TRIZ理論在金工實習教學中的探索與應用

蘇喚喚

（濰坊學院機電與車輛工程學院，濰坊 261061）

TRIZ理論在金工實習教學中的探索與應用

蘇喚喚

（濰坊學院機電與車輛工程學院，濰坊 261061）

金工實習作為高校理工科學生所必修的實踐教學環節，主要培養學生的操作技能，以及學生對專業基本知識的應用能力和創造性思維，而在目前金工實習教學中存在諸多問題有待改進。TRIZ理論作為一種新型的創新方法，具有其鮮明的特點和優勢，針對目前金工實習教學現狀，應用TRIZ創新理論在課程建設，教學模式等方面進行不斷的改革，在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行不斷的創新，構建創新型實踐教學模式有重要意義。

金工實習 TRIZ理論 教學改革 發明原理

在《高等教育法》中第五條規定“高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才，發展科學技術文化，促進社會主義現代化建設”。當今社會國家競爭以及各行業間的競爭日益加劇，使如何培養大學生的創新精神和實踐能力成為一項迫在眉睫的任務[1]。

在國家極力倡導各類高等院校需適時進行工程訓練的大背景下，一些具備綜合性的實踐課程因此應運而生。此類課程涉及的知識面廣、實踐性強，具有工程背景，因此如何打造具有鮮明特色的專業實踐課程，提升其核心競爭力，是目前我們所面臨的首要任務[2]。

1 金工實習教學現狀

高等教育的目的是培養高水平創新性人才，當前知識經濟社會以知識的創新化、全球的網絡化、市場的一體化，給我國高等教育人才培養提出了新的挑戰。實踐教學作為高等學校培養理工類創新性人才的重要環節，在培養學生的綜合素質、提高學生的創新精神和實踐能力上，具有其他課程無法代替的作用[3]。

實踐教學主要是對學生操作技能的訓練，其目的是讓學生通過基本的練習、試驗，了解工程實踐的特點，了解工藝流程及加工制造方法。金工實習作為高校理工科學生所必修的實踐教學環節，主要培養學生的操作技能，以及學生對專業基本知識的應用能力和創造性思維。通過金工實習，使學生能夠充分理解機械設備的內部構造和基本工作原理，以及加工工藝特點和制造方法，并能進行基本的操作，了解國內外各種新的加工工藝及新技術。

但目前金工實習存在諸多問題[4]：

（1）由于金工實習的教學內容與工程實踐緊密相關，而目前受各高校金工實習條件的限制，學生所能接觸到的工種以及加工設備和工藝非常有限，學生沒有到達過生產的第一線，對生產的整個過程的認識僅靠指導教師的口頭描述，不夠直觀，使學生難以理解，導致教學效果不理想；而且設備的內部構造及基本工作原理也不能充分的展示，使學生不能有一個明確的認識；

（2）傳統的實踐課程，其內容往往比較單一，不能同時滿足各專業學生的個性需求，同時也不利于開發學生的創新思維，以及對其創新能力的培養。

（3）此類實踐課程是對全校所有的學科及專業開放的，學生們來自不同的專業和學科，由于其專業背景不同，導致各學生的專業素質和能力有所不同，卻不能做到區別對待。

（4）隨著現代科學技術的發展，改革傳統的金工實習教學內容，開設特種加工，及時更新新技術、新設備、新工藝也將成為必然趨勢。

因此如何解決金工實習教學中的所出現的諸多問題，改革其教學內容、教學方法、教學手段，構建新型的實踐教學模式是我們探索的重要課題。

2 TRIZ理論

（1）創新方法的選擇。發明創造能力是本科生創新精神和實踐能力的良好體現，從上世紀30年代到80年代，總共出現了300多種創新方法以及10多種創造原理。經過數十年的實踐與總結，目前常見的創新方法主要有以下幾種：仿生聯想法、列舉類技法、頭腦風暴法、反求設計創新法、組合創新法、5W2H法、功能設計創新法等。上述創新方法，雖然各自能夠從不同的角度，在某種程度上突破了限制創新的相關因素，但都沒有形成相對完整的理論體系，并不能系統的指導產品創新的全過程[5]。

而TRIZ是系統化的創新設計方法技術，它可以通過遵循創新活動所產生的客觀規律，為創新思維提供一種有利于創新的有效方法和途徑。因此在對大學生的培養過程中，引入TRIZ理論，對培養大學生的創新思維，提高大學生實踐能力具有重要的意義[6]。

（2）TRIZ理論簡介。TRIZ是俄文中發明問題解決理論（Teoriya Resheniya lzobreatatelskikh Zadatch，TRIZ)的縮寫，其英文全稱是Theory of the Solution of Inventive Problems)。是前蘇聯著名發明家根里奇·阿利赫舒勒（G.S.Altshuller）于1949年，在分析了世界近250萬高水平的發明專利，并綜合多學科領域的原理和法則后，所創立起的基于知識的、面向人的解決發明問題的系統化方法學體系。

TRIZ理論的發明者認為，發明問題遵循著某種原理，此類原理可以從設計領域中抽象出來，再應用到具體的

設計領域中去，從而指導完成不同的創新設計[7]。TRIZ理論將創新性問題進行分類，并對每一類問題提供相應的解決方法。它為我們所提供的有利工具包括理想解，產品進化定律，沖突矩陣，ARIZ，物質—場分析等。它還涉及對一系列的問題的定義及改進的系統分析，并為此提供了產品進化模式、40條發明原理、分離原理、76個標準解等[8]。（3）TRIZ理論解決問題的一般過程。TRIZ理論認為，

產品的創新標志是解決設計中所產生的沖突，從而獲得新的有競爭力的解。利用TRIZ解決問題時，首先將領域問題進行抽象，使實際問題轉化為TRIZ的標準問題；然后利用TRIZ所提供的知識得到TRIZ的通用解；最后針對實際問題，應用各專業相關知識，通過類比思維，將標準解轉化為解決實際問題的最終解，即領域解。其過程圖如圖1所示：

3 TRIZ理論在實踐教學中的應用

圖1 TRIZ理論解決問題的一般過程

針對金工實習教學中出現的諸多問題，我們積極地進行探索和研究，并按照創新教育與新課程改革的要求，應用TRIZ理論在課程建設，教學模式等方面進行不斷的改革，在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行不斷的創新，構建創新型實踐教學模式。同時讓學生積極參與互動，致力于激發他們的創新性思維，培養其創新能力。

根據TRIZ理論解決問題的一般過程，首先將問題轉化為標準問題，例如實習內容不能與工程實踐緊密結合以及實習條件限制等問題，我們可以用39個工程參數中的兩個將此問題進行描述，分別為33可操作性、25時間的損失，通過沖突矩陣我們獲得通用解，即第28條發明原理機械系統的代替，在這里我們可以選擇用感官刺激的方法代替機械手段。

得到通用解后，我們通過對各種實例的分析以及類比思維，獲得領域解，即應用計算機輔助教學。我們根據實習和內容的要求，將各種教學資料的多媒體信息(如圖形、文字、圖像、動畫等)有機地結合起來，形象、直觀地演示各種加工設備、工藝流程、加工制造方法，清楚地展示其內部構造及工作原理，并可以為學生展示新技術、新工藝、新設備。從而可以有效地激發學生的學習興趣，加深對所學內容的理解。

對于實踐課程內容單一的問題，我們應用TRIZ理論中的分割原理，將課程分割成理論教學和實踐教學兩個部分。理論知識統一講解，實踐部分針對不同專業進行特殊設計。這種利用分割原理所形成的教學模塊和教學方法，有利于學生對不同技能知識點的集中學習和掌握，同時也便于整個教學工作的展開。

而對于不同專業素質、不同專業背景的學生來說，其接受知識的能力也有所不同，因此我們利用TRIZ理論中的局部質量原理進行區別對待。根據不同專業學生的特點，結合教學培養目標，有針對性地對某些模塊課程進行強化訓練。通過對學生的層次性要求，可以滿足不同學生的需要，從而達到因人而異，因材施教的目的。

4 TRIZ理論在教學中應用實例

跟其他傳統實訓項目不同，數控實訓作為一門較新的科目，是一門理論性與實踐性都很強的學科，他不僅要求學生練習操作技能，還要學會編程，因此傳統的實訓教學模式對其不適用；而且由于數控設備的昂貴，我們無法做到讓每個學生都能實地的進行操作，學生的不熟練，也會由于誤操作而將機床損壞或者造成事故，我們必須尋求新的教學方法。

對于此類問題，我們利用TRIZ理論中的分割原理，將其分為理論教學和實踐教學相結合，使其既能學習編程又能練習操作。而對于如何讓每個學生都能進行數控車床的操作練習，通過TRIZ理論中的機械系統的代替原理，我們選擇計算機輔助教學，即利用仿真模擬軟件指導學生。仿真模擬軟件可以模擬真實的加工過程，用仿真模擬軟件進行教學，既節省了成本，又能使深入的進行數控車床的學習，并大大提高了編程能力。

為了調動學生學習的積極性以及提高創新能力，我們讓學生自行設計零件，進行編程練習，并在模擬軟件上進行模擬加工，演示成熟后，在真實的機床上將其加工出來。圖2、圖3為學生設計的零件圖紙，圖4、圖5為相應的仿真模擬軟件加工零件。

圖2 子彈頭圖紙

圖3 寶葫蘆圖紙

5 結論

圖4 仿真模擬軟件加工子彈頭

圖5 仿真模擬軟件加工寶葫蘆

通過對高等院校金工實習教學現狀的研究，面對其出現的諸多問題，為提高教學效果及培養學生的創新能力，我們采用TRIZ理論來優化整個課程結構，改革課程建設，教學模式，并在教學內容、教學方法、教學手段等方面進行不斷的創新，構建創新型實踐教學模式，對金工實習實踐教學提供了極大的幫助，為創新性人才的培養開辟了良好的途徑。

[1]高常青,趙方,王濰,曹樹坤,昃向博.發明問題解決理論與機械類本科生創新能力的培養[J].現代制造技術與裝備. 2009,190（3）:100-103.

[2]李欣,田野,周瑩.TRIZ創新理論在電子類實踐教學中的探索與實踐[J].2012（5）:43-44.

[3]車建明,陳金水,阮宏慧.構建機械工程實踐教學新體系，培養大學生綜合工程素質[J].金工制造.2006（4）:4-8.

[4]黃志國,柴增田.CAI技術在金工實習中的應用[J].承德民族職業技術學院學報.2004（4）:44-45.

[5]高常青,黃克正,張勇.TRIZ理論在產品創新設計中的應用[J].機械科學與技術,2006,25（4）:501-504.

[6]任重昕,蘇永濤.基于TRIZ理論的大學生創新能力培養[J].黑龍江高教研究,2012,220（8）:130-131.

[7]Gao Changqing,Huang Kezheng,Zhang Yong.Creative conceptual design ideas can be gotten with TRIZ methodology[J].TRIZ Journal,June,2005.

[8]Altshuller G.The Innovation Algorithm,TRIZ,Systematic Innovation and Technical Creativity[M].Worcester:Technical Innovation Center,IN,1999.8:8-12.

The Exploration and Application of TRIZ Theory in the Metalworking Practice Teaching

SU Huanhuan
（School of Mechanical-electronic and Vehicle Engineering，Weifang University,Weifang 261061）

Metalworking practice as the compulsory practicalteaching links of the engineering students in universities is used tocultivate students' operation skills, and to cultivate the students'professional application ability and creative thinking ability by the basicknowledge. But at present there are many problems to be improved ofmetalworking practice teaching. TRIZ theory as an innovative methodmodel has its distinctive features and advantages. In view of the presentsituation of the metalworking practice teaching, TRIZ innovation theorywas applied in the reform of the curriculum construction, teaching modeand other aspects, and also was used in the constant innovation in theaspects of teaching content, teaching method and teaching means. Andthere has important significance for the construction of innovativepractice teaching mode.

metalworking practice,TRIZ theory,teaching reform, the principles of invention