基于TRIZ理論大學(xué)物理課程教學(xué)與創(chuàng)新教育融合的研究

張秀平 邱敏 曲鳳成 皮艷梅 陳佳明 胡冬慧 唐晶 陳燕

摘要：為培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才，文章提出將大學(xué)物理課程教學(xué)與創(chuàng)新教育融合的觀點(diǎn)，并簡(jiǎn)析了其必要性，探討了基于TRIZ理論指導(dǎo)下的大學(xué)物理教學(xué)與創(chuàng)新教育融合的途徑、方法和措施，以典型問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的實(shí)例分析。

關(guān)鍵詞：TRIZ理論；大學(xué)物理教學(xué)；創(chuàng)新教育；融合

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）31-0178-02

大學(xué)物理是理工專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)。教師將大學(xué)物理課程教學(xué)與創(chuàng)新教育相融合，在有限的課時(shí)要求下，以TRIZ理論為指導(dǎo)，有效整合教學(xué)資源，合理給本科生“增負(fù)”，既可以加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力，也可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升應(yīng)用型人才的創(chuàng)新能力。

一、大學(xué)物理與TRIZ理論知識(shí)結(jié)構(gòu)的有效融合

TRIZ理論的發(fā)明原理包括局部質(zhì)量原理、等勢(shì)原理、壓力原理、機(jī)械振動(dòng)原理、周期性動(dòng)作原理、曲面化原理等40個(gè)技術(shù)創(chuàng)新方法。這些技術(shù)創(chuàng)新方法的理解和應(yīng)用，涉及大學(xué)物理包括的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)。

大學(xué)物理課堂教學(xué)中，教師非常注重理論與實(shí)際的聯(lián)系，每講到一個(gè)知識(shí)，為加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，多與這些知識(shí)點(diǎn)在生活和實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行融合，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。如果將知識(shí)從解決創(chuàng)新發(fā)明的矛盾視角出發(fā)進(jìn)行有效拆分，講解物理知識(shí)的同時(shí)將創(chuàng)新實(shí)踐及理論一并整合，可在理工科的課堂教學(xué)中提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生創(chuàng)新有法可循。

對(duì)于二者的融合，并不是簡(jiǎn)單地將TRIZ理論的發(fā)明實(shí)例應(yīng)用到物理原理上，而是結(jié)合阿奇舒勒矛盾矩陣，將矩陣中的改善原因與惡化原因和物理原理整合，為學(xué)生解決矛盾提供理論依據(jù)。就如機(jī)械振動(dòng)可以通過(guò)提高振幅（或使物體共振）使振子獲得更高能量，增強(qiáng)接觸力的作用效果。但同時(shí)出現(xiàn)的矛盾是，物體在強(qiáng)力的作用下容易分解和引起運(yùn)動(dòng)物體空間長(zhǎng)度的增加。因此，在機(jī)械振動(dòng)創(chuàng)新講解方法時(shí)，在物理原理實(shí)例講解中，要提及新的矛盾的出現(xiàn)和處理，從而在課堂教學(xué)中逐步使學(xué)生的創(chuàng)新思維得以養(yǎng)成。

加強(qiáng)大學(xué)物理中場(chǎng)與物質(zhì)間相互作用的講解，利于TRIZ理論的“物—場(chǎng)”分析工具進(jìn)行理解和學(xué)習(xí)。在TRIZ創(chuàng)新理論中，場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用是難點(diǎn)，通過(guò)大學(xué)物理，明確場(chǎng)與物質(zhì)間的相互作用關(guān)系，為進(jìn)一步解決創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的問(wèn)題創(chuàng)造條件。選取如磁力攪拌、海上石油收集等實(shí)例，在大學(xué)物理課程中以“物—場(chǎng)”模型進(jìn)行講授，使物和場(chǎng)的相互作用以圖示的形式表現(xiàn)，更加明晰。同時(shí)，課程教學(xué)中也有效進(jìn)行了創(chuàng)新分析工具的使用。需要注意的是，TRIZ理論場(chǎng)包括機(jī)械場(chǎng)、聲場(chǎng)、熱場(chǎng)、電場(chǎng)等，它的概念是廣義的，與大學(xué)物理中的場(chǎng)有絕對(duì)區(qū)別。

二、用積極的TRIZ理論思維方法進(jìn)行課堂教學(xué)

引導(dǎo)學(xué)生打破思維慣性，就是要教給學(xué)生積極的思維方法。在創(chuàng)新思維方法的教學(xué)中，教師要明確什么是積極的思維方法，但方法是不可量化的，這需要長(zhǎng)時(shí)期的接觸和應(yīng)用，要變成一種習(xí)慣式的養(yǎng)成。

TRIZ理論常用的思維方法有最終理想解（IFR）、STC算子、九屏幕法、小人法和金魚(yú)法。這幾種思維方法在物理模型的建立和物理問(wèn)題的處理中顯示了優(yōu)越性。

由衡量模型和問(wèn)題的理想化水平的公式可知，理想化水平與有用功之和成正比，與無(wú)用功之和成反比。

物理問(wèn)題的研究往往忽略次要因素（無(wú)用功能），強(qiáng)化主要因素（有用功能），建立在研究理想化模型（理想化水平）的問(wèn)題上。在基礎(chǔ)物理教學(xué)中，如果對(duì)所有理想化模型的講解全部建立在理想化水平的公式上，學(xué)生自然而然養(yǎng)成最終理想解的思維模式，處理矛盾時(shí)，對(duì)目標(biāo)的視覺(jué)概念會(huì)更加明晰。如對(duì)平動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的描述，有用功是平動(dòng)物體所占的空間位置、運(yùn)動(dòng)時(shí)間和質(zhì)量；無(wú)用功是平動(dòng)物體的形狀和體積。為了使理想化水平趨近無(wú)窮大，將所有無(wú)用功去除，便得到質(zhì)點(diǎn)這一理想化模型[3]。

三、通過(guò)有效設(shè)計(jì)將課程與課外創(chuàng)新資源進(jìn)行融合

學(xué)生在創(chuàng)新過(guò)程中，往往并不是受知識(shí)的約束，而是受到思維慣性和“聽(tīng)—學(xué)—做”傳統(tǒng)學(xué)習(xí)習(xí)慣的束縛。讓學(xué)生多些創(chuàng)新點(diǎn)子，打破惰性思維模式，在課程設(shè)計(jì)便可多引入創(chuàng)新實(shí)例。

創(chuàng)新實(shí)例的引入，以短小的網(wǎng)絡(luò)資源為優(yōu)。時(shí)間短，目的在于利用學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)間“增負(fù)”的同時(shí)，不過(guò)多占用學(xué)生的自主時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì)，其一，將資源轉(zhuǎn)成二維碼，變?yōu)椤耙苿?dòng)式”數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，不占用更多空間，弱化對(duì)執(zhí)行環(huán)境的要求，亦適應(yīng)學(xué)生的手機(jī)端。其二，不必花費(fèi)教師大量時(shí)間制作資源，節(jié)省教師時(shí)間，不會(huì)給教師造成過(guò)度負(fù)擔(dān)。其三，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新、發(fā)明視頻制作效果優(yōu)良，專業(yè)性強(qiáng)，資源豐富，更易引發(fā)學(xué)生興趣。其四，為拓寬學(xué)生知識(shí)視野，深化學(xué)生對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，亦可引入網(wǎng)易公開(kāi)課和壹課程等網(wǎng)站的慕課和微課等學(xué)習(xí)資源。其五，通過(guò)資源引入，使課程立體化。

這種“自助餐式”的資源，解放了教師教學(xué)時(shí)間，既可做到因材施教，資源共享，又可更好地培養(yǎng)學(xué)生能力。

四、課程教學(xué)與創(chuàng)新型專業(yè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合

傳統(tǒng)的大學(xué)物理課程講授注重理論的推導(dǎo)和演算。如果引入外部資源，讓更多更有趣的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)入課程，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這里所講的物理實(shí)驗(yàn)，并非全為物理課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及的實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)包括更多的演示實(shí)驗(yàn)和制作、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。資源可以是自己錄制，亦可以來(lái)自網(wǎng)絡(luò)。如大學(xué)物理中的駐波演示實(shí)驗(yàn)，課堂講授時(shí)，多為引入弦駐波的演示動(dòng)畫(huà)，雖然直觀展現(xiàn)了駐波的產(chǎn)生條件和特點(diǎn)，但是如果引入隨音樂(lè)控制的火焰駐波演示實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生感受物理世界的美。當(dāng)再由一維的火焰駐波到二維的火焰駐波實(shí)驗(yàn)，不斷讓學(xué)生在創(chuàng)新思維上產(chǎn)生共鳴和碰撞。同時(shí)，結(jié)合“網(wǎng)紅”模型，在課程教學(xué)中引入磁流體制作實(shí)驗(yàn)和非牛頓流體制作等小實(shí)驗(yàn)。通過(guò)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，在引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，助推學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解，有效打破學(xué)生固有的學(xué)習(xí)思維模式，提升應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

綜上所述，以系統(tǒng)的創(chuàng)新理論——TRIZ理論指導(dǎo)大學(xué)物理課程教學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的同時(shí)，潛移默化地提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。但這對(duì)任課教師亦提出一個(gè)新的要求，將課堂教學(xué)與創(chuàng)新理論有效融合，不僅要有過(guò)硬的專業(yè)能力、更廣的知識(shí)面和現(xiàn)代化教學(xué)手段的運(yùn)用能力，還要對(duì)TRIZ理論有深入的研究和探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹福全.創(chuàng)新思維與方法概論[M].黑龍江教育出版社，2009.

[2]張瑞.《微電子工藝》混合式立體化教學(xué)研究與實(shí)踐[D].湖南大學(xué)，2010.

[3]張秀平，成國(guó)立，劉平，等.TRIZ理論指導(dǎo)下物理教學(xué)開(kāi)展“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”教育問(wèn)題探析[J].黑河學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，（12）.

[4]曲鳳成，曹福全.S-TRIZ結(jié)構(gòu)功能分析中功能表述的優(yōu)化[J].黑河學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，（2）.