創新能力的培養與TRIZ理論應用

鄧援超　劉小鵬

摘要：基于本科學生創新素質發展的障礙，討論了培養學生創新能力的一種途徑。TRIZ使創新技法集成為理論體系，本文在TRIZ理論教學中試用了案例教學法。

關鍵詞：創新能力；TRIZ理論；案例教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）04-0147-03

一、引言

發明與創造是人類文明進步的原動力。在人類發展史上，創造性活動一直促進著科學技術的發展。設計本身就是創新，培養機械創新素質就必須從事創造實踐，結合科研來服務企業。這樣才有可能從實踐中提煉出更多的創新方法。由此，就提出了如何培養創新能力的問題。

目前TRIZ（發明問題求解原理）理論被認為是可以幫助人們挖掘和開發自己創造潛能、最全面系統地論述發明創造和實現技術創新的新理論，是“超級發明術”。事實上，阿奇舒勒所創建的TRIZ是發明與創新方法的理論，是20世紀的偉大發明之一。一般來說，TRIZ理論主要應用于概念設計。

二、創新設計能力的培養

（一）培養創新能力的必要性

創新能力產生于我們的思維。科學的真諦在創造，創造的奧妙在思維，思維的本征體現于想象。創新能力與想象力是孿生兄弟。所以，想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。

要創業就得有創新能力，創業型人才一定是創新型人才，創新型人才一定具有很強的思維創造能力。因此創造性思維和創造能力是一個創新型人才必備的特點，所以培養創新能力是很有必要的。

（二）本科學生創新素質發展的障礙

1.側重傳道授業，忽視能力培養。目前的教學內容主要是傳授知識，教學方法主要是課堂講授，學生學得比較被動，學習積極性受到影響。若主講教師的思路不開闊，創造性欠缺，就可能影響學生創新能力的發展，影響學生思維，使他們缺乏變通，缺乏質疑。而高校評價學生的標準主要是學業成績，這也會導致部分學生片面追求成績，忽視科研能力的培養，造成實踐活動能力薄弱的后果。

2.專業范圍狹窄，不利于創新。大學專業的設置對培養高等專業性人才發揮了一定的作用。但專業的束縛與學生的壓力依然存在。專業范圍狹窄，專業的束縛對學生的創新也會產生諸多不利的影響。雖然近幾年許多高校增加了選修課和輔修課，但由于專業課任務繁重，學生還是在本專業的狹窄范圍內活動，忽視了人文和社會科學知識以及相鄰學科的學習，這樣就限制了學生的視野，影響了他們創新能力的培養。

3.重視認知發展，忽視情感教育。重視學生的認知發展，有利于培養學生的觀察力、想象力和思維能力，為學生創新能力的發展打下基礎。但忽視學生的情感培養是不正確的，忽視最豐富、最有活力的情感因素，會將教育過程變成枯燥的發展智力過程，這種過程對培養創新人才極為不利。

4.心理失衡，阻礙成才。創新人才應該是有理想、有抱負、有決心，勇于前進，并能有效地進行自我激勵的人。但有些學生會因所在高校不是自己的志愿學校而產生心理上的不平衡，在學習上缺乏動力，沒有明確目標，專業思想不牢固，成才意識差，缺乏創造精神，這是成才的絆腳石。

綜上所述，培養高素質的創新型人才是教育的深刻變革，是一項關系到頂層設計的系統工程，需要在人成長的各個階段始終貫徹素質教育，著眼于培養創新素質。

三、培養學生創新能力的途徑

關于本科學生創新能力的培養，存在有很多觀點及論述。諸如：轉變教育觀念、構建合理的課程體系、改革教育方式、營造創新教育環境、長遠規劃與短期安排相結合、充分尊重學生的首創精神、及時總結經驗、加大投入和改革考試方法等，這說明培養學生創新能力的途徑有很多種。本文結合教學實踐，將其具體化作為一種探索。具體方案是組織學生參加機械設計創新大賽萌發和激勵創新能力，開設《機械創新設計》選修課來引導和培養學生的創新能力。

（一）機械設計制造創新競賽萌發和激勵學生的創新能力

報名參加這一競賽的學生，在自己作品的研制過程中，會學到課堂上和書本里學不到的知識，從而啟迪思維，增長見識。

案例1：購買材料時，市場產品種類和規格很多，且大多與課程內容相關，有些產品連教師也很陌生，但卻能使人產生聯想，對改進方案有幫助。于是在這個過程中，師生的創新能力都能得到了萌發和激勵。

案例2：外協加工時，協作方會根據自己的設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上多跑幾家協作方并擬定出自己最合適的工藝方案。所以有學生說，在加工和裝配過程中，他們重溫了零件的加工工藝、配合性質和裝配，學會了依照具體情況擬定最佳工藝路線，對重溫的知識內容和學到的方法體會很深。很多學生說，在論證方案和設計階段，必須認真去做，重視每個細節，因為必須要做成作品，這可不是課程設計哦！

所以，開展這一競賽，制作機械設計創新作品是一種綜合素質培養和綜合知識學習的好方法，參加這一競賽能夠萌發和激勵學生的創新能力。

（二）開設《機械創新設計》選修課，引導和培養學生的創新能力

《機械創新設計》是針對機械設計創新作品的開發和選題而開設的，它闡明了普通人也能搞發明創造。學校于2007年初開設這門課程及其實驗，它的內容分為基礎知識篇、理論與方法篇和實例篇。基礎知識篇涵蓋《機械創新設計》的思維基礎和技術基礎，這是創新者必備的基本業務素質；理論與方法篇包括機構組合原理、機構演化和變異、機械結構創新、仿生原理、逆向工程、系統運動方案創新和TRIZ理論體系；實例篇以工程中的創新實例來說明創新方法的應用。

課程的理論講授階段要求學生完成2個作業（即專業論文），論文中要求有創新作品的案例和自己的理解。實驗綜合階段則是進入學校的創新實驗室觀摩以往的創新作品，然后完成一項創新作品的綜合設計。endprint

實踐證明，開設這門課程能夠提高學生的創新能力，開拓思路，為參加機械設計制造創新競賽奠定理論基礎。

四、TRIZ理論體系的主要內容

工業化社會以來，產生了無數的發明創造，設計制造了種類繁多的機電裝備。如門捷列夫找到化學元素間聯系與區別的通用規律，大膽猜想而創造了化學元素周期表那樣，這些發明創造能否具有可以遵循的通用規律。這個問題的解決，其本身就是一個重大的創新。G.S.Ahshuller做到了，他發現在進行發明創新、解決技術難題時，是有特定的科學方法和規律的。如果掌握了這些規律，就能主動地進行產品設計并能預測產品的未來發展趨勢。由此，G.S.Ahshuller畢其一生精力，創立了現代創新理論，即TRIZ理論。

（一）TRIZ的理論前提

TRIZ理論是用來進行概念設計的。TRIZ的理論前提是技術系統進化原理和沖突解決原理。技術系統進化原理表達為：產品或技術系統如同生物系統，是持續進化的，且進化有規律可循。沖突解決原理表述為：解決沖突是產品或技術系統進化的推動力。進化速度隨技術系統一般沖突的解決而降低，欲使其產生突變，只能是解決阻礙其進化的深層次沖突。

TRIZ理論的實用性在于生產實踐中遇到的工程沖突常常重復出現，且徹底解決工程沖突的發明原理易于掌握。實踐表明：工程人員所遇到的90%的問題都在以往的其他場合解決過，若能利用以往的解決辦法，則對研發更加有效。但問題的焦點在于抽取和歸納沖突和與其對應的發明原理。G.S.Ahshuller證明了發明可系統化地導出，而不必源自嘗試錯誤。

（二）TRIZ的理論體系

創新技法為數眾多，如：頭腦風暴法、形態分析法、特性列舉法、缺點列舉法、希望點列舉法、聯想類比法、反向求索法、組合創新法、廢缺顛倒法、5W1H法、檢核表法、和田12法、魔球法以及特爾斐設想法等。作為一種開放的思維形式，今后還會有更多的新技法問世。但這些技法不利于學習和掌握，其實際表現并不令人完全滿意，有時還會導致失敗。以頭腦風暴法為例，它實質上是一種試錯法，所提供的管理模式并不能確保成功，所產生的效果也要受到團隊成員個性和環境的影響。因此，這些技法被稱為傳統的創新方法。

TRIZ理論體系包括術語、工具和算法。其術語有：技術系統、功能、矛盾、理想度、資源、效應等。作為用于創新的工具，其構成有：創新規律、創新方法和創新思維。創新的算法則有九步法、ARIZ算法和自己的算法等。其中創新規律的內容是技術系統的8大進化法則和S曲線。創新方法包括物理沖突（主要采用4條分離方法來解決）、技術沖突（主要采用39個技術特性參數描述的沖突解決矩陣）、40條發明原理、物場模型和76條標準解法。后來還添加了根本原因分析、功能分析和知識庫。創新思維則含有金魚法、小人法、九屏幕法和STC算子法等。

（三）TRIZ理論的本科教學內容

本科教學中僅學習TRIZ理論的主要內容，即：技術進化系統法則、技術沖突與物理沖突、分離方法、40條發明原理、沖突解決矩陣、物質—場分析和標準解法。

五、案例教學

案例教學能活躍學生思維，引導學生來評論、分析和推理，提高其應用能力。教學實踐證明，采用案例教學來講授TRIZ理論，對培養學生創新觀念、活化創新方法很有裨益。

在傳統教學法中，教師是教學主導，學生是教學主體。因教師教學思維的暗示，學生容易產生被動的慣性思維，導致死記硬背，思維受限而不利于創新。在案例教學中，教師僅概述理論要點，主要是提出案例，然后學生研討，使得學生在學習中既是主導也是主體，利于發揮其潛在創新能力。

案例教學法的教學過程可以分為四個步驟：（1）教師講述某一知識點后，引入案例并介紹有關背景知識；（2）學生討論并構建所研究問題的框架，制定案例的研討路線；（3）收集、匯總所有有關信息，進行分析處理；（4）形成研究結果，并報告自己的研究成果及收獲。

對于某些較難的或跨學科的案例，可以課后詳細研究，鼓勵學生間的合作，留待下一次課上報告結果。

1.課堂案例One：技術系統進化法則2——能量傳遞法則。

其理論知識點為：技術系統實現功能的必要條件。必要條件：（1）能量必須能夠從能量源流向技術系統的所有元件；（2）技術系統應該沿著使能量流動路徑縮短的方向進化，以減少能量損失；（3）如果某個元件接收不到能量，就不能發揮作用，這會影響到技術系統的整體功能。

教師舉出實例：無傳動機構的機械系統。

背景知識：這些機械系統由原動機直接驅動執行機構。如電風扇、鼓風機、水輪發電機以及有直流電機驅動的機械，大多沒有傳動機構，這將使能量傳遞路徑縮短，能量損失減少，同時提高了效率（如圖1所示）。

開展討論，學生自己構建出研究問題的框架：技術系統必須有能量傳遞；自己悟出依照技術系統實現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、匯總有關信息，自行分析處理；形成各人的案例結果，發言報告出來，以供深入研討。

教師要做的只是溫馨提示：技術系統實現功能的必要條件有3個，這是可以拓展思維的。于是封閉電梯里不能接收手機來電、蝸桿傳動的搖頭電風扇被鴻運扇淘汰等案例就被學生列舉出來了。

2.課堂案例Two：技術系統進化法則4——提高理想度法則。

其理論知識點為：提高理想度的途徑：（1）提高有益的參數；（2）降低有害的參數；（3）提高有益參數的同時降低有害參數。

提高理想度法則是所有進化法則的方向。最理想的技術系統（即最終理想解IFR）就是作為物理實體，它并不存在，但卻能夠實現所有必要的功能。教師舉出實例：虛擬激光鍵盤。

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

接下來，學生構建出研究問題的框架：最理想的技術系統就是作為物理實體，它并不存在，但卻能夠實現所有必要的功能。自己領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，不占據道路和著陸場的運載工具——個人飛行背包，甚至由一生都不長大的寵物狗聯想到草坪上的草不需要修剪，自己始終維持在一個高度，從而不需要制造割草機等案例就被學生列舉出來了。

六、結語

TRIZ理論教學要求教師具備終身學習的理念，建立起開放式可擴充的個人知識庫。特別是要不斷開拓自己的思維，為教學提供基礎。這就需要教師廣泛收集有關創新設計的資料，尤其要研讀有關TRIZ理論的著作，以充實教學。結合教師自己的科研課題，也能歸納提煉上升到理論高度，從而提高自己的創新素養，使課堂教學生動活化，也利于高水平地完成科研課題。

參考文獻：

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