基于TRIZ理论构建学科竞赛创新能力培养体系的研究与实践

袁伟光，阮观强

（上海电机学院，上海 201306）

当前，全面振兴本科教育作为新时代高等教育改革发展的核心任务，对高校的教育教学质量提出更高的要求[1]。大学生创新精神和创新能力的培养是反映教育教学质量的重要指标，也是体现高校综合实力的重要方面。创新能力培养与专业教育的融合并不在于新增多少课程或学分，而是将创业的元素融入人才培养的全过程中[2]。学科竞赛作为培养学生创新能力的重要载体，可以贯穿人才培养的全过程，学生将学到的知识进行整合，应用到创新实践活动中，有效培养学生的创新能力。

1 依托学科竞赛培养学生创新能力的传统模式面临的问题

随着各类高校对学生学科竞赛工作重视程度的提升，通过采取课程改革、政策支持、竞赛激励机制等多方面的措施，以赛促教、以赛促学，使学科竞赛在人才培养体系中发挥了举足轻重的作用，形成创新人才培养的综合平台。但是，随着学科竞赛赛事种类的扩容、竞赛内容的深层化，依托学科竞赛培养创新能力的传统模式面临诸多问题。

1.1 交叉复合的创新能力培养体系构建难度大

目前，大部分工科专业的学科竞赛以学生掌握本专业甚至跨专业的知识体系为前提，对学生创新能力的广度和深度提出了更高的要求。传统的竞赛集训模式、单一课程中融入竞赛项目等形式已无法满足这类能力培养的需求。

传统的专业人才培养方案中的课程设置往往缺少对提升学科竞赛能力全面、系统的支撑。相关课程间关联少，没有知识系统化的环节，造成学科竞赛知识体系零散，难以建立多课程的系统性概念，与实际竞赛的能力培养目标有很大差距。同时，部分竞赛能力培养的主导课程虽然开设了，但是课程知识体系中对很多竞赛需要的知识点只注重理论而未以竞赛作为实际应用来进行讲解。这就导致参与此类学科竞赛的学生参与普适性变差，以竞赛为载体的创新能力培养很难与专业人才培养完全融合。

1.2 师资力量薄弱

目前高校学科竞赛指导教师大部分为一线授课教师，他们的主体工作是教学与科研。学科竞赛一般都具有周期长、投入大、产出慢的特点，而且要求指导教师要有扎实的专业功底和丰富的指导经验。同时，部分高校还缺乏健全的学科竞赛配套机制和系统的师资培养体系。种种原因导致了教师参与学科竞赛指导、教学方法改革的积极性不高，能够胜任学科竞赛指导的教师屈指可数[3]。

没有充裕的学科竞赛师资力量的储备、专业教师对本专业所涉及的学科竞赛的深入研究，就很难实现将本专业学科竞赛创新能力的培养目标系统地融入课程体系中。

1.3 教学方法的改革难度大

在课程教学中实现学科竞赛创新能力的培养，最核心的问题是如何系统地将本专业创新能力的培养目标分解到课程体系中，以及如何在课程的教学中落实相应的能力培养目标。传统的课程教学以教师为中心，围绕“教”而开展，学生的“学”完全依赖教师的“教”，往往强调固化的知识传递，缺少创新思维和能力的培养。这就奥球改革传统的课程教学方法，教师需要系统地学习相关创新能力培养的理论，运用并组合案例教学、项目式教学、混合式教学、翻转教学等教学方法，找到适合创新能力培养的教学模式[4]。

而且这种教学方法的改革必须在学科竞赛相关课程中全面开展，才能使知识的传授与学科竞赛创新能力的培养有机融合，构建完整的创新能力培养体系。参与改革的教师要形成学科竞赛能力培养的全局观，将创新能力培养的知识点，通过一门课程的案例、项目等连成线，再通过课程群搭建学科竞赛创新能力培养的面。这对专业人才培养方案的宏观设计提出了更高的要求。

2 构建学科竞赛创新能力培养体系的理论基础

2.1 TRIZ理论简介

TRIZ在俄语中的意思是“发明问题解决理论”，是苏联科学家、发明家根里奇·阿奇舒勒通过研究了全世界超过250多万件的发明专利，分析这些专利的共性与个性规律，总结凝练出的系统理论。该理论的基本思想是：创新问题的核心是解决其系统中存在的技术矛盾和物理矛盾。其理论体系包括技术系统进化法则、技术矛盾解决原理、创新问题标准解法、发明问题解决算法和工程参数知识库等[5]。应用TRIZ理论解决创新问题时，一般通过以下过程实施：将创新问题抽象简化为TRIZ理论模型；基于TRIZ理论模型，找到合适的TRIZ理论中的法则、原理，解决其技术矛盾和物理矛盾；将简化后的模型解决方案再转化为创新问题的解决方案[6]。

TRIZ理论包含了一套成型的创新理论，被证明在培养创新思维和创新能力方面具有显著的作用，为造就创新人才给出了一种行之有效的培养模式[7]。作为一种新的教育理念和教育方法，教育研究者正通过一系列的改革、探索，挖掘TRIZ理论与专业人才培养的结合点。

2.2 TRIZ理论与学科竞赛创新能力培养体系的结合点

从人才培养目标来看，TRIZ理论与学科竞赛注重培养创新思维、创新方法、创新能力的目标是一致的。近些年，国内的很多高校已意识到了TRIZ理论对人才创新能力培养的巨大作用，开始引入相关的课程作为高校创新创业教育课程体系的一部分。这是TRIZ理论与创新能力教育结合的一种简单、快速、浅层次的方式。

TRIZ理论提供了多层次、系统的创新问题解决方法，具有普适性的特点。TRIZ理论完全可以与学科竞赛创新能力培养体系进行深度融合，作为主线贯穿于创新能力培养的各个环节。

2.2.1 创新能力课程群的构建

新工科背景下的工程教育专业认证，强调以产出为导向、注重持续改进的OBE理念，以学生的能力培养为目标，这也是新工科专业人才培养体系构建的核心思想[8]。这与TRIZ理论强调创新思维、创新能力培养为导向，解决实际创新问题的理念是完全一致、相辅相成的。而且构建创新能力课程群从本质上讲就是课程系统的设计，其与发明创造的创新问题非常相似，都是解决系统内部的矛盾问题。所以，基于以上分析，通过TRIZ理论的相关工具，构建创新能力课程群是完全可以实现的。

2.2.2 开设TRIZ理论课程

以美国为代表的很多发达国家的大部分院校都非常注重学生创新思维的塑造，都会开设创新能力培养课程和TRIZ理论课程。近些年，国内高校也逐步将TRIZ理论课程作为创新创业教育课程的一部分[9]。这种方式能够让学生系统地学习TRIZ理论，为参加学科竞赛、发明创造等创新活动做好理论储备。

2.2.3 课程教学方法的改革

TRIZ理论注重创新问题的模型简化与构建，通过系统的工具与方法寻找解决方案，这与大部分工科专业的大作业、综合项目、课程设计、毕业设计等环节是非常吻合的。所以，将TRIZ理论应用到课程教学中，与项目化教学、案例教学等有机结合，进行系统的教学方法改革，能有效解决传统教学模式的问题，培养学生的创新思维，这种方式能激发学生参与项目的热情，使学生参加学科竞赛的综合能力得到提升。

2.2.4 师资队伍的培养

为实现大学生学科竞赛创新能力的培养目标，建设一支具有教学技能的教师队伍是必备条件。目前各高校教师队伍以中青年教师为主，大部分教师没有接受过创新教学理论的系统学习或培训，并且在课程教学中缺少创新理论、方法的实践。通过TRIZ理论的系统培训和基于TRIZ理论的教育教学方法改革，将丰富教师的教学模式和手段，有效提高教师的教学水平和创新能力[10]。

2.2.5 融入学科竞赛

在学科竞赛中，指导教师、参赛学生可以充分利用TRIZ理论中的各种创新问题解决方法，大胆提出创新的设计方案，来完成参赛作品的设计，使之成为助力学生竞赛的有效手段。

3 构建学科竞赛创新能力培养体系的具体方法

下面以车辆工程专业为例，阐述构建学科竞赛创新能力培养体系的具体方法。

3.1 基于TRIZ理论，构建学科竞赛创新能力为导向的课程群

构建课程群的首要任务是梳理学科竞赛应具备的能力体系，合理选取支撑课程，挖掘课程的关联性和内在逻辑性，从而构建课程群。

车辆工程专业所对应的全国大学生智能车竞赛、全国大学生巴哈汽车大赛等学科竞赛要求参赛学生所掌握的知识面涵盖汽车构造、汽车试验、机械设计、电路设计、程序设计、传感器应用等[11,12]。以学生学科竞赛创新能力的培养过程为分析对象，基于技术系统进化法则和技术矛盾解决原理等TRIZ理论，运用其创新思维训练工具之一“九屏幕法”，分析汽车类学科竞赛能力的关联性、层次性和进化性，形成紧密的、环环相扣的、有逻辑性的能力体系，如图1所示。

通过以上对TRIZ理论的系统分析，得到汽车类学科竞赛能力体系，进而寻找出与能力培养目标匹配的课程，构建出学科竞赛创新能力培养课程群，开发学生创新思维，提高学生创新能力。课程群对学科竞赛能力的支撑作用如图2所示。

3.2 结合TRIZ理论，开展项目化教学、角色互换式教学等教学方法改革

3.2.1 项目化教学

项目化教学是将项目实践引入教学活动中，是以学生中心、以项目为载体、以任务为驱动的教学模式，这种教学模式能有效达成课程教学目标中实践能力的培养。将TRIZ理论与项目实践进行结合，可以提高学生的能动性和参与性；在课程教学中，教师可选择一个应用TRIZ方法解决的问题或项目，引导学生利用相应的TRIZ创新方法和工具解决此问题，过程中不断提出新的见解、新的发现，提出新的问题，通过小组讨论或者小组实验，一起解决工程实际的发明或创新问题，真正地使学生的思维进行发散；在课后通过布置一些与学科竞赛相关的技术问题，引导学生用TRIZ理论进行思考，掌握同类问题的解决方法[13]。

学科竞赛相关课程的教学，以项目化教学开展，优势极其明显。首先，一个完整的竞赛项目可以拆分成若干个竞赛子项目，非常有利于各个相关课程教学中项目化教学的导入。其次，学生将不再被动地接受教师传递的知识，而是主动地从项目中挖掘知识和方法，培养了创新思维。再次，项目化教学突破了单一的课堂教学模式，在完成项目的过程中，学生有独立进行工作的机会，使学生在做中学、学中做，达到提高学生实际操作技能、培养学生学习运用相关知识解决实际问题的综合能力的目的。同时又通过团队合作完成工作任务的锻炼，培养学生的竞赛团队合作意识[14]。

3.2.2 角色互换式教学

依据美国学者埃德加戴尔提出的“学习金字塔”理论以及“翻转课堂”教育的理念，相关课程实施角色互换式的教学方法改革，强调学生的积极参与和实践。教师布置项目汇报的题目，学生以小组为单位进行课后自学，查找相关资料，制作PPT，课堂分组演讲，学生与教师听讲，课上学生运用所学的TRIZ理论工具，进行讨论、提问、评价。这种教学方法也是培养学生沟通、团队协作能力的非常有效的方式。

3.3 建设一支创新型师资队伍

具有创新教学技能的高素质教师队伍是学科竞赛创新能力培养体系中最重要的环节。不同于传统课程的讲授，创新型师资队伍应具备过硬的专业理论功底和实践能力，同时还应掌握系统的创新理论，善于用创新思维传递给学生解决复杂工程问题的能力和思维方式。

通过“一主线三共同”的建设模式，建设一支凝心聚力的高素质创新型师资队伍。“一主线”是指以TRIZ理论作为学科竞赛课程体系构建、教学方法改革、师资培训等的主线，通过系统的TRIZ理论培训，夯实教师创新理论、创新思维的基础。“三共同”是指专业教学团队共同梳理课程体系，开发项目化教学内容；课程教学团队共同授课，开展各类实践教学活动，实施有效的互助机制；竞赛指导教师结对，以老带新，共同指导学生竞赛，不断扩容指导教师队伍。

3.4 开设公选课，引导学生参加学科竞赛

车辆工程专业教学团队针对现在比较成熟的几个汽车类全国大学生竞赛项目，相应开设了多门公共选修课：智能车设计与制作、巴哈汽车设计与制作、图形设计与制作等。学生在学习该课程后，能够初步了解学科竞赛项目所需要的知识，掌握一些初步的竞赛技能，最重要的是培养了学生参与竞赛的兴趣，这样为更多的学生加入竞赛团队，找到未来学习生活的目标，打下了坚实的基础。

3.5 实施学科竞赛评价机制，提高竞赛创新能力

大学生学科竞赛助力创新能力培养的动力来源于人才培养目标和学生自身发展的需要、教师对学科竞赛创新能力培养的重视和付出，创新条件和创新环境对大学创新能力培养发挥着重要作用，学科竞赛创新能力培养评价机制是保障大学生创新能力培养常态化的根本，如图3所示。

教师在课内教学与课外活动（主要是竞赛活动指导）中，把自己研究的最新科研成果，反哺至竞赛创新课程中，通过项目化教学与角色互换式教学，培养汽车类本科生的竞赛能力，促使学生完成专业设定的培养目标，同时为自己终身学习定下目标。通过教学的评价与比赛结果，不断闭环反馈至教师，教师吸取经验与教训后，再投入到竞赛教学中。这种评价机制也非常符合工程教育专业认证所要求的持续改进的宗旨，其为学科竞赛创新能力培养体系的完善提供了持续的动力。

4 结语

通过对TRIZ理论的深入研究，结合学科竞赛的特点，系统地分析学科竞赛能力体系，构建学科竞赛能力课程群。在课程群的课程建设与教学方面，引入TRIZ理论，与项目化教学、角色互换式教学等教学方法深度融合，大幅改善了学科竞赛相关课程的教学效果。同时，通过建设创新型师资队伍、开设竞赛类公选课、实施学科竞赛评价机制等措施，有效保障创新能力培养目标的达成。

最终形成一个完整的学科竞赛创新能力培养体系，如图4所示。这样的培养体系保障了学生学科竞赛创新能力培养的有效性和持续性，将为本科教育提供一种新型的创新人才培养模式。