基于TRIZ創(chuàng)新理論的環(huán)境專業(yè)課程教學(xué)研究與實(shí)踐

焦一瀅 高 健 田小方

（湖北工業(yè)大學(xué) 湖北武漢 430068）

黨的十八大明確提出，“科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國(guó)力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置。”強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持走中國(guó)特色自主創(chuàng)新道路、實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略[1]。為了適應(yīng)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的需要，高等院校應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新思維、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)等能力的培養(yǎng)，TRIZ理論作為一種發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的工具，可以在課堂教學(xué)中鼓勵(lì)學(xué)生打破常規(guī)思維習(xí)慣的模式，培養(yǎng)學(xué)生善于提出問(wèn)題的一種習(xí)慣意識(shí)[2]。

一、TRIZ創(chuàng)新理論與環(huán)境監(jiān)測(cè)課程教學(xué)的融合

（一）思維方式創(chuàng)新。傳統(tǒng)教學(xué)和授課方式，以老師講授為主，缺乏以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，學(xué)生的思維受到教材書(shū)本的禁錮，最終導(dǎo)致思維慣性和惰性。近年來(lái)，陸續(xù)有高校開(kāi)設(shè)TRIZ創(chuàng)新理論系列課程。以國(guó)際上著名的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論——TRIZ為基礎(chǔ)，系統(tǒng)講授產(chǎn)品設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和創(chuàng)造性解決問(wèn)題的系統(tǒng)化方法。并結(jié)合項(xiàng)目研究訓(xùn)練使學(xué)生可以初步運(yùn)用TRIZ工具，有效地解決實(shí)際研究中遇到的問(wèn)題，提高創(chuàng)新能力。在我們以引導(dǎo)式為主要教學(xué)模式的課堂中，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生了解TRIZ理論和學(xué)會(huì)使用這種思維模式，喜愛(ài)這種思維模式，并能靈活運(yùn)用TRIZ解決問(wèn)題、解決矛盾的工具尋找多種解題思路。能對(duì)生活及工程上遇到的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行多角度思考并提出解決方案。比如以環(huán)境工程專業(yè)核心課程——環(huán)境監(jiān)測(cè)課程為例，其中重要的章節(jié)有測(cè)定水質(zhì)理化指標(biāo)，常用測(cè)定方法都是依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，對(duì)于方法學(xué)部分學(xué)生不敢嘗試改動(dòng)，但是樣品前處理技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化，首先教師可以鼓勵(lì)學(xué)生勇于提出在實(shí)驗(yàn)中遇到的困難和問(wèn)題，例如，水樣前處理的過(guò)濾操作。在使用水樣抽濾裝置時(shí)，濾膜經(jīng)常會(huì)堵塞，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，當(dāng)樣品量大時(shí)，處理耗時(shí)長(zhǎng)，且需要頻繁更換濾膜，增加了操作的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了實(shí)驗(yàn)成本。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了TRIZ理論體系后，在老師的引導(dǎo)下，抽取出這個(gè)問(wèn)題中存在的物理矛盾和技術(shù)矛盾，接著根據(jù)查詢矛盾矩陣得到發(fā)明原理，進(jìn)行單一或者組合，最終結(jié)合自己專業(yè)知識(shí)提出可行的解決方案，學(xué)生們?cè)谛睦砩弦埠苡谐删透小?/p>

（二）教學(xué)方式創(chuàng)新。授課中可以采取多師同堂的教學(xué)模式，邀請(qǐng)與本課程相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)站工程師、企業(yè)工程師等講授與本節(jié)相關(guān)的內(nèi)容，依據(jù)每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行面對(duì)面講授，必要時(shí)可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行演示。教學(xué)內(nèi)容上應(yīng)更注重工程性指導(dǎo)教學(xué)，將與應(yīng)用到本課程監(jiān)測(cè)體系的工程案例引入課堂。用工程項(xiàng)目貫穿課堂內(nèi)容主線，從而將教學(xué)內(nèi)容、工程實(shí)踐、專業(yè)領(lǐng)域新技術(shù)融合。引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，放飛思想，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)技術(shù)與方法，知識(shí)與實(shí)踐的貫通，促進(jìn)創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力的發(fā)展。

在與環(huán)境專業(yè)相關(guān)的課程中，增加理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，增大綜合創(chuàng)新實(shí)踐課程?？梢酝ㄟ^(guò)構(gòu)建大類(lèi)專業(yè)下，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，為高校培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才提供重要參考。通過(guò)系統(tǒng)研究TRIZ創(chuàng)新理論課程結(jié)合開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加本學(xué)科前沿類(lèi)、創(chuàng)新類(lèi)教學(xué)內(nèi)容來(lái)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力。對(duì)提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力及綜合素質(zhì)，使得大學(xué)生素質(zhì)更加適應(yīng)市場(chǎng)需求，適應(yīng)時(shí)代要求有著重要意義。

（三）鼓勵(lì)專利產(chǎn)品設(shè)計(jì)。考慮到TRIZ創(chuàng)新理論是發(fā)明者通過(guò)總結(jié)前人多項(xiàng)專利得出的發(fā)明問(wèn)題解決問(wèn)題的方法[3]，因此，我們?cè)谡n堂教學(xué)中可以適當(dāng)設(shè)計(jì)讓學(xué)生參與產(chǎn)品創(chuàng)新，指導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)專利的教學(xué)內(nèi)容。以環(huán)境監(jiān)測(cè)課程為例，課程內(nèi)容中涉及大量的采樣工具的使用，可以引導(dǎo)學(xué)生提出對(duì)現(xiàn)有采樣工具使用時(shí)存在的問(wèn)題。例如，對(duì)較深水體進(jìn)行水底沉積物采樣時(shí)，常規(guī)采用方法會(huì)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)使用彼得森抓泥器，但是在實(shí)際實(shí)踐中若遇較深水體，則標(biāo)準(zhǔn)采樣器無(wú)法滿足實(shí)際需求，且采樣器沉重，使用時(shí)還需要幾位男同學(xué)同時(shí)協(xié)調(diào)操作，可以引導(dǎo)學(xué)生利用TRIZ理論中產(chǎn)品的進(jìn)化規(guī)律及矛盾求解法，提出實(shí)際困難、矛盾，分析產(chǎn)品進(jìn)化S曲線[4]。抽取該案例中的技術(shù)矛盾，鼓勵(lì)同學(xué)們從多角度提出需要改善和可能惡化的參數(shù)，查詢矛盾矩陣。根據(jù)發(fā)明原理結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí)，且可以通過(guò)跨專業(yè)的交流，迸發(fā)出更多可行的解決方案，指導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)專利，讓學(xué)生感到專利申請(qǐng)并非遙不可及，從而激發(fā)學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

二、創(chuàng)新教學(xué)具體實(shí)踐措施

（一）課程體系重置。以“環(huán)境監(jiān)測(cè)”課程為例，該門(mén)課程是高等院校環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。主要利用物理、生物、化學(xué)等技術(shù)手段，及時(shí)全面準(zhǔn)確了解和反映環(huán)境質(zhì)量狀況變化趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)高校環(huán)境科學(xué)（工程）專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中，對(duì)本門(mén)課程給予了高度的重視?？紤]到課程性質(zhì)是一門(mén)綜合性邊緣學(xué)科，內(nèi)容涵蓋生物、化學(xué)、地理信息、GIS、氣象學(xué)、水力學(xué)、水文學(xué)等學(xué)科知識(shí)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，實(shí)踐性極強(qiáng)，同時(shí)也是為培養(yǎng)符合國(guó)家環(huán)保新政策的環(huán)保工程師打基礎(chǔ)。因?yàn)?，如何能在有限學(xué)時(shí)內(nèi)保質(zhì)保量的完成教學(xué)任務(wù)，并能確保每位同學(xué)能熟練掌握環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，是當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)之一。因此，結(jié)合TRIZ創(chuàng)新理論，重新構(gòu)建課程內(nèi)容體系，進(jìn)行內(nèi)容、教學(xué)方式的改革、探索與創(chuàng)新。設(shè)計(jì)“多方位、多層次”的模塊化教學(xué)體系，加大實(shí)踐、科研、創(chuàng)新模塊化教學(xué)比重。比如“環(huán)境生物技術(shù)”這門(mén)課程的設(shè)置，符合學(xué)?！?21”人才發(fā)展戰(zhàn)略的需要，是培養(yǎng)應(yīng)用型、工程型人才轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要。該課程體系中有眾多前沿性及應(yīng)用性極強(qiáng)的實(shí)踐技術(shù)，因此，本課程通過(guò)科研訓(xùn)練、實(shí)踐訓(xùn)練和創(chuàng)新訓(xùn)練提高大學(xué)生綜合能力。在課程設(shè)置的模塊教學(xué)中應(yīng)加大上述模塊的比例。比如，環(huán)境監(jiān)測(cè)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重組，能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力?？梢栽谠姓n時(shí)基礎(chǔ)上增加實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程課時(shí)，加大分析技術(shù)的課程內(nèi)容，特別是追蹤本行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)前沿創(chuàng)新的技術(shù)手段，及時(shí)調(diào)整完善課程內(nèi)容，讓學(xué)生了解本學(xué)科領(lǐng)域前沿動(dòng)態(tài)。在學(xué)生學(xué)習(xí)TRIZ理論知識(shí)后，適當(dāng)增加案例教學(xué)，并在實(shí)踐教學(xué)中讓學(xué)生提出面臨的問(wèn)題和困難，并鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的采樣、樣品處理、數(shù)據(jù)分析等手段中可以做適當(dāng)優(yōu)化和調(diào)整的部分提出可行的技術(shù)方案。

（二）修正學(xué)習(xí)評(píng)估體系。對(duì)專業(yè)課程進(jìn)行模塊化教學(xué)探索和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系擬定。課程可以設(shè)置教學(xué)模塊、案例模塊、實(shí)驗(yàn)?zāi)K、實(shí)踐模塊等。根據(jù)不同模塊在總評(píng)成績(jī)中所占比例及所設(shè)置模塊學(xué)生參與的完成度，對(duì)學(xué)生所學(xué)課程進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。而當(dāng)前對(duì)某一門(mén)課程的總評(píng)成績(jī)多數(shù)是由平時(shí)成績(jī)、期末考試成績(jī)組成。因此，在模塊化教學(xué)探索中可以持續(xù)改進(jìn)完善當(dāng)前課程評(píng)價(jià)體系。鼓勵(lì)學(xué)生選擇性參與科研訓(xùn)練模塊，為了增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)研究能力，特別是對(duì)有考研需求的學(xué)生，設(shè)置科研訓(xùn)練模塊（科技學(xué)術(shù)與創(chuàng)新實(shí)踐）?？梢酝ㄟ^(guò)參與教師的科研項(xiàng)目、參與大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目和學(xué)術(shù)報(bào)告等形式完成，并鼓勵(lì)參與專利撰寫(xiě)和申報(bào)。

邀請(qǐng)企業(yè)家、校外工程師參與模塊化教學(xué)。特別是環(huán)境專業(yè)結(jié)合工程實(shí)際。例如，在環(huán)境生物技術(shù)課程中，涉及“環(huán)境友好材料在環(huán)境污染防治中應(yīng)用”教學(xué)內(nèi)容，可以邀請(qǐng)企業(yè)家、工程師參與課堂教學(xué)、案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)模塊。探索“課堂、學(xué)校、企業(yè)”三位一體的立體化教學(xué)模式。在學(xué)生評(píng)價(jià)中，增加校外導(dǎo)師評(píng)分占比。

（三）優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)。三提高（認(rèn)知能力、實(shí)踐工具使用能力、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力）增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力；四環(huán)節(jié)（實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)），豐富了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到培養(yǎng)高層次高水平的環(huán)保工程師的目標(biāo)。在實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生多數(shù)按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)或設(shè)計(jì)手冊(cè)去完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐任務(wù)，缺乏自己設(shè)計(jì)和分析的能力，處于被動(dòng)接受狀態(tài)。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的模塊化體系構(gòu)建中，應(yīng)當(dāng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，分組參與不同模塊化教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)TIRZ理論知識(shí)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，提高學(xué)生認(rèn)知能力；在課程實(shí)踐中強(qiáng)化創(chuàng)新思維訓(xùn)練；為學(xué)生打造“創(chuàng)新夢(mèng)工廠”平臺(tái)。鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科合作，對(duì)學(xué)生在理論和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式完成可行技術(shù)方案，并付諸實(shí)踐中。并在老師指導(dǎo)下完成產(chǎn)品的研發(fā)和展示。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著“大眾創(chuàng)新，萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)”精神的逐漸普及，國(guó)內(nèi)各大高校都開(kāi)設(shè)了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐課程、建設(shè)綜合創(chuàng)新實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室等多種措施來(lái)加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的實(shí)踐。很多高校已經(jīng)意識(shí)到加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新人才的緊迫性和重要性[5-6]?；赥RIZ創(chuàng)新理論的思維方式與大學(xué)生專業(yè)課課堂教學(xué)有機(jī)融合，目的在于解放學(xué)生傳統(tǒng)思維方式。因此，在思維模式、教學(xué)方式、課程體系建設(shè)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等方面開(kāi)展一系列創(chuàng)新教學(xué)，將有助于培養(yǎng)符合新時(shí)代現(xiàn)代化發(fā)展要求的創(chuàng)新型應(yīng)用人才。