基于TRIZ理論的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革思路

李兵 王雷濤

【摘 要】本研究基于TRIZ理論開展機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革，探索將TRIZ理論的創(chuàng)新方法融入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教育教學(xué)工作當(dāng)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法，幫助我們解決在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的問題。

【關(guān)鍵詞】TRIZ理論；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；課程改革

一、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)的意義

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是當(dāng)代高等職業(yè)教育中非常重要的任務(wù)之一，而學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不僅僅是上上創(chuàng)新課程，更重要的是應(yīng)該在各個(gè)課程的教學(xué)過程中，潛移默化的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。機(jī)械設(shè)計(jì)能力是工程技術(shù)人員從事工程技術(shù)工作的最主要、也最為基礎(chǔ)的能力之一。所以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程對(duì)于工科類學(xué)生來說是一門的非常重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，然而傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中，老師更加側(cè)重對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的單純講解，而忽視學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)；學(xué)生往往也只希望通過考試，會(huì)忽視課程的重大意義，并沒有真正的想進(jìn)行創(chuàng)新思考[1]。那如何才能在課程的教學(xué)過程中激發(fā)創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力呢？

TRIZ理論是由前蘇聯(lián)的發(fā)明家阿奇舒勒于1946年提出，并由其帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)逐步完善而提出的一整套創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法[2]，TRIZ是“發(fā)明問題解決理論”的俄語縮寫。TRIZ理論的核心是技術(shù)進(jìn)化原理，按照這一原理，技術(shù)系統(tǒng)一直處于進(jìn)化之中，解決矛盾是其進(jìn)化的推動(dòng)力。按照解決系統(tǒng)問題的邏輯，TRIZ理論的方法論主要涵蓋如下內(nèi)容[3]：分析問題階段：可以選擇采用因果分析、系統(tǒng)功能分析、資源分析、S曲線分析及多屏幕分析等方法。定義問題階段：可以按照分析過程中的情況選擇采用理想化/最終理想解、技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場(chǎng)模型、功能化模型等方法。解決問題階段：可以按照定義問題過程中的情況選擇采用40個(gè)創(chuàng)新原理、4大分離原理、76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解、科學(xué)效應(yīng)庫、發(fā)明問題解決算法、技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化趨勢(shì)及系統(tǒng)裁剪設(shè)計(jì)等。TRIZ理論提出的這一整套創(chuàng)新方法，被認(rèn)為是世界上最好的能夠幫助人們進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法體系，目前在世界上獲得了廣泛應(yīng)用與推廣。本研究主要討論如何將TRIZ理論融入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中去，更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

1.1將TRIZ理論的方法論嵌入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的載體中

機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展歷史是創(chuàng)新發(fā)展歷史的一部分，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程講述過程中，講述到的零件、構(gòu)件、部件、機(jī)構(gòu)以及機(jī)器的進(jìn)化實(shí)際上也都反映了創(chuàng)新的發(fā)展歷程，在研究各類型零件或機(jī)構(gòu)衍化進(jìn)步歷程的過程中，我們可以總結(jié)該零件或機(jī)構(gòu)創(chuàng)新發(fā)展的一般規(guī)律，這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)也更加有利于推動(dòng)其進(jìn)一步的創(chuàng)新發(fā)展。本研究將機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)載體進(jìn)行整理與整合，將TRIZ理論的基本原理和方法嵌入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的課程體系中。

1.2將TRIZ理論嵌入機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系的思路

講述零件、構(gòu)件、機(jī)構(gòu)和機(jī)器等概念時(shí)，可以引入TRIZ理論的基本術(shù)語，資源的概念，資源包括物質(zhì)資源、能量資源、信息資源、時(shí)間資源、空間資源、功能資源；也可以講到子系統(tǒng)，系統(tǒng)以及超系統(tǒng)的概念；可以講到資源的分析方法，九屏幕法，也可以講到技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化八大法則當(dāng)中的多個(gè)法則等。

講述運(yùn)動(dòng)副一節(jié)中的平面運(yùn)動(dòng)副概念，可以講到技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化八大法則當(dāng)中的；法則3動(dòng)態(tài)性進(jìn)化等；講述空間運(yùn)動(dòng)副螺旋副，也可以引入物理矛盾和技術(shù)矛盾等。

講述自由度時(shí)，可以介紹技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則。講到局部自由度、虛約束以及復(fù)合鉸鏈時(shí)，可以講述40個(gè)發(fā)明原理中的局部變形原理、組合原理等，引出40個(gè)發(fā)明原理。

講述平面連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，可以通過講述四桿機(jī)構(gòu)時(shí)可以進(jìn)一步講到40個(gè)發(fā)明原理；講述到平面連桿機(jī)構(gòu)向滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化時(shí)可以講述STC算子法和最終理想解等創(chuàng)新思維方法等。

講述凸輪機(jī)構(gòu)按從動(dòng)件形狀分類時(shí)，可引入物理矛盾與分離原理。講述凸輪保持接觸方式分類時(shí)可以講述介紹到物場(chǎng)模型以及76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解。

講到齒輪齒廓的衍變與進(jìn)化是可以介紹物理矛盾；講述齒輪傳動(dòng)分類：直齒輪傳動(dòng)，斜齒輪傳動(dòng)、人字齒輪傳動(dòng)時(shí)，可以講到技術(shù)矛盾；講到輪系時(shí)，可以引入TRIZ理論的發(fā)明問題解決算法。

講到減速器，可以講述系統(tǒng)功能分析以及技術(shù)系統(tǒng)裁剪法。講述軸承類型時(shí)可以講述到功能模型和科學(xué)效應(yīng)庫等。

1.3實(shí)例

講述鏈傳動(dòng)的原理時(shí)，我們一般選擇自行車鏈條為載體。引入TRIZ理論，可以為大家介紹物理矛盾和空間分離原理。對(duì)于自行車的鏈條，我們需要它能夠滿足如下最基本的功能，不打滑有相對(duì)固定的傳動(dòng)比，以便于鏈條在兩鏈輪之間環(huán)繞進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞。在兩鏈輪之間轉(zhuǎn)動(dòng)需要鏈條是柔性的，不希望出現(xiàn)打滑，這又要求它具有一定的剛性。如何解決這個(gè)物理矛盾呢？現(xiàn)實(shí)中采用了系統(tǒng)分離原理，鏈條宏觀層面上是柔性的，而微觀層面上是剛性的，通過在不同層面上的分離，可以使得鏈條達(dá)到相應(yīng)的要求。

二、改進(jìn)教學(xué)模式

經(jīng)過剛才的討論，我們可以發(fā)現(xiàn)將先進(jìn)的創(chuàng)新工作TRIZ法融入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系中是符合創(chuàng)新發(fā)展規(guī)律的，方案也是可行的?？墒悄壳埃芟抻跈C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程整體學(xué)時(shí)不足的問題，TRIZ理論融入到機(jī)械課程中會(huì)使得學(xué)時(shí)更加緊張，所以為了達(dá)到比較理想的效果，我們需要積極改善教學(xué)模式。

2.1激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性

興趣是學(xué)生最好的老師，我們?cè)陂_展整個(gè)教學(xué)的過程中，首要任務(wù)就是激發(fā)學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。具體來看，我們可以從如下的兩個(gè)方面入手，第一：巧妙的設(shè)計(jì)教學(xué)載體。在選擇具體案例時(shí)，我們要注意案例一定是與學(xué)生能力是匹配的，學(xué)生容易理解且能夠活學(xué)活用的，再逐步累積知識(shí)，學(xué)生的創(chuàng)新能力提高時(shí)，學(xué)生會(huì)獲得更多的自信心。第二：營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍，更容易使學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的快樂，這就要求老師們靈活機(jī)動(dòng)的采用相應(yīng)的教學(xué)方法以及課堂組織形式。

2.2充分的利用各種資源

因?yàn)檎n程的學(xué)時(shí)相對(duì)比較緊張，所以要我們要充分的利用課前、課中、課后多個(gè)教學(xué)階段進(jìn)行知識(shí)傳播，具體采用的形式也是多樣的，可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，也可以通過分組布置任務(wù)等等具體進(jìn)行。

2.3積極參加各類競(jìng)賽與拓展活動(dòng)

老師們可以積極帶領(lǐng)學(xué)生們參加對(duì)學(xué)生成長(zhǎng)有意的各級(jí)創(chuàng)新大賽，通過對(duì)大賽中具體載體的一系列討論，優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作提高學(xué)生和教師的工程素養(yǎng)，提高創(chuàng)新意識(shí)。

三、結(jié)論

通過分析與討論，我們可以發(fā)現(xiàn)：在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，融入TRIZ方法理論，一方面可以使學(xué)生能夠更深刻的學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的相關(guān)內(nèi)容，完成機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的相關(guān)目標(biāo)與任務(wù)。另外一方面也可以比較深刻了解與掌握TRIZ理論的基本方法。另外通過嵌入了TRIZ理論機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程逐漸的學(xué)習(xí)，潛移默化的將創(chuàng)新思維的理念與創(chuàng)新的方式與方法深深的植入到學(xué)生的思維當(dāng)中，為后續(xù)課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)以及相關(guān)的創(chuàng)新工作打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]江帆.TRIZ工程創(chuàng)新教育理論初探[J].井岡山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，32（2）：123-126.

[2]尤洪嶺，王莉靜，趙堅(jiān).TRIZ在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)中的應(yīng)用分析[J].中國電力教育，2012（26）：67-68.

[3]檀潤(rùn)華.發(fā)明問題解決理論[M].北京：科學(xué)出版社，2004.