以TRIZ 理論為導(dǎo)向的“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程改革探究*

郜海超

（河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450042）

0 前言

2015 年5 月，國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《中國(guó)制造2025》，指出實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)， 這是從國(guó)家層面第一次對(duì)機(jī)械行業(yè)尤其是對(duì)機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量， 提出了明確的要求[1]。2019 年1 月，《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》（職教20 條） 進(jìn)一步明確了當(dāng)前職業(yè)教育要注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力[2]。 因此，改革機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程傳統(tǒng)教學(xué)模式，注重創(chuàng)新創(chuàng)造能力和工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，是當(dāng)前創(chuàng)新教育改革的方向。 TRIZ理論是培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力的重要工具[3]，如何把TRIZ 理論引入“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中，是本文探討的課題。

1 “三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程簡(jiǎn)介

課程體系的改革是培養(yǎng)模式改革的載體[4-5]，“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程，軟件的操作和機(jī)械零部件、裝配件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是課程教學(xué)的主要內(nèi)容。 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是通過(guò)花大量時(shí)間訓(xùn)練教材給出的圖例和練習(xí)冊(cè)達(dá)到熟悉軟件命令的目的， 這種教學(xué)模式使學(xué)生掌握了軟件的大部分功能， 但忽視了三維軟件的巨大創(chuàng)新功能，當(dāng)學(xué)生遇到想做的沒(méi)有尺寸的零部件時(shí)，不知如何下手。 針對(duì)這種情況，筆者認(rèn)為在課時(shí)恒定的情況下，應(yīng)把創(chuàng)新理念培養(yǎng)，針對(duì)性零件建模作為課程教學(xué)的重點(diǎn)。 培養(yǎng)了三維建模的造型基礎(chǔ)和利用三維建模表達(dá)創(chuàng)新理念的能力， 為學(xué)生后繼課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等課程奠定基礎(chǔ)。

2 以TRIZ 理論為導(dǎo)向的“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程體系

“三維機(jī)械設(shè)計(jì)” 課程是實(shí)踐性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)操作課程，學(xué)時(shí)一般為64 學(xué)時(shí)，合理分配教學(xué)學(xué)時(shí)，以TRIZ 理論為導(dǎo)向，構(gòu)建“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程體系。

2.1 優(yōu)化課程內(nèi)容，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力， 教學(xué)內(nèi)容上要優(yōu)化組合，軟件的入門學(xué)時(shí)應(yīng)控制在16 學(xué)時(shí)以內(nèi)，通過(guò)入門學(xué)時(shí)，學(xué)生借助實(shí)例掌握了如何拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、零部件的裝配。 剩下的學(xué)時(shí)，把TRIZ 理論引入課程教學(xué)中，結(jié)合實(shí)物展示給學(xué)生，讓學(xué)生借助TRIZ 理論的40 個(gè)創(chuàng)新原理、39 個(gè)通用參數(shù)對(duì)實(shí)物進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)[6]，鍛煉了思維創(chuàng)新能力，在創(chuàng)新時(shí)利用新軟件命令也得到了很好的應(yīng)用；課程教學(xué)中應(yīng)深挖學(xué)生的創(chuàng)新能力，與技能大賽接軌，和“三維機(jī)械設(shè)計(jì)” 相關(guān)的大賽由全國(guó)職業(yè)院校技能大賽、“發(fā)明杯”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，學(xué)生在課程教學(xué)中不但鍛煉了思維能力， 作品還能夠參賽，有效拓寬了課程的外延。

2.2 加強(qiáng)師資隊(duì)伍，深化教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)

教學(xué)方法和教學(xué)手段的改進(jìn)， 可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，若師資隊(duì)伍創(chuàng)新素質(zhì)欠缺，這些理論就無(wú)法得到實(shí)施，因此應(yīng)加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，深化教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)。教學(xué)信息化是提高教師教學(xué)能力的手段， 教師通過(guò)信息化可以方便展示創(chuàng)新成果、資源共享等，因此教師必須信息化能力達(dá)標(biāo)。 《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》（職教20 條）明確提出，新任教師任教必須具有企業(yè)一線實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 企業(yè)一線實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是課程創(chuàng)新的源泉， 沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的創(chuàng)新很難與實(shí)際接軌，作為教授“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”的教師應(yīng)把三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)的成分糅合在教學(xué)中，讓學(xué)生帶著實(shí)踐創(chuàng)新學(xué)習(xí)軟件。

2.3 加強(qiáng)考核評(píng)價(jià)體系建設(shè)

“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的軟件操作，實(shí)踐性較強(qiáng)，無(wú)論使用了哪一種三維軟件，都需要使學(xué)生掌握拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、曲面建模、裝配等，由于時(shí)間有限，因此需要建立完善的考核評(píng)價(jià)體系，保證這些命令的掌握。 隨著信息化教學(xué)資源的采用，教師可以通過(guò)愛課程、好大學(xué)在線等課程平臺(tái)，把考核的信息發(fā)布到課程平臺(tái)上，學(xué)生上傳考核結(jié)果，教師對(duì)學(xué)生每一階段的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)價(jià)、優(yōu)化教學(xué)策略等。

2.4 確定創(chuàng)新設(shè)計(jì)重心地位

創(chuàng)新設(shè)計(jì)也是“三維機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的第二階段，同時(shí)教學(xué)的重心所在。 在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)該扮演什么角色，教師如何把創(chuàng)新的理念教給學(xué)生，學(xué)生需要事先具備什么知識(shí)儲(chǔ)備，等等，這些都要認(rèn)真探討。

通過(guò)對(duì)高職學(xué)生的學(xué)情分析，高職生缺乏創(chuàng)新思維。如：想出了創(chuàng)新想法，網(wǎng)上一查，這個(gè)想法很多年前就有了，因此放棄了創(chuàng)新方向；學(xué)生天馬行空，想法不結(jié)合現(xiàn)實(shí)，甚至想出神話色彩，因此遭到否定；同學(xué)關(guān)心國(guó)家大政方針，把機(jī)械結(jié)構(gòu)與軍事武器，智能家居、5G 技術(shù)、人工智能結(jié)合起來(lái)，這些想法很不錯(cuò)，但操作性不強(qiáng)，無(wú)法把這些理念應(yīng)用到三維機(jī)械設(shè)計(jì)中； 有些同學(xué)根據(jù)所見所感，對(duì)生活學(xué)習(xí)中的手機(jī)、茶杯、課桌、勺子、垃圾桶、面條機(jī)等結(jié)合起來(lái)，這種可操作很高，也比較方便創(chuàng)新。 作為教師，教師應(yīng)該以實(shí)物產(chǎn)品引入課堂，比如老師拿了一個(gè)水杯，同學(xué)們首先完成水杯的臨摹，然后教師提出問(wèn)題，根據(jù)不同年齡階段對(duì)水杯的不同需要， 分組設(shè)計(jì)不同年齡階段的水杯，在同一個(gè)年齡階段根據(jù)不同興趣愛好，運(yùn)動(dòng)型，古典型，潮流型等，每一個(gè)實(shí)物在一次課中可以設(shè)計(jì)幾十種不同的改良版，提高了學(xué)生的積極性，增長(zhǎng)了學(xué)生的見識(shí)，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)也把軟件的命令也掌握了。 以此引導(dǎo)學(xué)生完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，通過(guò)創(chuàng)新課程體系后，前期學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性較高，隨著課程的進(jìn)行，學(xué)生積極性開始下降。 分析原因發(fā)現(xiàn)，普遍對(duì)生活能接觸到的實(shí)物感興趣，學(xué)生因?qū)I(yè)產(chǎn)品的系統(tǒng)性了解較少， 學(xué)生只對(duì)某一零部件進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新，對(duì)零件的材料、受力狀況、密封性、空間尺寸限制等不理解，顯然無(wú)法應(yīng)用實(shí)際。 顯然，這些限制正是需要學(xué)生必須掌握的。 具體可以通過(guò)調(diào)整人才培養(yǎng)方案、以實(shí)物裝配件為載體組織教學(xué)。 調(diào)整人才培養(yǎng)方案，主要調(diào)整“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的位置，原“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”為專業(yè)基礎(chǔ)課，大部分學(xué)校把課程安排在第一學(xué)期或第二學(xué)期， 課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定學(xué)習(xí)目標(biāo)為熟練掌握零件操作命令，調(diào)整后“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程包涵熟練掌握三維軟件和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)為專業(yè)核心課， 安排在第三或第四學(xué)期，這樣，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)、二維工程圖、機(jī)械制造等專業(yè)核心課，再進(jìn)行三維機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，效果顯然會(huì)很好。

塑造創(chuàng)新理念。 如何培育學(xué)生創(chuàng)新思維，是課題組要解決的問(wèn)題。 教師在教學(xué)中起到主導(dǎo)作用，教師的創(chuàng)新思維能力直接影響學(xué)生創(chuàng)新思路的形成。 目前許多高校的創(chuàng)新課程主要授課老師為就業(yè)處老師或系部主抓就業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)，他們普遍具備就業(yè)創(chuàng)新的思路，容易把國(guó)家政策和畢業(yè)創(chuàng)業(yè)作為教學(xué)重點(diǎn)，而忽視了創(chuàng)新要與專業(yè)接軌，忽視了實(shí)體經(jīng)濟(jì)才是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的源泉。 作為高校要培育與專業(yè)接軌的創(chuàng)新型人才師資隊(duì)伍。 TRIZ 理論是一種先進(jìn)的機(jī)械創(chuàng)新理論工具，通過(guò)TRIZ 理論可以很容易與專業(yè)接軌，因此高校應(yīng)鼓勵(lì)教師進(jìn)修TRIZ 理論等容易與專業(yè)接軌的理論體系。 許多教師反應(yīng)，學(xué)習(xí)TRIZ 理論時(shí)可以根據(jù)導(dǎo)師設(shè)置的案例做得很好， 但是與專業(yè)接軌時(shí)只能形神分離。 針對(duì)這種問(wèn)題，筆者建議，機(jī)械類專業(yè)教師應(yīng)在TRIZ 理論的指導(dǎo)下，查閱學(xué)習(xí)大量專利，尤其是同類專利都要閱讀完，分析其中的規(guī)律，只有在大量閱讀的前提下，教師的機(jī)械創(chuàng)新思維才能逐漸形成。 上課時(shí)，教師把所閱讀的專利分類歸納總結(jié)，把學(xué)生容易理解的專利知識(shí)點(diǎn)糅合創(chuàng)新產(chǎn)品中，這樣學(xué)生才能較容易接受。

“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程在實(shí)施中，首先利用翻轉(zhuǎn)課堂，發(fā)揮學(xué)生的聰明，每次上課都有一位學(xué)生用5 分鐘講他的創(chuàng)新思路，教師根據(jù)學(xué)生的創(chuàng)新思路作點(diǎn)評(píng)，并深挖創(chuàng)新思路，開拓學(xué)生思維空間，然后教師引入教學(xué)任務(wù)，介紹一個(gè)組合實(shí)物件，講解用途、使用環(huán)境、材料等，然后挑出一個(gè)零件作為學(xué)生創(chuàng)新載體，零件的尺寸未知，學(xué)生可以通過(guò)三維掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向再創(chuàng)造，也可以自行確定尺寸，完成零件創(chuàng)新造型，教師巡回指導(dǎo)，輔助學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)，最后通過(guò)企業(yè)工程師點(diǎn)評(píng)、小組互評(píng)、修正優(yōu)化，最終完成教學(xué)任務(wù)。

3 以TRIZ 理論為導(dǎo)向的“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程改革成果

河南應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院緊緊圍繞“以質(zhì)量立校、以人才強(qiáng)校、以特色興校”的辦學(xué)理念，秉持“敬業(yè)愛生、言傳身教”的教風(fēng)，積極探索出了符合高職院校的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)自從2014 年招生以來(lái)，一直在深化課程改革，“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”是改革的先頭兵，全校首次把TRIZ 理論融進(jìn)專業(yè)課，并不斷獲得豐碩成果。

“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程為大賽培育了大量的三維機(jī)械創(chuàng)新型人才，全國(guó)應(yīng)用型人才綜合技能大賽、全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、 全國(guó)職業(yè)院校技能大賽—工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造賽項(xiàng)、 全國(guó)工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與五軸行賽、“發(fā)明杯”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，獲國(guó)賽一等獎(jiǎng)8 項(xiàng)，其中全國(guó)工業(yè)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)與五軸行賽獲一等獎(jiǎng)（亞軍）；省級(jí)一等獎(jiǎng)3 項(xiàng)、二等獎(jiǎng)5 項(xiàng)；2019 年教師教學(xué)能力大賽，“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”獲河南選拔賽三等獎(jiǎng)，通過(guò)大賽激發(fā)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的熱心、信心和求知的恒心，教師也收獲創(chuàng)新成果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出以TRIZ 理論為導(dǎo)向的“三維機(jī)械設(shè)計(jì)”課程改革策略，從優(yōu)化課程內(nèi)容，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)；加強(qiáng)師資隊(duì)伍，深化教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)；加強(qiáng)考核評(píng)價(jià)體系建設(shè)；確定創(chuàng)新設(shè)計(jì)重心地位等四個(gè)方面詮釋如何進(jìn)行三維軟件課程教學(xué)，通過(guò)實(shí)例可以看出，這種改革可以提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、工程實(shí)踐能力、改進(jìn)和提高現(xiàn)有產(chǎn)品的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱心、信心和求知的恒心。