基于TRIZ發(fā)明原理的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

趙慧君 ，張中杰 ，鄭瑾 ，陳守輝，張文麗，賈少培，侯婧

（1.中原工學(xué)院，河南鄭州 451191；2.河南省計(jì)量科學(xué)院研究院，河南鄭州 450000）

TRIZ是俄文“發(fā)明問(wèn)題解決理論”的縮寫，其創(chuàng)始人根里奇·阿奇舒勒通過(guò)專利分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品或技術(shù)的發(fā)展進(jìn)化都是遵循著客觀規(guī)律發(fā)展演變的，即具有客觀進(jìn)化規(guī)律和模式；技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實(shí)現(xiàn)盡量多的功能；各種技術(shù)難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動(dòng)這種進(jìn)化的動(dòng)力[1-2]。在技術(shù)沖突解決原理中，TRIZ理論將不同的發(fā)明創(chuàng)造所遵循的共同規(guī)律歸納為40個(gè)創(chuàng)新原理，針對(duì)具體的技術(shù)沖突，可以基于這些創(chuàng)新原理，結(jié)合工程實(shí)際尋求具體的解決方案[3]。本文嘗試將這些發(fā)明原理運(yùn)用于課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，以提高課堂的生動(dòng)性、活潑性、趣味性，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)意識(shí)、參與意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)。

1 發(fā)明原理在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 發(fā)明原理“1分割”

把一個(gè)物體分成相互獨(dú)立的部分；將物體分成容易組裝和拆卸的部分；提高物體的可分性。在課堂教學(xué)中，通常情況下學(xué)生的座位不固定，一般都是按照自己的意愿選擇座位，熟悉程度高的學(xué)生坐在一起，而不熟悉的學(xué)生往往離得較遠(yuǎn)。運(yùn)用“分割”原理，將學(xué)生們分成3-5人的團(tuán)隊(duì)，在教學(xué)中以小組討論的形式進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的交流與互動(dòng)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部進(jìn)一步分割，針對(duì)同一主題任務(wù)，團(tuán)隊(duì)成員各自搜集相關(guān)資料，匯總討論后由一名成員整理制作PPT或形成報(bào)告，之后推出一名成員在課堂上分享交流，同組其他學(xué)生可以進(jìn)行補(bǔ)充或答疑等。由此，學(xué)生的主體性加強(qiáng)，注重了互助式、互動(dòng)式、討論式的學(xué)習(xí)，有利于小組成員進(jìn)行相互交流合作，使小組成為真正意義上的“功能群體”，學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)由過(guò)去的個(gè)體化轉(zhuǎn)向個(gè)體化與合作化相結(jié)合，學(xué)生之間由過(guò)去的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系轉(zhuǎn)向合作與競(jìng)爭(zhēng)相結(jié)合的關(guān)系[4]。

分組的方式，可以通過(guò)報(bào)數(shù)，報(bào)到相同數(shù)字的學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，由此，坐在一起的學(xué)生一般都會(huì)分在不同的團(tuán)隊(duì)?；蛘撸梢酝ㄟ^(guò)關(guān)鍵詞“衣服顏色”來(lái)進(jìn)行分組，即穿著同色衣服的學(xué)生同組，如果同一組人數(shù)較多，也可以再添加關(guān)鍵詞“鞋子類型”“發(fā)型長(zhǎng)短”等，將學(xué)生分為不同團(tuán)隊(duì)。由此，既增加學(xué)生之間的了解，又通過(guò)團(tuán)隊(duì)成員之間的協(xié)作、團(tuán)隊(duì)之間的競(jìng)爭(zhēng)，提高學(xué)習(xí)的積極性和競(jìng)爭(zhēng)性，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。同時(shí)，在討論知識(shí)點(diǎn)時(shí)，有些知識(shí)點(diǎn)之間有較大的相關(guān)性，可以通過(guò)不同團(tuán)隊(duì)的隨機(jī)或自愿組合進(jìn)行合作，共同完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)與呈現(xiàn)。

1.2 發(fā)明原理“10預(yù)操作”

預(yù)先對(duì)物體（全部或至少部分）施加必要的改變。在課堂教學(xué)中，關(guān)于知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，可以在上課前由學(xué)生進(jìn)行信息的收集整理與理解領(lǐng)會(huì)，課堂上再由學(xué)生輸出并與其他團(tuán)隊(duì)分享討論，由此增加知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。比如，在學(xué)習(xí)《無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)》的“熔體與玻璃體”時(shí)，給每個(gè)小組分配了不同的知識(shí)點(diǎn)，包括：（1）除了聚合物理論，其他關(guān)于熔體結(jié)構(gòu)的理論有哪些？如何描述的？（2）玻璃的通性有哪些？如何解釋？（3）玻璃的結(jié)構(gòu)？（4）關(guān)于熔體粘度的理論有哪些？如何解釋？（5）硼硅酸鹽玻璃的用途有哪些？（6）何為硼反常，如何解釋？要求學(xué)生在下次課時(shí)進(jìn)行分享討論；分享時(shí)要用自己的語(yǔ)言進(jìn)行解釋；分享要在限定的時(shí)間內(nèi)完成；其他團(tuán)隊(duì)的成員可以提出質(zhì)疑、困惑或不同觀點(diǎn)。學(xué)生通過(guò)“預(yù)操作”，親自動(dòng)手收集整理資料，同時(shí)又用自己的理解將領(lǐng)會(huì)的知識(shí)輸出給其他學(xué)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的理解與掌握。

1.3 發(fā)明原理“13反向作用”

用相反的動(dòng)作代替問(wèn)題定義中規(guī)定的動(dòng)作；讓物體或環(huán)境可動(dòng)部分不動(dòng)，不動(dòng)部分可動(dòng)；將物體上下或內(nèi)外顛倒。現(xiàn)在的課堂教學(xué)應(yīng)“以學(xué)生為中心”，學(xué)生是課堂的主角，是教學(xué)的中心，要以學(xué)生為中心，就要采用與以往不同的教學(xué)方法或教學(xué)模式，同時(shí)，還要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，改變課堂的整體氛圍。采用“反向作用”，增加課前操和課間操。比如，利用課前5min，或者課間5min，和同學(xué)們一起跳手語(yǔ)操“我真的很不錯(cuò)”，學(xué)生站在座位處就可以完成，一方面活動(dòng)一下身體，為之后的課程提神醒腦，另一方面讓久坐的學(xué)生活動(dòng)一下筋骨，偶爾放松一下心情。通過(guò)跳一跳、動(dòng)一動(dòng)等肢體動(dòng)作，在強(qiáng)身健體的同時(shí)，還能促進(jìn)溝通、調(diào)節(jié)情緒、培養(yǎng)積極樂(lè)觀的心理素質(zhì)，由此使學(xué)生產(chǎn)生愉悅感、自豪感、信心感。

“反向作用”在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中的第二個(gè)應(yīng)用，是在團(tuán)隊(duì)分享交流時(shí)，對(duì)于平時(shí)不太愿意主動(dòng)發(fā)言的學(xué)生，要求在小組分享每位學(xué)生都有機(jī)會(huì)與他人分享自己的觀點(diǎn)，以壓力激發(fā)內(nèi)驅(qū)力，促進(jìn)學(xué)生表達(dá)自我，展示自我，鍛煉溝通與交流。

變“讓學(xué)生靠近教師”為“教師走向?qū)W生”是“反向作用”在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中的第三個(gè)應(yīng)用。大學(xué)課堂上，主動(dòng)提問(wèn)的學(xué)生相對(duì)較少，如果學(xué)生不提問(wèn)，教師可以向?qū)W生提出問(wèn)題；課堂座位的分布上，如果是固定桌椅的教室，靠近過(guò)道的座位被認(rèn)為被教師提問(wèn)的概率較大，那么，教師可以隨機(jī)提問(wèn)，尤其是中間位置的學(xué)生，可以刻意提高提問(wèn)的頻率，這樣，使得學(xué)生主動(dòng)關(guān)注授課教師的教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也促使學(xué)生主動(dòng)思考或查詢問(wèn)題的解決方案，對(duì)課堂教學(xué)效果的提高有一定的促進(jìn)作用。

1.4 發(fā)明原理“15動(dòng)態(tài)特性”

調(diào)整物體或環(huán)境的性能，使其在工作的各階段達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)；分割物體，使其各部分可以改變相對(duì)位置。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組之后，每個(gè)小組的座位由教師按照一定的規(guī)律指定相應(yīng)的位置，小組成員在團(tuán)隊(duì)活動(dòng)中可以集中討論，有利于小組內(nèi)的交流與溝通。同時(shí)，小組在教室內(nèi)的位置也不是一成不變的，比如，每隔2～3次課時(shí)，具體的調(diào)整時(shí)間可以靈活掌握，可以對(duì)小組座位進(jìn)行一次輪動(dòng)，輪動(dòng)的時(shí)間是教師隨機(jī)發(fā)起的，輪動(dòng)時(shí)可以左右、前后同時(shí)變化。

1.5 發(fā)明原理“18機(jī)械振動(dòng)”

使物體處于振動(dòng)狀態(tài)；如果已處于振動(dòng)狀態(tài)，提高振動(dòng)頻率；利用共振頻率；用壓電振動(dòng)代替機(jī)械振動(dòng)；超聲波振動(dòng)和電磁場(chǎng)耦合。前面利用動(dòng)態(tài)特性，在課堂教學(xué)中可以增加課前操和課間操，使原本不動(dòng)的學(xué)生動(dòng)起來(lái)，在活動(dòng)中，可以選擇1～2位領(lǐng)操員，讓1～2名學(xué)生站在前面，面向其他學(xué)生做運(yùn)動(dòng)，領(lǐng)操員可以選擇相對(duì)比較活躍的學(xué)生來(lái)承擔(dān)，即讓原本比較活躍的學(xué)生在前面領(lǐng)操，通過(guò)這種方法，提升領(lǐng)操學(xué)生的自信與自律，膽量與勇氣，起到示范作用。當(dāng)然，也可以讓學(xué)生輪流在前排領(lǐng)操，一方面每個(gè)人都可以得到展示的機(jī)會(huì)，另一方面增加學(xué)生在面對(duì)眾人時(shí)的鎮(zhèn)定與坦然。對(duì)領(lǐng)操學(xué)生及時(shí)給予肯定和認(rèn)可，增加其信心和幸福感，從而激發(fā)在之后課堂教學(xué)中的專注與投入。

1.6 發(fā)明原理“減少有害作用的時(shí)間”

將危險(xiǎn)或有害的流程或步驟在高速下進(jìn)行。美國(guó)心理學(xué)露西·喬·帕拉迪諾博士花了30年的時(shí)間研究了人的注意力，提出了一個(gè) “倒U型曲線”模型來(lái)解釋人的注意力變化，如圖1所示[5]。人的注意力隨外界刺激的大小產(chǎn)生變化，形成了一條倒U型曲線，心理學(xué)家認(rèn)為，事物對(duì)人刺激的大小，會(huì)決定我們對(duì)事物到底是感到興奮還是無(wú)聊。這個(gè)興奮或無(wú)聊的程度，叫作“刺激水平”。而刺激水平的高低，又決定了注意力的大小。

圖1 注意力變化曲線

圖2是一個(gè)成年人在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)課的時(shí)長(zhǎng)里的注意力變化曲線。以中原工學(xué)院一個(gè)課時(shí)45min來(lái)看，最開(kāi)始的時(shí)候注意力有一個(gè)迅速集中，并且集中的過(guò)程，就如同前5min一樣。到了第15min，注意力達(dá)到一個(gè)頂峰，然后持續(xù)下降，到40min左右時(shí)到達(dá)谷底，隨著時(shí)間推移，大家通過(guò)看表，或教師的提示，感覺(jué)這節(jié)課要結(jié)束了，重新開(kāi)始關(guān)注，這時(shí)會(huì)有一個(gè)小的波峰。到課程結(jié)束時(shí)，注意力徹底消散。

圖2 成年人一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)課時(shí)長(zhǎng)的注意力變化曲線

根據(jù)注意力曲線，在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中，通過(guò)教師的教學(xué)方法、教學(xué)設(shè)計(jì)給予適度的外界刺激，運(yùn)用發(fā)明原理“21減少有害作用的時(shí)間”，即減少注意力在谷底的時(shí)間，使學(xué)生重新進(jìn)入注意力專區(qū)，也就是最佳注意力的狀態(tài)，提高課堂效率。比如，可以在課堂教學(xué)進(jìn)行約15min時(shí)，發(fā)起提問(wèn)，針對(duì)之前講授或討論內(nèi)容的提問(wèn)；引起思考，思考講授內(nèi)容的更多應(yīng)用，或在其他行業(yè)、領(lǐng)域的類似應(yīng)用，例如，在《無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)》中，講到“表面與界面”的彎曲表面效應(yīng)，除了在陶瓷可塑成型時(shí)利用毛細(xì)管力提高其可塑性的應(yīng)用，高爐煉鐵時(shí)鐵水與熔渣通過(guò)毛細(xì)管力對(duì)爐襯的損毀，再引導(dǎo)學(xué)生思考或搜索彎曲表面效應(yīng)在其他行業(yè)、其他領(lǐng)域的應(yīng)用；進(jìn)行小結(jié)，即對(duì)所講授內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)小小的歸納，在回味或總結(jié)前面內(nèi)容的同時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)后續(xù)內(nèi)容的探究，從而使注意力回歸專區(qū)；也可以通過(guò)放松活動(dòng)，比如，讓學(xué)生拍拍旁邊同學(xué)的肩膀，詢問(wèn)：“嗨，同學(xué)，你在嗎？”從而引起同學(xué)的注意力。通過(guò)引入刺激，減少注意力在谷底的時(shí)間，改善課堂教學(xué)氛圍，提高課堂教學(xué)效果。

1.7 發(fā)明原理“22變害為利”

利用有害的因素（特別是環(huán)境中的有害效應(yīng)），得到有益的結(jié)果；將兩個(gè)有害的因素相結(jié)合進(jìn)而消除它們；增大有害因素的幅度直至有害性消失。手機(jī)所帶來(lái)的方便與快捷自不必說(shuō)，它使我們的生活步入了更快的節(jié)奏，儼然成了我們工作學(xué)習(xí)娛樂(lè)中一種不可或缺的工具。然而，手機(jī)帶給我們的其他一些負(fù)面的因素也是不可忽視的 ，運(yùn)用“變害為利”，課堂上允許學(xué)生使用手機(jī)，通過(guò)手機(jī)查詢資料、接收任務(wù)、發(fā)送個(gè)人觀點(diǎn)、提交個(gè)人作業(yè)、做課堂推送的小測(cè)試等，引導(dǎo)學(xué)生充分利用手機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)功能，輔助課堂教學(xué)，獲取信息與知識(shí)。比如，在《無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)》課程中，講到“固溶體”的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，固溶體是一種固體溶解到另一種固體中，一般固溶體是有最大溶解度的，就像固體溶解在液體中一樣，這時(shí)隨機(jī)問(wèn)出食鹽的溶解度，很多學(xué)生不記得，于是，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索，然后查到的學(xué)生會(huì)迫不及待地說(shuō)出結(jié)果；再比如，課程的每個(gè)章節(jié)后會(huì)有小測(cè)試，教師通過(guò)微信小程序進(jìn)行推送，學(xué)生通過(guò)手機(jī)答題、提交，教師仍然是通過(guò)手機(jī)了解測(cè)試結(jié)果，包括總成績(jī)、出錯(cuò)率等信息，并隨時(shí)對(duì)出錯(cuò)集中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。有效利用移動(dòng)通信工具，不斷引導(dǎo)學(xué)生自我控制、自我管理。

1.8 發(fā)明原理“23反饋”

在系統(tǒng)中引入反饋；如果已引入反饋，改變其大小或作用。反饋是溝通過(guò)程中必不可少的，沒(méi)有反饋的溝通是一個(gè)不完整的溝通，一個(gè)高效的溝通必須具備一個(gè)反饋的機(jī)制，利用反饋，將學(xué)習(xí)結(jié)果及時(shí)提供給學(xué)習(xí)者，可增進(jìn)反應(yīng)效果。在課堂教學(xué)中，對(duì)學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行即時(shí)回復(fù)；對(duì)學(xué)生的主動(dòng)積極應(yīng)答、優(yōu)秀回答或創(chuàng)新性想法等即時(shí)給予口頭稱贊或小小的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)，從而強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。口頭的稱贊在于話術(shù)，即對(duì)學(xué)生行為的稱贊和觀點(diǎn)的肯定，或者優(yōu)良品質(zhì)的褒獎(jiǎng)；物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)可以通過(guò)類似棒棒糖、便利貼之類的食物或物品，雖然價(jià)值不高，但得到的學(xué)生會(huì)有一種榮譽(yù)感，從而提升自信心和積極參與的欲望。正如著名的反饋效應(yīng)心理實(shí)驗(yàn)?zāi)菢覽6]，聰明的才智是激勵(lì)出來(lái)的。多種多樣的激勵(lì)方式和豐富多彩、生動(dòng)形象的語(yǔ)言也能激勵(lì)學(xué)生。

2 結(jié)語(yǔ)

將發(fā)明原理“1分割”“10預(yù)操作”“13反向作用”“15動(dòng)態(tài)特性”“18機(jī)械振動(dòng)”“21減少有害作用的時(shí)間”“22變害為利”“23反饋”運(yùn)用于大學(xué)生課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)踐表明，改進(jìn)后的課堂氛圍變得活動(dòng)生動(dòng)，學(xué)生在課堂上的參與意識(shí)、主動(dòng)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)明顯提升，同時(shí)，學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)、溝通交流和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)得到較大改善，為課堂教學(xué)改革與實(shí)踐提供了新的思路和借鑒。