張新風(fēng), 陳姝佳, 郭宇歌, 張娟霞, 張淑梅, 岳圣茹, 郭獻(xiàn)章

(1. 首都師范大學(xué) 初等教育學(xué)院, 北京 100048； 2. 東北大學(xué)秦皇島分校 計算機(jī)與通信工程學(xué)院, 河北 秦皇島 066004； 3. 吉林大學(xué) 外國語學(xué)院, 吉林 長春 130012)

實踐教學(xué)是大學(xué)教育的重要一環(huán),通過實驗、課程設(shè)計、實習(xí)實訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計等形式,鞏固已學(xué)知識、培養(yǎng)綜合能力、養(yǎng)成良好習(xí)慣、訓(xùn)練意志品質(zhì),對工科學(xué)生的培養(yǎng)尤為重要。順應(yīng)新時代對人才的要求,把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與實踐教學(xué)相融合,把傳統(tǒng)的實踐教學(xué)貫穿于創(chuàng)新項目的實踐過程之中,使學(xué)生的創(chuàng)新思想、理論與能力在以項目為導(dǎo)向的實踐中得到了訓(xùn)練與養(yǎng)成,同時,又把基礎(chǔ)的實驗知識與技能與前沿的、學(xué)生感興趣的知識技能相結(jié)合,設(shè)計出項目方案,做出專利成果與創(chuàng)新型產(chǎn)品,通過教師與學(xué)生團(tuán)隊全程合作,共同研發(fā)、共享產(chǎn)權(quán),使師生的知識與能力都得到了實質(zhì)性的提升與更新。這種模式是從本質(zhì)上對大學(xué)實踐教育的一種革新與嘗試。一般認(rèn)為,良好的實踐教學(xué)模式,應(yīng)該是能夠改變過去注重知識傳授的傾向,關(guān)注學(xué)生的發(fā)展,倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于思考的教學(xué)方式,激勵學(xué)生主動地在實驗教學(xué)中創(chuàng)新,特別是在可行的創(chuàng)新理論的指導(dǎo)下,注意研究學(xué)生的心理特征和認(rèn)知規(guī)律,善于啟發(fā)學(xué)生的思維,激起學(xué)習(xí)興趣,使他們積極、主動地獲得知識和提高能力。而基于“微創(chuàng)新”理論綜合實踐教學(xué)模式正是在這種思維模式上的一種進(jìn)化與升華。

隨著新一代信息技術(shù)和創(chuàng)新2.0的交互與發(fā)展,“互聯(lián)網(wǎng)+”成為創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新業(yè)態(tài),人們生活方式、工作方式、組織方式、社會形態(tài)正在發(fā)生深刻變革[1]。從現(xiàn)狀來看,“互聯(lián)網(wǎng)+”尚處于初級階段,各領(lǐng)域?qū)Α盎ヂ?lián)網(wǎng)+”還在做論證與探索,特別是那些非常傳統(tǒng)的行業(yè),他們正努力借助互聯(lián)網(wǎng)平臺增加自身利益。在這樣的社會趨勢下,東北大學(xué)秦皇島分校實驗教育中心師生利用“微創(chuàng)新”的策略打破解決問題的思維定式,在框架內(nèi)思考產(chǎn)生了“互聯(lián)網(wǎng)+”傳統(tǒng)行業(yè)的靈感[2],他們?yōu)榇诉M(jìn)行了廣泛的社會調(diào)研、資料查閱,并動手實驗,利用專業(yè)知識得到了可行的創(chuàng)意思路、實現(xiàn)方法,獲得了專利性成果。

本文所展示的“互聯(lián)網(wǎng)+”綜合自動售賣機(jī)是在實驗教師指導(dǎo)下,2015級本科生的一個項目小組制作的產(chǎn)品,運用框架下“微創(chuàng)新”理論的策略組合[3],很好地結(jié)合了“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”的思想,同時又給日常生活帶來便利的創(chuàng)新型產(chǎn)品。若其能夠被合理地推廣與應(yīng)用,將具有潛在的行業(yè)顛覆能力[4]。

在模式探索與創(chuàng)新過程中,在項目執(zhí)行過程中,師生克服了從知識到技能都準(zhǔn)備不足的困難,使師生的知識運用能力、創(chuàng)新能力、動手實踐能力等得到了鍛煉與提高,這是該教學(xué)模式的特征之一[5-6]。

下面分別從“微創(chuàng)新”原理與項目設(shè)計、項目功能與市場需求、應(yīng)用場景與盈利模式的創(chuàng)新、項目執(zhí)行中學(xué)生專業(yè)知識技能的綜合培養(yǎng)等幾個方面,通過一個實例的全過程來闡明這種實踐教學(xué)創(chuàng)新模式的原理與應(yīng)用。

1 “微創(chuàng)新”原理與項目設(shè)計

1.1 “微創(chuàng)新”原理與創(chuàng)新策略

多年致力于創(chuàng)造力研究的創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)＜业卖敗げ┑虾脱鸥鞑肌じ甑潜し治霭l(fā)現(xiàn),創(chuàng)新并非來自天馬行空、驚世駭俗的發(fā)明,而多是通過在現(xiàn)有框架內(nèi)進(jìn)行微小改進(jìn),結(jié)果卻非同凡響、創(chuàng)意無限。

系統(tǒng)性“微創(chuàng)新思維”是利用現(xiàn)有的資源實現(xiàn)真正的創(chuàng)新,是基于現(xiàn)實的具有可行性的創(chuàng)新思維。

框架內(nèi)的“微創(chuàng)新”包括2條法則：框架內(nèi)的思考和改變你在解決問題時的慣用思路。“微創(chuàng)新”包括以下策略：少即是多的減法策略、分而治之的除法策略、生生不息的乘法策略、一專多能的任務(wù)統(tǒng)籌策略、巧妙相關(guān)的屬性依存策略[3]。

1.2 利用“微創(chuàng)新”策略進(jìn)行項目策劃

框架內(nèi)思考的“微創(chuàng)新”,也稱系統(tǒng)性創(chuàng)新,按其創(chuàng)新的系統(tǒng)性分為“兩個原則、五大策略、一個主線”。兩個原則指框架內(nèi)思考和形式為先、功能次之；五大策略即減法策略、除法策略、乘法策略、任務(wù)統(tǒng)籌策略、屬性相關(guān)策略；一個主線指矛盾引領(lǐng)。

從圖1的分析可知,這5種“策略”的第一步,均是把一個產(chǎn)品分解成多個部件(分割的依據(jù)可以是結(jié)構(gòu)、功能、物理切割等),然后按照形式為先的原則,利用不同的策略,在形式上進(jìn)行新產(chǎn)品的創(chuàng)新,然后再思考這個創(chuàng)新出來的新產(chǎn)品有什么新的特殊功能,再考慮誰會為這個新的產(chǎn)品買單。在整個過程中,包括新產(chǎn)品、新功能的出現(xiàn),問題的解決,都是依據(jù)一個被限定了的框架內(nèi)部部件的縮減、重組、復(fù)制等結(jié)構(gòu)與數(shù)量上的調(diào)整,或者是其中某一個或數(shù)個部件被賦于新的任務(wù),或開發(fā)出新的功能(屬性)。下面通過一個實例來說明這種創(chuàng)新方法在學(xué)生實踐項目中的應(yīng)用。

圖1 “微創(chuàng)新”策略分析框圖

設(shè)定一個創(chuàng)新對象(或稱框架)：校內(nèi)的實體商店。分解其組成部分：固定的店面、售貨員和商品。

先運用減法策略,減去重要組成部分,減去固定的店面,則成了移動攤販；減去售貨員,則成了無人售貨商店；減去商品,則成了網(wǎng)店；同時,網(wǎng)店也沒有了固定的店面和售貨員,但卻需要快遞的介入。前面的思考,雖然有益,但都是已經(jīng)有的產(chǎn)品(或模式),并沒有新的創(chuàng)意。如果把固定的店面和售貨員去掉,只剩下商品,顯然,這是無人售貨機(jī)了。

對于無人售貨飲料機(jī),再將其分解如下(看能用什么方法進(jìn)行創(chuàng)新)：瓶裝飲料、貯貨柜、現(xiàn)金支付系統(tǒng)和無現(xiàn)金支付系統(tǒng)及制冷壓縮機(jī)。

對于瓶裝飲料,運用乘法策略,可以復(fù)制為非瓶裝熱飲、水果、可加熱的漢堡等,這就變成一個無人售貨的小商店了。布置在教學(xué)樓、公寓等方便師生購買之處,是一個不錯的創(chuàng)意。

對于貯貨柜,運用除法策略,化整為散,分別貯存不同的飲品,不同的水果。這樣的創(chuàng)新之后的優(yōu)勢是什么？顯然,不同的水果在各自適宜的溫度與濕度下,會增加保質(zhì)期與新鮮度。

對于現(xiàn)金支付系統(tǒng)和無現(xiàn)金支付系統(tǒng),運用減法策略,減去現(xiàn)金支付,有什么好處？有什么影響？好處是減小了設(shè)備的購置成本與維護(hù)成本、減少了收假幣的機(jī)會,只能讓可以線上支付的用戶使用,而這些用戶都是各移動支付的實名注冊用戶,對于用戶的購買行為可以追溯與數(shù)據(jù)分析。不好的影響是,非移動支付用戶無法購買。

對于制冷壓縮機(jī),這是用來對飲料進(jìn)行制冷的裝置。運用屬性相關(guān)策略,可以得到什么？壓縮機(jī)在制冷的同時,會散發(fā)熱能,如果將其熱能收集起來,可以作什么用呢？將散熱管通過一個保溫水箱,則熱管散熱加快了,保溫水箱的水也被加熱了,而這個被加熱了的水可以作為熱飲的備用水源,使熱飲制作速度更快了。一能兩用、節(jié)能環(huán)保,可推而廣之。

這樣通過系統(tǒng)性創(chuàng)新,一個新型的無人售貨商店的規(guī)劃出現(xiàn)了,適合在學(xué)校內(nèi)布置。如果再對這個商店所在的框架進(jìn)行分析和創(chuàng)新,還會有什么發(fā)現(xiàn)呢？先針對水果售賣過程分解如下：從批發(fā)市場購進(jìn)、分選包裝、放進(jìn)無人售貨機(jī)、用戶選購、稱重、移動支付、取走水果。

運用乘法策略,把無人售貨機(jī)進(jìn)行復(fù)制,則發(fā)現(xiàn)無人售貨機(jī)越多,則單個機(jī)械所分擔(dān)的前后工序的成本越低、整個系統(tǒng)的運行效率越高、整體盈利水平也越高,這就出現(xiàn)了一個較為完整的水果從批發(fā)到零售的無人售貨商店系統(tǒng)的規(guī)劃。

運用減法策略,把分選包裝這道特別浪費人力與包裝材料的工序去掉,系統(tǒng)的效率與效益更好了,但這部分工作在系統(tǒng)內(nèi)需要尋找可替代的部件。研究發(fā)現(xiàn),人們在購買水果時,都有親自挑選的習(xí)慣,而標(biāo)準(zhǔn)的包裝并不利于銷售。所以可以讓顧客自己去挑選以代替這道工序。那么如何來實現(xiàn)呢？在廂板上開洞,廂板的內(nèi)側(cè)開口處固定安裝有可自由伸縮的彈簧手套,顧客可以把手伸進(jìn)手套中挑選水果,但不能從這個手套洞口中拿出來,只能放進(jìn)稱重口,支付后才能取走水果。這個步驟,也相當(dāng)于運用了一次任務(wù)統(tǒng)籌的策略,讓顧客在挑選的同時,執(zhí)行了分選包裝的任務(wù)。

以上就是通過微創(chuàng)新的策略組合進(jìn)行實踐項目策劃的過程,下面就這種設(shè)備的實現(xiàn)過程進(jìn)行說明。

2 創(chuàng)新項目的實現(xiàn)過程

通過“微創(chuàng)新”(也稱“系統(tǒng)性創(chuàng)新”)的策略組合,師生一起將創(chuàng)新理論活學(xué)活用,構(gòu)思出一款具有廣闊市場前景的新產(chǎn)品的藍(lán)圖,但作為實踐教學(xué),只有動手做出實物產(chǎn)品,才能從根本上實現(xiàn)對學(xué)生從創(chuàng)新理論到綜合動手能力的全面培養(yǎng)。因此根據(jù)“微創(chuàng)新”理論中的任務(wù)統(tǒng)籌策略,在教學(xué)這一框架內(nèi),實現(xiàn)產(chǎn)品的研發(fā),具有更加突出的現(xiàn)實創(chuàng)新意義。

該項目的實現(xiàn)改變了傳統(tǒng)意義上教師只有教現(xiàn)有知識的角色,同時附加了總工程師的領(lǐng)導(dǎo)、指揮與研發(fā)的角色。也改變了傳統(tǒng)意義上學(xué)生只有學(xué)教師所教授的知識的角色,同時也扮演了科研攻關(guān)的技術(shù)人員的角色,外加親自動手操作的技術(shù)工人的角色。此外,根據(jù)不同的專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和已經(jīng)掌握的知識與技能,進(jìn)行模塊化任務(wù)分解,把一個實踐項目的研發(fā),當(dāng)作一個工廠中的完整工序進(jìn)行分工,給實驗室附加了一個模擬工廠的角色[7-8]。

2.1 對產(chǎn)品進(jìn)行功能性結(jié)構(gòu)分解

通過分解,示例產(chǎn)品可以分成以下模塊：通信系統(tǒng)模塊、中央計算機(jī)模塊、遠(yuǎn)程售賣終端模塊[9]。

其中,通信系統(tǒng)包括抽象的通信技術(shù)和相應(yīng)的軟硬件。中央計算機(jī)由終端計算機(jī)、相互關(guān)聯(lián)的配貨軟件、會計軟件、終端監(jiān)控軟件、故障報警與維護(hù)等部分組成。

遠(yuǎn)程售賣終端由水果售賣部分、熱早餐售賣部分、快餐提取部分、冷熱飲部分、輔助部分組成。

加熱早餐售賣部分由皮帶機(jī)電機(jī)、電磁鐵、食品滑道、轉(zhuǎn)動出貨口、貨架、分類存儲箱、皮帶機(jī)軸、掃碼機(jī)、專用微波爐、出貨口組成,各類食品分開存儲在分類存儲箱中。

水果售賣部分由水果分類存貯箱、皮帶機(jī)電機(jī)、出貨通道、電子秤、彈簧裝置、固定膠皮手套、傳送帶、出物口組成。

快餐提取部分采用疊加式轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。由電機(jī)、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸、快餐凹槽、出貨口組成。

冷熱飲部分由儲水裝置、加熱保溫裝置、出水裝置組成。

輔助部分包括單片機(jī)、平板顯示器、空調(diào)機(jī)組、溫度傳感器、電子眼、報警器、過期商品處理器、現(xiàn)場支付裝置、各商品出口處的包裝袋與紙托盤自動分發(fā)裝置。

該產(chǎn)品的整體模式結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 無人售賣機(jī)系統(tǒng)整體模式結(jié)構(gòu)圖

2.2 對產(chǎn)品的各功能模塊進(jìn)行技術(shù)細(xì)節(jié)分析

示例產(chǎn)品是由通信系統(tǒng)、中央計算機(jī)、遠(yuǎn)程售賣終端應(yīng)用系統(tǒng)3部分組成,實現(xiàn)對自動售賣機(jī)系統(tǒng)的控制。通信系統(tǒng)可接收網(wǎng)上預(yù)訂訂單以及實現(xiàn)數(shù)字支付,并將信息反饋到遠(yuǎn)程終端；遠(yuǎn)程終端接受收訂單信息,為工作人員調(diào)整配貨種類及數(shù)量提供數(shù)據(jù)和信息；中央計算機(jī)根據(jù)預(yù)定的程序和算法做出決策,下達(dá)命令,控制售賣終端。售賣機(jī)使用流程如下：

(1) 使用者可從專用APP中選擇需要購買的東西，如水果、熱早餐、快餐、冷熱飲。每部分都顯示出商品圖片、剩余數(shù)量、單價。冷熱飲部分需要用戶后續(xù)選擇是否加熱。使用者也可以前往售賣終端的透明窗口挑選水果、快餐、早餐,其中使用機(jī)器配有的橡膠彈簧手套,可伸手觸摸水果,并判斷水果質(zhì)量,后將其放到內(nèi)部電子秤上即可顯示出重量和價格。

(2) 終端收到支付信息后為用戶自動準(zhǔn)備商品。早餐和快餐將會由傳送帶送入微波爐加熱,加熱完畢后再通過傳送帶送至出貨口,中央計算機(jī)會根據(jù)客戶需求控制機(jī)器是否加熱飲料；水果被稱重后通過電子秤傾斜將其送至傳送帶,并運到出貨口。

(3) 用戶通過互聯(lián)網(wǎng)下訂單后,可到售賣終端取貨。用戶用APP掃描顯示屏二維碼向終端核實自己的訂單信息,按下開關(guān)鍵,此時出貨口打開,用戶可用出貨口中的紙杯接冷熱飲,或拿袋子裝水果、早餐、快餐。

(4) 拿到商品后,用戶只需在APP中確認(rèn)收貨,通過支付平臺實現(xiàn)付款交易。

2.3 教師與學(xué)生專業(yè)匹配中的創(chuàng)新策略

通過對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)功能模塊的分解與技術(shù)流程的分析,再在框架內(nèi)對可利用的資源進(jìn)行組合與匹配,在匹配的過程中,盡可能地運用屬性相關(guān)策略與任務(wù)統(tǒng)籌策略,使各部件發(fā)揮最優(yōu)勢的功能。

教師要同時精通計算機(jī)、通信、機(jī)械制造、自動控制及創(chuàng)新教育等專業(yè),顯然是不可能的,所以可以以一個專業(yè)教師為主,但他能借助全校各專業(yè)教師的智力協(xié)助,相當(dāng)于在指導(dǎo)教師這一塊,運用了一次屬性相關(guān)策略。那么學(xué)生呢？按照模塊所涉及的知識的要求,選定了計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行中央處理軟件與手機(jī)APP的設(shè)計與編寫,機(jī)械專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行整機(jī)的實體設(shè)計與制作,通信專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行整體系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信及與外部的通信設(shè)計與調(diào)試,經(jīng)管類學(xué)生負(fù)責(zé)產(chǎn)品的營銷、財務(wù)管理、人力資源管理、市場分析等內(nèi)容。每個專業(yè)由5名學(xué)生組成,再從這25名學(xué)生中選出2名學(xué)生作為正副廠長,進(jìn)行統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)。這樣,各專業(yè)的學(xué)生在完成本專業(yè)模塊的任務(wù)時,又學(xué)習(xí)與了解了相關(guān)專業(yè)學(xué)生的知識背景與工作流程,為學(xué)生今后走上領(lǐng)導(dǎo)工作崗位,是一個很好的能力鍛煉與提升。

3 基于創(chuàng)新思維的實踐教學(xué)模式改革的評價

在中國高等教育中仍存在重理論、輕實踐的傾向,抽象的專業(yè)知識難以形成學(xué)生的能力,綜合實踐能力的不足成為學(xué)生未來職業(yè)生涯與科研能力的短板[10-11]。在實踐教育中,以創(chuàng)新理論為指導(dǎo)進(jìn)行新項目的規(guī)劃,在操作中培養(yǎng)學(xué)生將專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為解決現(xiàn)實生活中問題的產(chǎn)品與手段,這種教學(xué)模式,不但在思維上激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，邏輯上鞏固了知識的綜合運用能力,還在實踐中提高了動手操作能力[12]。

由于教學(xué)模式仍在探索之中,創(chuàng)新項目的實施對于教師和學(xué)生都是一種挑戰(zhàn),其間不免出現(xiàn)預(yù)料之外的情況,需要付出更多的精力和時間來解決。由于示例項目的綜合性較強(qiáng),對“框架內(nèi)”的資源要求也較多,建議專業(yè)較單一的學(xué)校或?qū)嶒炛行?在利用“微創(chuàng)新”理論進(jìn)行教學(xué)改革時,要靈活機(jī)動,不必搞大而全,要新而實用,有時一項小的改進(jìn)也會起到意想不到的作用[13]。

4 結(jié)語

將“微創(chuàng)新”理論運用于實踐教學(xué),創(chuàng)新了教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式,通過一個創(chuàng)新項目的主線,把創(chuàng)新理論與創(chuàng)新能力、專業(yè)理論知識與技能、綜合實踐與團(tuán)隊協(xié)作能力都連接了起來,在學(xué)以致用、學(xué)而有用、學(xué)而好用的熱情中,完成了學(xué)校對實踐教學(xué)所賦予的任務(wù)。同時為其他學(xué)生樹立了榜樣,營造了良好學(xué)習(xí)氛圍[14]。

運用這一教學(xué)模式,首先要求師生充分了解與掌握“微創(chuàng)新”理論的精髓,在項目策劃時靈活掌握。其次,更清楚地了解了自己框架內(nèi)所掌握的資源,包括實驗制作條件與師生的專業(yè)知識技能,太超過能力所限的創(chuàng)新任務(wù),會增加挫敗感、降低師生的積極性。

“微創(chuàng)新”也會帶來大改變,它所強(qiáng)調(diào)的框架內(nèi)思維,是一種很好的創(chuàng)新能力訓(xùn)練模式。它所賴以實現(xiàn)的創(chuàng)新策略,也都是在現(xiàn)實技術(shù)突破的基礎(chǔ)上才能執(zhí)行的,因此它不只是簡單地強(qiáng)調(diào)框架內(nèi)“微調(diào)”,而是在優(yōu)化產(chǎn)品與服務(wù)時,一次次巧妙地運用了行業(yè)內(nèi)的新技術(shù)與新發(fā)現(xiàn),因此這種創(chuàng)新也會給社會生活帶來重大變革。比如示例的綜合水果售賣機(jī),因該產(chǎn)品設(shè)置靈活,智能化、自動化程度高，運行成本低,一旦推廣,將在一定程度上顛覆食品零售業(yè)的運行和盈利模式,降低了食品銷售的社會成本,解放更多的勞動力去創(chuàng)造更高的社會價值。

總之,這是一種值得嘗試與推廣的高校實踐教學(xué)模式改革,也是高校創(chuàng)新理論教學(xué)用于實踐的一個有益范式。