数字化赋能拓展教学时空维度的创新方法推广与实践

摘 要：针对创新方法推广中创新教育教师不足、线下教学时空维度受限的问题，提出数字化赋能拓展教学时空维度的创新方法教育的模式。通过分析学习与认知金字塔的关系，以学生创新能力发展为宗旨，采用以赛促学和带题训练的方式，在教学中剖析案例，面向OBE和工程实践设计课程教学内容，基于新工科和专创融合理念，推进学科专业融合，打破专业、院校界限，实现优质师资和教学资源共享；通过分层递进的教学设计，增强课程的代入感和互动性，提高学生的学习兴趣；通过数字化赋能创新方法教育，打破传统教育的时空界限，建立跨专业、跨学科的院校互动学习平台，优化师徒互助合作学习模式，完善多元化学习评价机制，拓展教学时空维度，实现学生时时处处可学，以学生学习发展为中心。在近年的创新方法推广中，建设完成黑龙江省精品在线课程、2022年智慧树TOP人气课程、黑龙江省级一流在线课程、龙江创新方法公益课程，2022年获评黑龙江省优秀志愿服务项目，推动学生创新能力的发展。

关键词：学生中心；数字化赋能；创新方法推广；教学时空维度

一、创新方法推广背景

创新方法推广中通过创新教育课程，开设跨学科、跨院校的课程，培养学生的创新思维和应用创新方法实践的能力。然而，各高校从事创新方法的教师专业不同，学生享受的学校资源也不同，特别大学生在创新方法学习中缺少工程实践经验，同时创新方法的学习入门容易进阶难，学生参加中国TRIZ杯大学生创新方法大赛的热情不高，面对进阶学习的学习兴趣未能被完全激发，持续学习动力不足，进而影响学生创新能力发展的问题，已成为高校创新方法教育中的普遍问题之一。如何实施教学改革，数字赋能、课程重塑，从学生学情设计教学，以学生发展为中心，发挥学生的主体地位，提高课程的吸引力，突破教学时空维度，是当前课程亟须解决的问题。

二、创新方法推广内容

（一）创新方法推广的授课内容

创新方法推广以经典创新方法TRIZ体系为主线，打开创新工具库，解决技术难题。发明创新TRIZ理论作为有效的创新理论，包含着许多系统、科学而又富有可操作性的创造性思维方法和发明问题的分析方法。在践行大学生创新作品制作、解决工程实践问题中，TRIZ技术系统的八大进化法则、最终理想解（IFR）、40个发明原理、39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵、物理矛盾和4大分离原理、物-场模型分析、功能分析及裁剪、发明问题的标准解法、发明问题解决算法（ARIZ）、科学效应和现象知识库等都推动着产品的创新和发展。TRIZ解决工程实践问题的流程如图1所示。

TRIZ理论的核心思想，为大学生制作科技作品提供理论指导，其解决工程实践问题的流程也为学生创新实践提供有益的思考。无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循客观规律发展演变的，各种技术难题、矛盾和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。课程组在原有TRIZ理论的基础上，注重多方法融合，团队教师积极参加国内外会议，及时更新创新方法领域的最新动态，不断更新授课内容。因此，大学生学习和掌握创新方法，有助于大学生自身发展和创新能力的提升。

（二）教学内容的难点、重点

TRIZ理论源于苏联，被各国的企业广泛使用，因其高效的创新性，在我国的中车、中航工业、中石油、中石化、中广核、大船、神华、一汽、哈电集团、格力、美的、海尔等企业均已开展TRIZ理论应用与研究。每年中国科协与科技部联合举办的中国创新方法大赛，下设大学生赛道（中国TRIZ杯大学生创新方法大赛）和企业赛道，涌现出一批又一批的优秀设计作品。目前，TRIZ作为创新方法，越来越成为企业创新发展的有力工具，助力工业振兴，赋能企业创新发展。

在TRIZ理论中，九屏法、因果分析、功能分析是重要的分析工具；物理矛盾与分离原理、技术矛盾与40个发明原理、最终理想解、功能分析与功能模型等是较实用的解题工具，是课程的重点，需要学生透彻掌握；小人法、物-场模型、功能裁剪、科学知识库、ARIZ等需要较高的实践和理论水平，相对较难，是授课的难点，需要透彻讲解和反复练习。

（三） 案例选择和内容更新

创新方法学以创新方法有效的理论TRIZ工具学习为主线，选用历年大学生竞赛优秀作品和企业工程实践指导的实战作品为案例素材，面向企业和行业人才需求，作为黑龙江TRIZ理论研发推广首席专家和企业科技特派员的优势，课程团队成员和黑龙江省创新方法推广团队其他专家一起，结合黑龙江近17年创新方法推广应用经验，结合负责人企业科技特派员的优势，投身校企合作，面向基于产出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE），在中车、中石油、一汽、鞍钢、大船、博实、哈电集团等企业，积极把自身的科研融入教学中，课程团队积极以科研促教研，以教研促教学。

授课过程中，在传统案例基础上，优选中国TRIZ杯大学生创新方法大赛和团队在企业服务过程中百余个企业实际案例，以企业的课题真题真讲，真题真做，引导学生投入课题情境，激发学生的创新热情和潜力，答疑解惑，推动小规模限制性在线课程（Small Private Online Course，SPOC）和大型开放式网络课程（Massive Open Online Course，MOOC）的结合模式，有针对性地进行SPOC和MOOC的多种选课方式，打造线上线下混合式一流课程，服务好本科生、研究生，同时做好在全国高校的推广和应用。

针对课程难度较大的部分，建立线上线下结合的见面课答疑制度。由教学团队梳理线上教学平台互动的共性问题，结合线下教学学生理解中的盲区，有针对性地设置见面课，增强课程的代入感，增强学生学习的信心。

三、创新方法推广过程与方法

以OBE教学理念为指导，以企业的需求为导向，针对网络教学监管弱、持续学习动力不足，传统线下教学学生主体地位发挥不足的问题，采用线下线上混合，多种教学手段综合运用的教学时空维度拓展的“创新方法学”课程教学创新模式。

通过分析学习与认知金字塔的关系，以学生创新能力发展为根本宗旨，采用以赛促学和带题训练的方式，在教学中剖析案例，面向OBE和工程实践设计课程教学内容，基于新工科和专创融合理念，推进学科专业融合，打破专业、院校界限，实现优质师资和教学资源共享，激发学生学习动力；通过分层递进的教学设计，增强课程的代入感和互动性，提高学生的学习兴趣，通过思政引领、创新大赛的双轮驱动，实现三全育人，提高学生的创新、沟通、交流和协作等能力的全面发展；将数字化赋能创新方法学课堂，打破传统教育的时空界限，建立跨专业、跨学科的院校互动学习平台，优化师徒互助合作学习模式，完善多元化学习评价机制，拓展教学时空维度，实现学生时时处处可学，以学生学习发展为中心、TRIZ双轮驱动和数字化赋能拓展教学时空维度的课程教学创新模式的教学设计如图2所示。

学生课前通过网络共享课程进行MOOC线上学校、SPOC混合式学习，COOK自主学习等方式，通过带题学习，项目驱动，积极开展课程思政融入教学全过程。课后通过智慧树网址平台完成在线知识点考核，线下通过实践报告、作品设计和平时成绩（线上、线下作业+实验+课堂表现）完成考核。积极引导学生参加TRIZ竞赛和科研活动，竞赛获奖计入平时成绩；积极引导学生申请专利，专利申请计入实践报告成绩。通过智慧树平台年度报告和线下问卷调查完成课程反馈，依据OBE教学理念完成课程整改。

四、创新方法推广应用效果

（一）网络共享课程教学

教育平台依托智慧树、国家高等教育智慧教学平台，推广和应用创新方法学网络课程。课程运行中不断丰富教学资源，确保本校课程开设质量，课程也通过多种形式与线下的其他专业和高校的本硕生结合。课程被评为黑龙江省省级精品在线课程、黑龙江省级一流本科课程、智慧树TOP100人气课程（全国排名第22名）。目前，平台选课4.62万人，选课高校及科研院所202所，其中选课高校累计124所，公众学习者所在高校和科研院所78所，累计互动62.72万次。

（二）数字化赋能的课堂教学，跨专业和跨院校的交流，拓展教学时空维度的教学

采用“网络共享课程+线上直播”混合教学方式开展教学，拓展教室、学校的教学时空维度限制。与传统课堂的授课方式相比较，数字赋能教育打破了原有教室固定的时空边界，建构出新的网络空间，引发课堂教学方面时间与空间维度的双重转换，确保学生通过网络共享课程进行自主学习、预习和复习等环节。

针对网络课程互动和监控不足的问题，采用“视频直播+网络共享课程”双通道线上课程教学。直播时，充分利用雨课堂、腾讯课堂、QQ分屏等直播平台的优势，采用多平台混合互动直播，一直播一监控，实时与学生互动，营造线下课堂气氛，实现虚拟线下环境，并应用在线平台弹出测试题库、在线测试试题库等在线对学生学习情况进行考核。

（三）学生互助学习，教师带题指导，将被动学习转换为主动学习

传统线下教学学生参与度相对较低，在部分难度相对较低的知识点采用翻转课堂教学，充分发挥学生的主体地位，建立学生讨论小组。开展课堂教学时，提前布置讨论内容，由学生课下收集资料，课堂上以小组为单位开展讲授和讨论。课堂中教师由讲授者变为课堂主持者和点评者，建立师生学习共同体。在整个课堂教学过程中，学生承担相应知识点的讲解和讨论，学生根据网络课程和相关资料的学习，制作小组交流PPT。交流过程中，学生可以根据内容需要与其他学生充分地交流互动。教师控制讨论的时间、进度，对讲授和讨论的内容进行点评，并对各知识点的重点、难点进行总结概括，补充学生遗漏部分，讲解TRIZ工具使用中容易发生的问题及解决办法。在整个课堂教学过程中教师是学习的推动者和指导者，是学生获取资源、利用资源、处理信息、应用知识的帮手。课堂成为学生内化知识、运用知识的场所，学生讲解自己正在学习的知识点，更了解哪个地方不明白、哪个地方遇到了障碍，整个过程中讲的学生锻炼了能力，深刻地理解了知识点，听的同学心有戚戚焉，提升了学生的学习主动性和兴趣。

（四）案例教学与实践教学

选用课程团队实际承担的70个企业产品研发案例作为教学案例，不断丰富和更新大学生专项赛和企业赛项的案例作为教学案例库的资源。

建立了创新方法实验室，成立了鸡西煤矿机械有限公司省级研究生创新实践基地，建立了纳诺药机、德沃农机、冠东科技、大庆油田采油六厂等校外本科生创新实践基地，以企业真课题，开展学生创新实践。选派TRIZ理论学习较好的同学进入冠东科技等企业应用TRIZ理论开展发明设计与专利撰写实践。选派研究生进入德沃农机、纳诺药机进行创新设计实践。选派本科生参与黑龙江省技术创新方法研究会创新方法服务油田工作。

（五）思政融入课程，全过程全方位培育创新人才

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人，努力开创我国高等教育事业发展新局面。矿山机械课程作为矿业人才培养的重要专业课程，也要“守好一段渠、种好责任田，与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。培养学生客观地认识当代社会，了解我党的百年奋斗路，用当代马克思主义——习近平新时代中国特色社会主义思想、社会主义核心价值观、中华优秀传统文化武装自己，明理、增信，树牢“四个意识”，坚定“四个自信”。黑龙江省作为与俄罗斯接壤的边境省份，建党百年来，全省各族人民在党的领导下，在革命、建设和改革开放的过程中，艰辛求索、不怕牺牲、百折不挠、浴血奋战、艰苦创业、奋勇开拓，形成了东北抗联精神、北大荒精神、大庆精神、铁人精神，为我们留下了丰富的精神遗产。在授课过程中，融入龙江四种精神和龙煤艰苦奋斗精神的讲解，使学生从黑龙江的奋斗历程中汲取力量，筑牢红色基因。

在讲解产品研发与加工制造过程中融入“忠厚吃苦、敬业奉献、开拓创新、卓越至上”的 “龙煤精神”；结合与大国工匠合作研发的实例，讲解工匠精神；融入刘永坦、黄大年等专家科研精神，培养学生细致、务实、好学、创新的工作原则和作风。针对学生毕业后大部分服务于煤炭生产的情况，讲解煤矿安全规程，培养学生遵纪守法、崇德、守信美德，成长为社会主义合格建设者和接班人。挖掘历年大学生TRIZ杯大赛中的思政精神，将中国心、中国梦融入教学设计中，争做时代追梦人。

（六） 项目驱动教学，以赛促学提升创新能力

培养学生实际动手能力，以学院、校及省各级大学生科研立项，中国TRIZ杯大学生创新方法大赛为依托，引导学生真题真做，开展创新实践；开课之初，让学生选题，开展课题实践，课程结束，需要学生上交课题实践报告和创新作品。做到学习有目标，练习有抓手。

责编 / 马铭阳