基于“微创新”理论的实践教学模式探索

张新风, 陈姝佳, 郭宇歌, 张娟霞, 张淑梅, 岳圣茹, 郭献章

(1. 首都师范大学 初等教育学院, 北京 100048； 2. 东北大学秦皇岛分校 计算机与通信工程学院, 河北 秦皇岛 066004； 3. 吉林大学 外国语学院, 吉林 长春 130012)

实践教学是大学教育的重要一环,通过实验、课程设计、实习实训、毕业设计等形式,巩固已学知识、培养综合能力、养成良好习惯、训练意志品质,对工科学生的培养尤为重要。顺应新时代对人才的要求,把创新创业教育与实践教学相融合,把传统的实践教学贯穿于创新项目的实践过程之中,使学生的创新思想、理论与能力在以项目为导向的实践中得到了训练与养成,同时,又把基础的实验知识与技能与前沿的、学生感兴趣的知识技能相结合,设计出项目方案,做出专利成果与创新型产品,通过教师与学生团队全程合作,共同研发、共享产权,使师生的知识与能力都得到了实质性的提升与更新。这种模式是从本质上对大学实践教育的一种革新与尝试。一般认为,良好的实践教学模式,应该是能够改变过去注重知识传授的倾向,关注学生的发展,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于思考的教学方式,激励学生主动地在实验教学中创新,特别是在可行的创新理论的指导下,注意研究学生的心理特征和认知规律,善于启发学生的思维,激起学习兴趣,使他们积极、主动地获得知识和提高能力。而基于“微创新”理论综合实践教学模式正是在这种思维模式上的一种进化与升华。

随着新一代信息技术和创新2.0的交互与发展,“互联网+”成为创新2.0下的互联网发展的新业态,人们生活方式、工作方式、组织方式、社会形态正在发生深刻变革[1]。从现状来看,“互联网+”尚处于初级阶段,各领域对“互联网+”还在做论证与探索,特别是那些非常传统的行业,他们正努力借助互联网平台增加自身利益。在这样的社会趋势下,东北大学秦皇岛分校实验教育中心师生利用“微创新”的策略打破解决问题的思维定式,在框架内思考产生了“互联网+”传统行业的灵感[2],他们为此进行了广泛的社会调研、资料查阅,并动手实验,利用专业知识得到了可行的创意思路、实现方法,获得了专利性成果。

本文所展示的“互联网+”综合自动售卖机是在实验教师指导下,2015级本科生的一个项目小组制作的产品,运用框架下“微创新”理论的策略组合[3],很好地结合了“互联网+物联网”的思想,同时又给日常生活带来便利的创新型产品。若其能够被合理地推广与应用,将具有潜在的行业颠覆能力[4]。

在模式探索与创新过程中,在项目执行过程中,师生克服了从知识到技能都准备不足的困难,使师生的知识运用能力、创新能力、动手实践能力等得到了锻炼与提高,这是该教学模式的特征之一[5-6]。

下面分别从“微创新”原理与项目设计、项目功能与市场需求、应用场景与盈利模式的创新、项目执行中学生专业知识技能的综合培养等几个方面,通过一个实例的全过程来阐明这种实践教学创新模式的原理与应用。

1 “微创新”原理与项目设计

1.1 “微创新”原理与创新策略

多年致力于创造力研究的创新领域专家德鲁·博迪和雅各布·戈登堡分析发现,创新并非来自天马行空、惊世骇俗的发明,而多是通过在现有框架内进行微小改进,结果却非同凡响、创意无限。

系统性“微创新思维”是利用现有的资源实现真正的创新,是基于现实的具有可行性的创新思维。

框架内的“微创新”包括2条法则：框架内的思考和改变你在解决问题时的惯用思路。“微创新”包括以下策略：少即是多的减法策略、分而治之的除法策略、生生不息的乘法策略、一专多能的任务统筹策略、巧妙相关的属性依存策略[3]。

1.2 利用“微创新”策略进行项目策划

框架内思考的“微创新”,也称系统性创新,按其创新的系统性分为“两个原则、五大策略、一个主线”。两个原则指框架内思考和形式为先、功能次之；五大策略即减法策略、除法策略、乘法策略、任务统筹策略、属性相关策略；一个主线指矛盾引领。

从图1的分析可知,这5种“策略”的第一步,均是把一个产品分解成多个部件(分割的依据可以是结构、功能、物理切割等),然后按照形式为先的原则,利用不同的策略,在形式上进行新产品的创新,然后再思考这个创新出来的新产品有什么新的特殊功能,再考虑谁会为这个新的产品买单。在整个过程中,包括新产品、新功能的出现,问题的解决,都是依据一个被限定了的框架内部部件的缩减、重组、复制等结构与数量上的调整,或者是其中某一个或数个部件被赋于新的任务,或开发出新的功能(属性)。下面通过一个实例来说明这种创新方法在学生实践项目中的应用。

图1 “微创新”策略分析框图

设定一个创新对象(或称框架)：校内的实体商店。分解其组成部分：固定的店面、售货员和商品。

先运用减法策略,减去重要组成部分,减去固定的店面,则成了移动摊贩；减去售货员,则成了无人售货商店；减去商品,则成了网店；同时,网店也没有了固定的店面和售货员,但却需要快递的介入。前面的思考,虽然有益,但都是已经有的产品(或模式),并没有新的创意。如果把固定的店面和售货员去掉,只剩下商品,显然,这是无人售货机了。

对于无人售货饮料机,再将其分解如下(看能用什么方法进行创新)：瓶装饮料、贮货柜、现金支付系统和无现金支付系统及制冷压缩机。

对于瓶装饮料,运用乘法策略,可以复制为非瓶装热饮、水果、可加热的汉堡等,这就变成一个无人售货的小商店了。布置在教学楼、公寓等方便师生购买之处,是一个不错的创意。

对于贮货柜,运用除法策略,化整为散,分别贮存不同的饮品,不同的水果。这样的创新之后的优势是什么？显然,不同的水果在各自适宜的温度与湿度下,会增加保质期与新鲜度。

对于现金支付系统和无现金支付系统,运用减法策略,减去现金支付,有什么好处？有什么影响？好处是减小了设备的购置成本与维护成本、减少了收假币的机会,只能让可以线上支付的用户使用,而这些用户都是各移动支付的实名注册用户,对于用户的购买行为可以追溯与数据分析。不好的影响是,非移动支付用户无法购买。

对于制冷压缩机,这是用来对饮料进行制冷的装置。运用属性相关策略,可以得到什么？压缩机在制冷的同时,会散发热能,如果将其热能收集起来,可以作什么用呢？将散热管通过一个保温水箱,则热管散热加快了,保温水箱的水也被加热了,而这个被加热了的水可以作为热饮的备用水源,使热饮制作速度更快了。一能两用、节能环保,可推而广之。

这样通过系统性创新,一个新型的无人售货商店的规划出现了,适合在学校内布置。如果再对这个商店所在的框架进行分析和创新,还会有什么发现呢？先针对水果售卖过程分解如下：从批发市场购进、分选包装、放进无人售货机、用户选购、称重、移动支付、取走水果。

运用乘法策略,把无人售货机进行复制,则发现无人售货机越多,则单个机械所分担的前后工序的成本越低、整个系统的运行效率越高、整体盈利水平也越高,这就出现了一个较为完整的水果从批发到零售的无人售货商店系统的规划。

运用减法策略,把分选包装这道特别浪费人力与包装材料的工序去掉,系统的效率与效益更好了,但这部分工作在系统内需要寻找可替代的部件。研究发现,人们在购买水果时,都有亲自挑选的习惯,而标准的包装并不利于销售。所以可以让顾客自己去挑选以代替这道工序。那么如何来实现呢？在厢板上开洞,厢板的内侧开口处固定安装有可自由伸缩的弹簧手套,顾客可以把手伸进手套中挑选水果,但不能从这个手套洞口中拿出来,只能放进称重口,支付后才能取走水果。这个步骤,也相当于运用了一次任务统筹的策略,让顾客在挑选的同时,执行了分选包装的任务。

以上就是通过微创新的策略组合进行实践项目策划的过程,下面就这种设备的实现过程进行说明。

2 创新项目的实现过程

通过“微创新”(也称“系统性创新”)的策略组合,师生一起将创新理论活学活用,构思出一款具有广阔市场前景的新产品的蓝图,但作为实践教学,只有动手做出实物产品,才能从根本上实现对学生从创新理论到综合动手能力的全面培养。因此根据“微创新”理论中的任务统筹策略,在教学这一框架内,实现产品的研发,具有更加突出的现实创新意义。

该项目的实现改变了传统意义上教师只有教现有知识的角色,同时附加了总工程师的领导、指挥与研发的角色。也改变了传统意义上学生只有学教师所教授的知识的角色,同时也扮演了科研攻关的技术人员的角色,外加亲自动手操作的技术工人的角色。此外,根据不同的专业学生的培养目标和已经掌握的知识与技能,进行模块化任务分解,把一个实践项目的研发,当作一个工厂中的完整工序进行分工,给实验室附加了一个模拟工厂的角色[7-8]。

2.1 对产品进行功能性结构分解

通过分解,示例产品可以分成以下模块：通信系统模块、中央计算机模块、远程售卖终端模块[9]。

其中,通信系统包括抽象的通信技术和相应的软硬件。中央计算机由终端计算机、相互关联的配货软件、会计软件、终端监控软件、故障报警与维护等部分组成。

远程售卖终端由水果售卖部分、热早餐售卖部分、快餐提取部分、冷热饮部分、辅助部分组成。

加热早餐售卖部分由皮带机电机、电磁铁、食品滑道、转动出货口、货架、分类存储箱、皮带机轴、扫码机、专用微波炉、出货口组成,各类食品分开存储在分类存储箱中。

水果售卖部分由水果分类存贮箱、皮带机电机、出货通道、电子秤、弹簧装置、固定胶皮手套、传送带、出物口组成。

快餐提取部分采用叠加式转盘结构。由电机、转盘、转轴、快餐凹槽、出货口组成。

冷热饮部分由储水装置、加热保温装置、出水装置组成。

辅助部分包括单片机、平板显示器、空调机组、温度传感器、电子眼、报警器、过期商品处理器、现场支付装置、各商品出口处的包装袋与纸托盘自动分发装置。

该产品的整体模式结构如图2所示。

图2 无人售卖机系统整体模式结构图

2.2 对产品的各功能模块进行技术细节分析

示例产品是由通信系统、中央计算机、远程售卖终端应用系统3部分组成,实现对自动售卖机系统的控制。通信系统可接收网上预订订单以及实现数字支付,并将信息反馈到远程终端；远程终端接受收订单信息,为工作人员调整配货种类及数量提供数据和信息；中央计算机根据预定的程序和算法做出决策,下达命令,控制售卖终端。售卖机使用流程如下：

(1) 使用者可从专用APP中选择需要购买的东西，如水果、热早餐、快餐、冷热饮。每部分都显示出商品图片、剩余数量、单价。冷热饮部分需要用户后续选择是否加热。使用者也可以前往售卖终端的透明窗口挑选水果、快餐、早餐,其中使用机器配有的橡胶弹簧手套,可伸手触摸水果,并判断水果质量,后将其放到内部电子秤上即可显示出重量和价格。

(2) 终端收到支付信息后为用户自动准备商品。早餐和快餐将会由传送带送入微波炉加热,加热完毕后再通过传送带送至出货口,中央计算机会根据客户需求控制机器是否加热饮料；水果被称重后通过电子秤倾斜将其送至传送带,并运到出货口。

(3) 用户通过互联网下订单后,可到售卖终端取货。用户用APP扫描显示屏二维码向终端核实自己的订单信息,按下开关键,此时出货口打开,用户可用出货口中的纸杯接冷热饮,或拿袋子装水果、早餐、快餐。

(4) 拿到商品后,用户只需在APP中确认收货,通过支付平台实现付款交易。

2.3 教师与学生专业匹配中的创新策略

通过对产品的结构功能模块的分解与技术流程的分析,再在框架内对可利用的资源进行组合与匹配,在匹配的过程中,尽可能地运用属性相关策略与任务统筹策略,使各部件发挥最优势的功能。

教师要同时精通计算机、通信、机械制造、自动控制及创新教育等专业,显然是不可能的,所以可以以一个专业教师为主,但他能借助全校各专业教师的智力协助,相当于在指导教师这一块,运用了一次属性相关策略。那么学生呢？按照模块所涉及的知识的要求,选定了计算机专业的学生进行中央处理软件与手机APP的设计与编写,机械专业的学生进行整机的实体设计与制作,通信专业的学生进行整体系统内部的数据通信及与外部的通信设计与调试,经管类学生负责产品的营销、财务管理、人力资源管理、市场分析等内容。每个专业由5名学生组成,再从这25名学生中选出2名学生作为正副厂长,进行统筹与协调。这样,各专业的学生在完成本专业模块的任务时,又学习与了解了相关专业学生的知识背景与工作流程,为学生今后走上领导工作岗位,是一个很好的能力锻炼与提升。

3 基于创新思维的实践教学模式改革的评价

在中国高等教育中仍存在重理论、轻实践的倾向,抽象的专业知识难以形成学生的能力,综合实践能力的不足成为学生未来职业生涯与科研能力的短板[10-11]。在实践教育中,以创新理论为指导进行新项目的规划,在操作中培养学生将专业知识转化为解决现实生活中问题的产品与手段,这种教学模式,不但在思维上激发了学生的创新能力，逻辑上巩固了知识的综合运用能力,还在实践中提高了动手操作能力[12]。

由于教学模式仍在探索之中,创新项目的实施对于教师和学生都是一种挑战,其间不免出现预料之外的情况,需要付出更多的精力和时间来解决。由于示例项目的综合性较强,对“框架内”的资源要求也较多,建议专业较单一的学校或实验中心,在利用“微创新”理论进行教学改革时,要灵活机动,不必搞大而全,要新而实用,有时一项小的改进也会起到意想不到的作用[13]。

4 结语

将“微创新”理论运用于实践教学,创新了教学内容与教学模式,通过一个创新项目的主线,把创新理论与创新能力、专业理论知识与技能、综合实践与团队协作能力都连接了起来,在学以致用、学而有用、学而好用的热情中,完成了学校对实践教学所赋予的任务。同时为其他学生树立了榜样,营造了良好学习氛围[14]。

运用这一教学模式,首先要求师生充分了解与掌握“微创新”理论的精髓,在项目策划时灵活掌握。其次,更清楚地了解了自己框架内所掌握的资源,包括实验制作条件与师生的专业知识技能,太超过能力所限的创新任务,会增加挫败感、降低师生的积极性。

“微创新”也会带来大改变,它所强调的框架内思维,是一种很好的创新能力训练模式。它所赖以实现的创新策略,也都是在现实技术突破的基础上才能执行的,因此它不只是简单地强调框架内“微调”,而是在优化产品与服务时,一次次巧妙地运用了行业内的新技术与新发现,因此这种创新也会给社会生活带来重大变革。比如示例的综合水果售卖机,因该产品设置灵活,智能化、自动化程度高，运行成本低,一旦推广,将在一定程度上颠覆食品零售业的运行和盈利模式,降低了食品销售的社会成本,解放更多的劳动力去创造更高的社会价值。

总之,这是一种值得尝试与推广的高校实践教学模式改革,也是高校创新理论教学用于实践的一个有益范式。