(rèn)為在查閱文獻(xiàn)能力、交流能力和創(chuàng)新能力上有很大的提升，但科研能力有待提高，希望在這方面多一些訓(xùn)練；在小組任務(wù)和團(tuán)隊(duì)合作方面，受訪學(xué)生都認(rèn)為通過小組任務(wù)可以有效提高自己的水平和素質(zhì)，對于小組任務(wù)的完成自己作出一定的貢獻(xiàn)。

對本次“半結(jié)構(gòu)式”訪談進(jìn)行維度分析。教師對學(xué)生的維度分析結(jié)果與學(xué)生的自我認(rèn)知結(jié)果比較接近。根據(jù)所預(yù)先設(shè)計(jì)的維度，訪談?wù)邔@些因素進(jìn)行分析判斷的同時(shí)，不能拘泥于這些維度，而要帶著一種開放的心態(tài)去審讀學(xué)生的話語，并可以進(jìn)行維度的添加。而結(jié)合自評分?jǐn)?shù)進(jìn)行分析，兩者的結(jié)果非常一致。大多數(shù)學(xué)生對本門課的學(xué)習(xí)態(tài)度（情感狀態(tài)）是優(yōu)秀的，大多數(shù)學(xué)生可以理解課程講授的主要內(nèi)容，TRIZ創(chuàng)新方法融入課程的過程并沒有影響大家的學(xué)習(xí)感受，課程對于大家也產(chǎn)生了比較強(qiáng)的吸引力，而在小組任務(wù)的完成上，很多學(xué)生也有了自信心的提升，并學(xué)會反思自己的不足，懂得借鑒他人的經(jīng)驗(yàn)。在能力感知上，學(xué)生經(jīng)過課堂的教育能力有所提升，但是依然存在一些方面能力的欠缺，而且欠缺的方面每個(gè)學(xué)生有較大的差異，所以還需要在后續(xù)的教學(xué)過程中注重個(gè)性化的教育和培養(yǎng)。

此外，在訪談過程中，幾位學(xué)生還表達(dá)了對于創(chuàng)新方法的濃厚興趣，并且希望能通過創(chuàng)新方法的學(xué)習(xí)成為真正的創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新型人才是富有獨(dú)創(chuàng)性、具備高度創(chuàng)造力的人才，這類人才不僅能在各類不同情境下產(chǎn)生較多新的創(chuàng)意和想法，且具備構(gòu)思新產(chǎn)品、新方案或新技術(shù)的能力，創(chuàng)新型人才往往還具備其他多方面的素養(yǎng)，這些素養(yǎng)使得他們具備以發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題為代表的各種能力。在大學(xué)專業(yè)課的教學(xué)過程中，如果能以此為契機(jī)去給學(xué)生講授創(chuàng)新方法，并由此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，將會對學(xué)生產(chǎn)生巨大的幫助。當(dāng)今的社會，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，形勢變更錯(cuò)綜復(fù)雜，對于參與社會勞動(dòng)的個(gè)體要求越來越高，要想適應(yīng)社會發(fā)展需求，成為當(dāng)前以創(chuàng)意為主導(dǎo)的創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的高級復(fù)合型人才，掌握創(chuàng)新方法、具備創(chuàng)新能力是必須具備的基本素質(zhì)。

（二）同伴評價(jià)及教師評價(jià)

1.同伴評價(jià)分?jǐn)?shù)。對同伴評價(jià)平均分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所設(shè)對照組為同一教師所授相同課程且未進(jìn)行TRIZ理論課堂滲透學(xué)習(xí)的學(xué)生。采用的分析方法為均值比較T檢驗(yàn)法，實(shí)驗(yàn)組（進(jìn)行TRIZ理論滲透）標(biāo)記為1，對照組（未進(jìn)行TRIZ理論滲透）標(biāo)記為2，結(jié)果如下：兩個(gè)班級的學(xué)生自評分?jǐn)?shù)的平均值差距不大，都是在91.57分，但是實(shí)驗(yàn)組成績分布范圍更廣，學(xué)生之間的分?jǐn)?shù)差距更大。而根據(jù)獨(dú)立樣本檢驗(yàn)，萊文方差等同性檢驗(yàn)不顯著，因此實(shí)際的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵膊怀闪?。這可能是因?yàn)閷W(xué)生在進(jìn)行互相評價(jià)時(shí)，是以自我或者其他學(xué)生為尺度，因此每個(gè)班級學(xué)生的評價(jià)尺度是不一樣的，所以結(jié)果的客觀性不足。而同伴評價(jià)的平均值也遠(yuǎn)高于自評平均值，這也說明了同學(xué)之間可能存在不敢相互批評的心態(tài)，這種心態(tài)也將影響我們評價(jià)的準(zhǔn)確性。

2.教師評價(jià)分?jǐn)?shù)。對教師評價(jià)分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所設(shè)對照組為同一教師所授相同課程且未進(jìn)行TRIZ理論課堂滲透學(xué)習(xí)的學(xué)生。采用的分析方法為均值比較T檢驗(yàn)法，實(shí)驗(yàn)組（進(jìn)行TRIZ理論滲透）標(biāo)記為1，對照組（未進(jìn)行TRIZ理論滲透）標(biāo)記為2，結(jié)果如下：兩個(gè)班級的教師評價(jià)分?jǐn)?shù)的平均值差距較大，實(shí)驗(yàn)組成績高于對照組。且根據(jù)獨(dú)立樣本檢驗(yàn)，兩組學(xué)生的教師評價(jià)分?jǐn)?shù)具有顯著性差異（P＜0.05）。從教師的數(shù)據(jù)上可以看到，教師對于進(jìn)行TRIZ理論滲透的班級的評價(jià)更好，體現(xiàn)了教師在課堂的體驗(yàn)感上更好，自我成就感更強(qiáng)烈，這對于教師來說，也是對課堂教學(xué)質(zhì)量影響非常大的因素。

結(jié)語

本研究設(shè)計(jì)了一套適應(yīng)于生物類專業(yè)課中進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新方法TRIZ理論滲透的教學(xué)模式，并進(jìn)行應(yīng)用與實(shí)踐。通過形成一套科學(xué)的、系統(tǒng)的評價(jià)機(jī)制，分析出所采用的技術(shù)創(chuàng)新方法TRIZ理論滲透的教學(xué)模式對教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的影響和作用。評價(jià)數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生們充分感受到了自己的學(xué)習(xí)進(jìn)步，并且認(rèn)為自己對課程的掌握情況良好，大家對課堂的真實(shí)感受是獲得了很多思考的實(shí)踐，也提升了對查閱各種文獻(xiàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的興趣；大多數(shù)學(xué)生對課堂的教學(xué)效果是滿意的，也讓大家感受到了多元化的教學(xué)方式對自己的影響和作用，學(xué)生樂于參與到課堂活動(dòng)中，這也說明以學(xué)生為中心的課堂才能真正地吸引學(xué)生。這些研究結(jié)果證實(shí)，將技術(shù)創(chuàng)新方法TRIZ理論滲透到課堂教學(xué)中，可激發(fā)學(xué)生對專業(yè)課的興趣，迸發(fā)出課堂新生機(jī)；以TRIZ理論為媒介，引導(dǎo)學(xué)生對課程知識點(diǎn)的系統(tǒng)性理解和深層次思考，可提高專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量；通過TRIZ理論在課堂教學(xué)中滲透，可有效地鍛煉和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。本研究通過大量實(shí)踐培育出高校專業(yè)課教學(xué)中進(jìn)行創(chuàng)新教育的方法，為培養(yǎng)具有較高知識水平、較強(qiáng)創(chuàng)新技能的創(chuàng)新型人才提供可行方案。

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Application of TRIZ Theory in Professional Course Teaching and Its Effect Evaluation： Taking College Biology Course as an Example

ZHANG Wen1，2， XU Dong-mei1，2， LIU Zhi-wei3

（1.College of Biology and Environmental Engineering， Zhejiang Shuren University， Shaoxing， Zhejiang 312028， China; 2. College of Biology and Environmental Engineering， Zhejiang Shuren University， Hangzhou， Zhejiang 310015， China; 3. College of Environmental and Chemical Engineering， Yanshan University， Qinhuangdao， Hebei 066004， China）

Abstract： How to strengthen innovative education in professional courses with heavy weight in undergraduate teaching is an important topic for educators to think and practice. TRIZ theory （invention problem solving theory） is the most recognized and effective logical innovation method all over the world. Taking biology courses as an example， this study applies TRIZ theory in the course teaching， and makes full use of teaching activities to guide students to use innovative theory to solve practical problems. The results show that applying TRIZ theory to classroom teaching can stimulate students interest in professional courses and burst out new vitality in the classroom， taking TRIZ theory as the medium to guide students systematic understanding and deep thinking of knowledge points can improve the teaching quality of professional courses， and the application of TRIZ theory in classroom teaching can effectively exercise and stimulate students innovative thinking and improve students innovative ability.

Key words： biology teaching; TRIZ; innovation methods