基于TRIZ-CDIO模式的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

郭獻(xiàn)章，張淑梅，房瑞東，王 澍，李 俊，徐天運(yùn)，陳彥夫，吳薛晗

(東北大學(xué) 秦皇島分校，河北 秦皇島 066004)

基于TRIZ-CDIO模式的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與實(shí)踐

郭獻(xiàn)章，張淑梅，房瑞東，王 澍，李 俊，徐天運(yùn)，陳彥夫，吳薛晗

(東北大學(xué) 秦皇島分校，河北 秦皇島 066004)

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了TRIZ創(chuàng)新理論和CDIO工程教學(xué)模式，初步形成了TRIZ-CDIO實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式. 結(jié)合創(chuàng)新教學(xué)平臺(tái)和信息化教學(xué)平臺(tái)的搭建，該模式增強(qiáng)了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的吸引力，并提高了教學(xué)效率,拓寬了師生的視野，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與科研動(dòng)手能力. 把創(chuàng)新作為有規(guī)律可循的系統(tǒng)理論，實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化改革，為實(shí)踐“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，進(jìn)行了有益的探索.

TRIZ-CDIO教學(xué)模式；物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

科教興國和人才強(qiáng)國是我國堅(jiān)持實(shí)施的國家級(jí)戰(zhàn)略，而創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)正是其關(guān)鍵所在. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門將理論研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)巧妙地融合在一起的實(shí)踐課，它是理工類學(xué)生掌握系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和接受實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的起點(diǎn)[1]. 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约胺治霾⒔鉀Q問題的能力. 物理科學(xué)從來都不是只關(guān)注理論的學(xué)科，在實(shí)踐中的發(fā)展與在實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)是促進(jìn)物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力.

如今國家提出“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的戰(zhàn)略，極大地激發(fā)了創(chuàng)新這一“第一動(dòng)力”，中國“智造”將成為我國制造業(yè)的標(biāo)簽，并為世界所認(rèn)可. 作為培養(yǎng)專門高級(jí)技術(shù)人才的高校，其理論與教學(xué)的實(shí)踐必須為時(shí)代服務(wù). 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既是科學(xué)通識(shí)教育中的重要一環(huán)，也是創(chuàng)新理論與實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)中的重要步驟，在培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)中具有重要的地位[2].

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引進(jìn)了CDIO工程教育模式[3]，消化并吸收此模式的合理內(nèi)核，可使得實(shí)驗(yàn)教育具體化、可操作、可測(cè)量，從而可指導(dǎo)師生的教與學(xué)的實(shí)踐活動(dòng).CDIO體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成功方向之一[4]. 在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力方面，引進(jìn)TRIZ創(chuàng)新理論. 通過對(duì)TRIZ理論的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，使大學(xué)生初步掌握創(chuàng)造性地解決問題的系統(tǒng)理論和方法工具，把偶然的、低層次的創(chuàng)新行為，變成為系統(tǒng)性的、可持續(xù)性的創(chuàng)造能力. 把TRIZ理論與CDIO理論結(jié)合起來，統(tǒng)一應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，稱為“TRIZ-CDIO”的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式. 重視對(duì)學(xué)生動(dòng)手和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，提倡師生在物理實(shí)驗(yàn)的課堂上互相學(xué)習(xí)、共同提高，并且創(chuàng)造性地解決身邊的科學(xué)問題. 該模式以人為導(dǎo)向，因材施教，將創(chuàng)新思維貫徹于物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，使學(xué)生的實(shí)踐素質(zhì)得到全面提升，如今，教學(xué)改革已經(jīng)初見成效.

1 TRIZ-CDIO實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式簡介

TRIZ-CDIO實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是在TRIZ創(chuàng)新理論和CDIO工程教育模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐發(fā)展而來，本文介紹了TRIZ和CDIO及TRIZ-CDIO實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式.

1.1CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的新成果. CDIO是構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)現(xiàn)(implement)和運(yùn)作(operate)的英文縮寫. 該教育模式把工科學(xué)生所應(yīng)達(dá)到的能力分為以下4個(gè)層面，即：工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力. 該模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、實(shí)踐性和系統(tǒng)性，并以產(chǎn)品或工程項(xiàng)目的研發(fā)運(yùn)行實(shí)施周期作為學(xué)生的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)載體[5]. 從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會(huì)近2 000萬美元資助，經(jīng)過4年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織，全球有200多所著名的大學(xué)已經(jīng)成為該組織的成員[6]. 它的12條標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)模式的實(shí)施和檢驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)、全面地指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測(cè)量，并對(duì)學(xué)生和教師都具有重要指導(dǎo)意義. CDIO體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì).

我國高等工科教育的迫切任務(wù)是盡快培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師，然而我國工科的教育實(shí)踐中還存在不少問題，如重理論輕實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，重視知識(shí)學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng). Mc. Kinsey Global Institute 在 2005 年10月發(fā)表的報(bào)告稱，2005 年中國畢業(yè)的約 60 萬工程技術(shù)人才中適合在國際化公司工作的少于 10%. 究其原因，他認(rèn)為“中國教育系統(tǒng)偏理論，中國學(xué)生幾乎沒有受到團(tuán)隊(duì)工作的實(shí)際訓(xùn)練，相比之下，歐洲和北美學(xué)生多以團(tuán)隊(duì)方式解決實(shí)際問題[7].”

因此，在我國的教學(xué)改革中，把CDIO的理念貫穿到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，是一種必然趨勢(shì).

1.2TRIZ理論簡介

TRIZ是拉丁文Teoriya resheniya izobreatatelskikh zadatch的詞頭縮寫，由俄文теории решения изобрет-ательских задач 轉(zhuǎn)化 而來. 其英文全稱是Theory of the solution of inventive problems，縮寫為TSIP，譯成漢語為“解決有關(guān)發(fā)明問題的理論”. TRIZ理論是阿奇舒勒(G. S. Altshuller)在1946年創(chuàng)立的， 阿奇舒勒也被尊稱為TRIZ之父[8]. TRIZ理論成功地揭示了創(chuàng)造發(fā)明的內(nèi)在規(guī)律和原理，致力于理清系統(tǒng)中的矛盾. 基于技術(shù)的發(fā)展演化規(guī)律來研究整個(gè)設(shè)計(jì)與開發(fā)過程，并且完全解決矛盾，獲得最終的理想解，使得發(fā)明創(chuàng)造不再是隨機(jī)的行為. 各國實(shí)踐證明，運(yùn)用TRIZ理論，可以加快創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程，能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品. 它能夠幫助我們系統(tǒng)地分析問題情境，快速發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)或者矛盾，準(zhǔn)確確定問題探索方向，突破思維障礙，打破思維定勢(shì)，以新的視角來分析問題. TRIZ理論引導(dǎo)我們進(jìn)行系統(tǒng)化的思考，根據(jù)技術(shù)進(jìn)化有規(guī)律地預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)，幫助開發(fā)富有競(jìng)爭(zhēng)力的新產(chǎn)品[1].

把TRIZ創(chuàng)新理論用于教學(xué)，可以打破發(fā)明創(chuàng)造的神秘面紗，使創(chuàng)新創(chuàng)造有規(guī)律可循，幫助學(xué)生訓(xùn)練創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力，進(jìn)而在專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，做出高水平的創(chuàng)新成果.

1.3TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

CDIO是一種先進(jìn)的工程教育模式，既具有歐美傳統(tǒng)的工程教學(xué)理念，也創(chuàng)造性地提出了新評(píng)判標(biāo)準(zhǔn). 它強(qiáng)調(diào)把學(xué)生能力的培養(yǎng)貫穿在項(xiàng)目或產(chǎn)品的整個(gè)研發(fā)與實(shí)施周期中，并把學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神與能力的培養(yǎng)提到相當(dāng)?shù)母叨萚9]. 該模式的引用不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，還可以提高教學(xué)人員的技能水平. 通過借鑒其優(yōu)點(diǎn)，并將其運(yùn)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，使得學(xué)生能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練具體化、可操作、可測(cè)量. 同時(shí)針對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力不強(qiáng)，缺乏系統(tǒng)性創(chuàng)新培訓(xùn)的現(xiàn)狀，引進(jìn)TRIZ創(chuàng)新理論，不再一味地進(jìn)行腦力激蕩，強(qiáng)調(diào)發(fā)明創(chuàng)造可依一定的程序與步驟進(jìn)行. 通過項(xiàng)目把想法轉(zhuǎn)化成創(chuàng)新成果，在其過程中，運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)技能和相關(guān)學(xué)科知識(shí)，使學(xué)生得到CDIO所規(guī)定的4個(gè)層面的能力訓(xùn)練[10]. 同時(shí)自覺按照TRIZ創(chuàng)新理論的指導(dǎo)，從而得到創(chuàng)新的理論與實(shí)踐的訓(xùn)練，這就是TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式.

2 TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用步驟

TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是系統(tǒng)教學(xué)改革項(xiàng)目，貫穿于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的始終. 它要求依照TRIZ創(chuàng)新理論和CDIO工程教育模式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)并輔之以配套的教材和教案. 在教學(xué)實(shí)踐中，師生共同設(shè)計(jì)適合的創(chuàng)新項(xiàng)目，在項(xiàng)目的完成中，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)參與精神、創(chuàng)新精神與團(tuán)隊(duì)協(xié)同能力. 同時(shí)針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)可量化考核的能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而完成對(duì)學(xué)生的能力考核. 項(xiàng)目結(jié)束后，通過參與的師生的反饋，對(duì)TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行相應(yīng)的修正，使之不斷地完善，同時(shí)具有向其他實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行拓展的能力.

2.1在教材、教案與教學(xué)過程的設(shè)計(jì)之中貫徹TRIZ-CDIO理論與精神

TRIZ創(chuàng)新理論強(qiáng)調(diào)發(fā)明創(chuàng)造是有規(guī)律可循的，但高水平的發(fā)明創(chuàng)造是基于物理、化學(xué)、幾何學(xué)等工程學(xué)原理構(gòu)建的知識(shí)庫而提出的問題解決方案. 這與CDIO理論所強(qiáng)調(diào)的工程基礎(chǔ)知識(shí)能力是一致的，也與現(xiàn)行教材中強(qiáng)調(diào)的基礎(chǔ)知識(shí)培養(yǎng)相一致[11]. 但是，TRIZ理論提供了創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法，而CDIO則提供了工程人才培養(yǎng)的可操作、可評(píng)價(jià)的流程，把兩者有機(jī)地結(jié)合在一起，要求教材應(yīng)該兼顧知識(shí)性與創(chuàng)新性. 力求用創(chuàng)新項(xiàng)目的主線，把基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)串起來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，既成為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者、執(zhí)行者和評(píng)價(jià)者，又成為創(chuàng)新項(xiàng)目的發(fā)起者、創(chuàng)造者和使用者. 前者要體現(xiàn)在CDIO的培養(yǎng)模式，后者要為培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力提供原理的準(zhǔn)備與技術(shù)的支持. 限于篇幅，此處不再詳述教材詳情.

移栽機(jī)的核心部件是栽植機(jī)構(gòu)，是保證秧苗栽植質(zhì)量、提高工作效率的重要部件，它反映了移栽機(jī)的發(fā)展過程和進(jìn)步水平。本文研究一種新型懸杯式移栽機(jī)的栽植機(jī)構(gòu)作為栽植系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)，針對(duì)其在進(jìn)行移栽作業(yè)時(shí)存在的一些問題，如移栽質(zhì)量不穩(wěn)定和缽苗直立度不能完全達(dá)到農(nóng)業(yè)技術(shù)要求等，對(duì)栽植機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和改進(jìn)，以尋求最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式和工作參數(shù)。

2.2師生共同設(shè)計(jì)創(chuàng)新項(xiàng)目，在項(xiàng)目的研發(fā)與實(shí)施中實(shí)踐TRIZ-CDIO理論

在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，要考慮到學(xué)生的知識(shí)與能力水平，還要考慮到成果的新穎性、趣味性與實(shí)用性，同時(shí)又要兼顧其與物理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性. 運(yùn)用TRIZ創(chuàng)新理論原理設(shè)計(jì)問題解決的步驟，利用CDIO教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生在問題解決過程4個(gè)層面的能力. 通過創(chuàng)新性項(xiàng)目的完成，充實(shí)學(xué)生的知識(shí)庫，提高工科學(xué)生的綜合能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新創(chuàng)造能力.

2.3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新項(xiàng)目結(jié)束，用TRIZ-CDIO的方法對(duì)教師的教與學(xué)生的學(xué)進(jìn)行能力評(píng)價(jià)與反饋

評(píng)價(jià)與反饋是TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的重要環(huán)節(jié). 該模式不僅要求教師有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)，還要深刻理解TRIZ理論與CDIO方法，同時(shí)還要向國內(nèi)外的同行學(xué)習(xí)TRIZ和CDIO新的理論發(fā)展與新的成果[12]. 在創(chuàng)新項(xiàng)目的發(fā)掘與設(shè)計(jì)時(shí)，要求能夠充分利用學(xué)生的興趣點(diǎn)，發(fā)揮其能動(dòng)性，又要求教師能夠與學(xué)生一起對(duì)未知領(lǐng)域鼓起學(xué)習(xí)的勇氣. 因此，評(píng)價(jià)與反饋不僅是對(duì)學(xué)生，也是對(duì)教師；不僅是對(duì)項(xiàng)目，也是對(duì)方法. 所以在項(xiàng)目結(jié)束之后，需要進(jìn)行認(rèn)真的總結(jié)與反饋. 通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新項(xiàng)目的成果反饋，不斷完善TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并尋求在其他工程實(shí)踐教學(xué)中的拓展應(yīng)用.

3 TRIZ-CDIO物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用成果及實(shí)例分析

運(yùn)用TRIZ-CDIO理論，實(shí)驗(yàn)中心的師生共同設(shè)計(jì)并完成了一系列的創(chuàng)新性項(xiàng)目，下面介紹比較成功的項(xiàng)目.

1)除霾新風(fēng)系列：把室外新鮮空氣凈化后，再輸入室內(nèi)，除霾的同時(shí)，增加了室內(nèi)氧氣的含量，特別適合在中小學(xué)教室中安裝. 同時(shí)，根據(jù)專業(yè)不同，給學(xué)生分組，分別針對(duì)家庭空調(diào)改造、中央空調(diào)改造、室內(nèi)生態(tài)再造等，再加上對(duì)傳感器的改進(jìn)、對(duì)遙控器的改進(jìn)，就成了系列設(shè)計(jì). 這個(gè)系列，將來還可以根據(jù)科技的進(jìn)步繼續(xù)向下做.

2)高樓逃生系列：針對(duì)現(xiàn)在國內(nèi)高層建筑在發(fā)生地震、火災(zāi)后，電梯失靈，走梯需要時(shí)間長，再無其他逃生途徑的現(xiàn)狀而設(shè)計(jì)的一系列工具，具有很強(qiáng)的實(shí)用性. 這個(gè)系列也具有可持續(xù)創(chuàng)新的特點(diǎn)，受到師生的歡迎.

3)停車架系列：針對(duì)目前城市中停車難，但現(xiàn)有的立體停車架造價(jià)高、難以推廣的問題，提出了利用汽車自動(dòng)力上升，利用彈性勢(shì)能和重力下降的立體停車架的設(shè)計(jì)思想，該產(chǎn)品系列安全、簡易廉價(jià)，分別針對(duì)不同的場(chǎng)地，進(jìn)行了多種形式的設(shè)計(jì)，雖然仍停留在專利階段，但應(yīng)用前景很好.

5)網(wǎng)絡(luò)無人值守商店、超市系列：在用戶集中的地方，放置無人值守的售貨終端，其貨物的銷售、配送、進(jìn)貨、上稅、財(cái)務(wù)等全部由1臺(tái)中心電腦完成. 用戶可以線上、線下訂購，還可以終端取貨，由于采用了專用的銷售柜，可以對(duì)魚類和水果等冷鮮食品長時(shí)間保鮮. 這種商業(yè)模式基本可以替代現(xiàn)在的個(gè)體商販和有人值守的超市，是一項(xiàng)行業(yè)內(nèi)革命性的突破.

6)高層建筑噪音污染與防治系列：針對(duì)高層建筑中低頻噪音很大，且沒有針對(duì)性的解決方案，進(jìn)行了一系列聲學(xué)研究與產(chǎn)品研發(fā).

以上這些系列項(xiàng)目，實(shí)際上包含了很多專業(yè)，可以吸引不同知識(shí)層次的學(xué)生和教師來共同創(chuàng)新. 通過TRIZ-CDIO模式進(jìn)行教學(xué)與科研組織，讓不同專業(yè)的學(xué)生在1個(gè)項(xiàng)目的完整實(shí)施過程中，得到相應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)專業(yè)素質(zhì)兩個(gè)方面的訓(xùn)練.

以下以師生共同制作的聯(lián)合型荸薺收割機(jī)為例進(jìn)行研究過程說明[13].

首先，運(yùn)用TRIZ理論中創(chuàng)造性問題分析方法來解決現(xiàn)實(shí)問題. 荸薺易碎，且人工采摘前需要提前放掉農(nóng)田中的灌溉水，再撥開8～15 cm厚的土層，小心地捏出球莖. 人工采摘?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大，且效率低下. 師生成立團(tuán)隊(duì)，依據(jù)CDIO模式研究如何解決這個(gè)實(shí)際問題. 首先，在構(gòu)思時(shí)，將團(tuán)隊(duì)分為動(dòng)力組、采摘組、后期處理組、總裝組，有效地將整個(gè)項(xiàng)目的難度均分，提升了所有參與人的個(gè)人工程能力[14]. 在對(duì)所有部分進(jìn)行整合時(shí)，不同專長的組員發(fā)揮了自身優(yōu)勢(shì)，在與他人反復(fù)交流過程中又提升了整體合作能力. 在設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用創(chuàng)造性問題分析方法來解決現(xiàn)實(shí)問題. 通過檢索，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了荸薺收割船，然后，運(yùn)用部分超越法，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品忽視了地形所帶來的阻礙，而且在采摘完荸薺后無法對(duì)坑洼地面進(jìn)行平整，進(jìn)而應(yīng)用抽取法，繼續(xù)檢索發(fā)現(xiàn)履帶裝置適用于此種復(fù)雜地形. 最終采用一物多用法，設(shè)計(jì)出履帶結(jié)合滾筒的新型裝置，巧妙地解決了上述問題，由此設(shè)計(jì)出了改良的荸薺收割機(jī). 隨后團(tuán)隊(duì)發(fā)揚(yáng)實(shí)干精神，在實(shí)驗(yàn)室協(xié)力制作出工程機(jī). 通過在不同環(huán)境下的測(cè)試，改良的荸薺收割機(jī)不僅解決了采摘過程中荸薺易碎的問題，又能有效平整洼地.

此次創(chuàng)新過程簡明直觀，由此可以看出在項(xiàng)目實(shí)施中，TRIZ法對(duì)于發(fā)明經(jīng)驗(yàn)尚淺的學(xué)生提供了可實(shí)行的入門方案.

在專利申請(qǐng)成功后，該項(xiàng)目并沒有結(jié)束，所有人一起對(duì)該工程進(jìn)行了評(píng)析，對(duì)項(xiàng)目發(fā)展的管理、跨學(xué)科專業(yè)設(shè)計(jì)以及整個(gè)實(shí)施過程等方面進(jìn)行了評(píng)估. 采用TRIZ-CDIO模式后，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體能力得到顯著提高，僅筆者帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)完成了改進(jìn)的楊氏模量測(cè)量儀[15]、基于RC522的公寓智能洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)[16]、利用WGD-3型組合式多功能光柵光譜儀研究溫度和高濃度溶液對(duì)吸光度的影響規(guī)律[17]、聯(lián)合型荸薺采收機(jī)[13]、一種基于水浴和生態(tài)循環(huán)的室內(nèi)新風(fēng)凈化系統(tǒng)以及智能停車管控系統(tǒng)等專利共計(jì)23項(xiàng)[18-19].

4 結(jié)束語

TRIZ-CDIO實(shí)驗(yàn)教育模式成功地將傳統(tǒng)的學(xué)科教育轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ探逃蛣?chuàng)新教育，即課上給予學(xué)生充分的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自由，課下讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中學(xué)習(xí)必要的知識(shí). 通過發(fā)明創(chuàng)造項(xiàng)目的方式，既鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力、主動(dòng)參與能力、多學(xué)科知識(shí)庫的交叉運(yùn)用能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，又將知識(shí)和能力轉(zhuǎn)化成了應(yīng)用性成果，從而實(shí)踐了發(fā)明創(chuàng)造的理論，增長了創(chuàng)新的能力與自信. 在師生的共同努力下，這一改革已取得初步成效，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到顯著提升. 值得注意的是，TRIZ-CDIO是全新的教育模式，對(duì)教師與學(xué)校的要求很高. 讓學(xué)生具備的能力，教師必須具備，而創(chuàng)新的前提是不斷地學(xué)習(xí)與提高[20]. 因此教師的學(xué)習(xí)不能只局限于自己的研究領(lǐng)域，還要為高水平的發(fā)明準(zhǔn)備更為完善的知識(shí)庫. 學(xué)校對(duì)于教師的考核、學(xué)生的評(píng)價(jià)體系，要進(jìn)行相應(yīng)的改變，為學(xué)生創(chuàng)新所提供的教學(xué)條件也要相應(yīng)地改變[21]. 因此，TRIZ-CDIO教育模式要不斷地完善與創(chuàng)新，在成功的基礎(chǔ)上，再在其他教學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展，但不能盲目擴(kuò)張. 如果在條件不完全具備時(shí)縮短設(shè)計(jì)過程，可能會(huì)使這一新的教學(xué)模式夭折. 因此，在教學(xué)改革中，還有很長的路要走，仍需要進(jìn)行不斷探索.

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PhysicsexperimentteachinginnovationbasedontheTRIZ-CDIOmode

GUO Xian-zhang, ZHANG Shu-mei, FANG Rui-dong, WANG Shu, LI Jun, XU Tian-yun, CHEN Yan-fu, WU Xue-han

(Northeast University at Qinhuangdao, Qinhuangdao 066004, China)

The TRIZ innovation theory and CDIO engineering teaching mode were introduced into physics experiment instruction. Combined with the innovative teaching platform and information platform, the TRIZ-CDIO teaching mode surely enhanced the attraction of the physics experiment teaching, improved the teaching efficiency, broadened the teachers’ and students’ horizons, and enhanced students’ innovative ability of entrepreneurship and scientific ability. All above teaching innovation provided a useful exploration for the practice of “mass entrepreneurship and innovation”.

TRIZ-CDIO teaching mode; physics experiment; teaching innovation

G642.423

B

1005-4642(2017)10-0044-05

[責(zé)任編輯：任德香]

2017-03-29

郭獻(xiàn)章(1970-)，男，河北魏縣人，東北大學(xué)秦皇島分校實(shí)驗(yàn)教育中心高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，博士，從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和工程力學(xué)方面的研究.