TRIZ理論在機械專業(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)新精神和實踐能力的良好體現(xiàn)。從某種意義上來說，創(chuàng)新理論是聳立在大學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造活動中的堅實橋墩，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“天塹變通途”。自2008年開始，我們在機械專業(yè)中，進行應(yīng)用TRIZ理論的教學(xué)改革與實踐。從課堂教學(xué)、實踐教學(xué)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、大學(xué)生科研活動、各種大賽入手，讓大學(xué)生學(xué)習(xí)、使用TRIZ理論，逐步教會學(xué)生運用創(chuàng)新方法，開展創(chuàng)造活動，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)生的思維帶上無形的枷鎖，大學(xué)生思考問題時，只會按常規(guī)方法思維，往往認為發(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，甚至認為自己能創(chuàng)造發(fā)明簡直就是個笑話?？梢姏]有科學(xué)的思維方法，將會導(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)生介紹了常見的幾種思維慣性，如功能性思維慣性、術(shù)語性思維慣性、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)生聽的傳統(tǒng)方式，把大學(xué)生分為若干個小組，采用不同方法，由小組成員共同討論解決。根據(jù)每個小組成員和小組的表現(xiàn)，老師進行記錄和打分，計入最后的平時成績。通過這樣的訓(xùn)練，互動性很強，大學(xué)生都能認真聽講，主動思考，積極回答問題，小組和小組之間互學(xué)互助，敢于競爭，教學(xué)效果顯著。

　　2.以系統(tǒng)的觀點分析問題

　　在以往的機械專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計時，大學(xué)生只能針對產(chǎn)品本身展開設(shè)計。通過講授TRIZ理論的技術(shù)系統(tǒng)進化法則，大學(xué)生掌握了這一法則，并應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中，把一個產(chǎn)品或物體看做是一個技術(shù)系統(tǒng)；系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)組成的，并通過子系統(tǒng)間的相互作用來實現(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；對系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元件進行持續(xù)改進，以提高整個系統(tǒng)的性能，也屬于技術(shù)系統(tǒng)的進化過程。有了這方面認識，以及不斷加強對這方面的學(xué)習(xí)和反復(fù)訓(xùn)練，使大學(xué)生認識和掌握了系統(tǒng)的進化規(guī)律，不僅開闊了視野，更有利于設(shè)計出結(jié)構(gòu)更為合理、功能更為先進的產(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，需要解決某一個具體的問題，總是直接地去找解決這個問題的具體方法。如果問題比較簡單，可能較容易找到答案；如果遇到比較復(fù)雜的問題，解決的過程將更困難，最常用的方法就是“試錯”，如果沒有很明確的解決方向，這樣會浪費很多的時間和精力。通過向大學(xué)生教授技術(shù)矛盾解決原理，讓大學(xué)生利用這種原理，針對具體問題，做具體分析。例如，對一個問題如果無法直接找到對應(yīng)解，需要先把此問題轉(zhuǎn)換并表達為一個TRIZ理論的問題，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)化為具體問題的解，在實際問題中加以實現(xiàn)，最終獲得問題的解決。如何把一個具體問題轉(zhuǎn)化并表達為一個TRIZ問題呢?我們組織大學(xué)生運用TRIZ理論中的39×39工程參數(shù)矛盾矩陣和40個發(fā)明原理進行求解。經(jīng)過反復(fù)演練，大學(xué)生逐漸熟悉并學(xué)會運用這樣的方式來分析和解決問題，收到較好的教學(xué)效果。

　　4.針對具體問題的標準解法，進行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)新問題。運用TRIZ理論對大量專利庫的分析研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，發(fā)明問題共分為2大類：標準問題和非標準問題。標準問題主要應(yīng)用TRIZ理論的標準解法來解決，非標準問題主要應(yīng)用ARIZ算法來進行解決。TRIZ理論中的標準解法分5級，18子級，標準解法共計76個。在進行教學(xué)時，我們教授大學(xué)生學(xué)會應(yīng)用“物—場”模型來分析各種各樣的標準問題?！拔铩獔觥蹦Ｐ蛯⒓夹g(shù)系統(tǒng)表示為2個關(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，依據(jù)表達原系統(tǒng)的“物—場”模型的類型，來選取改進此“物—場”模型的相應(yīng)解法。這些解法為如何改進系統(tǒng)提供了“暗示”，更確切地說，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開始進行概念的設(shè)計開發(fā)工作。進過反復(fù)訓(xùn)練，效果很好。

　　標準解法是解決非標準問題的基礎(chǔ)，在教授大學(xué)生應(yīng)用ARIZ理論解決非標準問題時，一個重要的思路是將非標準問題通過各種方法進行變化轉(zhuǎn)化為標準問題，然后，應(yīng)用標準解法獲得解決方案。ARIZ解法是TRIZ理論中比較高級且比較難掌握的一種算法，在學(xué)習(xí)時學(xué)生普遍體會到了這一點。因為，一旦采用ARIZ來解決問題，其慣性思維必須被嚴格加以控制。在課程教學(xué)時，我們詳細給大學(xué)生介紹了ARIZ的9個關(guān)鍵步驟，每個關(guān)鍵步驟還含有數(shù)量不等的多個子步驟。在具體的訓(xùn)練中，并不強制要求大學(xué)生按順序走完所有的9個步驟，而是引導(dǎo)大學(xué)生在某個步驟中獲得了問題的解決方案，可以跳過中間的其他幾個無關(guān)步驟，直接進入后續(xù)的相關(guān)步驟來完成問題的解決。

　　5.掌握本體論的哲學(xué)觀點，合理運用科學(xué)原理知識庫

　　本體論是希臘語中“是”的意思，是關(guān)于一切實在物體的基本性質(zhì)的理論。科學(xué)的發(fā)展是推理、假設(shè)和實驗、檢驗兩條腿走路，這就是本體論的邏輯方法。

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

　　TRIZ理論體系是建立在海量分析世界各國發(fā)明專利的基礎(chǔ)上，從中總結(jié)出人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)問題所遵循的科學(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)域的知識之間具有相互關(guān)聯(lián)的特性。本體論是研究大千世界萬物間的普遍聯(lián)系的理論。在教學(xué)過程中，對自然科學(xué)及工程領(lǐng)域中事物之間復(fù)雜關(guān)系實現(xiàn)全面客觀的描述，我們不僅要教會大學(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到上述理論體系的哲學(xué)內(nèi)涵。本體論的哲學(xué)觀點可以大大拓展大學(xué)生的創(chuàng)新意識，實現(xiàn)對創(chuàng)新知識的全新組織；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，促進全新的技術(shù)和相關(guān)知識產(chǎn)生，大大加快創(chuàng)造創(chuàng)新的進程。

　　我們利用相應(yīng)的軟件對大學(xué)生進行實際訓(xùn)練。軟件中的專利查詢就是基于本體論開發(fā)的，它與一般的搜索引擎不同，它有特定的格式語句。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了這種格式語句的規(guī)則，可以在軟件所附帶的知識庫中快速準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)新原理開發(fā)的，非常方便。通過這些訓(xùn)練，大學(xué)生們能夠理解到本體論的哲學(xué)內(nèi)涵。

文章來源于《教育探索》雜志2012年第6期