創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與TRIZ理論應(yīng)用

鄧援超　劉小鵬

摘要：基于本科學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的障礙，討論了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種途徑。TRIZ使創(chuàng)新技法集成為理論體系，本文在TRIZ理論教學(xué)中試用了案例教學(xué)法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；TRIZ理論；案例教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）04-0147-03

一、引言

發(fā)明與創(chuàng)造是人類文明進(jìn)步的原動(dòng)力。在人類發(fā)展史上，創(chuàng)造性活動(dòng)一直促進(jìn)著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。設(shè)計(jì)本身就是創(chuàng)新，培養(yǎng)機(jī)械創(chuàng)新素質(zhì)就必須從事創(chuàng)造實(shí)踐，結(jié)合科研來服務(wù)企業(yè)。這樣才有可能從實(shí)踐中提煉出更多的創(chuàng)新方法。由此，就提出了如何培養(yǎng)創(chuàng)新能力的問題。

目前TRIZ（發(fā)明問題求解原理）理論被認(rèn)為是可以幫助人們挖掘和開發(fā)自己創(chuàng)造潛能、最全面系統(tǒng)地論述發(fā)明創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的新理論，是“超級(jí)發(fā)明術(shù)”。事實(shí)上，阿奇舒勒所創(chuàng)建的TRIZ是發(fā)明與創(chuàng)新方法的理論，是20世紀(jì)的偉大發(fā)明之一。一般來說，TRIZ理論主要應(yīng)用于概念設(shè)計(jì)。

二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

（一）培養(yǎng)創(chuàng)新能力的必要性

創(chuàng)新能力產(chǎn)生于我們的思維?？茖W(xué)的真諦在創(chuàng)造，創(chuàng)造的奧妙在思維，思維的本征體現(xiàn)于想象。創(chuàng)新能力與想象力是孿生兄弟。所以，想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。

要?jiǎng)?chuàng)業(yè)就得有創(chuàng)新能力，創(chuàng)業(yè)型人才一定是創(chuàng)新型人才，創(chuàng)新型人才一定具有很強(qiáng)的思維創(chuàng)造能力。因此創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力是一個(gè)創(chuàng)新型人才必備的特點(diǎn)，所以培養(yǎng)創(chuàng)新能力是很有必要的。

（二）本科學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的障礙

1.側(cè)重傳道授業(yè)，忽視能力培養(yǎng)。目前的教學(xué)內(nèi)容主要是傳授知識(shí)，教學(xué)方法主要是課堂講授，學(xué)生學(xué)得比較被動(dòng)，學(xué)習(xí)積極性受到影響。若主講教師的思路不開闊，創(chuàng)造性欠缺，就可能影響學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，影響學(xué)生思維，使他們?nèi)狈ψ兺?，缺乏質(zhì)疑。而高校評(píng)價(jià)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)主要是學(xué)業(yè)成績(jī)，這也會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生片面追求成績(jī)，忽視科研能力的培養(yǎng)，造成實(shí)踐活動(dòng)能力薄弱的后果。

2.專業(yè)范圍狹窄，不利于創(chuàng)新。大學(xué)專業(yè)的設(shè)置對(duì)培養(yǎng)高等專業(yè)性人才發(fā)揮了一定的作用。但專業(yè)的束縛與學(xué)生的壓力依然存在。專業(yè)范圍狹窄，專業(yè)的束縛對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新也會(huì)產(chǎn)生諸多不利的影響。雖然近幾年許多高校增加了選修課和輔修課，但由于專業(yè)課任務(wù)繁重，學(xué)生還是在本專業(yè)的狹窄范圍內(nèi)活動(dòng)，忽視了人文和社會(huì)科學(xué)知識(shí)以及相鄰學(xué)科的學(xué)習(xí)，這樣就限制了學(xué)生的視野，影響了他們創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.重視認(rèn)知發(fā)展，忽視情感教育。重視學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、想象力和思維能力，為學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展打下基礎(chǔ)。但忽視學(xué)生的情感培養(yǎng)是不正確的，忽視最豐富、最有活力的情感因素，會(huì)將教育過程變成枯燥的發(fā)展智力過程，這種過程對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才極為不利。

4.心理失衡，阻礙成才。創(chuàng)新人才應(yīng)該是有理想、有抱負(fù)、有決心，勇于前進(jìn)，并能有效地進(jìn)行自我激勵(lì)的人。但有些學(xué)生會(huì)因所在高校不是自己的志愿學(xué)校而產(chǎn)生心理上的不平衡，在學(xué)習(xí)上缺乏動(dòng)力，沒有明確目標(biāo)，專業(yè)思想不牢固，成才意識(shí)差，缺乏創(chuàng)造精神，這是成才的絆腳石。

綜上所述，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才是教育的深刻變革，是一項(xiàng)關(guān)系到頂層設(shè)計(jì)的系統(tǒng)工程，需要在人成長(zhǎng)的各個(gè)階段始終貫徹素質(zhì)教育，著眼于培養(yǎng)創(chuàng)新素質(zhì)。

三、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑

關(guān)于本科學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，存在有很多觀點(diǎn)及論述。諸如：轉(zhuǎn)變教育觀念、構(gòu)建合理的課程體系、改革教育方式、營(yíng)造創(chuàng)新教育環(huán)境、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃與短期安排相結(jié)合、充分尊重學(xué)生的首創(chuàng)精神、及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、加大投入和改革考試方法等，這說明培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑有很多種。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，將其具體化作為一種探索。具體方案是組織學(xué)生參加機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽萌發(fā)和激勵(lì)創(chuàng)新能力，開設(shè)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》選修課來引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（一）機(jī)械設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新競(jìng)賽萌發(fā)和激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新能力

報(bào)名參加這一競(jìng)賽的學(xué)生，在自己作品的研制過程中，會(huì)學(xué)到課堂上和書本里學(xué)不到的知識(shí)，從而啟迪思維，增長(zhǎng)見識(shí)。

案例1：購(gòu)買材料時(shí)，市場(chǎng)產(chǎn)品種類和規(guī)格很多，且大多與課程內(nèi)容相關(guān)，有些產(chǎn)品連教師也很陌生，但卻能使人產(chǎn)生聯(lián)想，對(duì)改進(jìn)方案有幫助。于是在這個(gè)過程中，師生的創(chuàng)新能力都能得到了萌發(fā)和激勵(lì)。

案例2：外協(xié)加工時(shí)，協(xié)作方會(huì)根據(jù)自己的設(shè)備工裝條件和制造成本擬定出加工工藝方案，而師生必須考慮制作成本在市場(chǎng)上多跑幾家協(xié)作方并擬定出自己最合適的工藝方案。所以有學(xué)生說，在加工和裝配過程中，他們重溫了零件的加工工藝、配合性質(zhì)和裝配，學(xué)會(huì)了依照具體情況擬定最佳工藝路線，對(duì)重溫的知識(shí)內(nèi)容和學(xué)到的方法體會(huì)很深。很多學(xué)生說，在論證方案和設(shè)計(jì)階段，必須認(rèn)真去做，重視每個(gè)細(xì)節(jié)，因?yàn)楸仨氁龀勺髌?，這可不是課程設(shè)計(jì)哦！

所以，開展這一競(jìng)賽，制作機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新作品是一種綜合素質(zhì)培養(yǎng)和綜合知識(shí)學(xué)習(xí)的好方法，參加這一競(jìng)賽能夠萌發(fā)和激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（二）開設(shè)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》選修課，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》是針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新作品的開發(fā)和選題而開設(shè)的，它闡明了普通人也能搞發(fā)明創(chuàng)造。學(xué)校于2007年初開設(shè)這門課程及其實(shí)驗(yàn)，它的內(nèi)容分為基礎(chǔ)知識(shí)篇、理論與方法篇和實(shí)例篇?；A(chǔ)知識(shí)篇涵蓋《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》的思維基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)，這是創(chuàng)新者必備的基本業(yè)務(wù)素質(zhì)；理論與方法篇包括機(jī)構(gòu)組合原理、機(jī)構(gòu)演化和變異、機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、仿生原理、逆向工程、系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新和TRIZ理論體系；實(shí)例篇以工程中的創(chuàng)新實(shí)例來說明創(chuàng)新方法的應(yīng)用。

課程的理論講授階段要求學(xué)生完成2個(gè)作業(yè)（即專業(yè)論文），論文中要求有創(chuàng)新作品的案例和自己的理解。實(shí)驗(yàn)綜合階段則是進(jìn)入學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室觀摩以往的創(chuàng)新作品，然后完成一項(xiàng)創(chuàng)新作品的綜合設(shè)計(jì)。endprint

實(shí)踐證明，開設(shè)這門課程能夠提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，開拓思路，為參加機(jī)械設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新競(jìng)賽奠定理論基礎(chǔ)。

四、TRIZ理論體系的主要內(nèi)容

工業(yè)化社會(huì)以來，產(chǎn)生了無數(shù)的發(fā)明創(chuàng)造，設(shè)計(jì)制造了種類繁多的機(jī)電裝備。如門捷列夫找到化學(xué)元素間聯(lián)系與區(qū)別的通用規(guī)律，大膽猜想而創(chuàng)造了化學(xué)元素周期表那樣，這些發(fā)明創(chuàng)造能否具有可以遵循的通用規(guī)律。這個(gè)問題的解決，其本身就是一個(gè)重大的創(chuàng)新。G.S.Ahshuller做到了，他發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)新、解決技術(shù)難題時(shí)，是有特定的科學(xué)方法和規(guī)律的。如果掌握了這些規(guī)律，就能主動(dòng)地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)并能預(yù)測(cè)產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢(shì)。由此，G.S.Ahshuller畢其一生精力，創(chuàng)立了現(xiàn)代創(chuàng)新理論，即TRIZ理論。

（一）TRIZ的理論前提

TRIZ理論是用來進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的。TRIZ的理論前提是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理和沖突解決原理。技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化原理表達(dá)為：產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)如同生物系統(tǒng)，是持續(xù)進(jìn)化的，且進(jìn)化有規(guī)律可循。沖突解決原理表述為：解決沖突是產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的推動(dòng)力。進(jìn)化速度隨技術(shù)系統(tǒng)一般沖突的解決而降低，欲使其產(chǎn)生突變，只能是解決阻礙其進(jìn)化的深層次沖突。

TRIZ理論的實(shí)用性在于生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的工程沖突常常重復(fù)出現(xiàn)，且徹底解決工程沖突的發(fā)明原理易于掌握。實(shí)踐表明：工程人員所遇到的90%的問題都在以往的其他場(chǎng)合解決過，若能利用以往的解決辦法，則對(duì)研發(fā)更加有效。但問題的焦點(diǎn)在于抽取和歸納沖突和與其對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理。G.S.Ahshuller證明了發(fā)明可系統(tǒng)化地導(dǎo)出，而不必源自嘗試錯(cuò)誤。

（二）TRIZ的理論體系

創(chuàng)新技法為數(shù)眾多，如：頭腦風(fēng)暴法、形態(tài)分析法、特性列舉法、缺點(diǎn)列舉法、希望點(diǎn)列舉法、聯(lián)想類比法、反向求索法、組合創(chuàng)新法、廢缺顛倒法、5W1H法、檢核表法、和田12法、魔球法以及特爾斐設(shè)想法等。作為一種開放的思維形式，今后還會(huì)有更多的新技法問世。但這些技法不利于學(xué)習(xí)和掌握，其實(shí)際表現(xiàn)并不令人完全滿意，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致失敗。以頭腦風(fēng)暴法為例，它實(shí)質(zhì)上是一種試錯(cuò)法，所提供的管理模式并不能確保成功，所產(chǎn)生的效果也要受到團(tuán)隊(duì)成員個(gè)性和環(huán)境的影響。因此，這些技法被稱為傳統(tǒng)的創(chuàng)新方法。

TRIZ理論體系包括術(shù)語(yǔ)、工具和算法。其術(shù)語(yǔ)有：技術(shù)系統(tǒng)、功能、矛盾、理想度、資源、效應(yīng)等。作為用于創(chuàng)新的工具，其構(gòu)成有：創(chuàng)新規(guī)律、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新思維。創(chuàng)新的算法則有九步法、ARIZ算法和自己的算法等。其中創(chuàng)新規(guī)律的內(nèi)容是技術(shù)系統(tǒng)的8大進(jìn)化法則和S曲線。創(chuàng)新方法包括物理沖突（主要采用4條分離方法來解決）、技術(shù)沖突（主要采用39個(gè)技術(shù)特性參數(shù)描述的沖突解決矩陣）、40條發(fā)明原理、物場(chǎng)模型和76條標(biāo)準(zhǔn)解法。后來還添加了根本原因分析、功能分析和知識(shí)庫(kù)。創(chuàng)新思維則含有金魚法、小人法、九屏幕法和STC算子法等。

（三）TRIZ理論的本科教學(xué)內(nèi)容

本科教學(xué)中僅學(xué)習(xí)TRIZ理論的主要內(nèi)容，即：技術(shù)進(jìn)化系統(tǒng)法則、技術(shù)沖突與物理沖突、分離方法、40條發(fā)明原理、沖突解決矩陣、物質(zhì)—場(chǎng)分析和標(biāo)準(zhǔn)解法。

五、案例教學(xué)

案例教學(xué)能活躍學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生來評(píng)論、分析和推理，提高其應(yīng)用能力。教學(xué)實(shí)踐證明，采用案例教學(xué)來講授TRIZ理論，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新觀念、活化創(chuàng)新方法很有裨益。

在傳統(tǒng)教學(xué)法中，教師是教學(xué)主導(dǎo)，學(xué)生是教學(xué)主體。因教師教學(xué)思維的暗示，學(xué)生容易產(chǎn)生被動(dòng)的慣性思維，導(dǎo)致死記硬背，思維受限而不利于創(chuàng)新。在案例教學(xué)中，教師僅概述理論要點(diǎn)，主要是提出案例，然后學(xué)生研討，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)中既是主導(dǎo)也是主體，利于發(fā)揮其潛在創(chuàng)新能力。

案例教學(xué)法的教學(xué)過程可以分為四個(gè)步驟：（1）教師講述某一知識(shí)點(diǎn)后，引入案例并介紹有關(guān)背景知識(shí)；（2）學(xué)生討論并構(gòu)建所研究問題的框架，制定案例的研討路線；（3）收集、匯總所有有關(guān)信息，進(jìn)行分析處理；（4）形成研究結(jié)果，并報(bào)告自己的研究成果及收獲。

對(duì)于某些較難的或跨學(xué)科的案例，可以課后詳細(xì)研究，鼓勵(lì)學(xué)生間的合作，留待下一次課上報(bào)告結(jié)果。

1.課堂案例One：技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則2——能量傳遞法則。

其理論知識(shí)點(diǎn)為：技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的必要條件。必要條件：（1）能量必須能夠從能量源流向技術(shù)系統(tǒng)的所有元件；（2）技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)該沿著使能量流動(dòng)路徑縮短的方向進(jìn)化，以減少能量損失；（3）如果某個(gè)元件接收不到能量，就不能發(fā)揮作用，這會(huì)影響到技術(shù)系統(tǒng)的整體功能。

教師舉出實(shí)例：無傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)。

背景知識(shí)：這些機(jī)械系統(tǒng)由原動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如電風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)以及有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械，大多沒有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這將使能量傳遞路徑縮短，能量損失減少，同時(shí)提高了效率（如圖1所示）。

開展討論，學(xué)生自己構(gòu)建出研究問題的框架：技術(shù)系統(tǒng)必須有能量傳遞；自己悟出依照技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的必要條件擬定研討路線；課堂氣氛活躍，在討論中收集、匯總有關(guān)信息，自行分析處理；形成各人的案例結(jié)果，發(fā)言報(bào)告出來，以供深入研討。

教師要做的只是溫馨提示：技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的必要條件有3個(gè)，這是可以拓展思維的。于是封閉電梯里不能接收手機(jī)來電、蝸桿傳動(dòng)的搖頭電風(fēng)扇被鴻運(yùn)扇淘汰等案例就被學(xué)生列舉出來了。

2.課堂案例Two：技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則4——提高理想度法則。

其理論知識(shí)點(diǎn)為：提高理想度的途徑：（1）提高有益的參數(shù)；（2）降低有害的參數(shù)；（3）提高有益參數(shù)的同時(shí)降低有害參數(shù)。

提高理想度法則是所有進(jìn)化法則的方向。最理想的技術(shù)系統(tǒng)（即最終理想解IFR）就是作為物理實(shí)體，它并不存在，但卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有必要的功能。教師舉出實(shí)例：虛擬激光鍵盤。

背景知識(shí)：虛擬鍵盤采用光投照技術(shù)，幾乎能在任意平面上投影出全尺寸的電腦鍵盤。通過藍(lán)牙與智能設(shè)備連接后，就可打開文本編輯程序在桌面上鍵區(qū)內(nèi)輕松敲擊。虛擬鍵盤提高了鍵盤技術(shù)系統(tǒng)的理想度，將來一定能實(shí)現(xiàn)“作為物理實(shí)體并不存在，但卻能夠?qū)崿F(xiàn)鍵盤的所有功能”（如圖2所示）。

接下來，學(xué)生構(gòu)建出研究問題的框架：最理想的技術(shù)系統(tǒng)就是作為物理實(shí)體，它并不存在，但卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有必要的功能。自己領(lǐng)悟出依照提高理想度的途徑擬定研討路線；收集并匯總信息，自行分析。于是不需要油漆的彩色家具，不占據(jù)道路和著陸場(chǎng)的運(yùn)載工具——個(gè)人飛行背包，甚至由一生都不長(zhǎng)大的寵物狗聯(lián)想到草坪上的草不需要修剪，自己始終維持在一個(gè)高度，從而不需要制造割草機(jī)等案例就被學(xué)生列舉出來了。

六、結(jié)語(yǔ)

TRIZ理論教學(xué)要求教師具備終身學(xué)習(xí)的理念，建立起開放式可擴(kuò)充的個(gè)人知識(shí)庫(kù)。特別是要不斷開拓自己的思維，為教學(xué)提供基礎(chǔ)。這就需要教師廣泛收集有關(guān)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的資料，尤其要研讀有關(guān)TRIZ理論的著作，以充實(shí)教學(xué)。結(jié)合教師自己的科研課題，也能歸納提煉上升到理論高度，從而提高自己的創(chuàng)新素養(yǎng)，使課堂教學(xué)生動(dòng)活化，也利于高水平地完成科研課題。

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