TRIZ理論在機(jī)械專業(yè)本科教學(xué)中的應(yīng)用-教育論文

　　發(fā)明創(chuàng)造能力是大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的良好體現(xiàn)。從某種意義上來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新理論是聳立在大學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)中的堅(jiān)實(shí)橋墩，創(chuàng)新方法則是構(gòu)筑在這橋墩上的寬大橋身，依靠創(chuàng)新理論和創(chuàng)新方法，才能使大學(xué)生的發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)“天塹變通途”。自2008年開(kāi)始，我們?cè)跈C(jī)械專業(yè)中，進(jìn)行應(yīng)用TRIZ理論的教學(xué)改革與實(shí)踐。從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生科研活動(dòng)、各種大賽入手，讓大學(xué)生學(xué)習(xí)、使用TRIZ理論，逐步教會(huì)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新方法，開(kāi)展創(chuàng)造活動(dòng)，從而培養(yǎng)出科學(xué)的思維方式和方法。

　　1.突破思維慣性，注重創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

　　傳統(tǒng)的教學(xué)和思維方式，給大學(xué)生的思維帶上無(wú)形的枷鎖，大學(xué)生思考問(wèn)題時(shí)，只會(huì)按常規(guī)方法思維，往往認(rèn)為發(fā)明是天才的事情，是靈感的突現(xiàn)，發(fā)明及創(chuàng)新與他們距離太遠(yuǎn)，甚至認(rèn)為自己能創(chuàng)造發(fā)明簡(jiǎn)直就是個(gè)笑話?？梢?jiàn)沒(méi)有科學(xué)的思維方法，將會(huì)導(dǎo)致思維的惰性。

　　創(chuàng)新是要突破原有的各種思維慣性，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造發(fā)明的。TRIZ理論正是提供了克服思維慣性的方法和理論。在教學(xué)中，我們向大學(xué)生介紹了常見(jiàn)的幾種思維慣性，如功能性思維慣性、術(shù)語(yǔ)性思維慣性、形狀性思維慣性等。然后講授了TRIZ理論中克服思維慣性的幾種方法，如小矮人法、STC算子法、最終理想解(IFR)法、九屏幕法、金魚法等。在教學(xué)訓(xùn)練中，我們突破了原有的教師教、學(xué)生聽(tīng)的傳統(tǒng)方式，把大學(xué)生分為若干個(gè)小組，采用不同方法，由小組成員共同討論解決。根據(jù)每個(gè)小組成員和小組的表現(xiàn)，老師進(jìn)行記錄和打分，計(jì)入最后的平時(shí)成績(jī)。通過(guò)這樣的訓(xùn)練，互動(dòng)性很強(qiáng)，大學(xué)生都能認(rèn)真聽(tīng)講，主動(dòng)思考，積極回答問(wèn)題，小組和小組之間互學(xué)互助，敢于競(jìng)爭(zhēng)，教學(xué)效果顯著。

　　2.以系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析問(wèn)題

　　在以往的機(jī)械專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，大學(xué)生只能針對(duì)產(chǎn)品本身展開(kāi)設(shè)計(jì)。通過(guò)講授TRIZ理論的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則，大學(xué)生掌握了這一法則，并應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，把一個(gè)產(chǎn)品或物體看做是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)；系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)組成的，并通過(guò)子系統(tǒng)間的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的功能，子系統(tǒng)可以是零件或部件；系統(tǒng)是出于超系統(tǒng)之中的，超系統(tǒng)是系統(tǒng)所在的環(huán)境；對(duì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元件進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的性能，也屬于技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程。有了這方面認(rèn)識(shí)，以及不斷加強(qiáng)對(duì)這方面的學(xué)習(xí)和反復(fù)訓(xùn)練，使大學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握了系統(tǒng)的進(jìn)化規(guī)律，不僅開(kāi)闊了視野，更有利于設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更為合理、功能更為先進(jìn)的產(chǎn)品。

　　3.掌握矛盾分析的方法

　　傳統(tǒng)的教學(xué)和學(xué)習(xí)中，需要解決某一個(gè)具體的問(wèn)題，總是直接地去找解決這個(gè)問(wèn)題的具體方法。如果問(wèn)題比較簡(jiǎn)單，可能較容易找到答案；如果遇到比較復(fù)雜的問(wèn)題，解決的過(guò)程將更困難，最常用的方法就是“試錯(cuò)”，如果沒(méi)有很明確的解決方向，這樣會(huì)浪費(fèi)很多的時(shí)間和精力。通過(guò)向大學(xué)生教授技術(shù)矛盾解決原理，讓大學(xué)生利用這種原理，針對(duì)具體問(wèn)題，做具體分析。例如，對(duì)一個(gè)問(wèn)題如果無(wú)法直接找到對(duì)應(yīng)解，需要先把此問(wèn)題轉(zhuǎn)換并表達(dá)為一個(gè)TRIZ理論的問(wèn)題，然后利用TRIZ理論體系中的理論和工具方法獲得TRIZ理論的通用解，最后，把TRIZ理論通用解轉(zhuǎn)化為具體問(wèn)題的解，在實(shí)際問(wèn)題中加以實(shí)現(xiàn)，最終獲得問(wèn)題的解決。如何把一個(gè)具體問(wèn)題轉(zhuǎn)化并表達(dá)為一個(gè)TRIZ問(wèn)題呢?我們組織大學(xué)生運(yùn)用TRIZ理論中的39×39工程參數(shù)矛盾矩陣和40個(gè)發(fā)明原理進(jìn)行求解。經(jīng)過(guò)反復(fù)演練，大學(xué)生逐漸熟悉并學(xué)會(huì)運(yùn)用這樣的方式來(lái)分析和解決問(wèn)題，收到較好的教學(xué)效果。

　　4.針對(duì)具體問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)解法，進(jìn)行ARIZ算法訓(xùn)練

　　在日常的學(xué)習(xí)生活中，我們可能遇到各種各樣的發(fā)明創(chuàng)新問(wèn)題。運(yùn)用TRIZ理論對(duì)大量專利庫(kù)的分析研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)明問(wèn)題共分為2大類：標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題和非標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題主要應(yīng)用TRIZ理論的標(biāo)準(zhǔn)解法來(lái)解決，非標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題主要應(yīng)用ARIZ算法來(lái)進(jìn)行解決。TRIZ理論中的標(biāo)準(zhǔn)解法分5級(jí)，18子級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)解法共計(jì)76個(gè)。在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，我們教授大學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用“物—場(chǎng)”模型來(lái)分析各種各樣的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。“物—場(chǎng)”模型將技術(shù)系統(tǒng)表示為2個(gè)關(guān)聯(lián)的物體(工具和工件)以及工具和工件之間相互作用的場(chǎng)，依據(jù)表達(dá)原系統(tǒng)的“物—場(chǎng)”模型的類型，來(lái)選取改進(jìn)此“物—場(chǎng)”模型的相應(yīng)解法。這些解法為如何改進(jìn)系統(tǒng)提供了“暗示”，更確切地說(shuō)，它們提供了解法的模式，隨后，大學(xué)生可以利用這些模式來(lái)開(kāi)始進(jìn)行概念的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。進(jìn)過(guò)反復(fù)訓(xùn)練，效果很好。

　　標(biāo)準(zhǔn)解法是解決非標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題的基礎(chǔ)，在教授大學(xué)生應(yīng)用ARIZ理論解決非標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題時(shí)，一個(gè)重要的思路是將非標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題通過(guò)各種方法進(jìn)行變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，然后，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)解法獲得解決方案。ARIZ解法是TRIZ理論中比較高級(jí)且比較難掌握的一種算法，在學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生普遍體會(huì)到了這一點(diǎn)。因?yàn)椋坏┎捎肁RIZ來(lái)解決問(wèn)題，其慣性思維必須被嚴(yán)格加以控制。在課程教學(xué)時(shí)，我們?cè)敿?xì)給大學(xué)生介紹了ARIZ的9個(gè)關(guān)鍵步驟，每個(gè)關(guān)鍵步驟還含有數(shù)量不等的多個(gè)子步驟。在具體的訓(xùn)練中，并不強(qiáng)制要求大學(xué)生按順序走完所有的9個(gè)步驟，而是引導(dǎo)大學(xué)生在某個(gè)步驟中獲得了問(wèn)題的解決方案，可以跳過(guò)中間的其他幾個(gè)無(wú)關(guān)步驟，直接進(jìn)入后續(xù)的相關(guān)步驟來(lái)完成問(wèn)題的解決。

　　5.掌握本體論的哲學(xué)觀點(diǎn)，合理運(yùn)用科學(xué)原理知識(shí)庫(kù)

　　本體論是希臘語(yǔ)中“是”的意思，是關(guān)于一切實(shí)在物體的基本性質(zhì)的理論?？茖W(xué)的發(fā)展是推理、假設(shè)和實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)兩條腿走路，這就是本體論的邏輯方法。

　　科學(xué)原理知識(shí)庫(kù)涵蓋了多學(xué)科領(lǐng)域的原理，包括物理、化學(xué)、幾何等，對(duì)自然科學(xué)及工程領(lǐng)域中事物間紛繁復(fù)雜的關(guān)系實(shí)現(xiàn)全面的描述，借助于這些通用的原理，把問(wèn)題簡(jiǎn)化到最基本的要素，引導(dǎo)和幫助創(chuàng)造者利用它來(lái)解決某一特定技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)問(wèn)題。

　　TRIZ理論體系是建立在海量分析世界各國(guó)發(fā)明專利的基礎(chǔ)上，從中總結(jié)出人類進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)問(wèn)題所遵循的科學(xué)原理和法則的。其理論體系的哲學(xué)思想就是本體論。很多研究證明，各門學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)之間具有相互關(guān)聯(lián)的特性。本體論是研究大千世界萬(wàn)物間的普遍聯(lián)系的理論。在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)自然科學(xué)及工程領(lǐng)域中事物之間復(fù)雜關(guān)系實(shí)現(xiàn)全面客觀的描述，我們不僅要教會(huì)大學(xué)生TRIZ理論的基本內(nèi)容和解題思路，更重要的是讓他們體會(huì)到上述理論體系的哲學(xué)內(nèi)涵。本體論的哲學(xué)觀點(diǎn)可以大大拓展大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)創(chuàng)新知識(shí)的全新組織；在本體論指導(dǎo)下，在自然科學(xué)、工程技術(shù)領(lǐng)域的基本原理以及人類已有的研究成果之間建立全新的聯(lián)系，大學(xué)生借助于這些聯(lián)系，可以迅速地產(chǎn)生靈感、聯(lián)想和類比，促進(jìn)全新的技術(shù)和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)生，大大加快創(chuàng)造創(chuàng)新的進(jìn)程。

　　我們利用相應(yīng)的軟件對(duì)大學(xué)生進(jìn)行實(shí)際訓(xùn)練。軟件中的專利查詢就是基于本體論開(kāi)發(fā)的，它與一般的搜索引擎不同，它有特定的格式語(yǔ)句。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了這種格式語(yǔ)句的規(guī)則，可以在軟件所附帶的知識(shí)庫(kù)中快速準(zhǔn)確地找到他們所需要的各種專利查詢結(jié)果，在查詢結(jié)果中還附帶給出這些專利是依據(jù)那幾條TRIZ創(chuàng)新原理開(kāi)發(fā)的，非常方便。通過(guò)這些訓(xùn)練，大學(xué)生們能夠理解到本體論的哲學(xué)內(nèi)涵。

文章來(lái)源于《教育探索》雜志2012年第6期