基于TRIZ发明原理的课堂教学设计

赵慧君 ，张中杰 ，郑瑾 ，陈守辉，张文丽，贾少培，侯婧

（1.中原工学院，河南郑州 451191；2.河南省计量科学院研究院，河南郑州 450000）

TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的缩写，其创始人根里奇·阿奇舒勒通过专利分析发现，产品或技术的发展进化都是遵循着客观规律发展演变的，即具有客观进化规律和模式；技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能；各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化的动力[1-2]。在技术冲突解决原理中，TRIZ理论将不同的发明创造所遵循的共同规律归纳为40个创新原理，针对具体的技术冲突，可以基于这些创新原理，结合工程实际寻求具体的解决方案[3]。本文尝试将这些发明原理运用于课堂教学设计，以提高课堂的生动性、活泼性、趣味性，激发学生的主动意识、参与意识、创新意识。

1 发明原理在课堂教学设计中的应用

1.1 发明原理“1分割”

把一个物体分成相互独立的部分；将物体分成容易组装和拆卸的部分；提高物体的可分性。在课堂教学中，通常情况下学生的座位不固定，一般都是按照自己的意愿选择座位，熟悉程度高的学生坐在一起，而不熟悉的学生往往离得较远。运用“分割”原理，将学生们分成3-5人的团队，在教学中以小组讨论的形式进行知识点的交流与互动。同时，团队内部进一步分割，针对同一主题任务，团队成员各自搜集相关资料，汇总讨论后由一名成员整理制作PPT或形成报告，之后推出一名成员在课堂上分享交流，同组其他学生可以进行补充或答疑等。由此，学生的主体性加强，注重了互助式、互动式、讨论式的学习，有利于小组成员进行相互交流合作，使小组成为真正意义上的“功能群体”，学生的学习任务由过去的个体化转向个体化与合作化相结合，学生之间由过去的竞争关系转向合作与竞争相结合的关系[4]。

分组的方式，可以通过报数，报到相同数字的学生组成一个团队，由此，坐在一起的学生一般都会分在不同的团队。或者，可以通过关键词“衣服颜色”来进行分组，即穿着同色衣服的学生同组，如果同一组人数较多，也可以再添加关键词“鞋子类型”“发型长短”等，将学生分为不同团队。由此，既增加学生之间的了解，又通过团队成员之间的协作、团队之间的竞争，提高学习的积极性和竞争性，从而激发学习的内驱力。同时，在讨论知识点时，有些知识点之间有较大的相关性，可以通过不同团队的随机或自愿组合进行合作，共同完成知识点的学习与呈现。

1.2 发明原理“10预操作”

预先对物体（全部或至少部分）施加必要的改变。在课堂教学中，关于知识点的学习，可以在上课前由学生进行信息的收集整理与理解领会，课堂上再由学生输出并与其他团队分享讨论，由此增加知识学习的主动性。比如，在学习《无机材料物理化学》的“熔体与玻璃体”时，给每个小组分配了不同的知识点，包括：（1）除了聚合物理论，其他关于熔体结构的理论有哪些？如何描述的？（2）玻璃的通性有哪些？如何解释？（3）玻璃的结构？（4）关于熔体粘度的理论有哪些？如何解释？（5）硼硅酸盐玻璃的用途有哪些？（6）何为硼反常，如何解释？要求学生在下次课时进行分享讨论；分享时要用自己的语言进行解释；分享要在限定的时间内完成；其他团队的成员可以提出质疑、困惑或不同观点。学生通过“预操作”，亲自动手收集整理资料，同时又用自己的理解将领会的知识输出给其他学生，实现对知识的理解与掌握。

1.3 发明原理“13反向作用”

用相反的动作代替问题定义中规定的动作；让物体或环境可动部分不动，不动部分可动；将物体上下或内外颠倒。现在的课堂教学应“以学生为中心”，学生是课堂的主角，是教学的中心，要以学生为中心，就要采用与以往不同的教学方法或教学模式，同时，还要激发学生学习的热情，改变课堂的整体氛围。采用“反向作用”，增加课前操和课间操。比如，利用课前5min，或者课间5min，和同学们一起跳手语操“我真的很不错”，学生站在座位处就可以完成，一方面活动一下身体，为之后的课程提神醒脑，另一方面让久坐的学生活动一下筋骨，偶尔放松一下心情。通过跳一跳、动一动等肢体动作，在强身健体的同时，还能促进沟通、调节情绪、培养积极乐观的心理素质，由此使学生产生愉悦感、自豪感、信心感。

“反向作用”在课堂教学设计中的第二个应用，是在团队分享交流时，对于平时不太愿意主动发言的学生，要求在小组分享每位学生都有机会与他人分享自己的观点，以压力激发内驱力，促进学生表达自我，展示自我，锻炼沟通与交流。

变“让学生靠近教师”为“教师走向学生”是“反向作用”在课堂教学设计中的第三个应用。大学课堂上，主动提问的学生相对较少，如果学生不提问，教师可以向学生提出问题；课堂座位的分布上，如果是固定桌椅的教室，靠近过道的座位被认为被教师提问的概率较大，那么，教师可以随机提问，尤其是中间位置的学生，可以刻意提高提问的频率，这样，使得学生主动关注授课教师的教学进度和教学内容，同时也促使学生主动思考或查询问题的解决方案，对课堂教学效果的提高有一定的促进作用。

1.4 发明原理“15动态特性”

调整物体或环境的性能，使其在工作的各阶段达到最优状态；分割物体，使其各部分可以改变相对位置。在对学生进行分组之后，每个小组的座位由教师按照一定的规律指定相应的位置，小组成员在团队活动中可以集中讨论，有利于小组内的交流与沟通。同时，小组在教室内的位置也不是一成不变的，比如，每隔2～3次课时，具体的调整时间可以灵活掌握，可以对小组座位进行一次轮动，轮动的时间是教师随机发起的，轮动时可以左右、前后同时变化。

1.5 发明原理“18机械振动”

使物体处于振动状态；如果已处于振动状态，提高振动频率；利用共振频率；用压电振动代替机械振动；超声波振动和电磁场耦合。前面利用动态特性，在课堂教学中可以增加课前操和课间操，使原本不动的学生动起来，在活动中，可以选择1～2位领操员，让1～2名学生站在前面，面向其他学生做运动，领操员可以选择相对比较活跃的学生来承担，即让原本比较活跃的学生在前面领操，通过这种方法，提升领操学生的自信与自律，胆量与勇气，起到示范作用。当然，也可以让学生轮流在前排领操，一方面每个人都可以得到展示的机会，另一方面增加学生在面对众人时的镇定与坦然。对领操学生及时给予肯定和认可，增加其信心和幸福感，从而激发在之后课堂教学中的专注与投入。

1.6 发明原理“减少有害作用的时间”

将危险或有害的流程或步骤在高速下进行。美国心理学露西·乔·帕拉迪诺博士花了30年的时间研究了人的注意力，提出了一个 “倒U型曲线”模型来解释人的注意力变化，如图1所示[5]。人的注意力随外界刺激的大小产生变化，形成了一条倒U型曲线，心理学家认为，事物对人刺激的大小，会决定我们对事物到底是感到兴奋还是无聊。这个兴奋或无聊的程度，叫作“刺激水平”。而刺激水平的高低，又决定了注意力的大小。

图1 注意力变化曲线

图2是一个成年人在一个标准课的时长里的注意力变化曲线。以中原工学院一个课时45min来看，最开始的时候注意力有一个迅速集中，并且集中的过程，就如同前5min一样。到了第15min，注意力达到一个顶峰，然后持续下降，到40min左右时到达谷底，随着时间推移，大家通过看表，或教师的提示，感觉这节课要结束了，重新开始关注，这时会有一个小的波峰。到课程结束时，注意力彻底消散。

图2 成年人一个标准课时长的注意力变化曲线

根据注意力曲线，在课堂教学设计中，通过教师的教学方法、教学设计给予适度的外界刺激，运用发明原理“21减少有害作用的时间”，即减少注意力在谷底的时间，使学生重新进入注意力专区，也就是最佳注意力的状态，提高课堂效率。比如，可以在课堂教学进行约15min时，发起提问，针对之前讲授或讨论内容的提问；引起思考，思考讲授内容的更多应用，或在其他行业、领域的类似应用，例如，在《无机材料物理化学》中，讲到“表面与界面”的弯曲表面效应，除了在陶瓷可塑成型时利用毛细管力提高其可塑性的应用，高炉炼铁时铁水与熔渣通过毛细管力对炉衬的损毁，再引导学生思考或搜索弯曲表面效应在其他行业、其他领域的应用；进行小结，即对所讲授内容进行一个小小的归纳，在回味或总结前面内容的同时，可引导学生对后续内容的探究，从而使注意力回归专区；也可以通过放松活动，比如，让学生拍拍旁边同学的肩膀，询问：“嗨，同学，你在吗？”从而引起同学的注意力。通过引入刺激，减少注意力在谷底的时间，改善课堂教学氛围，提高课堂教学效果。

1.7 发明原理“22变害为利”

利用有害的因素（特别是环境中的有害效应），得到有益的结果；将两个有害的因素相结合进而消除它们；增大有害因素的幅度直至有害性消失。手机所带来的方便与快捷自不必说，它使我们的生活步入了更快的节奏，俨然成了我们工作学习娱乐中一种不可或缺的工具。然而，手机带给我们的其他一些负面的因素也是不可忽视的 ，运用“变害为利”，课堂上允许学生使用手机，通过手机查询资料、接收任务、发送个人观点、提交个人作业、做课堂推送的小测试等，引导学生充分利用手机的互联网功能，辅助课堂教学，获取信息与知识。比如，在《无机材料物理化学》课程中，讲到“固溶体”的知识点时，固溶体是一种固体溶解到另一种固体中，一般固溶体是有最大溶解度的，就像固体溶解在液体中一样，这时随机问出食盐的溶解度，很多学生不记得，于是，通过网络搜索，然后查到的学生会迫不及待地说出结果；再比如，课程的每个章节后会有小测试，教师通过微信小程序进行推送，学生通过手机答题、提交，教师仍然是通过手机了解测试结果，包括总成绩、出错率等信息，并随时对出错集中的知识点进行讲解。有效利用移动通信工具，不断引导学生自我控制、自我管理。

1.8 发明原理“23反馈”

在系统中引入反馈；如果已引入反馈，改变其大小或作用。反馈是沟通过程中必不可少的，没有反馈的沟通是一个不完整的沟通，一个高效的沟通必须具备一个反馈的机制，利用反馈，将学习结果及时提供给学习者，可增进反应效果。在课堂教学中，对学生的问题进行即时回复；对学生的主动积极应答、优秀回答或创新性想法等即时给予口头称赞或小小的物质奖励，从而强化学生的学习动机。口头的称赞在于话术，即对学生行为的称赞和观点的肯定，或者优良品质的褒奖；物质奖励可以通过类似棒棒糖、便利贴之类的食物或物品，虽然价值不高，但得到的学生会有一种荣誉感，从而提升自信心和积极参与的欲望。正如著名的反馈效应心理实验那样[6]，聪明的才智是激励出来的。多种多样的激励方式和丰富多彩、生动形象的语言也能激励学生。

2 结语

将发明原理“1分割”“10预操作”“13反向作用”“15动态特性”“18机械振动”“21减少有害作用的时间”“22变害为利”“23反馈”运用于大学生课堂教学设计，实践表明，改进后的课堂氛围变得活动生动，学生在课堂上的参与意识、主动意识、创新意识明显提升，同时，学生的语言表达、沟通交流和团队协作意识得到较大改善，为课堂教学改革与实践提供了新的思路和借鉴。