TRIZ理论在机械专业本科教学中的应用-教育论文

　　发明创造能力是大学生创新精神和实践能力的良好体现。从某种意义上来说，创新理论是耸立在大学生发明创造活动中的坚实桥墩，创新方法则是构筑在这桥墩上的宽大桥身，依靠创新理论和创新方法，才能使大学生的发明创造活动“天堑变通途”。自2008年开始，我们在机械专业中，进行应用TRIZ理论的教学改革与实践。从课堂教学、实践教学、课程设计、毕业设计、大学生科研活动、各种大赛入手，让大学生学习、使用TRIZ理论，逐步教会学生运用创新方法，开展创造活动，从而培养出科学的思维方式和方法。

　　1.突破思维惯性，注重创新思维的培养

　　传统的教学和思维方式，给大学生的思维带上无形的枷锁，大学生思考问题时，只会按常规方法思维，往往认为发明是天才的事情，是灵感的突现，发明及创新与他们距离太远，甚至认为自己能创造发明简直就是个笑话。可见没有科学的思维方法，将会导致思维的惰性。

　　创新是要突破原有的各种思维惯性，实现创造发明的。TRIZ理论正是提供了克服思维惯性的方法和理论。在教学中，我们向大学生介绍了常见的几种思维惯性，如功能性思维惯性、术语性思维惯性、形状性思维惯性等。然后讲授了TRIZ理论中克服思维惯性的几种方法，如小矮人法、STC算子法、最终理想解(IFR)法、九屏幕法、金鱼法等。在教学训练中，我们突破了原有的教师教、学生听的传统方式，把大学生分为若干个小组，采用不同方法，由小组成员共同讨论解决。根据每个小组成员和小组的表现，老师进行记录和打分，计入最后的平时成绩。通过这样的训练，互动性很强，大学生都能认真听讲，主动思考，积极回答问题，小组和小组之间互学互助，敢于竞争，教学效果显著。

　　2.以系统的观点分析问题

　　在以往的机械专业产品设计时，大学生只能针对产品本身展开设计。通过讲授TRIZ理论的技术系统进化法则，大学生掌握了这一法则，并应用到产品设计中，把一个产品或物体看做是一个技术系统；系统是由多个子系统组成的，并通过子系统间的相互作用来实现一定的功能，子系统可以是零件或部件；系统是出于超系统之中的，超系统是系统所在的环境；对系统的子系统或元件进行持续改进，以提高整个系统的性能，也属于技术系统的进化过程。有了这方面认识，以及不断加强对这方面的学习和反复训练，使大学生认识和掌握了系统的进化规律，不仅开阔了视野，更有利于设计出结构更为合理、功能更为先进的产品。

　　3.掌握矛盾分析的方法

　　传统的教学和学习中，需要解决某一个具体的问题，总是直接地去找解决这个问题的具体方法。如果问题比较简单，可能较容易找到答案；如果遇到比较复杂的问题，解决的过程将更困难，最常用的方法就是“试错”，如果没有很明确的解决方向，这样会浪费很多的时间和精力。通过向大学生教授技术矛盾解决原理，让大学生利用这种原理，针对具体问题，做具体分析。例如，对一个问题如果无法直接找到对应解，需要先把此问题转换并表达为一个TRIZ理论的问题，然后利用TRIZ理论体系中的理论和工具方法获得TRIZ理论的通用解，最后，把TRIZ理论通用解转化为具体问题的解，在实际问题中加以实现，最终获得问题的解决。如何把一个具体问题转化并表达为一个TRIZ问题呢?我们组织大学生运用TRIZ理论中的39×39工程参数矛盾矩阵和40个发明原理进行求解。经过反复演练，大学生逐渐熟悉并学会运用这样的方式来分析和解决问题，收到较好的教学效果。

　　4.针对具体问题的标准解法，进行ARIZ算法训练

　　在日常的学习生活中，我们可能遇到各种各样的发明创新问题。运用TRIZ理论对大量专利库的分析研究结果发现，发明问题共分为2大类：标准问题和非标准问题。标准问题主要应用TRIZ理论的标准解法来解决，非标准问题主要应用ARIZ算法来进行解决。TRIZ理论中的标准解法分5级，18子级，标准解法共计76个。在进行教学时，我们教授大学生学会应用“物—场”模型来分析各种各样的标准问题。“物—场”模型将技术系统表示为2个关联的物体(工具和工件)以及工具和工件之间相互作用的场，依据表达原系统的“物—场”模型的类型，来选取改进此“物—场”模型的相应解法。这些解法为如何改进系统提供了“暗示”，更确切地说，它们提供了解法的模式，随后，大学生可以利用这些模式来开始进行概念的设计开发工作。进过反复训练，效果很好。

　　标准解法是解决非标准问题的基础，在教授大学生应用ARIZ理论解决非标准问题时，一个重要的思路是将非标准问题通过各种方法进行变化转化为标准问题，然后，应用标准解法获得解决方案。ARIZ解法是TRIZ理论中比较高级且比较难掌握的一种算法，在学习时学生普遍体会到了这一点。因为，一旦采用ARIZ来解决问题，其惯性思维必须被严格加以控制。在课程教学时，我们详细给大学生介绍了ARIZ的9个关键步骤，每个关键步骤还含有数量不等的多个子步骤。在具体的训练中，并不强制要求大学生按顺序走完所有的9个步骤，而是引导大学生在某个步骤中获得了问题的解决方案，可以跳过中间的其他几个无关步骤，直接进入后续的相关步骤来完成问题的解决。

　　5.掌握本体论的哲学观点，合理运用科学原理知识库

　　本体论是希腊语中“是”的意思，是关于一切实在物体的基本性质的理论。科学的发展是推理、假设和实验、检验两条腿走路，这就是本体论的逻辑方法。

　　科学原理知识库涵盖了多学科领域的原理，包括物理、化学、几何等，对自然科学及工程领域中事物间纷繁复杂的关系实现全面的描述，借助于这些通用的原理，把问题简化到最基本的要素，引导和帮助创造者利用它来解决某一特定技术领域的知识问题。

　　TRIZ理论体系是建立在海量分析世界各国发明专利的基础上，从中总结出人类进行发明创造、解决技术问题所遵循的科学原理和法则的。其理论体系的哲学思想就是本体论。很多研究证明，各门学科领域的知识之间具有相互关联的特性。本体论是研究大千世界万物间的普遍联系的理论。在教学过程中，对自然科学及工程领域中事物之间复杂关系实现全面客观的描述，我们不仅要教会大学生TRIZ理论的基本内容和解题思路，更重要的是让他们体会到上述理论体系的哲学内涵。本体论的哲学观点可以大大拓展大学生的创新意识，实现对创新知识的全新组织；在本体论指导下，在自然科学、工程技术领域的基本原理以及人类已有的研究成果之间建立全新的联系，大学生借助于这些联系，可以迅速地产生灵感、联想和类比，促进全新的技术和相关知识产生，大大加快创造创新的进程。

　　我们利用相应的软件对大学生进行实际训练。软件中的专利查询就是基于本体论开发的，它与一般的搜索引擎不同，它有特定的格式语句。通过学习，学生掌握了这种格式语句的规则，可以在软件所附带的知识库中快速准确地找到他们所需要的各种专利查询结果，在查询结果中还附带给出这些专利是依据那几条TRIZ创新原理开发的，非常方便。通过这些训练，大学生们能够理解到本体论的哲学内涵。

文章来源于《教育探索》杂志2012年第6期