基于TRIZ理論的遙控式電動水寫黑板創新設計

張鶴揚張晶李玉燕

（1.河南科技大學附屬高級中學，河南洛陽 471023；2.河南科技大學管理學院，河南洛陽 471023）

基于TRIZ理論的遙控式電動水寫黑板創新設計

張鶴揚1張晶2李玉燕2

（1.河南科技大學附屬高級中學，河南洛陽 471023；2.河南科技大學管理學院，河南洛陽 471023）

傳統粉筆——黑板教具系統具有粉塵污染大、擦拭效率低下等缺陷。通過使用TRIZ理想解方法，在傳統教具系統基礎上設計了遙控式電動水寫黑板系統，有效降低了系統使用成本和粉塵污染，并大大提高了教學質量和工作效率。

TRIZ；黑板；水寫；創新

目前，各類學校在教師進行現場教學的過程中，粉筆板書仍然是主流的教學方式，粉筆——黑板傳統架構的教學工具使用方便、價格低廉，被廣泛使用。但是，傳統的木質、水泥和有機玻璃材質的黑板，粉筆字擦除時，會留下粉筆痕跡，無法完全清潔，同時擦拭過程中造成教室內粉塵飛揚，對于教師和學生的健康產生了嚴重的威脅，尤其是中小學課堂上粉筆板書的書寫量非常大，反復的板書和擦拭也使得教師的工作量非常大，導致工作效率低下。

鑒于該黑板的各種弊端，近年來出現了從不同角度對粉筆、黑板擦和黑板的改進設計，如無塵粉筆、吸塵黑板擦和吸塵黑板等新型產品的設計［1，2］。但是，這些產品并沒有在市場上很好地普及，主要原因在于，這些產品采用機械自動化原理對黑板及黑板擦進行設計或改造，使黑板或黑板擦具備自動吸塵功能，從而消除或減少粉塵污染，產品技術復雜，成本較高，不易普及。本文提出了一種改變了傳統粉筆——黑板的教具架構。具體采用水寫筆和水寫幕布配合的形式應用于課堂教學中，能夠有效減少粉塵污染危害師生身體健康和教學環境的現實問題，同時具有書寫方便、易于擦拭和無塵等優點。該種教具可以通過遙控轉動的“黑板”來有效增加課堂內容展示的多維性和新穎性，并減少教師的板書量和勞動強度。

1 TRIZ理論概述

前蘇聯發明家阿奇舒勒和他的研究團隊，通過分析大量專利和創新案例總結出一套發明問題的解決理論（TRIZ）。TRIZ認為產品或技術系統的進化有規律可循；其他領域的科學原理可解決技術問題。TRIZ的核心是消除矛盾及技術系統進化的原理。阿奇舒勒和他的研究團隊提出了TRIZ系列工具，包括沖突矩陣、76個標準解、ARIZ、物質場分析、40個發明原理等。

矛盾（沖突）普遍存在于各種產品的設計之中。按傳統設計方法是在沖突雙方取得折衷方案，或稱降低沖突的程度。TRIZ理論認為，產品創新的標志是解決沖突，產生新的有競爭力的解。設計人員在設計過程中不斷地發現并解決沖突是推動產品進化的動力。

TRIZ解決問題的一般流程為：首先將一個待解決的實際問題轉化為問題模型；然后針對不同的問題模型，應用不同的TRIZ工具，得到解決方案模型；最后將這些解決方案模型應用到具體的問題中，得到問題的解決方案。

TRIZ的問題模型可劃分為4種形式：技術矛盾、物理矛盾、物場問題和知識使能問題。這4種形式分別對應4種問題模型和解決方法。理論上講，當遇到技術難題時，可以采用4種形式中的任意一種來尋找解決方案。但是，由于不同的形式，解決問題的出發點是不同的。因而，當面對一個具體問題時，就應該對問題進行分析，考察問題的屬性，選擇一種解題形式與方法解決該問題。

2 遙控式電動水寫黑板創新設計

2.1 基于TRIZ方法的系統組成設計

產品創新的過程就是產品設計不斷迭代，理想化的水平不斷由低級向高級演化的過程，無限逼近理想狀態。當設計人員不需要額外的花費就實現了產品的創新設計時，這種狀態就稱為最終理想結果IFR（Ideal Final Result）。IFR的實現可以這樣來表述：系統自己能夠實現需要的動作，并且同時沒有有害作用的參數。

根據TRIZ最終理想解的要求就提高粉筆——黑板教具系統的理想度而言，可以從以下方面著手：①通過增加新的、有用的功能或從外部環境獲得功能；②提高有用功能的級別，把盡可能多的功能高效傳輸到工作元件上；③降低成本，充分利用內部或者外部已存在的、可利用的資源，尤其是免費的理想資源；④減少有害功能的數量，盡量剔除那些無效、低效、產生副作用的功能；⑤降低有害功能的級別，預防和抑制有害功能產生，或者將有害功能轉化為中性功能；⑥將有害功能移到外部環境中，不再成為系統的有害功能。

基于以上對最終理想解的分析對粉筆——黑板系統功能進行設計。首先，針對粉筆功能進行改進設計。傳統粉筆材料為石膏，在書寫和擦拭過程中容易產生粉塵污染。根據剔除有害功能，降低成本的改進法則，采用水寫筆，用水做書寫材質成本低廉，環保無污染。其次，針對黑板功能改進設計。傳統黑板材質為木質、水泥和有機玻璃，書寫痕跡不容易擦拭干凈，反復擦拭勞動量大。黑板的有用功能為內容展示，改變黑板的材質采用水寫布，水寫在上面可以顯示一段時間，水干后可以循環使用，對于展示內容較多的情形可以將水寫布制作成卷軸形式，拉出新的水寫布，卷進寫過的水寫布。此時以前的擦拭黑板的工作代之以卷動轉軸的工作。根據提高有用功能的級別，把盡可能多的功能高效傳輸到工作元件上的法則，采用伺服電機傳動的，可以自由轉動的黑板，其傳動環節，加裝紅外遙控的功能可以有效減少無用功帶來的勞動量。

基于以上分析，傳統的粉筆——黑板組合的教具系統改善為水寫筆-水寫布組合的教具系統。

2.2 水寫黑板功能部件設計

以水寫筆+水寫布構成的新型教具系統不僅成本低廉、無污染，而且能夠有效減少無用功。在此系統中關鍵功能部件為水寫布和水寫布，因此對兩種功能部件進行改進設計。

2.2.1 水寫筆的功能設計。水寫筆的功能要求為在水寫布上顯示一段時間，為增加課堂內容展示的多樣性和豐富性，最好能呈現出彩色書寫效果。設計特殊原料的水液配方，使得水寫內容能夠顯示40min，且可以呈現出彩色書寫效果。

2.2.2 水寫布的功能設計。水寫布的功能要求一方面可以展示水寫筆書寫內容，另一方面為避免擦拭等無用功浪費，設計成可以自動轉動的轉軸形式。針對以上需求將黑板制作成由伺服電機傳動的垂直滾動切換幕布，其切換可以用紅外遙控進行控制。幕布的轉軸部分由步進伺服電機控制，為了便于教師靈活控制幕布，在幕布下方設置紅外線接收器，可接收教室任何地方發出的紅外遙控信號。電動水寫黑板的實用圖如圖1所示。

圖1 電動水寫黑板設計實用圖

3 結論

針對傳統粉筆——黑板教具系統具有的多種問題，通過使用TRIZ理想解在創新過程中的應用方法，提出了由水寫筆+水寫布構成的新型教具系統，在該系統中用水作為書寫材質有效降低了系統使用成本，而且無任何粉塵污染。為進一步解放“人力”資源，將水寫布制作成由伺服電機傳動的垂直滾動切換幕布，其切換可以用紅外遙控進行控制。該遙控式電動水寫黑板能有效降低使用成本，減少系統內污染，提高教學質量和效率。

［1］劉應乾，劉宏強，李超.基于空氣動力學的電動無塵黑板擦的設計［J］.濱州職業學院學報，2012（3）：76-77.

［2］竇濤，楊曉敏.連續無塵自動黑板的設計與研究［J］.中國教育技術裝備，2010（21）：81-82.

Innovation Design of Remote Control Electric Water Writing Blackboard Based on TRIZ Theory

Zhang Heyang1Zhang Jing2Li Yuyan2
（1.Senior High School Affiliated to Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471023；2.School of Management，Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471023）

Traditional chalk-aid system has the disadvantages of large dust pollution and low cleaning efficiency. By using TRIZ ideal solution method,remote control electric water writing blackboard system was designed based on the traditional teaching system,which effectively reduce the system cost and dust pollution,and greatly improve the teaching quality and efficiency.

TRIZ；blackboard；water writing；innovation

TH12

A

1003-5168（2016）12-0094-02

2016-11-17

河南省政府決策研究課題（2016B071）；河南省高等學校重點科研項目（17A630016）。

張鶴揚（2000-），女，在校高中生，研究方向：創新發明等;張晶（1982-），女，博士，講師，研究方向：創新管理等;李玉燕（1987-），女，碩士，研究方向：創新管理等。