基于TRIZ發(fā)明原理的課堂教學設計

趙慧君 ，張中杰 ，鄭瑾 ，陳守輝，張文麗，賈少培，侯婧

（1.中原工學院，河南鄭州 451191；2.河南省計量科學院研究院，河南鄭州 450000）

TRIZ是俄文“發(fā)明問題解決理論”的縮寫，其創(chuàng)始人根里奇·阿奇舒勒通過專利分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品或技術的發(fā)展進化都是遵循著客觀規(guī)律發(fā)展演變的，即具有客觀進化規(guī)律和模式；技術系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用盡量少的資源實現(xiàn)盡量多的功能；各種技術難題、沖突和矛盾的不斷解決是推動這種進化的動力[1-2]。在技術沖突解決原理中，TRIZ理論將不同的發(fā)明創(chuàng)造所遵循的共同規(guī)律歸納為40個創(chuàng)新原理，針對具體的技術沖突，可以基于這些創(chuàng)新原理，結(jié)合工程實際尋求具體的解決方案[3]。本文嘗試將這些發(fā)明原理運用于課堂教學設計，以提高課堂的生動性、活潑性、趣味性，激發(fā)學生的主動意識、參與意識、創(chuàng)新意識。

1 發(fā)明原理在課堂教學設計中的應用

1.1 發(fā)明原理“1分割”

把一個物體分成相互獨立的部分；將物體分成容易組裝和拆卸的部分；提高物體的可分性。在課堂教學中，通常情況下學生的座位不固定，一般都是按照自己的意愿選擇座位，熟悉程度高的學生坐在一起，而不熟悉的學生往往離得較遠。運用“分割”原理，將學生們分成3-5人的團隊，在教學中以小組討論的形式進行知識點的交流與互動。同時，團隊內(nèi)部進一步分割，針對同一主題任務，團隊成員各自搜集相關資料，匯總討論后由一名成員整理制作PPT或形成報告，之后推出一名成員在課堂上分享交流，同組其他學生可以進行補充或答疑等。由此，學生的主體性加強，注重了互助式、互動式、討論式的學習，有利于小組成員進行相互交流合作，使小組成為真正意義上的“功能群體”，學生的學習任務由過去的個體化轉(zhuǎn)向個體化與合作化相結(jié)合，學生之間由過去的競爭關系轉(zhuǎn)向合作與競爭相結(jié)合的關系[4]。

分組的方式，可以通過報數(shù)，報到相同數(shù)字的學生組成一個團隊，由此，坐在一起的學生一般都會分在不同的團隊。或者，可以通過關鍵詞“衣服顏色”來進行分組，即穿著同色衣服的學生同組，如果同一組人數(shù)較多，也可以再添加關鍵詞“鞋子類型”“發(fā)型長短”等，將學生分為不同團隊。由此，既增加學生之間的了解，又通過團隊成員之間的協(xié)作、團隊之間的競爭，提高學習的積極性和競爭性，從而激發(fā)學習的內(nèi)驅(qū)力。同時，在討論知識點時，有些知識點之間有較大的相關性，可以通過不同團隊的隨機或自愿組合進行合作，共同完成知識點的學習與呈現(xiàn)。

1.2 發(fā)明原理“10預操作”

預先對物體（全部或至少部分）施加必要的改變。在課堂教學中，關于知識點的學習，可以在上課前由學生進行信息的收集整理與理解領會，課堂上再由學生輸出并與其他團隊分享討論，由此增加知識學習的主動性。比如，在學習《無機材料物理化學》的“熔體與玻璃體”時，給每個小組分配了不同的知識點，包括：（1）除了聚合物理論，其他關于熔體結(jié)構(gòu)的理論有哪些？如何描述的？（2）玻璃的通性有哪些？如何解釋？（3）玻璃的結(jié)構(gòu)？（4）關于熔體粘度的理論有哪些？如何解釋？（5）硼硅酸鹽玻璃的用途有哪些？（6）何為硼反常，如何解釋？要求學生在下次課時進行分享討論；分享時要用自己的語言進行解釋；分享要在限定的時間內(nèi)完成；其他團隊的成員可以提出質(zhì)疑、困惑或不同觀點。學生通過“預操作”，親自動手收集整理資料，同時又用自己的理解將領會的知識輸出給其他學生，實現(xiàn)對知識的理解與掌握。

1.3 發(fā)明原理“13反向作用”

用相反的動作代替問題定義中規(guī)定的動作；讓物體或環(huán)境可動部分不動，不動部分可動；將物體上下或內(nèi)外顛倒。現(xiàn)在的課堂教學應“以學生為中心”，學生是課堂的主角，是教學的中心，要以學生為中心，就要采用與以往不同的教學方法或教學模式，同時，還要激發(fā)學生學習的熱情，改變課堂的整體氛圍。采用“反向作用”，增加課前操和課間操。比如，利用課前5min，或者課間5min，和同學們一起跳手語操“我真的很不錯”，學生站在座位處就可以完成，一方面活動一下身體，為之后的課程提神醒腦，另一方面讓久坐的學生活動一下筋骨，偶爾放松一下心情。通過跳一跳、動一動等肢體動作，在強身健體的同時，還能促進溝通、調(diào)節(jié)情緒、培養(yǎng)積極樂觀的心理素質(zhì)，由此使學生產(chǎn)生愉悅感、自豪感、信心感。

“反向作用”在課堂教學設計中的第二個應用，是在團隊分享交流時，對于平時不太愿意主動發(fā)言的學生，要求在小組分享每位學生都有機會與他人分享自己的觀點，以壓力激發(fā)內(nèi)驅(qū)力，促進學生表達自我，展示自我，鍛煉溝通與交流。

變“讓學生靠近教師”為“教師走向?qū)W生”是“反向作用”在課堂教學設計中的第三個應用。大學課堂上，主動提問的學生相對較少，如果學生不提問，教師可以向?qū)W生提出問題；課堂座位的分布上，如果是固定桌椅的教室，靠近過道的座位被認為被教師提問的概率較大，那么，教師可以隨機提問，尤其是中間位置的學生，可以刻意提高提問的頻率，這樣，使得學生主動關注授課教師的教學進度和教學內(nèi)容，同時也促使學生主動思考或查詢問題的解決方案，對課堂教學效果的提高有一定的促進作用。

1.4 發(fā)明原理“15動態(tài)特性”

調(diào)整物體或環(huán)境的性能，使其在工作的各階段達到最優(yōu)狀態(tài)；分割物體，使其各部分可以改變相對位置。在對學生進行分組之后，每個小組的座位由教師按照一定的規(guī)律指定相應的位置，小組成員在團隊活動中可以集中討論，有利于小組內(nèi)的交流與溝通。同時，小組在教室內(nèi)的位置也不是一成不變的，比如，每隔2～3次課時，具體的調(diào)整時間可以靈活掌握，可以對小組座位進行一次輪動，輪動的時間是教師隨機發(fā)起的，輪動時可以左右、前后同時變化。

1.5 發(fā)明原理“18機械振動”

使物體處于振動狀態(tài)；如果已處于振動狀態(tài)，提高振動頻率；利用共振頻率；用壓電振動代替機械振動；超聲波振動和電磁場耦合。前面利用動態(tài)特性，在課堂教學中可以增加課前操和課間操，使原本不動的學生動起來，在活動中，可以選擇1～2位領操員，讓1～2名學生站在前面，面向其他學生做運動，領操員可以選擇相對比較活躍的學生來承擔，即讓原本比較活躍的學生在前面領操，通過這種方法，提升領操學生的自信與自律，膽量與勇氣，起到示范作用。當然，也可以讓學生輪流在前排領操，一方面每個人都可以得到展示的機會，另一方面增加學生在面對眾人時的鎮(zhèn)定與坦然。對領操學生及時給予肯定和認可，增加其信心和幸福感，從而激發(fā)在之后課堂教學中的專注與投入。

1.6 發(fā)明原理“減少有害作用的時間”

將危險或有害的流程或步驟在高速下進行。美國心理學露西·喬·帕拉迪諾博士花了30年的時間研究了人的注意力，提出了一個 “倒U型曲線”模型來解釋人的注意力變化，如圖1所示[5]。人的注意力隨外界刺激的大小產(chǎn)生變化，形成了一條倒U型曲線，心理學家認為，事物對人刺激的大小，會決定我們對事物到底是感到興奮還是無聊。這個興奮或無聊的程度，叫作“刺激水平”。而刺激水平的高低，又決定了注意力的大小。

圖1 注意力變化曲線

圖2是一個成年人在一個標準課的時長里的注意力變化曲線。以中原工學院一個課時45min來看，最開始的時候注意力有一個迅速集中，并且集中的過程，就如同前5min一樣。到了第15min，注意力達到一個頂峰，然后持續(xù)下降，到40min左右時到達谷底，隨著時間推移，大家通過看表，或教師的提示，感覺這節(jié)課要結(jié)束了，重新開始關注，這時會有一個小的波峰。到課程結(jié)束時，注意力徹底消散。

圖2 成年人一個標準課時長的注意力變化曲線

根據(jù)注意力曲線，在課堂教學設計中，通過教師的教學方法、教學設計給予適度的外界刺激，運用發(fā)明原理“21減少有害作用的時間”，即減少注意力在谷底的時間，使學生重新進入注意力專區(qū)，也就是最佳注意力的狀態(tài)，提高課堂效率。比如，可以在課堂教學進行約15min時，發(fā)起提問，針對之前講授或討論內(nèi)容的提問；引起思考，思考講授內(nèi)容的更多應用，或在其他行業(yè)、領域的類似應用，例如，在《無機材料物理化學》中，講到“表面與界面”的彎曲表面效應，除了在陶瓷可塑成型時利用毛細管力提高其可塑性的應用，高爐煉鐵時鐵水與熔渣通過毛細管力對爐襯的損毀，再引導學生思考或搜索彎曲表面效應在其他行業(yè)、其他領域的應用；進行小結(jié)，即對所講授內(nèi)容進行一個小小的歸納，在回味或總結(jié)前面內(nèi)容的同時，可引導學生對后續(xù)內(nèi)容的探究，從而使注意力回歸專區(qū)；也可以通過放松活動，比如，讓學生拍拍旁邊同學的肩膀，詢問：“嗨，同學，你在嗎？”從而引起同學的注意力。通過引入刺激，減少注意力在谷底的時間，改善課堂教學氛圍，提高課堂教學效果。

1.7 發(fā)明原理“22變害為利”

利用有害的因素（特別是環(huán)境中的有害效應），得到有益的結(jié)果；將兩個有害的因素相結(jié)合進而消除它們；增大有害因素的幅度直至有害性消失。手機所帶來的方便與快捷自不必說，它使我們的生活步入了更快的節(jié)奏，儼然成了我們工作學習娛樂中一種不可或缺的工具。然而，手機帶給我們的其他一些負面的因素也是不可忽視的 ，運用“變害為利”，課堂上允許學生使用手機，通過手機查詢資料、接收任務、發(fā)送個人觀點、提交個人作業(yè)、做課堂推送的小測試等，引導學生充分利用手機的互聯(lián)網(wǎng)功能，輔助課堂教學，獲取信息與知識。比如，在《無機材料物理化學》課程中，講到“固溶體”的知識點時，固溶體是一種固體溶解到另一種固體中，一般固溶體是有最大溶解度的，就像固體溶解在液體中一樣，這時隨機問出食鹽的溶解度，很多學生不記得，于是，通過網(wǎng)絡搜索，然后查到的學生會迫不及待地說出結(jié)果；再比如，課程的每個章節(jié)后會有小測試，教師通過微信小程序進行推送，學生通過手機答題、提交，教師仍然是通過手機了解測試結(jié)果，包括總成績、出錯率等信息，并隨時對出錯集中的知識點進行講解。有效利用移動通信工具，不斷引導學生自我控制、自我管理。

1.8 發(fā)明原理“23反饋”

在系統(tǒng)中引入反饋；如果已引入反饋，改變其大小或作用。反饋是溝通過程中必不可少的，沒有反饋的溝通是一個不完整的溝通，一個高效的溝通必須具備一個反饋的機制，利用反饋，將學習結(jié)果及時提供給學習者，可增進反應效果。在課堂教學中，對學生的問題進行即時回復；對學生的主動積極應答、優(yōu)秀回答或創(chuàng)新性想法等即時給予口頭稱贊或小小的物質(zhì)獎勵，從而強化學生的學習動機。口頭的稱贊在于話術，即對學生行為的稱贊和觀點的肯定，或者優(yōu)良品質(zhì)的褒獎；物質(zhì)獎勵可以通過類似棒棒糖、便利貼之類的食物或物品，雖然價值不高，但得到的學生會有一種榮譽感，從而提升自信心和積極參與的欲望。正如著名的反饋效應心理實驗那樣[6]，聰明的才智是激勵出來的。多種多樣的激勵方式和豐富多彩、生動形象的語言也能激勵學生。

2 結(jié)語

將發(fā)明原理“1分割”“10預操作”“13反向作用”“15動態(tài)特性”“18機械振動”“21減少有害作用的時間”“22變害為利”“23反饋”運用于大學生課堂教學設計，實踐表明，改進后的課堂氛圍變得活動生動，學生在課堂上的參與意識、主動意識、創(chuàng)新意識明顯提升，同時，學生的語言表達、溝通交流和團隊協(xié)作意識得到較大改善，為課堂教學改革與實踐提供了新的思路和借鑒。