胥焕岩，汤卉，王凤春，亓淑艳，翁凌

摘要：以TRIZ理论为导向，对《复合材料学》课程的教学方法探索和创新平台构建进行了有意义的讨论和实践尝试。采用立体化的教学手段、互动式的教学方式、多层次的教学模式、科学性的教学评价，对本课程的教学体系进行改革，实现理论教学与实践教学有机对接，培养学生研究型学习能力。构建以课程设计为先导、以生产实习为纽带、以创新实验为提升的创新平台，提高学生创新能力。

关键词：TRIZ；复合材料学；教学方法；创新平台

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）09-0051-03

《复合材料学》是无机非金属材料工程专业本科生的专业平台课程，课程内容侧重于复合材料基础知识的讲授，涉及理论性、设计性与实践性等内容。本门课程侧重复合材料的基本概念、结构设计原理、增强体材料的性能及制造工艺、界面结构及特征、金属基复合材料、高分子聚合物基复合材料、无机非金属复合材料的设计原理与制造技术、工艺等教学，课程内容相对抽象，理论枯燥难懂，而且，教学中多以教师讲解为主，学生只是被动接受，限制了学生创新意识，制约了学生能力的提高。因此，必须从教学创新入手，探索教学方法，构建创新平台，以TRIZ理论为导向，培养学生的实践和创新能力，向社会输送优秀的无机非金属材料工程技术人才。

一、关于TRIZ理论

1946年，前苏联学者里奇·阿奇舒勒（G.S.Altshuller）在综合研究世界近250万份高水平发明专利基础上，分析了各种技术发展进化遵循的规律模式、各种解决技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则，构建了TRIZ理论体系[1]。TRIZ理论认为发明创造大多遵循共同的规律或法则，并将这些规律和法则归纳为实现创新的40条创新原理、4个基本分离原理和物场模型，针对具体的问题，可用相应的解题模型得到最佳的解决方案[2]。TRIZ理论具有三个主要的特点：（1）广泛的适用性；（2）通用、统一的求解参数；（3）规范、科学的创新步骤[3]。TRIZ理论强调创新能力的培养，创新的关键在于非逻辑思维，即逆向思维[4]。TRIZ理论认为创新是有规律可循的，并不是灵感的闪现和随机的探索。这些规律可以指导人们按照什么样的方法和过程进行创新，并且创新结果具有一定的预测性和可控性。如果掌握了这些规律，就能够主动地进行创新并对创新加以预测[5]。创新思维能冲破传统的条框，大胆地质疑，敢于发表与众不同的意见和建议。创新思维，是在普通思维方式方法的基础上发展并建立起来的，后天培养和锻炼可以使人们形成创新思维，TRIZ理论则可以加速这一培养过程，尽快地养成创新思维的习惯[6]。

将TRIZ理论应用到《复合材料学》教学中，创新性教学得以开展，学生的创新思维得以激发，让学生更系统地分析问题情境，更快速地发现问题本质（矛盾），更准确地确定问题解决方法，帮助他们突破传统的思维模式和定式，打破传统思维的条框和约束。运用TRIZ理论，探索教学方法，构建创新平台，实现无机非金属材料工程专业本科生的“研究型学习”。

二、教学方法探索

1.立体化的教学手段。《复合材料学》课程承载的知识量较大、课程的理解性和直观性较强，传统的教学手段只会使学生得到一些感知性的知识内容，直接的体验则无法感受，这样会加大对本门课程学习和理解的难度[7]。虽然TRIZ理论能够提供一种有效的创新工具，但是，创新的前提仍然建立在坚实的专业基础和厚实的知识积累基础之上。为了解决创新能力的培养，必须强调本科生对本学科基础理论、专业知识和先进技术的系统深入的掌握，形成宽广的知识面[5]。因此，课题教学仍然不容忽视。对于《复合材料学》的课堂教学，可以采用多媒体、CAI课件等现代教学方法和手段，在有限的课堂教学时间内向学生提供最多的知识量，实现理论教学与实践教学“无缝对接”，培养学生的研究型学习能力。

2.互动式的教学方式。传统教学多数遵循“以教师为主体、以课堂为中心”的规则，这种教学方法严重束缚了学生的学习思维和创新，更忽视了创新能力的培养，同时，课堂气氛呆板沉闷，难以激发学生的学习兴趣[7]。在《复合材料学》课堂教学中积极尝试师生互动式的新型教学方式，培养学生独立学习能力，学生为主，教师为辅，引导学生自主学习、独立思考。利用现代教学手段，让老师走下讲台，和学生近距离互动，调动学生参与课堂教学的积极性和主动性，感受参与的快乐和思考的愉悦。另一方面，也让学生大胆地走上讲台，讲出自己的想法和创新，培养科学的思维方式。教学中注意发现并积极开发学生的创新潜能，善于捕捉学生创新思维的亮点，多层面、多维度地培养和开发学生的创新能力与创新个性。同时，在《复合材料学》课堂教学中积极倡导并推行“研究教学”、“项目教学”、“案例教学”的实施，在课堂教学中多提出一些与工程实践密切相关的创新问题，进一步强化基础理论与工程实际问题的结合。

3.多层次的教学模式。根据创新培养的普遍需求，紧密跟踪复合材料国际研究前沿，用最新的科研成果充实教学内容，使之与不同创新型人才的培养有机地结合起来，构建“多层次”、“菜单式”、“模块化”的《复合材料学》创新教学模式[8]。综合应用多种教学模式，更具针对性和实效性地培养不同创新型人才，主要模式包括：（1）问题解决模式；（2）自主研究模式；（3）课题参与模式[6]。在问题解决模式中，教师根据具体的教学内容提设相关的问题情境，并积极引导学生主动思考，提出相关问题，正确地指导学生搜集文献资料，探究事实条件，运用所学的知识理论，寻求问题的解决方法，最终得出科学合理的结论；在自主研究模式中，鼓励学生在理论学习中发现新问题、在社会实践中发现新问题，所涉及的问题范围比较宽广，然后教师正确地指导学生搜集相关资料，制定研究计划，实施研究方案，最后根据所提问题的研究结果撰写研究报告；在课题参与模式中，鼓励学生参与教师的科研课题，在课题研究中将科学探索与科学实践有机地结合起来，让学生在协助教师科研的过程中接触相关领域的研究前沿，了解先进技术的前沿发展动态，增强求知欲望与探索乐趣，增添课题组的新生力量，培训学生的动手创新能力。

4.科学性的教学评价。科学的教学评价包括两个层面：学生成绩评价、教师绩效评价。在高校教学实践中，很多教师采用传统的观念和方式评价一个学生的学业情况，主要评价标准和依据就是学生在课堂教学中是否听话、考试成绩是否合格或者优秀[9]，这种评价方式单一、死板，缺乏评价的综合性。在TRIZ理论导向下，教师对学生学业的科学评价应该更看重学生的创新能力和创新思维[10]。教师评价与学生自主评价有机结合构成学生学业的综合评价，然后采用TRIZ理论获得合适的权重，科学全面地评价学生的学习效果。教师评价应包括两部分：一部分是学生平时参与研究性学习的表现，采用计分的形式，详细记载学生参与互动的积极性和综合表现；另一部分是考试，建立专家系统试题库，考试时随机抽取命题，全面考察学生对该课程基础理论知识的掌握程度和运用能力，特别强调创新能力的考察，最后通过适宜的权重综合给出学生的学业评价。学生自主评价主要是其他同学对某一学生的学业和创新能力的评价，一般是在创新成果汇报交流的时候，请听众学生对主讲学生进行综合评价[6]。教师绩效评价应采用学生评价、同行评价、专家评价相结合的形式，用TRIZ理论求得合适的权重，科学有效地评价教师的教学绩效，并给出整改意见和相应措施，以便进一步改进教学方法和模式。这种双约束的评价机制，更有利于学生和教师全身心地投入到创新型学习和教学中。

三、创新平台构建

1.以课程设计为先导。课程设计一般由教师提出设计题目和设计目标，学生利用自己所学知识和设计技巧进行设计。它不仅考查学生掌握本专业知识能力，更能考查学生运用知识的能力和创造能力[9]。对于《复合材料学》的课程设计，可以教师出题目，学生抽签决定题目。根据所抽到的题目（如复合材料层合板设计、基体材料选择设计、增强材料选择设计、复合材料使用安全系数设计、复合材料的结构设计等），依据所学基础知识，就相关题目进行资料的收集和整理并将其做成课件的形式进行汇报。判定课程设计的优劣关键在于设计方案是否新颖、合理，理论运用是否正确，科学分析是否严密，数值计算是否准确，等等。因此，课程设计能够较好地检查学生的创造能力[9]，是构建《复合材料学》课程创新平台的重要组成部分。

2.以生产实习为纽带。生产实习与课堂教学的有机融合可以让学生把生产实践和理论知识紧密地结合起来，实现理论与实践的有机统一，这样能够更好地激发学生的创新潜能。在生产实习中往往会遇到一些技术性难题或者有新的发现和感受，这时就可以让学生运用所学知识积极主动地去寻求解决问题的最佳方案，既让他们参与到教学活动中，又促使他们产生探索知识的强烈欲望，进一步提高他们解决实际问题的能力，从而大大激发学生学习的能动性。在生产实习中获取实践经验和对理论知识的感性认识，进而逐渐培养出各自的创造才能[11]。例如聚合物基复合材料的手糊成型工艺，它具有产品尺寸和产量不受限制，操作简单，投资少，成本低，能合理使用增强材料，可在任意部位增厚补强等优点，而被广泛使用。学生在实习现场发现工人的劳动强度太大，就提出了能否采用机械自动化工艺，看到操作现场条件恶劣，挥发性聚合物的气味较大，就提出降低挥发性聚合物使用量的工艺方案，等等。实践证明，生产实习可以大大激发学生发现问题、分析问题、解决问题的潜能，从而提高他们的创新能力。同时，还要积极地鼓励教师的研究工作室与生产实习企业建立联合研发中心，提高教师团队的整体业务能力，尤其是科研能力和创新素质[12]。

3.以创新实验为提升。开放实验室，推动创新实验，向学生开放所有实验资源，让学生成为实验的设计者、组织者和参与者。学生的实验性质也由传统的验证型实验向创新型实验转变[9]。自由组队，自主选题，答辩考核，充分挖掘学生的主观能动性和创新意识。让学生提出设计思路、制定实验方案、查阅参考资料、操作实验步骤，使其处于教学实践活动的主体地位，教师只做适当的指导。这样，有利于调动学生学习的主观能动性、激发学生解决问题的兴趣、培养学生分析问题和解决问题的能力。例如，无机2010级赵航等5位同学，在我的指导下，根据TiO2和电气石自身的晶体结构特点，提出了TiO2/电气石复合光催化剂，使TiO2的光催化性能得到很大提高，具有特色鲜明的创新意义。并且，他们申报的创新项目“天然铁电气石‘固定—功能增强纳米TiO2一体化设计与机理研究”入选国家大学生创新创业训练计划（项目编号：201210214006）。实践证明，运用创新实验提升学生的创新能力具有重要的意义，是构建《复合材料学》课程创新平台的关键环节。

参考文献：

[1]刘训涛，曹贺，徐鹏，李海燕.TRIZ理论实验与实践教学改革探索[J].实验室研究与探索，2013，32（3）：150-152.

[2]岳志勇，杨晓霞，文竹.TRIZ在大学课堂教学中的应用研究[J].内蒙古财经学院学报（综合版），2012，10（2）：61-63.

[3]任重昕，苏永涛.基于TRIZ理论的大学生创新能力培养[J].黑龙江高教研究，2012，（8）：130-131.

[4]刘桂香，金香.TRIZ理论在大学物理理论教学中的应用研究[J].科技信息，2012，（8）：165.

[5]郭宇，廖文和，程筱胜.TRIZ理论与理工科大学生创新能力培养[J].南京航空航天大学学报（社会科学版），2005，7（3）：79-82.

[6]江帆，王春，王一军，区嘉洁.基于TRIZ理论和研究性学习的创新型人才培养[J].科技信息，2009，（16）：36-37.

[7]王海，李惠敏.复合材料学教学改革探讨[J].科技信息，2008，（15）：35，44.

[8]张明勤，张瑞军，何芹，丛东升.TRIZ教学体系的探索与实践[J].山东建筑大学学报，2013，28（2）：172-175.

[9]潘丽峰.对工科大学生创新能力培养的思考[J].湖南第一师范学报，2008，8（3）：67-68，134.

[10]江帆，孙骅，庾在海，区嘉洁.基于TRIZ理论的机械原理实验教学实施策略研究[J].理工高教研究，2010，29（3）：108-110.

[11]武成利，李寒旭.《合成氨》课堂教学与生产实习相结合的实践和探索[J].科技信息，2009，（15）：504-505.

[12]徐典，欧明喜，卜长明.培养创新能力的实践教学平台建设探讨[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2013，（7）：192，196.

基金项目：哈尔滨理工大学教学研究课题重点项目（P201100098）。

作者简介：胥焕岩（1975-），男，博士，教授，哈尔滨理工大学材料学院，研究方向：无机非金属材料。