专业课教学创新方法TRIZ理论的渗透及效果评价

［摘 要］ 如何在本科教学分量很重的专业课中加强创新教育，是教育工作者需要思考实践的重要课题。TRIZ理论（发明问题解决理论）是目前世界范围公认而有效的一种逻辑类创新方法。通过以生物类课程为例，将TRIZ理论渗透到课程教学内容中，并充分利用教学活动引导学生使用创新理论解决实际问题。结果表明，将技术创新方法TRIZ理论渗透到课堂教学中，可激发学生对专业课的兴趣，迸发出课堂新生机；以TRIZ理论为媒介，引导学生对课程知识点的系统性理解和深层次思考，可提高专业课教学质量；通过TRIZ理论在课堂教学中渗透，可有效地锻炼和激发学生的创新思维，提升学生的创新能力。

［关键词］ 生物类教学；TRIZ；创新方法

［基金项目］ 2021年度绍兴市高等教育教学改革项目“生物类专业课教学中创新方法TRIZ理论的渗透及效果评价”（SXSJG202101）

［作者简介］ 张 雯（1988—），女，湖北石首人，博士，浙江树人学院生物与环境工程学院副教授，硕士生导师，主要从事环境微生物学、TRIZ创新方法等研究；徐冬梅（1974—），女，吉林长春人，博士，浙江树人学院生物与环境工程学院教授，硕士生导师，主要从事环境生物学等研究；刘志伟（1982—），男，河北沧州人，硕士，燕山大学环境与化学工程学院实验师，主要从事微生物学、TRIZ创新方法等研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）10-0153-04 ［收稿日期］ 2022-05-05

一、研究背景

深入贯彻国家创新驱动发展战略，高校要坚持把创新创业教育贯穿到人才培养全过程。如何在本科教学分量很重的专业课中加强创新教育，是教育工作者需要思考实践的重要课题。根据创新型人才的养成规律，可以从多个维度来提升学生的创新能力。如通过知识水平的提升来激发创新思维、丰富知识体系，包括在教学内容上拓宽知识面、紧盯前沿领域、提供创新基础、启发创新思路，彭瀚旻等人［1-2］提出将前沿科学技术与课堂教学向融合，通过对前沿领域知识的讲述和推广，开阔学生的视野，让学生从中吸取更多的灵感；利用互联网，在教学过程中进行信息获取和信息处理的方法介绍和实际操练，运用信息技术培养和提升学生的创新技能；采用开放式的教学方法，在课堂上充分利用探讨式、提问式的训练培养创新精神，启发创新思维；李婉宜等［3-4］介绍了五种启发式教学法在基础医学教学中的应用，并说明启发式教学方法可以有效地提升和培养学生的创新能力；利用现代教育技术如虚拟仿真、短视频制作等将理论知识化繁为简，促进知识内化，激发创新思考能力。这些教学方式给学生提供了锻炼创新思维能力的机会，但是在创新方法的指导上却有所欠缺。而根据创新型人才的养成规律，具备了创新的知识储备，又有了创新能力，还需要掌握创新方法。最有价值的知识是方法的知识。

TRIZ理论（发明问题解决理论）是目前世界范围较公认且有效的一种逻辑类的创新方法。虽已有一些教育者关注到了TRIZ理论在课堂教学中发挥的作用，但是关注点往往在利用TRIZ理论来解决课堂教学中存在的问题。如高鹏等利用TRIZ理论中的发明原理，针对教学过程中存在的具体问题进行分析，并提出提高商务英语课堂教学质量的方法；岳志勇等也提出可以利用TRIZ理论来对大学课堂中存在的问题进行分析，以便更好地提高教学质量［5-6］。我们认为，如何将TRIZ理论与专业课进行融合获得更好的创新训练效果，是本研究主要关注的问题。

二、研究方法

（一）教学方法设计

本研究以“环境微生物学”课程为例，将技术创新方法TRIZ理论渗透到课程教学内容中，由此通过一系列的课堂训练改变学生的思维定式，培养学生的创新思维。具体实施过程如下。

1.技术进化体系的课堂教育。TRIZ理论提出了任何技术系统的改进和提升往往遵循了八大进化法则，针对课本上提出的一些设计方法和方案进行技术体系分析，指导学生针对目前常用的技术体系进行改良和进化摸索，如“微生物活性污泥的技术进化处理方案”设计等。

2.理想解法的课堂教育。通过授课过程中对技术系统的理想化方式改造，培养学生颠覆性思维的能力。如传统的废水生物处理技术适应性差，对于高盐分、酸性、碱性、重金属、高浓度有机废水不适用，现在我们采用理想解方案来形成新的技术体系，如“利用古菌的特殊优势来进行废水处理”，通过这样的转换和讲授，既让学生学会了古菌的生存特点，掌握了基础知识，又学会了创新方法，提升了创新思维能力。

3.40个发明原理的课堂教育。TRIZ理论就发明原理进行了总结和分类，创造了基于40个发明原理的矛盾矩阵表。课堂讲授中将发明原理与课堂知识点结合，如“微生物的分离”“鉴别培养基的配置所用的颜色原理”“微生物的连续培养技术所用的抽取原理”“固定化微生物系统所用的中介物原理”等。

4.DTC法的课堂教育。DTC法（尺寸—时间—成本法）是TRIZ理论中的一种极限思维方法，把问题的解决尺度放在无限大或无限小的时间、尺寸和成本上，寻找适合的解决方案。如课堂讲授到《真菌》一章时，提出关于食品上黄曲霉菌污染难以解决的问题，引入DTC法，在尺寸维度上形成干燥粉碎化食品的方案，在时间维度上形成延长食品灭菌时间的方案，在成本维度上形成利用各种物理、化学手段抑制微生物生长的技术方案。

5.九窗口法的课堂教育。九窗口法，又称为九屏幕法，是一种多层次、多角度的思维方式，通过分别列出本系统、子系统和超系统的过去、现在和未来的情况，以探索问题的解决途径。如在讲授到水源地藻类污染导致饮用水供水安全问题时，告诉大家如何用九窗口法解决，并可形成运输管道、取水系统、自来水公司消毒系统、水资源自身、室内供水系统及过滤材料等多维度解决方案。

6.76个标准解的课堂教育。通过大量的专利分析，发现了实现产品功能的模型类型并不多（只有5大类76个）如果将其归纳总结，形成标准解，就能高效地为创新服务。在课堂教育中，通过提出技术问题如怎样防止微生物菌剂在使用中失效，要求学生利用标准解求解，并对比获得最佳方案，如降低有害作用，提高不足作用等。

（二）教学评价方法设计

为准确评价所设计的教学过程对学生的影响，设计多维度的评价方式。所设对照组为同一教师所授相同课程且未进行TRIZ理论课堂渗透学习的学生。将数据进行显著性检验（t检验）。

三、教学效果评价结果

（一）学生自评

1.自评分数分析。首先对学生的课程自评分数进行分析，汇总线上学习评价、课堂学习评价和实验学习评价分数。所设对照组为同一教师所授相同课程且未进行TRIZ理论课堂渗透学习的学生。采用的分析方法为均值比较T检验法，实验组（进行TRIZ理论渗透）标记为1，对照组（未进行TRIZ理论渗透）标记为2，结果如下：两个班级的学生自评分数的平均值差距不大，都是在89分，但是实验组成绩略微高于对照组成绩。而根据独立样本检验，学生的自评分数并没有显著性差异（P＞0.05）。但是，在情感状态、知识掌握、问题分析、设计/开发解决方案、科学研究能力、使用现代工具、国际交流能力、团队合作、主动学习、创新意识、表达及沟通能力、操作技能、价值观等各方面的具体评价上，却不太相同，实验组学生的知识掌握和创新意识两项的平均分数明显高于对照组。但这是学生自评的情况，主观性强，我们后续还需要结合学生的考试成绩和其他表现，综合评判这两项是否确实有了明显提升。

2.半结构式访谈结果分析。对学生的访谈结果进行分析如下：在对课程的认知上，受访学生都表示通过本门课程的学习可以掌握很多基础知识和实验技能，并且学习到了很多重要的思考方法，非常有利于解决实践问题；对自身课程的学习把控上，受访学生都认为大部分课程内容可以很好地理解，但是有一部分想透彻了解还需要课后查找资料和进行练习；能力培养方面，受访学生大都认为在查阅文献能力、交流能力和创新能力上有很大的提升，但科研能力有待提高，希望在这方面多一些训练；在小组任务和团队合作方面，受访学生都认为通过小组任务可以有效提高自己的水平和素质，对于小组任务的完成自己作出一定的贡献。

对本次“半结构式”访谈进行维度分析。教师对学生的维度分析结果与学生的自我认知结果比较接近。根据所预先设计的维度，访谈者对这些因素进行分析判断的同时，不能拘泥于这些维度，而要带着一种开放的心态去审读学生的话语，并可以进行维度的添加。而结合自评分数进行分析，两者的结果非常一致。大多数学生对本门课的学习态度（情感状态）是优秀的，大多数学生可以理解课程讲授的主要内容，TRIZ创新方法融入课程的过程并没有影响大家的学习感受，课程对于大家也产生了比较强的吸引力，而在小组任务的完成上，很多学生也有了自信心的提升，并学会反思自己的不足，懂得借鉴他人的经验。在能力感知上，学生经过课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，而且欠缺的方面每个学生有较大的差异，所以还需要在后续的教学过程中注重个性化的教育和培养。

此外，在访谈过程中，几位学生还表达了对于创新方法的浓厚兴趣，并且希望能通过创新方法的学习成为真正的创新型人才。创新型人才是富有独创性、具备高度创造力的人才，这类人才不仅能在各类不同情境下产生较多新的创意和想法，且具备构思新产品、新方案或新技术的能力，创新型人才往往还具备其他多方面的素养，这些素养使得他们具备以发现问题、分析问题和解决问题为代表的各种能力。在大学专业课的教学过程中，如果能以此为契机去给学生讲授创新方法，并由此培养学生的创新能力，将会对学生产生巨大的帮助。当今的社会，经济发展速度快，形势变更错综复杂，对于参与社会劳动的个体要求越来越高，要想适应社会发展需求，成为当前以创意为主导的创新经济时代的高级复合型人才，掌握创新方法、具备创新能力是必须具备的基本素质。

（二）同伴评价及教师评价

1.同伴评价分数。对同伴评价平均分数进行统计分析。所设对照组为同一教师所授相同课程且未进行TRIZ理论课堂渗透学习的学生。采用的分析方法为均值比较T检验法，实验组（进行TRIZ理论渗透）标记为1，对照组（未进行TRIZ理论渗透）标记为2，结果如下：两个班级的学生自评分数的平均值差距不大，都是在91.57分，但是实验组成绩分布范围更广，学生之间的分数差距更大。而根据独立样本检验，莱文方差等同性检验不显著，因此实际的检验模型也不成立。这可能是因为学生在进行互相评价时，是以自我或者其他学生为尺度，因此每个班级学生的评价尺度是不一样的，所以结果的客观性不足。而同伴评价的平均值也远高于自评平均值，这也说明了同学之间可能存在不敢相互批评的心态，这种心态也将影响我们评价的准确性。

2.教师评价分数。对教师评价分数进行统计分析。所设对照组为同一教师所授相同课程且未进行TRIZ理论课堂渗透学习的学生。采用的分析方法为均值比较T检验法，实验组（进行TRIZ理论渗透）标记为1，对照组（未进行TRIZ理论渗透）标记为2，结果如下：两个班级的教师评价分数的平均值差距较大，实验组成绩高于对照组。且根据独立样本检验，两组学生的教师评价分数具有显著性差异（P＜0.05）。从教师的数据上可以看到，教师对于进行TRIZ理论渗透的班级的评价更好，体现了教师在课堂的体验感上更好，自我成就感更强烈，这对于教师来说，也是对课堂教学质量影响非常大的因素。

结语

本研究设计了一套适应于生物类专业课中进行技术创新方法TRIZ理论渗透的教学模式，并进行应用与实践。通过形成一套科学的、系统的评价机制，分析出所采用的技术创新方法TRIZ理论渗透的教学模式对教学质量及学生创新素质的影响和作用。评价数据显示，学生们充分感受到了自己的学习进步，并且认为自己对课程的掌握情况良好，大家对课堂的真实感受是获得了很多思考的实践，也提升了对查阅各种文献进行自主学习的兴趣；大多数学生对课堂的教学效果是满意的，也让大家感受到了多元化的教学方式对自己的影响和作用，学生乐于参与到课堂活动中，这也说明以学生为中心的课堂才能真正地吸引学生。这些研究结果证实，将技术创新方法TRIZ理论渗透到课堂教学中，可激发学生对专业课的兴趣，迸发出课堂新生机；以TRIZ理论为媒介，引导学生对课程知识点的系统性理解和深层次思考，可提高专业课教学质量；通过TRIZ理论在课堂教学中渗透，可有效地锻炼和激发学生的创新思维，提升学生的创新能力。本研究通过大量实践培育出高校专业课教学中进行创新教育的方法，为培养具有较高知识水平、较强创新技能的创新型人才提供可行方案。