基于TRIZ创新理论的环境专业课程教学研究与实践

焦一滢 高 健 田小方

（湖北工业大学 湖北武汉 430068）

党的十八大明确提出，“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”强调要坚持走中国特色自主创新道路、实施创新驱动发展战略[1]。为了适应建设创新型国家的需要，高等院校应当进一步加强大学生创新思维、产品创新设计等能力的培养，TRIZ理论作为一种发现问题、解决问题的工具，可以在课堂教学中鼓励学生打破常规思维习惯的模式，培养学生善于提出问题的一种习惯意识[2]。

一、TRIZ创新理论与环境监测课程教学的融合

（一）思维方式创新。传统教学和授课方式，以老师讲授为主，缺乏以问题为导向的学生思维能力的培养，学生的思维受到教材书本的禁锢，最终导致思维惯性和惰性。近年来，陆续有高校开设TRIZ创新理论系列课程。以国际上著名的创新设计理论——TRIZ为基础，系统讲授产品设计中发现问题、分析问题和创造性解决问题的系统化方法。并结合项目研究训练使学生可以初步运用TRIZ工具，有效地解决实际研究中遇到的问题，提高创新能力。在我们以引导式为主要教学模式的课堂中，应当让学生了解TRIZ理论和学会使用这种思维模式，喜爱这种思维模式，并能灵活运用TRIZ解决问题、解决矛盾的工具寻找多种解题思路。能对生活及工程上遇到的实际问题进行多角度思考并提出解决方案。比如以环境工程专业核心课程——环境监测课程为例，其中重要的章节有测定水质理化指标，常用测定方法都是依据国家标准方法，对于方法学部分学生不敢尝试改动，但是样品前处理技术可以根据实际情况进行优化，首先教师可以鼓励学生勇于提出在实验中遇到的困难和问题，例如，水样前处理的过滤操作。在使用水样抽滤装置时，滤膜经常会堵塞，影响实验进程，当样品量大时，处理耗时长，且需要频繁更换滤膜，增加了操作的复杂性，同时也增加了实验成本。当学生学习了TRIZ理论体系后，在老师的引导下，抽取出这个问题中存在的物理矛盾和技术矛盾，接着根据查询矛盾矩阵得到发明原理，进行单一或者组合，最终结合自己专业知识提出可行的解决方案，学生们在心理上也很有成就感。

（二）教学方式创新。授课中可以采取多师同堂的教学模式，邀请与本课程相关的环境监测站工程师、企业工程师等讲授与本节相关的内容，依据每节课教学内容结合实际案例进行面对面讲授，必要时可以现场进行演示。教学内容上应更注重工程性指导教学，将与应用到本课程监测体系的工程案例引入课堂。用工程项目贯穿课堂内容主线，从而将教学内容、工程实践、专业领域新技术融合。引导学生大胆质疑，放飞思想，让学生领会技术与方法，知识与实践的贯通，促进创新能力和创造力的发展。

在与环境专业相关的课程中，增加理论联系实际的实验实践课程，增大综合创新实践课程。可以通过构建大类专业下，以创新创业能力为导向的实验教学体系，为高校培养创新创业人才提供重要参考。通过系统研究TRIZ创新理论课程结合开展创新实验教学，增加本学科前沿类、创新类教学内容来培养大学生创新创业意识和能力。对提高大学生创新创业能力及综合素质，使得大学生素质更加适应市场需求，适应时代要求有着重要意义。

（三）鼓励专利产品设计。考虑到TRIZ创新理论是发明者通过总结前人多项专利得出的发明问题解决问题的方法[3]，因此，我们在课堂教学中可以适当设计让学生参与产品创新，指导学生申请专利的教学内容。以环境监测课程为例，课程内容中涉及大量的采样工具的使用，可以引导学生提出对现有采样工具使用时存在的问题。例如，对较深水体进行水底沉积物采样时，常规采用方法会指导学生学会使用彼得森抓泥器，但是在实际实践中若遇较深水体，则标准采样器无法满足实际需求，且采样器沉重，使用时还需要几位男同学同时协调操作，可以引导学生利用TRIZ理论中产品的进化规律及矛盾求解法，提出实际困难、矛盾，分析产品进化S曲线[4]。抽取该案例中的技术矛盾，鼓励同学们从多角度提出需要改善和可能恶化的参数，查询矛盾矩阵。根据发明原理结合所学专业知识，且可以通过跨专业的交流，迸发出更多可行的解决方案，指导学生申请专利，让学生感到专利申请并非遥不可及，从而激发学生专业课学习的主观能动性。

二、创新教学具体实践措施

（一）课程体系重置。以“环境监测”课程为例，该门课程是高等院校环境工程、环境科学等专业开设的一门必修的专业基础课。主要利用物理、生物、化学等技术手段，及时全面准确了解和反映环境质量状况变化趋势。国内高校环境科学（工程）专业人才培养计划中，对本门课程给予了高度的重视。考虑到课程性质是一门综合性边缘学科，内容涵盖生物、化学、地理信息、GIS、气象学、水力学、水文学等学科知识。应用领域广泛，实践性极强，同时也是为培养符合国家环保新政策的环保工程师打基础。因为，如何能在有限学时内保质保量的完成教学任务，并能确保每位同学能熟练掌握环境监测技术，是当前面临的挑战之一。因此，结合TRIZ创新理论，重新构建课程内容体系，进行内容、教学方式的改革、探索与创新。设计“多方位、多层次”的模块化教学体系，加大实践、科研、创新模块化教学比重。比如“环境生物技术”这门课程的设置，符合学校“721”人才发展战略的需要，是培养应用型、工程型人才转型发展的需要。该课程体系中有众多前沿性及应用性极强的实践技术，因此，本课程通过科研训练、实践训练和创新训练提高大学生综合能力。在课程设置的模块教学中应加大上述模块的比例。比如，环境监测课程的实践性很强，对课程内容进行重组，能培养学生的动手操作能力。可以在原有课时基础上增加实验、实践课程课时，加大分析技术的课程内容，特别是追踪本行业领域内前沿创新的技术手段，及时调整完善课程内容，让学生了解本学科领域前沿动态。在学生学习TRIZ理论知识后，适当增加案例教学，并在实践教学中让学生提出面临的问题和困难，并鼓励学生对现有的采样、样品处理、数据分析等手段中可以做适当优化和调整的部分提出可行的技术方案。

（二）修正学习评估体系。对专业课程进行模块化教学探索和评价标准体系拟定。课程可以设置教学模块、案例模块、实验模块、实践模块等。根据不同模块在总评成绩中所占比例及所设置模块学生参与的完成度，对学生所学课程进行综合评价。而当前对某一门课程的总评成绩多数是由平时成绩、期末考试成绩组成。因此，在模块化教学探索中可以持续改进完善当前课程评价体系。鼓励学生选择性参与科研训练模块，为了增强学生的科学研究能力，特别是对有考研需求的学生，设置科研训练模块（科技学术与创新实践）。可以通过参与教师的科研项目、参与大学生创新实践项目和学术报告等形式完成，并鼓励参与专利撰写和申报。

邀请企业家、校外工程师参与模块化教学。特别是环境专业结合工程实际。例如，在环境生物技术课程中，涉及“环境友好材料在环境污染防治中应用”教学内容，可以邀请企业家、工程师参与课堂教学、案例教学、实践教学模块。探索“课堂、学校、企业”三位一体的立体化教学模式。在学生评价中，增加校外导师评分占比。

（三）优化实践教学。三提高（认知能力、实践工具使用能力、工程项目设计能力）增强实践动手能力；四环节（实验环节、实践环节、课程设计环节和毕业设计环节），丰富了实践教学内容，达到培养高层次高水平的环保工程师的目标。在实践教学中，学生多数按照实验指导书或设计手册去完成相应的实验实践任务，缺乏自己设计和分析的能力，处于被动接受状态。在创新实验的模块化体系构建中，应当充分调动学生积极性，分组参与不同模块化教学环节。通过TIRZ理论知识的学习训练，结合专业知识，提高学生认知能力；在课程实践中强化创新思维训练；为学生打造“创新梦工厂”平台。鼓励学生跨学科合作，对学生在理论和实验实践中发现的问题，鼓励学生以团队形式完成可行技术方案，并付诸实践中。并在老师指导下完成产品的研发和展示。

三、结束语

随着“大众创新，万众创业”精神的逐渐普及，国内各大高校都开设了创新创业实践课程、建设综合创新实践实验室等多种措施来加强创新创业的实践。很多高校已经意识到加强创新创业教学，培养创新人才的紧迫性和重要性[5-6]。基于TRIZ创新理论的思维方式与大学生专业课课堂教学有机融合，目的在于解放学生传统思维方式。因此，在思维模式、教学方式、课程体系建设、实验实践教学及产品设计开发等方面开展一系列创新教学，将有助于培养符合新时代现代化发展要求的创新型应用人才。