于百庫(kù) 吳永志 孫國(guó)強(qiáng)



摘 要:【目的】針對(duì)目前國(guó)內(nèi)出版的眾多TRIZ教材、專著和論文中有關(guān)九屏幕法的講述內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單、使用基本規(guī)則不明確等問(wèn)題,進(jìn)行分析研究,旨在為高校學(xué)生和企業(yè)TRIZ創(chuàng)新方法應(yīng)用者提供借鑒。【方法】在介紹九屏幕法的作用及相關(guān)概念基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)九屏幕法使用的具體描述、對(duì)使用中常見(jiàn)問(wèn)題的歸納分析等,系統(tǒng)性闡述了九屏幕法使用的基本規(guī)則。【結(jié)果】明確了九屏幕圖的主要形式、繪制方法和使用要點(diǎn),歸納總結(jié)出不符合使用要點(diǎn)、形式錯(cuò)誤、缺少對(duì)應(yīng)性和表達(dá)與本質(zhì)不一致等4種錯(cuò)誤形式。【結(jié)論】九屏幕法對(duì)拓寬解題思路具有重要作用,初學(xué)者比較容易上手,但是在使用中經(jīng)常出現(xiàn)各種問(wèn)題,需要使用者在實(shí)踐中不斷深入理解,深化應(yīng)用,以更好地發(fā)揮九屏幕法的作用。
關(guān)鍵詞:TRIZ理論;九屏幕法;使用;問(wèn)題分析
中圖分類號(hào):F124.3? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A? ? 文章編號(hào):1003-5168(2024)07-0153-06
DOI:10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.07.031
The Use of the Nine-Screen Method in TRIZ Theory and the Analysis of Common Problems
YU Baiku1 WU Yongzhi2 SUN Guoqiang3
(1.CRRC Qiqihar Rolling Stock Co., Ltd., Qiqihar 161002, China; 2. Institute of Scientific and Technical Information of Heilongjiang Province, Harbin 150028, China; 3. Harbin Telizhi Technical Consulting Co.,Ltd.,
Harbin 150046, China)
Abstract: [Purposes] This paper presents the analysis and research of the problems that the content of the nine-screen method is too simple and the basic rules of using it are not clear in many TRIZ teaching materials, monographs and papers published in China, aiming to provide reference for students in colleges and universities and applicants of corporate TRIZ innovation methods. [Methods] Based on a brief introduction of the role of the nine-screen method and related concepts, this paper systematically elaborates the basic rules of the nine-screen method through the specific description of the use of the nine-screen method and the generalization and analysis of the common problems in the use of the nine-screen method. [Findings] The main forms, drawing methods and points of use of the nine-screen diagram are clarified, and four kinds of errors are summarized, such as fail to meet the use of the main points, form error, lack of correspondence, and inconsistency of expression with essence. [Conclusions] The nine-screen method plays an important role in broadening the idea of problem solving, and it is relatively easy for beginners to get started, but various problems often occur in the use of the method, which requires users to deepen their understanding and strengthen their application in practice in order to better utilize the role of the nine-screen method.
Keywords: TRIZ theory; nine-screen method; use; problem analysis
0 引言
TRIZ理論即發(fā)明問(wèn)題解決理論(簡(jiǎn)稱TRIZ),是蘇聯(lián)發(fā)明家根里奇·阿奇舒勒(Genrich S. Altshuller)帶領(lǐng)一批學(xué)者從1946年開(kāi)始,經(jīng)過(guò)50多年,對(duì)世界上250多萬(wàn)件專利文獻(xiàn)加以搜集、研究、整理、歸納、提煉,建立的一整套系統(tǒng)化、實(shí)用性的解決發(fā)明問(wèn)題的理論、方法和體系。它是基于本體論、認(rèn)識(shí)論和自然辯證法產(chǎn)生的,被譽(yù)為解決發(fā)明創(chuàng)造問(wèn)題的“金鑰匙”。在波音、福特、西門子、三星電子、三菱、華為、中國(guó)中車等世界知名企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
九屏幕法(也稱九宮格、九屏法)是TRIZ理論中的創(chuàng)新思維工具之一,是為了解決系統(tǒng)矛盾、克服思維慣性而采用的一種創(chuàng)新思維方法。然而,目前國(guó)內(nèi)出版的眾多TRIZ教材和專著中有關(guān)九屏幕法的內(nèi)容通常都過(guò)于簡(jiǎn)單,相較于技術(shù)矛盾、物場(chǎng)模型、ARIZ等TRIZ工具,九屏幕法的基本規(guī)則不明確,導(dǎo)致使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)各種問(wèn)題[1]。
1 九屏幕法的作用及相關(guān)概念
1.1 九屏幕法的作用
九屏幕法的基本思想是把問(wèn)題當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究,按照時(shí)間和系統(tǒng)層次兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)行思考。研究系統(tǒng)時(shí),關(guān)注系統(tǒng)的整體性、層級(jí)性和目的性,即不但要看到系統(tǒng)本身,還要看到宏觀的超系統(tǒng)和微觀的子系統(tǒng);關(guān)注系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和關(guān)聯(lián)性,即不但要看到系統(tǒng)的現(xiàn)在,還要看到它的過(guò)去和將來(lái),以及其超系統(tǒng)和子系統(tǒng)的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái),從而打破思維的局限,實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的全面認(rèn)識(shí)[2]。因此,九屏幕法的主要作用是確定技術(shù)系統(tǒng),并通過(guò)時(shí)間和系統(tǒng)層次兩個(gè)維度來(lái)拓寬思路,尋找和利用更多可利用的資源,為解決工程問(wèn)題創(chuàng)造條件。
1.2 相關(guān)概念
1.2.1 創(chuàng)新思維。根據(jù)《創(chuàng)新方法應(yīng)用能力等級(jí)規(guī)范》(GB/T 31769),創(chuàng)新思維(innovation thinking)是指以新穎獨(dú)特的方式對(duì)已有信息進(jìn)行加工、改造、重組和遷移,從而獲得有效創(chuàng)意的思維活動(dòng)和方法。創(chuàng)新思維模式(mode of innovation thinking)是指按一定程序表現(xiàn)在思維創(chuàng)新方面的方法和技巧。
1.2.2 系統(tǒng)。錢學(xué)森認(rèn)為,系統(tǒng)是由相互作用相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的,具有特定功能的有機(jī)整體,而且這個(gè)有機(jī)整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。
1.2.3 技術(shù)系統(tǒng)。技術(shù)系統(tǒng)是指具有系統(tǒng)特征的部件及聯(lián)系的總和,它是構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)要素和要素間關(guān)系的總和,也就是完成某個(gè)特定功能或職能的各個(gè)事物的集合。任何系統(tǒng)都不是獨(dú)立存在的。系統(tǒng)之外的高層次系統(tǒng)為超系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)都要被納入超系統(tǒng)中,成為其中的一部分,并與其他部分相互作用。系統(tǒng)之內(nèi)的低層次系統(tǒng)稱為子系統(tǒng),系統(tǒng)本身由若干個(gè)相互作用的子系統(tǒng)組成。
技術(shù)系統(tǒng)、超系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的關(guān)系如圖1所示。
如果把汽車看作是一個(gè)系統(tǒng),那么輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)、車身、變速箱等是汽車的子系統(tǒng),交通系統(tǒng)就是汽車的超系統(tǒng),因?yàn)槊枯v汽車都是整個(gè)交通系統(tǒng)的組成部分。當(dāng)然,制造企業(yè)、4S店、車庫(kù)等也是汽車的超系統(tǒng)。
1.2.4 資源。資源是指系統(tǒng)及其環(huán)境中的各種要素,能夠反映諸如系統(tǒng)作用、功能、組分、組分間聯(lián)系結(jié)構(gòu)、信息能量流、物質(zhì)、形態(tài)、空間分布、功能的時(shí)間參數(shù)、效能以及其他有關(guān)功能質(zhì)量的個(gè)別參數(shù)。從技術(shù)創(chuàng)新角度講,資源是可獲得的,但是又是閑置的及(通常是)不可見(jiàn)的物質(zhì)、能量、性能等在系統(tǒng)中能夠用來(lái)解決問(wèn)題的東西[3]。
尋找和利用資源是九屏幕法的主要作用,因此本文將資源的概念列入其中。
2 九屏幕圖的繪制及使用要點(diǎn)
所謂九屏幕法,是指在分析、解決問(wèn)題時(shí),不僅要考慮當(dāng)前系統(tǒng),還要考慮它的過(guò)去和未來(lái)、子系統(tǒng)和超系統(tǒng),以及當(dāng)前系統(tǒng)過(guò)去和未來(lái)的子系統(tǒng)、超系統(tǒng)。上述要素根據(jù)時(shí)間和系統(tǒng)層級(jí)構(gòu)成了九屏幕圖。
2.1 九屏幕圖的常用形式
九屏幕圖有兩種常見(jiàn)形式(如圖2所示),無(wú)論哪種形式,中間深色背景的5個(gè)屏都是一致的。居中的是當(dāng)前系統(tǒng),表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài),是整個(gè)九屏幕圖的核心。橫向看,左側(cè)是當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去,右側(cè)是當(dāng)前系統(tǒng)的未來(lái);縱向看,上面是當(dāng)前系統(tǒng)的超系統(tǒng),下面是當(dāng)前系統(tǒng)的子系統(tǒng)。
主要差異在4個(gè)角上白色背景的4個(gè)屏。形式一為縱向(川字形)九屏幕圖,左側(cè)兩個(gè)屏分別是過(guò)去的超系統(tǒng)和子系統(tǒng),右側(cè)兩個(gè)屏分別是未來(lái)的超系統(tǒng)和子系統(tǒng)。而形式二為橫向(三字形)九屏幕圖,上面兩個(gè)屏分別是超系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái),下面兩個(gè)屏分別是子系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)。在解題過(guò)程中兩者都可以采用。一般來(lái)講,形式一適用于工藝過(guò)程或者系統(tǒng)整體進(jìn)化情形,形式二適用于子系統(tǒng)不均衡進(jìn)化,可根據(jù)工程實(shí)際作出選擇。
具體繪制九屏幕圖時(shí),首先確定要研究的當(dāng)前系統(tǒng),然后考慮當(dāng)前系統(tǒng)的子系統(tǒng)和超系統(tǒng),以及當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái),即中間5個(gè)屏;然后考慮根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)的特點(diǎn),確定采用的九屏幕圖形式,并把相關(guān)內(nèi)容填入剩下的4個(gè)屏中。
2.2 九屏幕法使用要點(diǎn)
2.2.1 當(dāng)前系統(tǒng)的定義至關(guān)重要,要保持解題過(guò)程中的一致性。這里所講的解題過(guò)程是指利用各種TRIZ工具完整解決技術(shù)問(wèn)題的過(guò)程,包括從具體問(wèn)題到問(wèn)題模型,直至方案模型的完整過(guò)程,而不僅限于九屏幕法的使用過(guò)程。九屏幕法的重要作用在于,定義了一個(gè)統(tǒng)一的技術(shù)系統(tǒng),同時(shí)又提供尋找可利用資源的手段。九屏幕法非常重要,因此被TRIZ理論的創(chuàng)始人阿奇舒勒稱為“天才思維九屏幕法”。對(duì)于初學(xué)者,繪制九屏幕圖有一定的難度,在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中,可能要反復(fù)調(diào)整當(dāng)前系統(tǒng),以期滿足技術(shù)系統(tǒng)解決問(wèn)題的需要。
2.2.2 時(shí)間的選擇可長(zhǎng)可短,但要有意義。對(duì)于過(guò)去和未來(lái)的選擇,首先需要確定技術(shù)的發(fā)展順序與規(guī)律,然后確定過(guò)去與未來(lái),選擇相近的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。過(guò)去的選擇,可以是任一過(guò)去的時(shí)間點(diǎn),可以是上一代產(chǎn)品,也可以是上一個(gè)過(guò)程,總之是有可能產(chǎn)生可利用資源的時(shí)間點(diǎn)。未來(lái)的選擇也同樣如此。此外要盡量避免“智能”“自動(dòng)”等詞語(yǔ),且盡量具體,可描述為進(jìn)行的改進(jìn)或增加的功能。
以電風(fēng)扇為例,在分析電風(fēng)扇的九屏幕圖時(shí)發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的過(guò)去是扇子,未來(lái)是空調(diào),初看沒(méi)有問(wèn)題,但是時(shí)間的選擇對(duì)解決問(wèn)題沒(méi)有幫助。一是當(dāng)前系統(tǒng)是電風(fēng)扇,并沒(méi)有明確其具體技術(shù)特征,犯了當(dāng)前系統(tǒng)定義不準(zhǔn)確的錯(cuò)誤。二是在當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去分析中,很多人認(rèn)為當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去是扇子,其實(shí)從扇子到電風(fēng)扇的進(jìn)化過(guò)程,經(jīng)歷了很多,在分析系統(tǒng)的過(guò)去時(shí)跳過(guò)了很多技術(shù)發(fā)展的節(jié)點(diǎn),而且時(shí)間跨度很長(zhǎng)。按照這種邏輯關(guān)系進(jìn)行分析的九屏幕圖沒(méi)有太大意義。對(duì)于系統(tǒng)未來(lái)的分析也是如此,當(dāng)系統(tǒng)的未來(lái)認(rèn)定為空調(diào)時(shí),解決問(wèn)題的思路已經(jīng)不在電風(fēng)扇本身了[4]。
2.2.3? 子系統(tǒng)和超系統(tǒng)要全面,數(shù)量不能過(guò)少,也不能太多。子系統(tǒng)和超系統(tǒng)數(shù)量過(guò)少,不利于尋找可利用資源;過(guò)多的話會(huì)導(dǎo)致解題復(fù)雜化。如果子系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜,可以針對(duì)每一個(gè)子系統(tǒng)再繪制九屏幕圖。
2.2.4 九屏幕法是一種思維方法,并不是解決問(wèn)題的手段。九屏幕法體現(xiàn)了理解問(wèn)題的一種思維方法,確定了解決問(wèn)題的某個(gè)新途徑。另外,各個(gè)屏幕顯示的信息并不一定都能引出解決問(wèn)題的新方法。所以在實(shí)際使用中,一般不要求提出解決方案,個(gè)別案例可以提出概念性方案。
3 使用九屏幕法解題案例
3.1 單杠的九屏幕圖
社區(qū)或者中小學(xué)常見(jiàn)的金屬單杠,其主要材質(zhì)是碳素鋼,具有較高的強(qiáng)度和耐用性,同時(shí)具有不易變形、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn),適合大眾使用。其主要問(wèn)題是缺少防護(hù),以及立柱高度不適應(yīng)各種人群使用等。把當(dāng)前的全碳素鋼金屬單杠作為當(dāng)前系統(tǒng):子系統(tǒng)包括碳素鋼金屬橫桿、金屬立柱,以及鋼索、地釘?shù)裙潭ㄑb置;超系統(tǒng)包括操場(chǎng)、土地、使用者等。按照形式一繪制九屏幕圖,如圖3所示。當(dāng)前系統(tǒng)過(guò)去為木質(zhì)、金屬混合單杠,其子系統(tǒng)包括金屬橫桿、木質(zhì)立柱,以及防風(fēng)繩、地釘?shù)裙潭ㄑb置。當(dāng)前系統(tǒng)的未來(lái)我們定義為有保護(hù)、高度可調(diào)節(jié)的單杠,由此預(yù)測(cè)其子系統(tǒng)包括彈簧鋼、合金或碳纖維橫桿、可升降立柱、固定裝置、保護(hù)地墊。超系統(tǒng)的部分有所不同,如圖3所示。
3.2 超細(xì)粉裝袋系統(tǒng)粉塵泄漏問(wèn)題的九屏幕圖分析
問(wèn)題描述:在生產(chǎn)線的末端,超輕細(xì)粉料在干燥粉倉(cāng)內(nèi)經(jīng)過(guò)干燥后由出料管進(jìn)入裝袋系統(tǒng),在這個(gè)過(guò)程中有密封膠圈對(duì)料袋進(jìn)行密封。但裝袋結(jié)束后,關(guān)閉放料閥,去除密封膠圈將裝粉的料袋取下來(lái)時(shí),細(xì)粉從料袋口往外泄露,造成物料嚴(yán)重?fù)p失。超細(xì)粉裝料系統(tǒng)圖如圖4所示。
九屏幕圖分析:當(dāng)前系統(tǒng)可以選為帶有密封的裝料系統(tǒng),應(yīng)用九屏幕圖橫向(三字形)結(jié)構(gòu)繪出九屏幕圖,如圖5所示。
通過(guò)對(duì)九屏幕圖各個(gè)屏內(nèi)所有資源逐一進(jìn)行分析,來(lái)尋找解決問(wèn)題的方向或解決方案。例如,可以利用子系統(tǒng)的放料管資源,延長(zhǎng)放料管的長(zhǎng)度,降低細(xì)粉的下落高度,從而減少粉塵的泄漏量。也可以考慮利用未來(lái)系統(tǒng)子系統(tǒng)中低壓氣體或真空環(huán)境的資源,解決粉塵泄漏問(wèn)題。
4 九屏幕法使用中常見(jiàn)問(wèn)題
九屏幕法是一種使用相對(duì)簡(jiǎn)單的TRIZ工具,但是使用九屏幕法解題屢屢出現(xiàn)問(wèn)題,主要包括以下幾種情形。
4.1 不符合使用要點(diǎn)的要求
本文2.2對(duì)九屏幕法的使用要點(diǎn)進(jìn)行的詳細(xì)闡述,是在使用過(guò)程中必須遵守的規(guī)則。主要存在的問(wèn)題是:當(dāng)前系統(tǒng)的定義不合理、前后不一致;時(shí)間選擇過(guò)于隨意,對(duì)解決問(wèn)題沒(méi)有幫助;子系統(tǒng)和超系統(tǒng)的數(shù)量過(guò)少。最嚴(yán)重的問(wèn)題是,利用九屏幕法得出了解決方案,而且是最終方案。
4.2 形式上的錯(cuò)誤
正確的九屏幕圖如本文2.1所述,其有兩種表達(dá)形式,但是在應(yīng)用中出現(xiàn)多種形式(如圖6所示)。本文分別命名為“田字形”“混合型”“統(tǒng)一朝向”“轉(zhuǎn)體90°”。限于版權(quán)問(wèn)題,將錯(cuò)誤實(shí)例轉(zhuǎn)化為圖形來(lái)表達(dá)。
田字形的九屏幕圖是一種常見(jiàn)的錯(cuò)誤形式,其本質(zhì)是沒(méi)有清楚表達(dá)4個(gè)角位置4個(gè)屏的意義。九屏幕圖還有一種錯(cuò)誤的形式,那就是用3×3的表格代替九屏幕圖,因其沒(méi)有箭頭,我們可以稱之為“表格型”九屏幕圖。這種錯(cuò)誤形式在早期的學(xué)術(shù)論文或者教學(xué)實(shí)例中也時(shí)有出現(xiàn)。“表格型”與“混合型”“田字形”的錯(cuò)誤本質(zhì)類似,都無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)4個(gè)角位置4個(gè)屏的意義。“統(tǒng)一朝向”和“轉(zhuǎn)體90°”的形式理論上并沒(méi)有本質(zhì)錯(cuò)誤,主要是與習(xí)慣不符。
4.3 缺乏對(duì)應(yīng)性
采用形式二時(shí),要求子系統(tǒng)的過(guò)去與未來(lái)要與當(dāng)前子系統(tǒng)完全對(duì)應(yīng),即每個(gè)子系統(tǒng)都要有對(duì)應(yīng)的過(guò)去和未來(lái),且數(shù)量必須一致。常見(jiàn)的問(wèn)題是某些子系統(tǒng)在過(guò)去或者未來(lái)消失不見(jiàn)了。超系統(tǒng)也存在上述問(wèn)題。
4.4 表達(dá)與本質(zhì)不一致
這是一種常見(jiàn)的錯(cuò)誤形式,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將形式一與形式二用錯(cuò)。例如,分析的過(guò)程和實(shí)際內(nèi)容符合形式一的九屏幕圖,左下角所填內(nèi)容是“過(guò)去的子系統(tǒng)”,但是所用九屏幕圖為形式二。具體可參見(jiàn)下述案例中問(wèn)題⑤。
4.5 錯(cuò)誤案例分析
某次教學(xué)中的實(shí)例如圖7所示,其存在較多的典型問(wèn)題,多處不符合要點(diǎn)要求,幾乎每個(gè)屏都存在不足之處。
①當(dāng)前系統(tǒng)定義為“自動(dòng)化機(jī)器人除塵”,這是一個(gè)過(guò)程,但是系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)并非是與之相關(guān)聯(lián)的過(guò)程,建議當(dāng)前系統(tǒng)修改為“自動(dòng)化機(jī)器人除塵系統(tǒng)”。當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去和未來(lái)也要同步添加“系統(tǒng)”。
②當(dāng)前系統(tǒng)的過(guò)去為“人工除塵系統(tǒng)”,時(shí)間軸選取是否合適,單憑此圖尚不足以判定,需要結(jié)合工程問(wèn)題以及實(shí)際情況。從一般經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,該系統(tǒng)時(shí)間跨度較大,跳過(guò)了很多技術(shù)發(fā)展的節(jié)點(diǎn)。
③當(dāng)前系統(tǒng)的未來(lái)用“智能化”來(lái)表述,不符合使用要點(diǎn)2.2.2的要求。
④子系統(tǒng)組件和超系統(tǒng)數(shù)量過(guò)少,不利于尋找可利用資源。
⑤子系統(tǒng)STM32核心板的過(guò)去不可能是“人”,而“人”可以理解為人工除塵的子系統(tǒng),結(jié)合以下錯(cuò)誤⑦,有理由認(rèn)為該案例將縱向形式誤用為橫向形式。
⑥子系統(tǒng)STM32核心板的未來(lái)是128位芯片,指向性過(guò)于明顯,存在已經(jīng)有解決方案但卻套用創(chuàng)新方法的可能。
⑦超系統(tǒng)的過(guò)去也存在與子系統(tǒng)的過(guò)去類似的問(wèn)題,全向輪的過(guò)去不可能是高壓水槍、高壓氣槍。
⑧超系統(tǒng)的未來(lái)同樣用“智能”來(lái)描述,不符合使用要點(diǎn)2.2.2的要求。
5 結(jié)語(yǔ)
九屏幕法是一種重要的創(chuàng)新思維工具,本文對(duì)其使用要點(diǎn)和常見(jiàn)錯(cuò)誤進(jìn)行了具體闡述,并提供了使用案例以及錯(cuò)誤案例分析,旨在為高校學(xué)生和企業(yè)TRIZ創(chuàng)新方法應(yīng)用者提供借鑒。
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收稿日期:2023-11-20
作者簡(jiǎn)介:于百庫(kù)(1970—),男,本科,教授級(jí)高級(jí)工程師,研究方向:中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃與創(chuàng)新方法;吳永志(1979—),男,本科,研究員,研究方向:科技情報(bào)與創(chuàng)新方法;孫國(guó)強(qiáng)(1969—),男,本科,副教授,研究方向:教育培訓(xùn)與創(chuàng)新方法。