TRIZ理論精髓及其對高職學生畢業設計創新的啟示

摘? ? 要：TRIZ理論由前蘇聯發明家阿奇舒勒于1946年創立，并在隨后的半個多世紀得到推廣和運用。TRIZ理論分為三類：TRIZ的理論基礎、分析工具和知識數據庫。TRIZ理論體系主要包括創新思維方法與問題分析方法、技術系統進化法則、技術矛盾解決原理、創新問題標準解法、發明問題解決算法ARIZ。學習和研究TRIZ理論，有助于培養高職院校學生創新意識，提升高職學生創新能力，尤其對高職學生畢業設計創新具有重要的啟示：即轉變高職畢業設計理念，實現“小設計”“大創新”;開設發明問題解決課程，支撐學生創新能力培養;加強創新教師團隊建設，強化學生畢業設計指導;完善畢業設計評價體系，將創新作為重要考核指標。

關鍵詞：TRIZ理論;高職學生;畢業設計;創新

基金項目：湖南省教育科學“十三五”規劃2018年一般資助課題“融入畢業設計的高職學生創新教育研究與實踐”（項目編號：XJK18BZY008）

作者簡介：樂樂，女，副教授，主要研究方向為高職課程教學改革、創新創業教育。

中圖分類號：G719? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-7747（2019）15-0068-06

2015 年，國務院《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》將在高校普及創新創業教育確定為國家長期的政策導向。2017年，中共中央辦公廳《關于深化教育體制機制改革的意見》更是強調“要健全促進高等教育內涵發展的體制機制，把創新創業教育貫穿人才培養全過程”。加快實施創新教育，推進萬眾創新，已成為我國建設創新型國家的戰略部署。高職院校作為我國高等教育的重要組成部分，必須把培養具有創新意識、創新精神、創新能力的高素質技術技能型人才作為自己的重要使命。然而，高職院校推進創新教育是一項復雜的系統工程。高職學生畢業設計是專業教學最后階段的一項總結性實踐教學環節，是學生綜合運用所學知識和技能，獨立完成一項比較完整的專業技術課題，接受一次從事實際技術工作的綜合訓練，是最能體現學生創新意識和創新能力的教學環節。目前，高職院校師生思想認識上普遍存在一定的誤區，總覺得發明創造是985、211研究型大學學生的事，高職學生畢業設計難以有所創新。事實上，創新能力與人類與生俱來的其他能力一樣，可以經過學習和訓練得到激發和提升。[1]TRIZ應用實踐更是表明，創新和其他活動都遵循自身內在的規律和法則，只要熟知和掌握其規律和法則，創新便不再是一件高不可攀的事。因此，學習、研究TRIZ理論及其精髓，可以培養高職學生的創新意識、創新精神和創新能力，用其指導高職學生畢業設計，則可以大大提升高職學生畢業設計的質量，推進其畢業設計的創新和畢業設計整體水平的提高。

一、TRIZ理論的緣起及其發展

TRIZ理論，是由俄文轉化成拉丁文（Teoriya Rescheniya IzobreatateIskikh Zadatch）的詞頭縮寫，可翻譯成“發明問題解決理論”，它由前蘇聯科學家根里奇·阿奇舒勒創立。

阿奇舒勒于1946年開始研究發明問題解決理論。他是前蘇聯里海海軍專利局的工作人員，其主要工作任務是處理世界各國著名發明專利。正是由于他對專利的關注，讓他走上了研究和探索“發明問題解決理論”的道路。他和團隊成員畢生致力于專利分析，他們從250萬個專利中間萃取了20萬個高水平發明專利，綜合多學科領域的原理進行深入探究，揭示了技術進化的內在規律，找到了解決技術矛盾的原理或法則，構建起了一個由解決技術問題實現創新開發的各種方法、算法組成的TRIZ綜合理論體系。[1]由此，根里奇·阿奇舒勒被尊稱為“TRIZ理論之父”。同時，TRIZ理論亦被喻為“使人聰明的理論”。

20世紀60年代末，前蘇聯成立了各種形式的發明創造學校，組建了各種類型的發明家組織，專家、學者普遍將TRIZ作為發明創造工具。不僅大學，甚至中、小學階段也采用TRIZ理論設計各學科教材和教學方法。前蘇聯解體后，TRIZ理論傳入西方，并在美、歐、日等國家得到推廣和應用。經過近半個世紀的發展，TRIZ理論已發展成一套解決新產品開發實際問題的成熟理論和方法體系。我國引入TRIZ理論比較晚，但最近幾年受到學術界、科研機構、公司的重視和政府的高度關注。1984—1999年，中國知網收錄的相關論文中，以TRIZ為主題的搜索結果僅2篇，隨著學術界對TRIZ理論的普及與應用研究的深入，自2006年開始，相關論文急劇增多，截至2018年12月，中國知網收錄的相關論文達4 059篇。萃智（北京）工業技術研究院、億維訊集團公司于2006年率先在國內開展TRIZ理論的本土化研究和工程技術領域的應用研究，并為黑龍江省普及、研究和應用推廣TRIZ理論方法起到了重要的助推作用。2007年5月，國家科技部正式啟動TRIZ創新方法的推廣工作， 2008年4月，國家科技部等四部委聯合下發《關于加強創新方法工作的若干意見》，批準黑龍江等三省市為創新方法試點省。黑龍江省積極與俄羅斯、德國、中國臺灣等TRIZ研究機構深度合作，邀請國際知名研究TRIZ理論方面的專家對省內企業進行一對一指導、對企業員工進行TRIZ理論培訓，實現了“外引內育”相結合，在TRIZ理論的普及和推廣工作中，取得了顯著效果。2009年，國家科技部又批復了浙江、廣東、重慶等9個省（市），煤炭科學總院等4個研究機構，以及海爾集團、大唐集團2個國內知名企業的創新試點方案，全面推廣以TRIZ為主的創新方法 ，實現了TRIZ理論推廣應用的“由點及面”。

迄今為止，TRIZ理論以其實用性極強的特點，已被全世界大多數國家接受，人們以其為指導創造出了數以萬計的重大發明，并為眾多世界知名企業帶來了顯著經濟和社會效益。目前，全球非常多的知名企業與組織，都在學習推行TRIZ理論，并產生了巨大成效。例如：電子業Intel公司、GE電氣公司、亞洲的三星公司;汽車運輸行業的英國的勞斯萊斯公司，美國的戴姆勒-克萊斯勒、福特公司、通用公司，以及日本的豐田汽車公司都運用TRIZ理論和方法進行創新。很多知名大學，例如：美國的麻省理工學院（MIT）、以色列的特拉維夫大學、以色列理工學院將TRIZ列為工程設計方法學的必修課程，他們教導學生如何用TRIZ理論產生創意的想法。美國的航天總署（NASA）運用TRIZ理論來設計許多航天載人的裝置。不少企業都在經年持續地運用TRIZ理論和方法，來解決一些困難的問題，并產生了很好的效果。

二、TRIZ理論體系的精髓

TRIZ理論作為系統化創新的發明問題解決理論，其精髓是技術進化原理。TRIZ理論認為，技術系統處在不斷進化中，而技術的進化是在不斷解決矛盾中實現的。TRIZ理論包括TRIZ的理論基礎、分析工具和知識庫等三個方面內容。TRIZ的理論基礎是解決產品創新問題的重要理論依據;分析工具是TRIZ理論中用來解決技術矛盾的具體方法;知識庫是TRIZ理論解決矛盾的精髓。概括起來講，TRIZ理論體系的主要內容有如下五個方面。

（一）創新思維與分析問題方法

TRIZ理論所提及創新思維與分析問題方法主要包括小人法、STC 算子、金魚法、九屏法等。小人法是指把人們無法想象或分析的系統看作是由許多小人或對象組成，他們可單獨或集體制定決策。當出現相互矛盾作用時，小人法使解題人成為問題整體的一部分，并從這一立場和觀點去思考、行動。它主要用于從微觀級別上去分析系統，幫助人們深入研究并改造模型，消除矛盾沖突，繼而得到非常有效的技術解決方案。STC 算子法（SIZE—TIME—COST）是通過對一個系統自身不同特性的單獨思考，進行創新思維的方法。首先，它對現有對象的S、T、C三要素進行研究;然后，想象三要素的極值情況（無窮大或無窮小），思考如何建立系統、會遇到哪些難題、會帶來什么益處;最后，幫助人們真實了解系統，排除所有虛假約束條件。金魚法實質是對幻想、不現實的問題做求解構想，然后將求解構想分成現實、幻想兩部分，不斷反復劃分，直至確定問題求解構想為止。[2]它可以幫助人們把看似不可行甚至不現實的想法變成現實。而“九屏法”則對情境（屏幕）進行整體考慮，并從層次和時間兩條軸線上將發明者的視野從一個“屏幕”擴展到九個“屏幕”，以消除不良或負面影響。總之，創新思維與分析問題方法引導人們用發展、系統的眼光來看問題，既要統籌考慮系統的過去、現在與將來，又要全面分析了解本系統內部、外部及其相互關系，系統分析資源，克服思維慣性，選取解決問題的最佳方案。對于復雜問題的分析和處理，它指導人們快速確認核心問題，找出根本矛盾之所在。

（二）技術系統進化法則

在TRIZ理論看來，技術系統的進化遵循一定的進化模式，其進化模式是客觀的，其發展方向是技術的“最終理想化”。人們在對過去專利的充分研究中發現了技術系統進化模式，并以其來指導技術系統的開發。按照系統進化模式去開展技術研究，可以節省大量技術開發時間，避免盲目嘗試所造成的時間浪費。任何一個產品都可認為是一個技術系統，通過技術系統的進化可以實現其系統功能的技術從低層次向高層次發展。通過對大量專利的全面分析，TRIZ理論揭示了技術系統進化的客觀規律，總結出八個進化法則，即技術系統的S曲線進化法則，提高理想度法則，子系統不均衡進化法則，動態性和可控性進化法則，向超系統進化法則，子系統協調性進化法則，向微觀級和增加場應用的進化法則，減少人工介入的進化法則。[3]這些法則可廣泛應用于定性技術預測、新技術開發、專利布局以及如何選擇企業戰略制定時機等，同時，用這些法則可以解決技術難題，預測技術系統發展趨勢，其自身也演變成了解決創造性問題的重要工具。

（三）技術矛盾解決原理

每一種發明創造都遵循著相同的規律，即技術矛盾解決原理，它們由40個創新原理與4個分離原理組成。與此同時，TRIZ理論提出了兩種模型：一種是技術矛盾解決原理及問題解決過程模型。技術矛盾是典型工程妥協問題， 即當提高系統某一技術特性（參數）時，另一個技術特性（參數）會惡化。TRIZ 創新原理的核心就是解決技術系統中存在的矛盾。矛盾解決矩陣是解決技術矛盾的有效工具。它由39個標準技術特性和40個創新原理及其它們之間的對應關系組成。一旦技術問題抽象成技術矛盾形式，就要用該問題所處的技術領域中特定術語描述這個矛盾，然后將這個矛盾轉換成一般工程術語，再由這些一般工程術語選擇標準的技術特性，最后由標準技術特性在技術矛盾矩陣中選擇可用的創新原理。[4] 另一種是物理矛盾解決方法及其問題解決過程模型。物理矛盾是TRIZ研究解決的關鍵問題。當技術系統具有相反要求時就會出現物理矛盾。相比技術矛盾，物理矛盾是更尖銳、且必須解決的沖突。物理矛盾解決的常用方法有：將兩個相反的特性進行時間分離;將兩個相反的特性根據條件分離;將兩個相反的特性進行整體與部分的分離;利用物場分析方法;利用物理、化學、幾何學等工程學原理知識庫等。

（四）創新問題標準解法

創新問題標準解法是TRIZ理論之精華，它有76個標準解法，共分5級，每一級中，其解法的先后次序遵循了技術系統進化原則。它的奇妙之處在于能快速解決標準問題于一兩步之中，且對復雜問題亦能提供高水平解決方案。標準解法是針對標準問題的解法，非標準問題則需TRIZ將非標準問題轉化成標準問題，再由標準解法得出解決方案。其整個解法的五級依次是：建立物——場模型;強化物——場模型;利用九宮格向超系統或微觀級轉化;檢測和測量的標準解法;簡化和改進策略。其基本用法是：不同技術問題首先對其進行功能分解，完成功能分析圖后，則進行標準建模，從第一至第四級，得到解決方案，而第五級在現代實際技術研發中尤為重要。因為前四級一般會使系統變得復雜，只有第五級可以簡化系統，達到解決問題的快速高效。

（五）發明問題解決算法

發明問題解決算法，亦稱ARIZ算法。該算法是基于技術系統進化法則的一套完整的問題解決流程，是TRIZ理論的核心工具之一。ARIZ采用一套邏輯過程逐步將初始問題程序化，其目標是建立相應的物理沖突或技術沖突，并解決這些沖突。該算法主要針對問題復雜、沖突及其相關部件不明確的技術系統。它通過對初始問題進行一系列變形、再定義等非計算性邏輯過程，實現對問題的逐步深入分析和轉化，并最終解決問題。ARIZ算法特別強調問題矛盾與理想解的標準化之間沖突，并由此探求創新問題。ARIZ算法包括問題分析、問題模型分析、陳述最終理想解、運用物場資源、知識庫的應用、轉化或替代問題、原理解評價、原理解最大化、解決方案的專家分析等9個關鍵步驟。前5個步驟將初始問題轉化為具體沖突，并解決這些沖突;若問題沒有得到解決，則在步驟六重新定義問題并調回第一步，再次求解問題，直至問題解決后，再通過七到九步進行評價和分析。

三、TRIZ理論對高職學生畢業設計創新的啟示

從對TRIZ理論核心要義分析得知，TRIZ理論成功揭示了創造發明的內在規律，它能幫助人們系統分析問題情境，快速發現問題本質，確定問題探索方向，擺脫心理慣性及試錯法，加快創新的步伐。高職學生畢業設計不僅僅是一個簡單的教學環節，就其本質而言是一種教育，是把創新教育貫穿人才培養全過程的一種重要體現。學習和研究TRIZ理論，對激發高職學生創新意識，提高學生創新能力，并對指導高職學生畢業設計的創新具有重要的啟示。

（一）轉變高職畢業設計理念，實現“小設計”“大創新”

TRIZ理論及創新實踐表明，創新是人的潛能，是每個人與生俱來的一種能力，這種能力經過學習和訓練可以得到提升。長期以來，受狹隘的人才培養目標和培養規格的影響，高職院校師生普遍認為，高職院校主要培養學生的動手能力，發明創造是研究型大學師生的事，反映在畢業設計中，就是重復過去的選題或重復往屆學生的設計方案。其實，高職學生畢業設計是學生綜合運用所學知識和技能，獨立完成一項比較完整的專業技術課題，最能體現學生創新意識和創新能力。事實上，在日常生活中，創新無處不在，技術技能積累中蘊含著創新的成分，孰能生巧中的“巧”就可能帶來變化和創新。因此，我們學習研究TRIZ理論并用以指導高職學生畢業設計，首先就要轉變高職生不能搞創新的錯誤觀念，樹立“小打小鬧也能帶來創新”“小設計也能體現大創新”的理念，用創新的眼光去發現企業生產實際中出現的問題，并將其凝練成畢業設計的選題，用TRIZ理論的工具和方法去試圖解決這些問題，這樣才有可能提升高職學生畢業設計質量，推進其畢業設計的創新和畢業設計的整體水平的提高。

（二）開設發明問題解決課程，支撐學生創新能力培養

課程是指學校學生所應學習的學科總和及其進程與安排。特定的課程是學生特定能力培養的重要支撐。從TRIZ理論的歷史發展以及各國推廣運用的成功做法中可以看到，前蘇聯以及歐洲、美國、日本等地方的許多大學將TRIZ方法做作為專業技術或工程設計方法學的必修課程，以激發學生的創新意識，培養學生發明創新的能力。因此，要推進高職學生畢業設計的創新，提升其畢業設計的整體水平，高職院校完全可以借國內外大學的一些做法，將發明問題解決課程作為必修課程，向學生系統介紹創新活動的基本原理，詳細講解一些如何應用該理論解決工程實踐領域問題的典型案例，讓廣大學生掌握TRIZ理論的法則和基本原理，學會將工程領域實際問題轉換為TRIZ問題的方法和技巧，打破傳統思維方式，激發學生的創新意識、創新思維和創新熱情，培養學生的創新工作習慣，提高學生運用TRIZ理論實施畢業設計創新的能力，為整體提高畢業設計的質量打下堅實的理論或方法論基礎。

（三）加強創新教師團隊建設，強化學生畢業設計指導

高職學生的畢業設計是在專業老師的指導下，學生綜合應用所學知識和技能所進行的嚴格的技術和基本能力訓練。專業指導教師的創新能力和水平與高職學生畢業設計的創新存在著正相關。因此，要提升高職學生運用TRIZ理論實現畢業設計的創新，就要著力培養一支既有深厚的理論根基、又有豐富的工程實踐經驗，專兼職結合的畢業設計創新指導教師團隊。該團隊不僅應在專業前沿、工藝流程以及設備等方面有深刻的領悟，能為學生畢業設計的創新指明方向，而且還要學會TRIZ理論的法則，熟練掌握將工程領域實際問題轉換為TRIZ問題的方法，提高自身的創新思維與創新能力。教師在用TRIZ理論指導學生畢業設計、解決工程應用領域的問題時，要引導和幫助學生系統地分析問題，找到要解決的問題及其主要矛盾，用39個通用工程參數準確地定義矛盾，從標準解決方法中挑選出適合畢業設計的解決方法，消除矛盾產生新的產品（或設計）。在相同類型選題或項目的畢業設計過程中，教師在指導學生確定設計整體方案后，可讓學生共同參與研討，讓每個學生都能提出自己的看法;然后，求同存異，形成基本一致的想法，以便確定問題的技術矛盾，并能快速將矛盾用通用工程參數精確表達出來;最后，再應用TRIZ創新原理，形成比較完美的解決方案。教師要通過精準有效的指導，充分調動學生的積極性和主動性，培養學生團結協作的精神和溝通能力，提高學生創造性分析、發現和解決問題的能力。

（四）完善畢業設計評價體系，將創新作為重要考核指標

高職學生畢業設計是實現其人才培養目標的重要教學環節，是培養高職學生創新能力、實踐能力和創業精神的重要手段，是對學生綜合運用所學理論、知識與方法解決實際問題能力的全面檢驗，是衡量高職院校專業人才培養質量的重要因素。合理設置畢業設計全過程評價體系，優化畢業設計質量監控機制，對于公平、公正、準確評價學生的畢業設計質量及其成績，培養高職畢業生職業素養以及較強實踐能力意義重大。當前，大多數高職院校將選題質量、畢業設計成果質量、畢業論文設計材料的完整性作為評價畢業設計的重要指標。部分省份教育行政主管部門組織開展了高職學生畢業設計抽查，抽查內容為畢業設計任務書和學生畢業設計成果。畢業設計任務書須明確具體目的、任務及要求、進程和成果表現形式等;學生畢業設計成果應表現為物化產品、軟件、文化藝術作品、方案等形式。上述學校和教育行政主管部門的做法，雖然在很大程度上規范了高職院校畢業設計工作，但畢業設計的整體水平仍然不高，具有創新成分的高質量畢業設計作品十分鮮見。因為，從其細化的評價指標體系看，他們并沒有將其創新性作為畢業設計的重要評價指標，并以此來引導畢業設計的方向。因此，要從根本上提高高職學生畢業設計的質量，完全可以將發明問題解決理論運用到畢業設計中，并把設計作品的創新作為重要考核評價指標，完善以創新（發明問題解決）為主導的畢業設計評價體系，才能從根本上提高畢業設計的質量。

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