數字化賦能拓展教學時空維度的創新方法推廣與實踐

摘 要：針對創新方法推廣中創新教育教師不足、線下教學時空維度受限的問題，提出數字化賦能拓展教學時空維度的創新方法教育的模式。通過分析學習與認知金字塔的關系，以學生創新能力發展為宗旨，采用以賽促學和帶題訓練的方式，在教學中剖析案例，面向OBE和工程實踐設計課程教學內容，基于新工科和專創融合理念，推進學科專業融合，打破專業、院校界限，實現優質師資和教學資源共享；通過分層遞進的教學設計，增強課程的代入感和互動性，提高學生的學習興趣；通過數字化賦能創新方法教育，打破傳統教育的時空界限，建立跨專業、跨學科的院校互動學習平臺，優化師徒互助合作學習模式，完善多元化學習評價機制，拓展教學時空維度，實現學生時時處處可學，以學生學習發展為中心。在近年的創新方法推廣中，建設完成黑龍江省精品在線課程、2022年智慧樹TOP人氣課程、黑龍江省級一流在線課程、龍江創新方法公益課程，2022年獲評黑龍江省優秀志愿服務項目，推動學生創新能力的發展。

關鍵詞：學生中心；數字化賦能；創新方法推廣；教學時空維度

一、創新方法推廣背景

創新方法推廣中通過創新教育課程，開設跨學科、跨院校的課程，培養學生的創新思維和應用創新方法實踐的能力。然而，各高校從事創新方法的教師專業不同，學生享受的學校資源也不同，特別大學生在創新方法學習中缺少工程實踐經驗，同時創新方法的學習入門容易進階難，學生參加中國TRIZ杯大學生創新方法大賽的熱情不高，面對進階學習的學習興趣未能被完全激發，持續學習動力不足，進而影響學生創新能力發展的問題，已成為高校創新方法教育中的普遍問題之一。如何實施教學改革，數字賦能、課程重塑，從學生學情設計教學，以學生發展為中心，發揮學生的主體地位，提高課程的吸引力，突破教學時空維度，是當前課程亟須解決的問題。

二、創新方法推廣內容

（一）創新方法推廣的授課內容

創新方法推廣以經典創新方法TRIZ體系為主線，打開創新工具庫，解決技術難題。發明創新TRIZ理論作為有效的創新理論，包含著許多系統、科學而又富有可操作性的創造性思維方法和發明問題的分析方法。在踐行大學生創新作品制作、解決工程實踐問題中，TRIZ技術系統的八大進化法則、最終理想解（IFR）、40個發明原理、39個工程參數及阿奇舒勒矛盾矩陣、物理矛盾和4大分離原理、物-場模型分析、功能分析及裁剪、發明問題的標準解法、發明問題解決算法（ARIZ）、科學效應和現象知識庫等都推動著產品的創新和發展。TRIZ解決工程實踐問題的流程如圖1所示。

TRIZ理論的核心思想，為大學生制作科技作品提供理論指導，其解決工程實踐問題的流程也為學生創新實踐提供有益的思考。無論是一個簡單產品還是復雜的技術系統，其核心技術的發展都是遵循客觀規律發展演變的，各種技術難題、矛盾和矛盾的不斷解決是推動這種進化過程的動力。課程組在原有TRIZ理論的基礎上，注重多方法融合，團隊教師積極參加國內外會議，及時更新創新方法領域的最新動態，不斷更新授課內容。因此，大學生學習和掌握創新方法，有助于大學生自身發展和創新能力的提升。

（二）教學內容的難點、重點

TRIZ理論源于蘇聯，被各國的企業廣泛使用，因其高效的創新性，在我國的中車、中航工業、中石油、中石化、中廣核、大船、神華、一汽、哈電集團、格力、美的、海爾等企業均已開展TRIZ理論應用與研究。每年中國科協與科技部聯合舉辦的中國創新方法大賽，下設大學生賽道（中國TRIZ杯大學生創新方法大賽）和企業賽道，涌現出一批又一批的優秀設計作品。目前，TRIZ作為創新方法，越來越成為企業創新發展的有力工具，助力工業振興，賦能企業創新發展。

在TRIZ理論中，九屏法、因果分析、功能分析是重要的分析工具；物理矛盾與分離原理、技術矛盾與40個發明原理、最終理想解、功能分析與功能模型等是較實用的解題工具，是課程的重點，需要學生透徹掌握；小人法、物-場模型、功能裁剪、科學知識庫、ARIZ等需要較高的實踐和理論水平，相對較難，是授課的難點，需要透徹講解和反復練習。

（三） 案例選擇和內容更新

創新方法學以創新方法有效的理論TRIZ工具學習為主線，選用歷年大學生競賽優秀作品和企業工程實踐指導的實戰作品為案例素材，面向企業和行業人才需求，作為黑龍江TRIZ理論研發推廣首席專家和企業科技特派員的優勢，課程團隊成員和黑龍江省創新方法推廣團隊其他專家一起，結合黑龍江近17年創新方法推廣應用經驗，結合負責人企業科技特派員的優勢，投身校企合作，面向基于產出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE），在中車、中石油、一汽、鞍鋼、大船、博實、哈電集團等企業，積極把自身的科研融入教學中，課程團隊積極以科研促教研，以教研促教學。

授課過程中，在傳統案例基礎上，優選中國TRIZ杯大學生創新方法大賽和團隊在企業服務過程中百余個企業實際案例，以企業的課題真題真講，真題真做，引導學生投入課題情境，激發學生的創新熱情和潛力，答疑解惑，推動小規模限制性在線課程（Small Private Online Course，SPOC）和大型開放式網絡課程（Massive Open Online Course，MOOC）的結合模式，有針對性地進行SPOC和MOOC的多種選課方式，打造線上線下混合式一流課程，服務好本科生、研究生，同時做好在全國高校的推廣和應用。

針對課程難度較大的部分，建立線上線下結合的見面課答疑制度。由教學團隊梳理線上教學平臺互動的共性問題，結合線下教學學生理解中的盲區，有針對性地設置見面課，增強課程的代入感，增強學生學習的信心。

三、創新方法推廣過程與方法

以OBE教學理念為指導，以企業的需求為導向，針對網絡教學監管弱、持續學習動力不足，傳統線下教學學生主體地位發揮不足的問題，采用線下線上混合，多種教學手段綜合運用的教學時空維度拓展的“創新方法學”課程教學創新模式。

通過分析學習與認知金字塔的關系，以學生創新能力發展為根本宗旨，采用以賽促學和帶題訓練的方式，在教學中剖析案例，面向OBE和工程實踐設計課程教學內容，基于新工科和專創融合理念，推進學科專業融合，打破專業、院校界限，實現優質師資和教學資源共享，激發學生學習動力；通過分層遞進的教學設計，增強課程的代入感和互動性，提高學生的學習興趣，通過思政引領、創新大賽的雙輪驅動，實現三全育人，提高學生的創新、溝通、交流和協作等能力的全面發展；將數字化賦能創新方法學課堂，打破傳統教育的時空界限，建立跨專業、跨學科的院校互動學習平臺，優化師徒互助合作學習模式，完善多元化學習評價機制，拓展教學時空維度，實現學生時時處處可學，以學生學習發展為中心、TRIZ雙輪驅動和數字化賦能拓展教學時空維度的課程教學創新模式的教學設計如圖2所示。

學生課前通過網絡共享課程進行MOOC線上學校、SPOC混合式學習，COOK自主學習等方式，通過帶題學習，項目驅動，積極開展課程思政融入教學全過程。課后通過智慧樹網址平臺完成在線知識點考核，線下通過實踐報告、作品設計和平時成績（線上、線下作業+實驗+課堂表現）完成考核。積極引導學生參加TRIZ競賽和科研活動，競賽獲獎計入平時成績；積極引導學生申請專利，專利申請計入實踐報告成績。通過智慧樹平臺年度報告和線下問卷調查完成課程反饋，依據OBE教學理念完成課程整改。

四、創新方法推廣應用效果

（一）網絡共享課程教學

教育平臺依托智慧樹、國家高等教育智慧教學平臺，推廣和應用創新方法學網絡課程。課程運行中不斷豐富教學資源，確保本校課程開設質量，課程也通過多種形式與線下的其他專業和高校的本碩生結合。課程被評為黑龍江省省級精品在線課程、黑龍江省級一流本科課程、智慧樹TOP100人氣課程（全國排名第22名）。目前，平臺選課4.62萬人，選課高校及科研院所202所，其中選課高校累計124所，公眾學習者所在高校和科研院所78所，累計互動62.72萬次。

（二）數字化賦能的課堂教學，跨專業和跨院校的交流，拓展教學時空維度的教學

采用“網絡共享課程+線上直播”混合教學方式開展教學，拓展教室、學校的教學時空維度限制。與傳統課堂的授課方式相比較，數字賦能教育打破了原有教室固定的時空邊界，建構出新的網絡空間，引發課堂教學方面時間與空間維度的雙重轉換，確保學生通過網絡共享課程進行自主學習、預習和復習等環節。

針對網絡課程互動和監控不足的問題，采用“視頻直播+網絡共享課程”雙通道線上課程教學。直播時，充分利用雨課堂、騰訊課堂、QQ分屏等直播平臺的優勢，采用多平臺混合互動直播，一直播一監控，實時與學生互動，營造線下課堂氣氛，實現虛擬線下環境，并應用在線平臺彈出測試題庫、在線測試試題庫等在線對學生學習情況進行考核。

（三）學生互助學習，教師帶題指導，將被動學習轉換為主動學習

傳統線下教學學生參與度相對較低，在部分難度相對較低的知識點采用翻轉課堂教學，充分發揮學生的主體地位，建立學生討論小組。開展課堂教學時，提前布置討論內容，由學生課下收集資料，課堂上以小組為單位開展講授和討論。課堂中教師由講授者變為課堂主持者和點評者，建立師生學習共同體。在整個課堂教學過程中，學生承擔相應知識點的講解和討論，學生根據網絡課程和相關資料的學習，制作小組交流PPT。交流過程中，學生可以根據內容需要與其他學生充分地交流互動。教師控制討論的時間、進度，對講授和討論的內容進行點評，并對各知識點的重點、難點進行總結概括，補充學生遺漏部分，講解TRIZ工具使用中容易發生的問題及解決辦法。在整個課堂教學過程中教師是學習的推動者和指導者，是學生獲取資源、利用資源、處理信息、應用知識的幫手。課堂成為學生內化知識、運用知識的場所，學生講解自己正在學習的知識點，更了解哪個地方不明白、哪個地方遇到了障礙，整個過程中講的學生鍛煉了能力，深刻地理解了知識點，聽的同學心有戚戚焉，提升了學生的學習主動性和興趣。

（四）案例教學與實踐教學

選用課程團隊實際承擔的70個企業產品研發案例作為教學案例，不斷豐富和更新大學生專項賽和企業賽項的案例作為教學案例庫的資源。

建立了創新方法實驗室，成立了雞西煤礦機械有限公司省級研究生創新實踐基地，建立了納諾藥機、德沃農機、冠東科技、大慶油田采油六廠等校外本科生創新實踐基地，以企業真課題，開展學生創新實踐。選派TRIZ理論學習較好的同學進入冠東科技等企業應用TRIZ理論開展發明設計與專利撰寫實踐。選派研究生進入德沃農機、納諾藥機進行創新設計實踐。選派本科生參與黑龍江省技術創新方法研究會創新方法服務油田工作。

（五）思政融入課程，全過程全方位培育創新人才

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出，要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人，努力開創我國高等教育事業發展新局面。礦山機械課程作為礦業人才培養的重要專業課程，也要“守好一段渠、種好責任田，與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”。培養學生客觀地認識當代社會，了解我黨的百年奮斗路，用當代馬克思主義——習近平新時代中國特色社會主義思想、社會主義核心價值觀、中華優秀傳統文化武裝自己，明理、增信，樹牢“四個意識”，堅定“四個自信”。黑龍江省作為與俄羅斯接壤的邊境省份，建黨百年來，全省各族人民在黨的領導下，在革命、建設和改革開放的過程中，艱辛求索、不怕犧牲、百折不撓、浴血奮戰、艱苦創業、奮勇開拓，形成了東北抗聯精神、北大荒精神、大慶精神、鐵人精神，為我們留下了豐富的精神遺產。在授課過程中，融入龍江四種精神和龍煤艱苦奮斗精神的講解，使學生從黑龍江的奮斗歷程中汲取力量，筑牢紅色基因。

在講解產品研發與加工制造過程中融入“忠厚吃苦、敬業奉獻、開拓創新、卓越至上”的 “龍煤精神”；結合與大國工匠合作研發的實例，講解工匠精神；融入劉永坦、黃大年等專家科研精神，培養學生細致、務實、好學、創新的工作原則和作風。針對學生畢業后大部分服務于煤炭生產的情況，講解煤礦安全規程，培養學生遵紀守法、崇德、守信美德，成長為社會主義合格建設者和接班人。挖掘歷年大學生TRIZ杯大賽中的思政精神，將中國心、中國夢融入教學設計中，爭做時代追夢人。

（六） 項目驅動教學，以賽促學提升創新能力

培養學生實際動手能力，以學院、校及省各級大學生科研立項，中國TRIZ杯大學生創新方法大賽為依托，引導學生真題真做，開展創新實踐；開課之初，讓學生選題，開展課題實踐，課程結束，需要學生上交課題實踐報告和創新作品。做到學習有目標，練習有抓手。

責編 / 馬銘陽