開(kāi)設(shè)TRIZ專業(yè)選修課的思考

張中月　曹兆霞　李佳偉

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開(kāi)設(shè)TRIZ專業(yè)選修課的思考

張中月曹兆霞李佳偉

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西 西安710119)

張永元

(陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西 西安710119；西安科技大學(xué)理學(xué)院陜西 西安710054)

摘 要：通過(guò)開(kāi)設(shè)TRIZ專業(yè)選修課，將TRIZ理論與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，用TRIZ理論對(duì)專業(yè)的知識(shí)進(jìn)行重新整理和規(guī)劃，使學(xué)生切實(shí)理解和掌握整個(gè)知識(shí)體系和具體的知識(shí)點(diǎn)．此外，TRIZ專業(yè)選修課也能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和理念，激發(fā)創(chuàng)新靈感．

關(guān)鍵詞：TRIZ專業(yè)選修課創(chuàng)新

1引言

要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，創(chuàng)新教育和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是關(guān)鍵．創(chuàng)新人才的培養(yǎng)機(jī)制有很多，例如“三個(gè)注重”，即注重“學(xué)思結(jié)合”、“知行統(tǒng)一”、“因材施教”的培養(yǎng)機(jī)制；“三三制”即實(shí)行“通識(shí)、專業(yè)、生涯三位一體教育”的人才培養(yǎng)模式；“大類培養(yǎng)、專業(yè)培養(yǎng)和多元培養(yǎng)三個(gè)階段培養(yǎng)”以及“專業(yè)學(xué)術(shù)類、跨專業(yè)學(xué)術(shù)類、就業(yè)創(chuàng)業(yè)類三條發(fā)展路徑”等，這些都只是改變知識(shí)和培養(yǎng)形式，沒(méi)有從根本上解決創(chuàng)新的問(wèn)題．TRIZ理論是一種創(chuàng)新方法，通過(guò)獨(dú)特的思維模式和解題步驟流程方面的培訓(xùn)，能夠培養(yǎng)創(chuàng)新思維和理念，激發(fā)其創(chuàng)造潛能．TRIZ也是科技部重點(diǎn)推行的一種創(chuàng)新方法，在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才中將起到重要的作用．

基于對(duì)TRIZ理論的研究和實(shí)踐，在深刻掌握了TRIZ的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)際解決問(wèn)題，對(duì)TRIZ產(chǎn)生獨(dú)特的理解，在對(duì)專業(yè)知識(shí)的深刻掌握的基礎(chǔ)上，研究者可以將TRIZ理論和專業(yè)知識(shí)巧妙地進(jìn)行結(jié)合，開(kāi)設(shè)TRIZ專業(yè)選修課.該課程不僅傳授TRIZ的基本理論知識(shí)，而且講解TRIZ與專業(yè)知識(shí)的結(jié)合，教學(xué)結(jié)果將不僅讓學(xué)生掌握TRIZ創(chuàng)新方法，而且深化學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用，使得學(xué)生將來(lái)在科學(xué)研究中靈活地運(yùn)用已學(xué)知識(shí)．同時(shí)，改變學(xué)生的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力．

2TRIZ簡(jiǎn)介

TRIZ意譯為發(fā)明問(wèn)題解決理論，該理論是由前蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒組織人們從20萬(wàn)份專利中總結(jié)出來(lái)的一套系統(tǒng)的創(chuàng)新方法理論體系，主要包括以下6方面內(nèi)容：創(chuàng)新思維方法與問(wèn)題分析方法、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則、技術(shù)矛盾解決原理、創(chuàng)新問(wèn)題標(biāo)準(zhǔn)解法、發(fā)明問(wèn)題解決算法以及基于工程學(xué)原理而構(gòu)建的知識(shí)庫(kù)．創(chuàng)新思維的方法有多屏幕法、小人法、金魚(yú)法等．分析問(wèn)題的工具有功能分析、流分析、因果鏈分析、剪裁等．TRIZ理論的核心思想包括：不同行業(yè)遇到的問(wèn)題，采用相同的原理加以解決；產(chǎn)品或者技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展不是隨機(jī)的，而是按照一定的規(guī)律在發(fā)展和進(jìn)化；各種技術(shù)難題和矛盾的不斷解決是推動(dòng)這種進(jìn)化過(guò)程的動(dòng)力；技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的理想狀態(tài)是用最少的資源實(shí)現(xiàn)最大效益的功能．TRIZ理論不僅廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域，而且已逐步向自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、管理科學(xué)、生物科學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展．

3課程安排

TRIZ專業(yè)選修課可以設(shè)定為48學(xué)時(shí)．主要包括TRIZ理論和TRIZ與專業(yè)知識(shí)的結(jié)合兩部分．前者36學(xué)時(shí)，后者12學(xué)時(shí)．

3.1TRIZ理論部分

TRIZ理論部分采用講授的方式介紹TRIZ理論的主要經(jīng)典內(nèi)容，講授內(nèi)容包括分析工具中的功能分析、流分析、因果鏈分析、剪裁、工程系統(tǒng)進(jìn)化法則；解決問(wèn)題工具中的應(yīng)用矛盾矩陣解決技術(shù)矛盾、應(yīng)用分離原理解決物理矛盾、物場(chǎng)模型及標(biāo)準(zhǔn)解．

通過(guò)TRIZ理論基礎(chǔ)知識(shí)的講授，使學(xué)生熟悉分析和解決問(wèn)題的流程，深刻掌握解決問(wèn)題的TRIZ工具，并且能夠解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題．TRIZ理論的講授也會(huì)激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新思維、發(fā)明創(chuàng)造的潛能，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的思維的慣性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展．在課余時(shí)間，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣愛(ài)好，組建小組，利用TRIZ工具開(kāi)拓思維、充分展示動(dòng)手能力進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，展現(xiàn)創(chuàng)新的才能，體驗(yàn)創(chuàng)新的樂(lè)趣，同時(shí)增強(qiáng)自信心，提高學(xué)習(xí)的積極性．

3.2TRIZ與專業(yè)知識(shí)結(jié)合部分

TRIZ與專業(yè)知識(shí)結(jié)合可以幫助學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)TRIZ理論，為將來(lái)學(xué)生在自己的專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用TRIZ奠定基礎(chǔ)，是TRIZ專業(yè)選修課的核心部分．下面就以物理學(xué)中的經(jīng)典電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)為例，將TRIZ理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行結(jié)合，找到經(jīng)典電磁學(xué)中，TRIZ基本概念的對(duì)應(yīng)體，構(gòu)建專業(yè)知識(shí)的TRIZ體系．

(1)組件

在TRIZ理論中，組件是指工程系統(tǒng)或者超系統(tǒng)的某一組成對(duì)象，可以是物質(zhì)或場(chǎng)．在TRIZ理論中，場(chǎng)主要是指機(jī)械場(chǎng)、聲場(chǎng)、熱場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)以及電磁場(chǎng)，用MATCHEM表示；在經(jīng)典電磁學(xué)中，組件將被分解得更細(xì)致．以光源照射金屬棒使其中電子振蕩為例，組件包括金屬棒中的電子(是指一類電子，而非單個(gè))、電磁波(光波)、金屬界面等．

(2)相互作用及功能

在TRIZ理論中，相互作用的概念非常簡(jiǎn)單，接觸了就算是相互作用．此外，有很多相互作用是靠MATCHEM 5種場(chǎng)傳遞的，容易被忽略；在經(jīng)典電磁學(xué)中，則相互作用均是靠電磁場(chǎng)傳遞的．電磁波在真空中傳播，可以將電磁波做組件．金屬界面對(duì)電磁波的反射可認(rèn)為：電磁波與電子發(fā)生相互作用，金屬界面也與電子發(fā)生相互作用，即界面對(duì)金屬中的自由電子起到了束縛的作用．TRIZ中的功能是指一個(gè)組件改變或保持另外一個(gè)組件某個(gè)參數(shù)的行為；在金屬界面對(duì)電磁波反射中，在電磁波以及金屬界面的作用下，電子的振動(dòng)狀態(tài)(包括速度、頻率、方向和距離等)發(fā)生了變化，意味著產(chǎn)生了功能．當(dāng)然，改變電磁波的波長(zhǎng)和金屬界面的形狀，會(huì)改變功能的具體表現(xiàn)，即正常的、不足的或過(guò)量的功能．

(3)矛盾及發(fā)明原理

在TRIZ語(yǔ)言中，矛盾分為兩種，即技術(shù)矛盾和物理矛盾．其中，技術(shù)矛盾是指在試圖改善一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)參數(shù)的惡化，兩個(gè)參數(shù)之間會(huì)存在相互制約；物理矛盾則是技術(shù)系統(tǒng)中一個(gè)參數(shù)無(wú)法滿足系統(tǒng)內(nèi)相互排斥的需求．二者反映的都是技術(shù)系統(tǒng)的參數(shù)屬性，它們之間相互聯(lián)系，可以相互轉(zhuǎn)化．在經(jīng)典電磁學(xué)中，也有很多類似的問(wèn)題．例如，用光照射金屬結(jié)構(gòu)，激發(fā)其電子振動(dòng)，希望獲得強(qiáng)烈的電子振動(dòng)．問(wèn)題可描述為：如果激發(fā)電磁波強(qiáng)，那么電子振動(dòng)強(qiáng)，但是能量損失多；若激發(fā)電磁波弱，那么能量損失少，但是電子振動(dòng)弱，可寫(xiě)成表1中IF-THEN-BUT形式：

表1　技術(shù)矛盾描述方法

這樣，電子振動(dòng)和能量損失之間構(gòu)成一對(duì)技術(shù)矛盾，而激發(fā)電磁波既要強(qiáng)，以便于獲得強(qiáng)電子振動(dòng)，又要弱，以便能量損失少，則是物理矛盾．那么要怎樣解決呢？TRIZ理論以矛盾矩陣或分離原理為工具，應(yīng)用發(fā)明原理進(jìn)行解決矛盾．在電磁學(xué)中，采用這種解決問(wèn)題的思路框架，需要重新定義其中的技術(shù)參數(shù)以及發(fā)明原理．對(duì)于以上問(wèn)題，電磁學(xué)中采用的普遍方法是聚焦，使金屬中電子振動(dòng)加強(qiáng)，其本質(zhì)是通過(guò)調(diào)控相位差，實(shí)現(xiàn)干涉相長(zhǎng)，使得光強(qiáng)的面密度增大．所以，聚焦便可以作為一種發(fā)明原理．

通過(guò)以上分析，可以看出TRIZ中的經(jīng)典內(nèi)容能夠巧妙地對(duì)應(yīng)到專業(yè)知識(shí)中，其他學(xué)科同樣可以與TRIZ理論結(jié)合．當(dāng)然，這些結(jié)合是在不斷思索、不斷完善中完成的．

4課程需要的條件

TRIZ專業(yè)選修課是一門(mén)將創(chuàng)新方法學(xué)與專業(yè)課結(jié)合的課程．由于其內(nèi)容和形式上的特殊性，對(duì)課程的需求也比較獨(dú)特，對(duì)現(xiàn)行以知識(shí)本位、教師中心和傳授灌輸為主要特征的課堂、教學(xué)組織形式提出了挑戰(zhàn)，它要求課堂上與學(xué)生充分溝通、交流，利于形成探討、交互式課堂，鼓勵(lì)學(xué)生思考和表達(dá)．

本課程屬于探究性課程，為使學(xué)生能深刻理解和掌握這種知識(shí)的融合，應(yīng)將學(xué)生分成若干小組，每個(gè)小組均需要教師做指導(dǎo)，因此需要較多的指導(dǎo)教師．此外，研討課程教學(xué)，豐富和完善課程體系也需要較多的TRIZ專家．因此，大量的TRIZ專家是成功建設(shè)和出色完成這門(mén)課程的前提，培訓(xùn)教師是關(guān)鍵．

除了強(qiáng)大的教師專家團(tuán)隊(duì)，教室的安排也是課程需要的條件之一．TRIZ專業(yè)選修課采取教師引導(dǎo)，學(xué)生討論的形式．不同于傳統(tǒng)的講授形式，所以對(duì)教室的要求比較獨(dú)特．教室不易太大，采用小班上課，配有多媒體和圓桌子，同學(xué)們分坐在圓桌子旁，每一桌子為一個(gè)小組，方便同學(xué)的探討研究．

5小結(jié)

本文討論了開(kāi)設(shè)TRIZ專業(yè)選修課的目的、TRIZ選修課課程的安排以及課程需要的條件．TRIZ理論是一套完整的理論體系，其功效已經(jīng)在工程技術(shù)領(lǐng)域得到了完美的彰顯．但是，TRIZ理論與物理、化學(xué)、生物等專業(yè)知識(shí)結(jié)合方面的研究相對(duì)較少．通過(guò)TRIZ專業(yè)選修課，經(jīng)典TRIZ語(yǔ)言與專業(yè)知識(shí)的結(jié)合，在相應(yīng)領(lǐng)域構(gòu)建完善的TRIZ體系，潛移默化地將TRIZ理論滲透到專業(yè)知識(shí)中，不僅有利于學(xué)生加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握和理解，而且有利于突破思維慣性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力．

參 考 文 獻(xiàn)

1檀潤(rùn)華，TRIZ及應(yīng)用：技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程與方法．北京：高等教育出版社，2010.12

2趙敏，史曉凌，段海波.TRIZ入門(mén)及實(shí)踐．北京：科學(xué)出版社，2009

3江帆.TRIZ創(chuàng)新應(yīng)用與創(chuàng)新工程教育研究．北京：北京理工大學(xué)出版社，2013.5

4R.Friedman,ProblemSolvingforEngineersandScientists:ACreativeApproach.NewYork,VanNostrandReinhold, 1991

5G.Karen,TRIZforEngineers:EnablingInventiveProblemSolving.London,Wiley, 2011

6S.Butdee,F.Vignat, “TRIZmethodforlightweightbusbodystructuredesign”,JournalofAchievementsinMaterialsandManufacturingEngineering, 2008,vol. 31,pp. 456～462

7S.M.Petrovi,J.V.L.Sajic,T.V.Knezevic,etal., “TRIZmethodapplicationforimprovingthespecialvehiclesmaintenance”,ThermalScience, 2014,vol. 18,pp.S13～S20

8H.D.YangandR.A.Freedman,UniversityPhysicswithmodernphysics,AddisonWesleyPublishingCompany, 2003

9G.G.Zheng,L.X.Shi,H.L.Wang,X.Y.Li, “Beamfocusingthroughataperedsubwavelengthaperturesurroundedbydielectricsurfacegratings”,OpticsCommunications, 2009,vol. 282,pp. 4146～4151

收稿日期：(2015-08-26)

作者簡(jiǎn)介：張中月(1975-)，男，教授，研究方向?yàn)楸砻嫖⒓{光學(xué)與光子學(xué)、表面等離激元學(xué)、發(fā)明問(wèn)題解決理論(TRIZ)在科研和教學(xué)中的應(yīng)用.