基于结构性发明理论的创新思维与方法在临床医学生创新实践中的应用

李啸扬，陈 玮，龚震晔

（1.上海交通大学医学院附属瑞金医院医学教育处，上海 200025；2.上海交通大学医学院 医学技术学院，上海 200025）

我国国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）提出，要着力提高学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。2007 年以来，“国家大学生创新性实验计划”启动实施，倡导以本科学生为主体的创新性实验改革，激发学生的创新思维和创新意识，提高其创新实践能力。2015 年《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》指出，深化高等学校创新创业教育改革，是国家实施创新驱动发展战略、促进经济提质增效升级的迫切需要，是推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业就业的重要举措[1]。为了适应新时代创新性医学人才培养模式，构建医学生创新能力培养体系，2017 年上海交通大学医学院瑞金临床创新工作坊正式成立，并挂牌上海交通大学学生创新工作室。

该创新工作室始终坚持以本科生创新实践为中心，以创新导师团为引导，实施对于医学生的创造意识启蒙、创意思维孵化、创新技能提升进行理论和实操的培训。虽然在学生创新获得感、专利申报上已取得了一些成绩，但笔者发现，目前在创新培养体系、学生自主创新等方面仍有不足，学生发现问题、解决问题的能力仍显欠缺，成果转化为实际应用的过程尚不通畅。

结构性发明理论（theory of inventive problem solving，TIPS）又被翻译为“发明家式的解决任务理论”。由前苏联发明家根里奇·阿奇舒勒（Genrich Altshuller）通过对250 万个专利的分析，从专利中总结出最常用的发明创新方法和原理[2]。TIPS 的核心思想在于：①方法和原理在发明的过程中再现；②技术进化和发展的客观趋势；③技术系统的核心的可建模化。作为具有结构性的发明理论，TIPS 能帮助研究者更快、更省力地发现有价值的解决办法[3]。目前，TIPS 已被用于大学生创新实践研究中[4]，并显示出了良好的效果。为更高效地培养医学生的创新能力，提高其获得创新成果的数量和质量，笔者团队引入了国际公认的能改善发明过程的TIPS，以期使学生能掌握更有效的创新思维方式和方法，取得更多的创新成果。

国内在培养医学生临床创新思维和创新能力的研究多应用传统教学模式，TIPS 在培养临床医学生创新能力方面的实际应用尚少。笔者在应用该创新方法的过程中，发现医学生利用全新的工具可高效地分析解决问题，取得了一定的成绩，现报道如下。

对象与方法

一、研究对象

本研究纳入了所有2018 年至2019 年加入上海交通大学医学院瑞金临床创新工作坊的学员，共20 名。其中，男性8名，女性12 名；临床医学八年制本科阶段学生10名，护理学本科生10 名。将学员随机抽签分为2组，一组接受TIPS 培训并完成临床创新带教（实验组），另一组仅接受临床创新带教（观察组）。实验组中，男性3名，女性7名，其中临床医学八年制本科阶段学生4名，护理学本科生6 名；观察组中，男性5名，女性5名，其中临床医学八年制本科阶段学生6名，护理学本科生4 名。

二、研究方法

实验组接受TIPS 系统培训1 周。学员将掌握TIPS 的基本原则、TIPS 冲突分析、TIPS 工具使用。TIPS 实验组在理论指导下，把待解决的问题经过抽象转化为有已知解决途径的单元，利用TIPS 工具转换为解决方案模型，进而通过类比引用获得最终解决方案。其中，学员将重点掌握TIPS 主要方法之一的技术冲突解决原理。技术冲突解决原理中起主导作用的参数有39个，且每一个需改进的问题都可以描述为2 个参数的冲突。利用TIPS 工具中的39 个技术参数，和技术参数所对应的40 条发明原理，就可以解决任意一个创新项目技术参数之间所存在的矛盾冲突[5]。

实验组完成TIPS 培训后，与观察组一同接受创新导师团临床创新带教，并分别针对由学员或导师提出10 个临床冲突（创新点），分组完成可行性创新构思、设计并申报专利。10 个临床冲突见表1。

表1 需解决的临床冲突类型及内容

2 组培训完成后，所有学员进行综合创新能力倾向测试（汉化版）（General Innovation Skills Aptitude Test，GISAT）测试[6]。量表含创新思维、建立关系、贯彻实施、风险控制4 个维，每个维度又分为行为与贡献、管理与支持其他人两方面。量表每项条目均采用量表5 级评分法度量，按符合程度由低到高打分，“最不符合”为1分，“最符合”为5分，得分越高，说明创新能力倾向越明显。

二、研究举例

以下对一项临床冲突进行举例分析，以更直观地阐述本研究所使用的方法（见图1）。在临床工作中，医学生发现在对心血管疾病患者行射频消融治疗或血管造影术后，一般需要压迫股动脉穿刺点进行止血，主要采用的方法是砂袋压迫止血，这种方式虽然简单、成本低，但其固定比较困难，且由于大腿不是规则体，尽管通过绑紧的方式还是容易导致其滑脱，而且还不能绑太紧，否则影响血液循环。因此，急需一种替传统砂袋对股动脉压迫止血，固定良好、压迫点准确、压力精准并可控，并且使患者可自由活动的股动脉穿刺点压迫器。

图1 TIPS 分析问题流程图

医学生通过对于TIPS 方法的学习，可掌握基本的技术冲突分析流程，学生发现该项操作最终目的为既要保证要便于“携带”而不影响正常活动（改善的技术特性），也不能失去局部压迫的位置精确、力度精确，即可靠性（恶化的技术特性）。在TIPS 技术冲突矩阵表中寻找到相应的技术特性为“适应性及多用性”和“可靠性”。进一步查询矩阵表中延展的发明原理，发现“利用中介原理”是一个可用的方案，启发学生可运用一个可穿戴的载体去加载压迫装置。于是，学生们创新性地思考出利用压带、腰带、气囊，可以形成一种类似于内裤的装置。将腰带固定在压带顶部，压迫气囊固定在血管穿刺部位的压带上，而“中介”就是“内裤”。这样就可以代替传统砂袋对股动脉压迫止血，同时固定良好、不易滑动，患者在穿刺点受压迫的同时可以站立和轻微行走，便于自主活动，是解决涉及股动静脉穿刺的操作后长时间卧床的一个可行的方法。

三、统计学方法

应用SPSS 22.0 软件进行统计学分析，计量资料以均数±标准差（）表示，组间以独立样本t 检验进行比较。

结果

一、2 组完成10 个临床冲突解决方案的时间

实验组完成10 个临床问题的平均解决时间为44.8 h（32～62 h），对照组平均解决时间为58.2 h（44～90 h）。且10 个临床问中无论是护理类临床冲突还是医疗类临床冲突，实验组的平均解决时间均显示了明显的优势（见表2）。

表2 2 组解决临床冲突的时间

二、2 组完成10 个临床冲突解决方案中所形成的专利（含实用新型专利）

实验组在解决10 个临床冲突的解过程中共形成专利（含实用新型专利）11项，其中发明专利申报1 项。观察组则共形成2项，均为实用新型专利（见表3）。本研究中涉及的12 项专利均已获得授权或正进行实质审查。

表3 2 组完成专利情况

三、2 组学生创新能力倾向测验量表的评分结果

2 组学生创新能力倾向测验量表的评分结果显示，实验组学生经过TIPS 培训，并完成临床问题解决过程后，其创新能力倾向测验量表评分高于对照组[（226.60±11.654）分比（199.10±11.426）分，P<0.001]，相比对照组有较好的创新能力（见表4）。

表4 医学本科生综合创新能力倾向测验量表的评分结果

讨论

医学创新来自临床需求，让医学生的职业生涯早期就奠定其善于创新、乐于创新、钟于创新的习惯，在创新思维下学习临床医学，这是对现有医学教育的有益补充，更有利于培养符合上海加快建设“五个中心”和具有世界影响力的社会主义现代化国际大都市要求的医学人才。

当前，所谓的创新方法大约有300 多种。常用的方法有头脑风暴法、试错法、缺点列举法、希望点列举发明法、假想构成法、高顿思考法、设问法、综摄法、类比发明法、信息交合法、水平思考法、五S 思维法、卡片思维法、叠加法、原型启发法、合理移植法、联想扩充法、象征类比法等。传统的医学创新教育多为导师的言传身教以及脑力激荡，缺乏系统性和可复制性。采用传统方法思考问题的学生，往往以不断试错的方式寻找创新路径，造成创新周期长、创新效率低，同时因为缺少对既往创新成果的学习和借鉴，常出现无效创新的情况。

TIPS 是一套系统化的创新问题解决方案，有别于传统的头脑风暴，TIPS 更强调发明或创新按照一定的程序与步骤进行，并使其具有可重复性。目前，TIPS 理论在机器工程、航空航天、医药生物领域得到了广泛的应用[7-10]。本研究中的实验组在临床实践前期即学习了TIPS（发明问题解决理论）的技术系统进化理论和最终理想解理论，可以有效帮助学生在问题解决之初确定“解”的位置，然后利用TIPS 的各种理论和工具去实现这个“解”。同时，利用相同的思路可以解决更多的临床冲突。本研究显示经过TIPS 训练的学员无论从解决问题的时间还是效果而言，均较以传统方式培训的学员更有效率。

在专利形成过程中，有效性和实效性是关键所在。由于TIPS 方法在创新过程中会借鉴先前已有的创新成果，并有效规避相关技术壁垒，因此在申报专利时间和成功率上均有优势。本研究中，虽然观察组同样完成了临床冲突的解决方案，但由于时间较长，且出现了专利查新过程中的雷同情况，因此专利申请成功率偏低。此外，TIPS 工具以国外专利为底层逻辑，同时已应用多年，缺少更新与在我国实践中的应用，是否能大规模推广使用到医学生创新能力的培养，仍需进一步的研究。

运用TIPS 理论，在临床创新的研发设计过程中大量降低研发成本及减少了研发时间。在临床医学生的创新培养中，通过系统学习TIPS 理论，分析明确各个系统组件相互作用及关系，由“技术矛盾及矛盾矩阵”和“物场模型”寻找解决问题的思路，将为医学生在职业生涯早期即养成了良好的创新思维习惯。将以理论学习和实践操作的方式，将临床创新思维植入学生的医学生涯，并结合创新项目打造、培育、转化，使学生对创新有获得感，让学生的作品走向临床、走向社会。该工具仍需进一步在医学生群体中不断验证，以成为提升医学生创新能力的途径。