導入TRIZ創(chuàng)新方法的模擬電子技術教學改革

伍學珍+陳光會+姚開武

【摘要】通過將TRIZ（萃智）創(chuàng)新方法導入模擬電子技術的教學，讓學生在學習電子技術的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，運用所掌握的資源解決問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

【關鍵詞】創(chuàng)新萃智理論TRIZ電子技術教學改革

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0141-03

TRIZ（萃智）是前蘇聯(lián)科學家和發(fā)明家阿奇舒勒帶領1500多名專家，經(jīng)過50多年對250萬份專利搜集、研究、整理、歸納、抽取和總結，建立起一整套體系化、實用化解決發(fā)明問題的理論體系（TRIZ），中文翻譯為“萃智”。

表1TRIZ發(fā)明問題解決理論體系

技術系統(tǒng)進化法則 理論基礎

技術系統(tǒng)/技術過程 矛盾 資源 理想化 基本概念

物場模型 功能分析 矛盾分析 資源分析 分析工具

發(fā)明問題標準解法 科學原理知識庫 技術矛盾創(chuàng)新原理 物理矛盾分離方法 求解工具

發(fā)明問題解決算法（ARIZ） 解題流程

專利的分析、提取、歸納、總結 理論來源

TRIZ理論研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術難題過程中，所遵循的科學原理和法則，曾譽為前蘇聯(lián)的“國術”和“點金術”。蘇聯(lián)解體后流入西方，世界五百強企業(yè)在研發(fā)過程中，全面導入TRIZ理論體系。而我國中興通訊公司于2003年導入，2009年全球PTC（專利合作條約），中興申請量增量排名全球第一。

一、導入TRIZ理論體系教改課程的選擇

如何將TRIZ理論體系導入到高職課程教學過程，培養(yǎng)學生從個體到整體，從微觀到宏觀，完整、系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并充分利用所掌控的資源解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，是當前探索的熱點。經(jīng)過對電類專業(yè)課程體系的分析，選擇模擬電子技術課程作為教改項目，模擬電子技術在自動化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的技術鏈中，處于輸入輸出口的環(huán)節(jié)，將非電量轉化為電信號處理，如圖1所示。對于數(shù)字信號時代，成熟模擬電子是通信和自動化系統(tǒng)必需的技術，為電類專業(yè)必修課程，將TRIZ（萃智）創(chuàng)新方法導入模擬電子技術教學改革，通過項目化教學過程，承載萃智的理論基礎、基本概念、分析工具、求解工具、解題流程。開拓和培養(yǎng)學生對技術問題的邏輯分析流程，構建系統(tǒng)學習能力的科學方法，從而將創(chuàng)新思維方式遷移到后續(xù)專業(yè)課程學習，為今后形成獨立思考、分析和解決處理工程技術打下良好的基礎。

二、TRIZ萃智創(chuàng)新方法導入教學的過程

TRIZ萃智是解決發(fā)明問題的理論體系，源于對專利的分析，是高效分析處理工程技術問題的實用方法。模擬電子技術技術性已發(fā)展完善，主要功能處理非電量轉化為電量的信號處理（信號放大、信號轉換），產(chǎn)生電路處理過程中所需的信號（正弦、非正弦），而模擬電子技術概念和理論抽象，技術問題隨機，確立模擬電子技術教學有難度，通過導入TRIZ萃智在模擬電子教學過程，尋找化解難題的方法，探索解構和重構模擬電子技術內(nèi)容的教學模式。

（一）技術系統(tǒng)進化法則導入

TRIZ理論認為:技術系統(tǒng)遵循一定的客觀規(guī)律進化，如同生物系統(tǒng)經(jīng)歷幼年期、成長期、成熟期和老年期4個階段，各階段發(fā)展速度及實現(xiàn)功能不同，形成進化S形曲線，如圖2所示。技術系統(tǒng)的進化完成4個階段后，必然會出現(xiàn)新的技術系統(tǒng)來替代它，如此循環(huán)。

圖2S曲線技術系統(tǒng)進化法則

信號的電壓和功率放大是模擬電子技術的主要電路，而創(chuàng)新是發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，并充分利用所掌控的資源，解決問題。分析問題在理論支持下，針對技術功能的實現(xiàn)和完善具體描述，對資源的性能進行系統(tǒng)分析，然后用所掌握的資源性能實現(xiàn)或完善技術系統(tǒng)的功能。模擬電子技術實現(xiàn)功能兩種方式是發(fā)明新器件和改進電路設計，發(fā)明新器件是進化的飛躍，常用為改進電路設計，表2為功率放大從基本的電壓放大電路到集成功率放大器的技術進化路線，如圖3到圖11所示。

表2功率放大器技術進化與功能參數(shù)關系

階段 性能參數(shù) 電路 存在問題 改進功能

1 能工作 圖3 效率低 降低靜態(tài)工作點

2 能正確工作 圖4-5 失去半波 提高效率

3 最大性能 圖6-8 交越失真 稍提高工作點

4 最大功率 圖9 電壓放大低 提高功率輸出

5 最佳可靠 圖10 零點漂移 加入前級差動放大

6 最低成本 圖11 電路復雜 集成化生產(chǎn)

（二）物-場模型分析工具導入

TRIZ萃智創(chuàng)新方法分析問題工具，將復雜問題轉化為幾種矛盾模型，如圖12所示，不同矛盾都有相應分析工具，物-場模型（如圖13所示）是基本的一種，萃智（TRIZ）理論指出，一個有用的技術系統(tǒng)必須遵循最小的系統(tǒng)模型，具備三個必要的元素:兩種物質(zhì)和一個場組成，物質(zhì)S1通過一定的方式作用于物質(zhì)S2，TRIZ萃智認為作用的方式稱為場F。物質(zhì)S1通過場F對物質(zhì)S2作用，共有四種作用結果：1.有用并且充分相互作用；2. 有用但不充分相互作用；3.有用但過度相互作用；4.有害的相互作用。解決方案:模型修整；轉換；物質(zhì)與場的變異；在兩個物質(zhì)之間增加物質(zhì)或（場）一種作用方式。

圖12萃智問題分類分析

功率合成器是實現(xiàn)多個功率源疊加，當兩個功率源不平衡時（如兩節(jié)使用時間不同的電池串聯(lián)給負載供電）或移動基站兩扇不同方向的天線接收同一手機的信號，為提高信號接收功率，將兩路信號疊加，典型TD-SCDMA分集接收技術。物質(zhì)S1（兩個功率疊加）通過場（電流作用）于物質(zhì)S2負載，有用但不充分，當兩個功率不平衡（不相等），其中大功率源在給負載供電同時給小功率電源充電，這樣負載獲取的功率更少，解決的方法是在兩個物質(zhì)之間者，增加一種物質(zhì)（傳輸線變壓器），通過傳輸線自耦作用，動態(tài)地比較兩個功率源大小，將差值通過假負載吸收，而兩個相當?shù)墓β试疮B加作用于負載的功率大大提高。

（三）矛盾和創(chuàng)新原理求解工具導入

TRIZ歸納出39種通用技術參數(shù)，技術系統(tǒng)通過39種中的一些參數(shù)，描述技術系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，而創(chuàng)新是對技術系統(tǒng)的參數(shù)進行改善，技術系統(tǒng)的參數(shù)具有相關性，當改善某個參數(shù)時，與之相關的參數(shù)會惡化，TRIZ理論核心是將定性描述的問題，轉化為定量的一對對技術參數(shù)的矛盾，通過查詢矛盾矩陣，對應定義的技術矛盾方格內(nèi)，列出類同技術矛盾的專利使用最多的創(chuàng)新原理編號，作為解決方案的應用類比。當一個技術系統(tǒng)的某個參數(shù)具有不可調(diào)和的需求，就出現(xiàn)了物理矛盾。比如說，要求系統(tǒng)的某個參數(shù)既要出現(xiàn)又不存在，或既要長又要短，或既要大又要小等。相對于技術矛盾，物理矛盾是一種隱藏更深入，更尖銳的矛盾，產(chǎn)品開發(fā)的后期必須加以解決。解決方法:主要為分離原理，包括空間分離，時間分離，條件分離，個體與整體分離原則等。如圖16所示電壓放大電路，電子電路需要直流電源工作環(huán)境，但處理的信號為交流信號，所以對于電壓放大電路而言，對直流電源即需要為三極管提供放大偏置，但又不希望直流淹沒小電壓的交流信號源，所以通過電容隔直流通交流實現(xiàn)條件分離。

（下轉第192頁）

（上接第142頁）

TRIZ認為不同行業(yè)在解決問題使用的原理相同，歸納出40個創(chuàng)新原理，如組合原理：將相同或相關的功能在空間或時間上組合。如圖17所示電源電路由整流、濾波和穩(wěn)壓三部分組成，節(jié)省PCB板空間，防止電源電路對信號處理電路干擾。

三、結束語

TRIZ萃智是一種迥然不同的創(chuàng)新方法，解決復雜問題有一個標準流程，如圖18所示，將待解問題轉化為標準問題模型，然后用萃智分析工具（物場模型、技術矛盾、物理矛盾、知識庫、科學效應等）尋找創(chuàng)新原理，專利查詢出解決方案模型，最后從中根據(jù)資源分析確定最終的解決方案。通過在模擬電子技術項目化教學中導入TRIZ的基本概念、分析工具、創(chuàng)新原理，從專業(yè)基礎課程開始，為學生構建發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，充分利用所掌控的資源解決問題的創(chuàng)新思維方法，學習解構問題的科學思維；掌握分析問題的科學方法；運用解決問題的科學工具。創(chuàng)新方法TRIZ萃智為解決問題提供了方向性、有序性和無可比擬的可操作性。將一個狀況模糊的原始發(fā)明問題轉化為一個簡單的問題模型，構想其理想解，直至最終實現(xiàn)創(chuàng)新。

我院從2003年開始參加大學生電子設計競賽，導入TRIZ創(chuàng)新方法在模擬電子技術教學中，提高學生學習電子的興趣，激發(fā)參賽的潛能，2007年我院獲得全國大學生電子設計競賽全國一等獎，獲獎的三位學生在汽車電子技術等行業(yè)自主創(chuàng)業(yè)。

【參考文獻】

［1］黃躍華.模擬電子技術［M］.北京：北京理工大學出版社，2009

［2］趙敏，胡鈺.創(chuàng)新的方法［M］.北京：當代中國出版社，2008

［3］根里奇·阿奇舒勒.實現(xiàn)技術創(chuàng)新的TRIZ訣竅［M］. 哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，2008

（責編丁夢）

【摘要】通過將TRIZ（萃智）創(chuàng)新方法導入模擬電子技術的教學，讓學生在學習電子技術的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，運用所掌握的資源解決問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

【關鍵詞】創(chuàng)新萃智理論TRIZ電子技術教學改革

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0141-03

TRIZ（萃智）是前蘇聯(lián)科學家和發(fā)明家阿奇舒勒帶領1500多名專家，經(jīng)過50多年對250萬份專利搜集、研究、整理、歸納、抽取和總結，建立起一整套體系化、實用化解決發(fā)明問題的理論體系（TRIZ），中文翻譯為“萃智”。

表1TRIZ發(fā)明問題解決理論體系

技術系統(tǒng)進化法則 理論基礎

技術系統(tǒng)/技術過程 矛盾 資源 理想化 基本概念

物場模型 功能分析 矛盾分析 資源分析 分析工具

發(fā)明問題標準解法 科學原理知識庫 技術矛盾創(chuàng)新原理 物理矛盾分離方法 求解工具

發(fā)明問題解決算法（ARIZ） 解題流程

專利的分析、提取、歸納、總結 理論來源

TRIZ理論研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術難題過程中，所遵循的科學原理和法則，曾譽為前蘇聯(lián)的“國術”和“點金術”。蘇聯(lián)解體后流入西方，世界五百強企業(yè)在研發(fā)過程中，全面導入TRIZ理論體系。而我國中興通訊公司于2003年導入，2009年全球PTC（專利合作條約），中興申請量增量排名全球第一。

一、導入TRIZ理論體系教改課程的選擇

如何將TRIZ理論體系導入到高職課程教學過程，培養(yǎng)學生從個體到整體，從微觀到宏觀，完整、系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并充分利用所掌控的資源解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，是當前探索的熱點。經(jīng)過對電類專業(yè)課程體系的分析，選擇模擬電子技術課程作為教改項目，模擬電子技術在自動化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的技術鏈中，處于輸入輸出口的環(huán)節(jié)，將非電量轉化為電信號處理，如圖1所示。對于數(shù)字信號時代，成熟模擬電子是通信和自動化系統(tǒng)必需的技術，為電類專業(yè)必修課程，將TRIZ（萃智）創(chuàng)新方法導入模擬電子技術教學改革，通過項目化教學過程，承載萃智的理論基礎、基本概念、分析工具、求解工具、解題流程。開拓和培養(yǎng)學生對技術問題的邏輯分析流程，構建系統(tǒng)學習能力的科學方法，從而將創(chuàng)新思維方式遷移到后續(xù)專業(yè)課程學習，為今后形成獨立思考、分析和解決處理工程技術打下良好的基礎。

二、TRIZ萃智創(chuàng)新方法導入教學的過程

TRIZ萃智是解決發(fā)明問題的理論體系，源于對專利的分析，是高效分析處理工程技術問題的實用方法。模擬電子技術技術性已發(fā)展完善，主要功能處理非電量轉化為電量的信號處理（信號放大、信號轉換），產(chǎn)生電路處理過程中所需的信號（正弦、非正弦），而模擬電子技術概念和理論抽象，技術問題隨機，確立模擬電子技術教學有難度，通過導入TRIZ萃智在模擬電子教學過程，尋找化解難題的方法，探索解構和重構模擬電子技術內(nèi)容的教學模式。

（一）技術系統(tǒng)進化法則導入

TRIZ理論認為:技術系統(tǒng)遵循一定的客觀規(guī)律進化，如同生物系統(tǒng)經(jīng)歷幼年期、成長期、成熟期和老年期4個階段，各階段發(fā)展速度及實現(xiàn)功能不同，形成進化S形曲線，如圖2所示。技術系統(tǒng)的進化完成4個階段后，必然會出現(xiàn)新的技術系統(tǒng)來替代它，如此循環(huán)。

圖2S曲線技術系統(tǒng)進化法則

信號的電壓和功率放大是模擬電子技術的主要電路，而創(chuàng)新是發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，并充分利用所掌控的資源，解決問題。分析問題在理論支持下，針對技術功能的實現(xiàn)和完善具體描述，對資源的性能進行系統(tǒng)分析，然后用所掌握的資源性能實現(xiàn)或完善技術系統(tǒng)的功能。模擬電子技術實現(xiàn)功能兩種方式是發(fā)明新器件和改進電路設計，發(fā)明新器件是進化的飛躍，常用為改進電路設計，表2為功率放大從基本的電壓放大電路到集成功率放大器的技術進化路線，如圖3到圖11所示。

表2功率放大器技術進化與功能參數(shù)關系

階段 性能參數(shù) 電路 存在問題 改進功能

1 能工作 圖3 效率低 降低靜態(tài)工作點

2 能正確工作 圖4-5 失去半波 提高效率

3 最大性能 圖6-8 交越失真 稍提高工作點

4 最大功率 圖9 電壓放大低 提高功率輸出

5 最佳可靠 圖10 零點漂移 加入前級差動放大

6 最低成本 圖11 電路復雜 集成化生產(chǎn)

（二）物-場模型分析工具導入

TRIZ萃智創(chuàng)新方法分析問題工具，將復雜問題轉化為幾種矛盾模型，如圖12所示，不同矛盾都有相應分析工具，物-場模型（如圖13所示）是基本的一種，萃智（TRIZ）理論指出，一個有用的技術系統(tǒng)必須遵循最小的系統(tǒng)模型，具備三個必要的元素:兩種物質(zhì)和一個場組成，物質(zhì)S1通過一定的方式作用于物質(zhì)S2，TRIZ萃智認為作用的方式稱為場F。物質(zhì)S1通過場F對物質(zhì)S2作用，共有四種作用結果：1.有用并且充分相互作用；2. 有用但不充分相互作用；3.有用但過度相互作用；4.有害的相互作用。解決方案:模型修整；轉換；物質(zhì)與場的變異；在兩個物質(zhì)之間增加物質(zhì)或（場）一種作用方式。

圖12萃智問題分類分析

功率合成器是實現(xiàn)多個功率源疊加，當兩個功率源不平衡時（如兩節(jié)使用時間不同的電池串聯(lián)給負載供電）或移動基站兩扇不同方向的天線接收同一手機的信號，為提高信號接收功率，將兩路信號疊加，典型TD-SCDMA分集接收技術。物質(zhì)S1（兩個功率疊加）通過場（電流作用）于物質(zhì)S2負載，有用但不充分，當兩個功率不平衡（不相等），其中大功率源在給負載供電同時給小功率電源充電，這樣負載獲取的功率更少，解決的方法是在兩個物質(zhì)之間者，增加一種物質(zhì)（傳輸線變壓器），通過傳輸線自耦作用，動態(tài)地比較兩個功率源大小，將差值通過假負載吸收，而兩個相當?shù)墓β试疮B加作用于負載的功率大大提高。

（三）矛盾和創(chuàng)新原理求解工具導入

TRIZ歸納出39種通用技術參數(shù)，技術系統(tǒng)通過39種中的一些參數(shù)，描述技術系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，而創(chuàng)新是對技術系統(tǒng)的參數(shù)進行改善，技術系統(tǒng)的參數(shù)具有相關性，當改善某個參數(shù)時，與之相關的參數(shù)會惡化，TRIZ理論核心是將定性描述的問題，轉化為定量的一對對技術參數(shù)的矛盾，通過查詢矛盾矩陣，對應定義的技術矛盾方格內(nèi)，列出類同技術矛盾的專利使用最多的創(chuàng)新原理編號，作為解決方案的應用類比。當一個技術系統(tǒng)的某個參數(shù)具有不可調(diào)和的需求，就出現(xiàn)了物理矛盾。比如說，要求系統(tǒng)的某個參數(shù)既要出現(xiàn)又不存在，或既要長又要短，或既要大又要小等。相對于技術矛盾，物理矛盾是一種隱藏更深入，更尖銳的矛盾，產(chǎn)品開發(fā)的后期必須加以解決。解決方法:主要為分離原理，包括空間分離，時間分離，條件分離，個體與整體分離原則等。如圖16所示電壓放大電路，電子電路需要直流電源工作環(huán)境，但處理的信號為交流信號，所以對于電壓放大電路而言，對直流電源即需要為三極管提供放大偏置，但又不希望直流淹沒小電壓的交流信號源，所以通過電容隔直流通交流實現(xiàn)條件分離。

（下轉第192頁）

（上接第142頁）

TRIZ認為不同行業(yè)在解決問題使用的原理相同，歸納出40個創(chuàng)新原理，如組合原理：將相同或相關的功能在空間或時間上組合。如圖17所示電源電路由整流、濾波和穩(wěn)壓三部分組成，節(jié)省PCB板空間，防止電源電路對信號處理電路干擾。

三、結束語

TRIZ萃智是一種迥然不同的創(chuàng)新方法，解決復雜問題有一個標準流程，如圖18所示，將待解問題轉化為標準問題模型，然后用萃智分析工具（物場模型、技術矛盾、物理矛盾、知識庫、科學效應等）尋找創(chuàng)新原理，專利查詢出解決方案模型，最后從中根據(jù)資源分析確定最終的解決方案。通過在模擬電子技術項目化教學中導入TRIZ的基本概念、分析工具、創(chuàng)新原理，從專業(yè)基礎課程開始，為學生構建發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，充分利用所掌控的資源解決問題的創(chuàng)新思維方法，學習解構問題的科學思維；掌握分析問題的科學方法；運用解決問題的科學工具。創(chuàng)新方法TRIZ萃智為解決問題提供了方向性、有序性和無可比擬的可操作性。將一個狀況模糊的原始發(fā)明問題轉化為一個簡單的問題模型，構想其理想解，直至最終實現(xiàn)創(chuàng)新。

我院從2003年開始參加大學生電子設計競賽，導入TRIZ創(chuàng)新方法在模擬電子技術教學中，提高學生學習電子的興趣，激發(fā)參賽的潛能，2007年我院獲得全國大學生電子設計競賽全國一等獎，獲獎的三位學生在汽車電子技術等行業(yè)自主創(chuàng)業(yè)。

【參考文獻】

［1］黃躍華.模擬電子技術［M］.北京：北京理工大學出版社，2009

［2］趙敏，胡鈺.創(chuàng)新的方法［M］.北京：當代中國出版社，2008

［3］根里奇·阿奇舒勒.實現(xiàn)技術創(chuàng)新的TRIZ訣竅［M］. 哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，2008

（責編丁夢）

【摘要】通過將TRIZ（萃智）創(chuàng)新方法導入模擬電子技術的教學，讓學生在學習電子技術的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，運用所掌握的資源解決問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。

【關鍵詞】創(chuàng)新萃智理論TRIZ電子技術教學改革

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）06C-0141-03

TRIZ（萃智）是前蘇聯(lián)科學家和發(fā)明家阿奇舒勒帶領1500多名專家，經(jīng)過50多年對250萬份專利搜集、研究、整理、歸納、抽取和總結，建立起一整套體系化、實用化解決發(fā)明問題的理論體系（TRIZ），中文翻譯為“萃智”。

表1TRIZ發(fā)明問題解決理論體系

技術系統(tǒng)進化法則 理論基礎

技術系統(tǒng)/技術過程 矛盾 資源 理想化 基本概念

物場模型 功能分析 矛盾分析 資源分析 分析工具

發(fā)明問題標準解法 科學原理知識庫 技術矛盾創(chuàng)新原理 物理矛盾分離方法 求解工具

發(fā)明問題解決算法（ARIZ） 解題流程

專利的分析、提取、歸納、總結 理論來源

TRIZ理論研究人類進行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術難題過程中，所遵循的科學原理和法則，曾譽為前蘇聯(lián)的“國術”和“點金術”。蘇聯(lián)解體后流入西方，世界五百強企業(yè)在研發(fā)過程中，全面導入TRIZ理論體系。而我國中興通訊公司于2003年導入，2009年全球PTC（專利合作條約），中興申請量增量排名全球第一。

一、導入TRIZ理論體系教改課程的選擇

如何將TRIZ理論體系導入到高職課程教學過程，培養(yǎng)學生從個體到整體，從微觀到宏觀，完整、系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，并充分利用所掌控的資源解決問題的邏輯思維和創(chuàng)新能力，是當前探索的熱點。經(jīng)過對電類專業(yè)課程體系的分析，選擇模擬電子技術課程作為教改項目，模擬電子技術在自動化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的技術鏈中，處于輸入輸出口的環(huán)節(jié)，將非電量轉化為電信號處理，如圖1所示。對于數(shù)字信號時代，成熟模擬電子是通信和自動化系統(tǒng)必需的技術，為電類專業(yè)必修課程，將TRIZ（萃智）創(chuàng)新方法導入模擬電子技術教學改革，通過項目化教學過程，承載萃智的理論基礎、基本概念、分析工具、求解工具、解題流程。開拓和培養(yǎng)學生對技術問題的邏輯分析流程，構建系統(tǒng)學習能力的科學方法，從而將創(chuàng)新思維方式遷移到后續(xù)專業(yè)課程學習，為今后形成獨立思考、分析和解決處理工程技術打下良好的基礎。

二、TRIZ萃智創(chuàng)新方法導入教學的過程

TRIZ萃智是解決發(fā)明問題的理論體系，源于對專利的分析，是高效分析處理工程技術問題的實用方法。模擬電子技術技術性已發(fā)展完善，主要功能處理非電量轉化為電量的信號處理（信號放大、信號轉換），產(chǎn)生電路處理過程中所需的信號（正弦、非正弦），而模擬電子技術概念和理論抽象，技術問題隨機，確立模擬電子技術教學有難度，通過導入TRIZ萃智在模擬電子教學過程，尋找化解難題的方法，探索解構和重構模擬電子技術內(nèi)容的教學模式。

（一）技術系統(tǒng)進化法則導入

TRIZ理論認為:技術系統(tǒng)遵循一定的客觀規(guī)律進化，如同生物系統(tǒng)經(jīng)歷幼年期、成長期、成熟期和老年期4個階段，各階段發(fā)展速度及實現(xiàn)功能不同，形成進化S形曲線，如圖2所示。技術系統(tǒng)的進化完成4個階段后，必然會出現(xiàn)新的技術系統(tǒng)來替代它，如此循環(huán)。

圖2S曲線技術系統(tǒng)進化法則

信號的電壓和功率放大是模擬電子技術的主要電路，而創(chuàng)新是發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，并充分利用所掌控的資源，解決問題。分析問題在理論支持下，針對技術功能的實現(xiàn)和完善具體描述，對資源的性能進行系統(tǒng)分析，然后用所掌握的資源性能實現(xiàn)或完善技術系統(tǒng)的功能。模擬電子技術實現(xiàn)功能兩種方式是發(fā)明新器件和改進電路設計，發(fā)明新器件是進化的飛躍，常用為改進電路設計，表2為功率放大從基本的電壓放大電路到集成功率放大器的技術進化路線，如圖3到圖11所示。

表2功率放大器技術進化與功能參數(shù)關系

階段 性能參數(shù) 電路 存在問題 改進功能

1 能工作 圖3 效率低 降低靜態(tài)工作點

2 能正確工作 圖4-5 失去半波 提高效率

3 最大性能 圖6-8 交越失真 稍提高工作點

4 最大功率 圖9 電壓放大低 提高功率輸出

5 最佳可靠 圖10 零點漂移 加入前級差動放大

6 最低成本 圖11 電路復雜 集成化生產(chǎn)

（二）物-場模型分析工具導入

TRIZ萃智創(chuàng)新方法分析問題工具，將復雜問題轉化為幾種矛盾模型，如圖12所示，不同矛盾都有相應分析工具，物-場模型（如圖13所示）是基本的一種，萃智（TRIZ）理論指出，一個有用的技術系統(tǒng)必須遵循最小的系統(tǒng)模型，具備三個必要的元素:兩種物質(zhì)和一個場組成，物質(zhì)S1通過一定的方式作用于物質(zhì)S2，TRIZ萃智認為作用的方式稱為場F。物質(zhì)S1通過場F對物質(zhì)S2作用，共有四種作用結果：1.有用并且充分相互作用；2. 有用但不充分相互作用；3.有用但過度相互作用；4.有害的相互作用。解決方案:模型修整；轉換；物質(zhì)與場的變異；在兩個物質(zhì)之間增加物質(zhì)或（場）一種作用方式。

圖12萃智問題分類分析

功率合成器是實現(xiàn)多個功率源疊加，當兩個功率源不平衡時（如兩節(jié)使用時間不同的電池串聯(lián)給負載供電）或移動基站兩扇不同方向的天線接收同一手機的信號，為提高信號接收功率，將兩路信號疊加，典型TD-SCDMA分集接收技術。物質(zhì)S1（兩個功率疊加）通過場（電流作用）于物質(zhì)S2負載，有用但不充分，當兩個功率不平衡（不相等），其中大功率源在給負載供電同時給小功率電源充電，這樣負載獲取的功率更少，解決的方法是在兩個物質(zhì)之間者，增加一種物質(zhì)（傳輸線變壓器），通過傳輸線自耦作用，動態(tài)地比較兩個功率源大小，將差值通過假負載吸收，而兩個相當?shù)墓β试疮B加作用于負載的功率大大提高。

（三）矛盾和創(chuàng)新原理求解工具導入

TRIZ歸納出39種通用技術參數(shù)，技術系統(tǒng)通過39種中的一些參數(shù)，描述技術系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，而創(chuàng)新是對技術系統(tǒng)的參數(shù)進行改善，技術系統(tǒng)的參數(shù)具有相關性，當改善某個參數(shù)時，與之相關的參數(shù)會惡化，TRIZ理論核心是將定性描述的問題，轉化為定量的一對對技術參數(shù)的矛盾，通過查詢矛盾矩陣，對應定義的技術矛盾方格內(nèi)，列出類同技術矛盾的專利使用最多的創(chuàng)新原理編號，作為解決方案的應用類比。當一個技術系統(tǒng)的某個參數(shù)具有不可調(diào)和的需求，就出現(xiàn)了物理矛盾。比如說，要求系統(tǒng)的某個參數(shù)既要出現(xiàn)又不存在，或既要長又要短，或既要大又要小等。相對于技術矛盾，物理矛盾是一種隱藏更深入，更尖銳的矛盾，產(chǎn)品開發(fā)的后期必須加以解決。解決方法:主要為分離原理，包括空間分離，時間分離，條件分離，個體與整體分離原則等。如圖16所示電壓放大電路，電子電路需要直流電源工作環(huán)境，但處理的信號為交流信號，所以對于電壓放大電路而言，對直流電源即需要為三極管提供放大偏置，但又不希望直流淹沒小電壓的交流信號源，所以通過電容隔直流通交流實現(xiàn)條件分離。

（下轉第192頁）

（上接第142頁）

TRIZ認為不同行業(yè)在解決問題使用的原理相同，歸納出40個創(chuàng)新原理，如組合原理：將相同或相關的功能在空間或時間上組合。如圖17所示電源電路由整流、濾波和穩(wěn)壓三部分組成，節(jié)省PCB板空間，防止電源電路對信號處理電路干擾。

三、結束語

TRIZ萃智是一種迥然不同的創(chuàng)新方法，解決復雜問題有一個標準流程，如圖18所示，將待解問題轉化為標準問題模型，然后用萃智分析工具（物場模型、技術矛盾、物理矛盾、知識庫、科學效應等）尋找創(chuàng)新原理，專利查詢出解決方案模型，最后從中根據(jù)資源分析確定最終的解決方案。通過在模擬電子技術項目化教學中導入TRIZ的基本概念、分析工具、創(chuàng)新原理，從專業(yè)基礎課程開始，為學生構建發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，充分利用所掌控的資源解決問題的創(chuàng)新思維方法，學習解構問題的科學思維；掌握分析問題的科學方法；運用解決問題的科學工具。創(chuàng)新方法TRIZ萃智為解決問題提供了方向性、有序性和無可比擬的可操作性。將一個狀況模糊的原始發(fā)明問題轉化為一個簡單的問題模型，構想其理想解，直至最終實現(xiàn)創(chuàng)新。

我院從2003年開始參加大學生電子設計競賽，導入TRIZ創(chuàng)新方法在模擬電子技術教學中，提高學生學習電子的興趣，激發(fā)參賽的潛能，2007年我院獲得全國大學生電子設計競賽全國一等獎，獲獎的三位學生在汽車電子技術等行業(yè)自主創(chuàng)業(yè)。

【參考文獻】

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［2］趙敏，胡鈺.創(chuàng)新的方法［M］.北京：當代中國出版社，2008

［3］根里奇·阿奇舒勒.實現(xiàn)技術創(chuàng)新的TRIZ訣竅［M］. 哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，2008

（責編丁夢）