機械創新TRIZ理論的推廣路徑和要求

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一、引言

創新能力的培養，是創新理論教學與實踐教學相結合的過程［1］。對實際操作能力要求極強的機械類專業學生來說，引入系統的創新理論教學，構建特色鮮明的實踐教學模式，應用創新型實踐教學策略，成為當前高校教學改革的重要內容。我校作為一所“應用型”本科院校［2］，以培養為地方和行業服務的高級應用型專門人才為教育目標。為促進機械類應用型本科人才實踐創新能力培養，我校在機械創新教學體系的課程體系的整體優化、教學模塊的設計與教學內容的制定、教學策略與實踐環節的設計等方面進行了一系列的改革，取得初步成效。triz理論被西方國家譽為“神奇的點金術”，它使得創新走上了方法學的道路，克服了傳統創新方法隨機性、無序性等缺點［3－4］。為此，我校在機械創新教學體系中引入了TRIZ理論的教學與實踐環節。學生通過TRIZ理論的系統學習與實踐應用，使機械創新設計從無序的試錯，走向了發明原理的類比應用，提高了學生創新思維和實踐設計能力。本文以TRIZ理論教學過程中的學生的課程作業為例，介紹TRIZ理論的教學過程及學生對TRIZ理論與計算機輔助創新(CAI)軟件的運用成果，并研究TRIZ理論教學推廣的路徑和要求。

二、TRIZ理論教學案例

我院在原機械創新課程體系中，針對大學四年級的機電專業學生增設了《TRIZ理論與應用》課程。該門課程緊緊圍繞學院實踐教學體系建設，在14個學時理論教學的基礎上，開設了22個學時的實踐教學。使學生通過理論學習，結合實際的課題，運用TRIZ理論和CAI軟件(PRO/I)，學會了對實際的課題進行分析和分解，掌握了提出問題、解決問題的基本方法。在理論教學部分中，通過貼近生活實際例子類比機電專業領域的工程問題，啟發引導學生積極思考，營造活躍的課堂氣氛。同時，在活躍的課堂氛圍下，因勢利導地開展分組討論交流，進一步激發學生創造思維，進而產生概念性的解決方案。在實踐教學環節中，設計了若干個工程問題，每位學生(研究個體)通過查閱文獻了解各個工程問題、并結合自己的專業知識特長，選擇其中一個問題作為自己的研究課題。在研究階段，首先對問題進行詳細的描述、系統分析及分解，找到問題的著手點，隨后通過方案查詢、矛盾分析和發明原理應用，獲得概念方案。下面是一位學生的課程作業介紹，可以了解學生對TRIZ理論應用過程。作業名稱:移動機器人越障能力改進研究。

(一)系統分析應用PRO/I軟件的系統分析模塊建立功能模型，即按照組件之間的相互作用及其作用性質建立參數化、模板化的移動機器人系統模型。如圖1所示。該系統模型展現了實現功能的工作原理;表達了各組件間的作用關系;軟件自動對不同類別的作用提出“Howto……?”句式的建議。

(二)問題分解與三軸分析利用PRO/I軟件提供的RCA(根本原因分析)分析工具，從原因鏈和結果鏈兩個方向將系統分析得到的問題進行根本原因層層剖析，通過不斷地深究，將問題轉變到我們目前可以較為容易解決或者控制的程度。如圖2中所示的灰底方塊圖部分就是根本原因分解圖。三軸分析是在進行根本原因分析基礎上，充分利用在操作順序軸和系統資源軸上可以利用的物質、能源、時間等，發現可以對問題解決有幫助的可利用資源。如圖2中所示的白色底框的超系統資源部分?？傊瑔栴}分解與三軸分析就是尋找矛盾鏈條并充分發掘解決矛盾可以利用的資源。

(三)解決方案經過上述問題分解和三軸分析之后，生成一系列具有因果或者其它邏輯關系的問題(howto問題)，實現了問題轉化鏈條，針對每一個問題鏈條，都可以進行相應思考和操作(如搜尋相關解決方案和專利)，從而發掘多個解決問題的努力方向，并從中選擇難度、技術和工藝較為現實的方向作可行性的研討，利用TRIZ理論實現對已經簡化或者轉化問題的各個擊破，最終得到用戶方案。某位學生經過了問題分析、建模、分解和相應求解之后，形成的移動機器人越障機構的一個創新方案，如圖3所示。該雙驅動履帶結構采用2個動力源，且兩動力源均安裝在車體內部，分別實現驅動和履帶與輪轉換的功能，從而可提高機器人的越障能力。在整個TRIZ理論應用的實踐環節中，還適時地組織討論交流，對學生分析問題、解決問題的過程及方案進行評價，并將評價結果反饋給學生，從而有利于方案的完善和提高。在這個過程中的研究型教學的步驟大概包括:學生接觸各類工程資料;提出問題;教師指導;應用知識;解決問題。是一個探求過程，將教、學、做融于一體，以提高學生創造力。

三、TRIZ理論的實用性和有效性

TRIZ理論為技術創新提供了一整套系統化的解決問題理論、方法和解決方案模型;TRIZ的理論教學實例以再發明的方式展現，用TRIZ路線“再現”發明的方法和過程。因而TRIZ理論為創新教育奠定了方法論的基礎。TRIZ理論是當代科技創新理論發展的重要成果，也是體系較為成熟，應用極為廣泛的創新思維方法之一，已經被西方發達國家，特別是多少世界500強企業所廣泛采用，成為當今世界科技創新和發展的重要工具。TRIZ理論所總結的發明方法的有效性也已經被許多現有的發明創造所證實。我校《TRIZ理論與應用》這門課程探索性地嘗試了從理論到實踐應用的創新教育模式。通過一學期的TRIZ理論的教學與CAI實訓，大多數同學都能突破思維定勢，拋棄傳統的試錯法，而是通過系統分析、問題分解、資源和知識庫的利用，最終得到解決問題的概念性方案。在以往的機械創新設計課程中，學生主要利用傳統的創新方法，如頭腦風暴法或試錯法，創新的程度與成敗主要取決于學生的靈感和經驗，當問題的解決方案超出了學生的經驗和技術領域時，頭腦風暴法和試錯法往往顯得無能為力。TRIZ理論比傳統創新思維方法的優勢在于通過結構化的方法約束創新解的搜索空間，在理想解的指引下，得到創新問題的最優解。因此，利用TRIZ理論求解技術沖突的解法，既方便實用又可提高發明與解決問題的效率。此外，在授課過程中借助CAI創新訓練工具，讓學生在較短的時間內掌握TRIZ創新技法，激發創新潛能，以新思維分析問題，以新方法解決問題。同時，學生還會充分利用CAI創新平臺所提供的豐富的多學科領域的知識庫，解決課題中存在的問題，獲得一些具有創新性的解決方案?？傊?，基于TRIZ與CAI的創新方法能夠引導和促使學生去創新思維，有效地促進概念性創新方案的產生和創新技能的提升。

四、TRIZ理論推廣的路徑和要求

TRIZ理論引入我國是近幾年的事，我國對TRIZ理論的研究和教學還處于起步階段，進一步的推廣必須采取有效路徑。

(一)設置不同層次理論教學模塊基于TRIZ和CAI技術的機械創新教育不是一個“點”，而是一條“鏈”，應貫穿在大學課程體系中。因此，應該根據機械類專業學生在不同階段的專業知識增長規律，分層次地開設創新相關的系列課程?？稍O置3個層次模塊，即基礎模塊、提升模塊、應用模塊?；A模塊。針對基本未涉及專業課的大學一、二年級學生。該模塊側重于創新思維、創新意識和工程思想的培養，基本上屬于理論課程的范疇。提升模塊。針對已具有一定機械專業基礎知識的大三學生。以TRIZ理論為基礎，通過案例教學強化學生對創新技法的理解和認識，引導學生結合機械專業知識從創新理論知識的掌握提升到創新實踐能力的培養。應用模塊。針對已具有較全面的機械專業知識的大學四年級的學生，重點是創新理論、創新技法及CAI技術在解決具體機械設計問題中的綜合應用。

(二)設置合理的實訓環節創新教育這條“鏈”的最難點就是創新實踐。為保證TRIZ創新教學模式從“知識傳授型”向“能力素質培養型”轉變，可在教學實施過程中設置如下實訓環節:創新素質訓練、創新技法模擬、創新案例分析和創新問題解決等環節。不同層次的理論教學模塊中，各實訓環節可綜合交錯。通過設計合理的實訓環節，能有效提高學生的創新素質和創新技能。

(三)合理使用CAI軟件CAI技術是基于TRIZ理論，結合本體論、現代設計方法學、多領域科學知識綜合而成的計算機輔助創新技術。合理利用CAI技術及其軟件平臺，可幫助學生有效地利用多學科領域的知識和前人的智慧，分析和發現技術體系中存在的問題，獲得具有創新性的解決方案。將CAI技術融入到創新理論教學中，有利于構建系統完整的創新理論教學與實踐平臺。

(四)采用創造性研究型教學模式創造性研究型教學模式，是以發展學生的創造性(創造力)為目的，以發現、探索、研究為活動形式的一種教學模式。為激發學生的創新思維和創新能力，教學模式起著核心的作用。創造性研究型教學模式具體實施的關鍵是把各層次的教學有機地聯系起來，強調“層次”之間的傳遞性、互補性和協調性。前者為后者打好根基，后者在前者的基礎上不斷開拓深化，做到環環相扣，整個創新教學貫穿成一條線，力求使整個“鏈”的作用大于各個“層次”之和，最終使學習活動成為一種自主探究的過程。

(五)建立創新教育評價體系為確保TRIZ創新理論教學和實訓環節的順利實施，還需開展階段性的教學效果評價。可通過模塊式的創新技能鑒定來綜合評價教學效果，建立由專人負責的學生綜合創新素質評價、企業用人單位評價和畢業生跟蹤調查反饋評價，為有針對性的創新教學內容和實訓環節的改革提供科學的依據?？傊?，將TRIZ創新教學貫穿在大學本科的教學體系中，構建系統完整的TRIZ創新理論教學與實踐平臺，將為機械類創新應用型人才的培養奠定基礎。當然，創新教育是綜合性的、全面性的教育。TRIZ理論在整個創新教育中只是作為基礎和核心，而不應該是全部，其本身也在不斷地發展和完善之中。

五、結束語

學生創新能力的培養是現代教育界永恒的主題，也是一項非常復雜的系統工程。對于絕大多數高校來說，創新教育與創新型人才培養還只是停留在理論探討與觀念改變階段，具有可操作性的實踐層面的有效方法與途徑還不多見［6］。而我校的“基于TRIZ和CAI的機械創新教學體系”探索性地嘗試了從理論到實踐應用的創新教育模式，構建了較為系統的創新教育推廣“鏈”。