TRIZ理論在金工實(shí)習(xí)教學(xué)中的探索與應(yīng)用＊

蘇喚喚

（濰坊學(xué)院，山東 濰坊 261061）

《高等教育法》規(guī)定：“高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級專門人才，發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化，促進(jìn)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)”。今社會國家競爭以及各行業(yè)間的競爭日益加劇，使如何培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力成為一項迫在眉睫的任務(wù)［1］。

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

1 金工實(shí)習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀

高等教育的目的是培養(yǎng)高水平創(chuàng)新性人才，當(dāng)前知識經(jīng)濟(jì)社會以知識的創(chuàng)新化、全球的網(wǎng)絡(luò)化、市場的一體化，給我國高等教育人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。實(shí)踐教學(xué)作為高等學(xué)校培養(yǎng)理工類創(chuàng)新性人才的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力上，具有其他課程無法代替的作用［3］。

實(shí)踐教學(xué)主要是對學(xué)生操作技能的訓(xùn)練，其目的是讓學(xué)生通過基本的練習(xí)、試驗(yàn)，了解工程實(shí)踐的特點(diǎn)，了解工藝流程及加工制造方法。金工實(shí)習(xí)作為高校理工科學(xué)生所必修的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，以及學(xué)生對專業(yè)基本知識的應(yīng)用能力和創(chuàng)造性思維。通過金工實(shí)習(xí)，使學(xué)生能夠充分理解機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造和基本工作原理，以及加工工藝特點(diǎn)和制造方法，并能進(jìn)行基本的操作，了解國內(nèi)外各種新的加工工藝及新技術(shù)。但目前金工實(shí)習(xí)存在諸多問題［4］：

（1）由于金工實(shí)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐緊密相關(guān)，而目前受各高校金工實(shí)習(xí)條件的限制，學(xué)生所能接觸到的工種以及加工設(shè)備和工藝非常有限，學(xué)生沒有到達(dá)過生產(chǎn)的第一線，對生產(chǎn)的整個過程的認(rèn)識僅靠指導(dǎo)教師的口頭描述，不夠直觀，使學(xué)生難以理解，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想；而且設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造及基本工作原理也不能充分的展示，使學(xué)生不能有一個明確的認(rèn)識。

（2）傳統(tǒng)的實(shí)踐課程，其內(nèi)容往往比較單一，不能同時滿足各專業(yè)學(xué)生的個性需求，同時也不利于開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，以及對其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（3）此類實(shí)踐課程是對全校所有的學(xué)科及專業(yè)開放的，學(xué)生們來自不同的專業(yè)和學(xué)科，由于其專業(yè)背景不同，導(dǎo)致各學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和能力有所不同，卻不能做到區(qū)別對待。

（4）隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，改革傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)特種加工，及時更新新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝也將成為必然趨勢。

如何解決金工實(shí)習(xí)教學(xué)中的所出現(xiàn)的諸多問題，改革其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段，構(gòu)建新型的實(shí)踐教學(xué)模式是我們探索的重要課題。

2 TRIZ理論

2.1 創(chuàng)新方法的選擇

發(fā)明創(chuàng)造能力是本科生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的良好體現(xiàn)，從1930年代到1980年代，總共出現(xiàn)了300多種創(chuàng)新方法以及10多種創(chuàng)造原理。經(jīng)過數(shù)十年的實(shí)踐與總結(jié)，目前常見的創(chuàng)新方法主要有仿生聯(lián)想法、列舉類技法、頭腦風(fēng)暴法、反求設(shè)計創(chuàng)新法、組合創(chuàng)新法、5W2H 法、功能設(shè)計創(chuàng)新法等。上述創(chuàng)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(chuàng)新的相關(guān)因素，但都沒有形成相對完整的理論體系，并不能系統(tǒng)的指導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)新的全過程［5］。

而TRIZ是系統(tǒng)化的創(chuàng)新設(shè)計方法技術(shù)，它可以通過遵循創(chuàng)新活動所產(chǎn)生的客觀規(guī)律，為創(chuàng)新思維提供一種有利于創(chuàng)新的有效方法和途徑。因此在對大學(xué)生的培養(yǎng)過程中，引入TRIZ理論，對培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高大學(xué)生實(shí)踐能力具有重要的意義［6］。

2.2 TRIZ理論簡介

TRIZ是前蘇聯(lián)著名發(fā)明家根里奇·阿利赫舒勒于1949年在分析了世界近250萬高水平的發(fā)明專利，并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則后，所創(chuàng)立起的基于知識的、面向人的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法學(xué)體系。

TRIZ理論的發(fā)明者認(rèn)為，發(fā)明問題遵循著某種原理，此類原理可以從設(shè)計領(lǐng)域中抽象出來，再應(yīng)用到具體的設(shè)計領(lǐng)域中去，從而指導(dǎo)完成不同的創(chuàng)新設(shè)計［7］。TRIZ理論將創(chuàng)新性問題進(jìn)行分類，并對每一類問題提供相應(yīng)的解決方法。它為我們所提供的有利工具包括理想解，產(chǎn)品進(jìn)化定律，沖突矩陣，ARIZ，物質(zhì)—場分析等。它還涉及對一系列的問題的定義及改進(jìn)的系統(tǒng)分析，并為此提供了產(chǎn)品進(jìn)化模式、40條發(fā)明原理、分離原理、76個標(biāo)準(zhǔn)解等［8］。

2.3 TRIZ理論解決問題的一般過程

TRIZ理論認(rèn)為，產(chǎn)品的創(chuàng)新標(biāo)志是解決設(shè)計中所產(chǎn)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(lǐng)域問題進(jìn)行抽象，使實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為TRIZ的標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際問題，應(yīng)用各專業(yè)相關(guān)知識，通過類比思維，將標(biāo)準(zhǔn)解轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的最終解，即領(lǐng)域解。其過程圖如圖1所示。

圖1 TRIZ理論解決問題的一般過程

3 TRIZ理論在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

針對金工實(shí)習(xí)教學(xué)中出現(xiàn)的諸多問題，我們積極地進(jìn)行探索和研究，并按照創(chuàng)新教育與新課程改革的要求，應(yīng)用TRIZ理論在課程建設(shè)，教學(xué)模式等方面進(jìn)行不斷的改革，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，構(gòu)建創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)模式。同時讓學(xué)生積極參與互動，致力于激發(fā)他們的創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

根據(jù)TRIZ理論解決問題的一般過程，首先將問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)問題，例如實(shí)習(xí)內(nèi)容不能與工程實(shí)踐緊密結(jié)合以及實(shí)習(xí)條件限制等問題，我們可以用39個工程參數(shù)中的兩個將此問題進(jìn)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(fā)明原理機(jī)械系統(tǒng)的代替，在這里我們可以選擇用感官刺激的方法代替機(jī)械手段。

得到通用解后，我們通過對各種實(shí)例的分析以及類比思維，獲得領(lǐng)域解，即應(yīng)用計算機(jī)輔助教學(xué)。我們根據(jù)實(shí)習(xí)和內(nèi)容的要求，將各種教學(xué)資料的多媒體信息（如圖形、文字、圖像、動畫等）有機(jī)地結(jié)合起來，形象、直觀地演示各種加工設(shè)備、工藝流程、加工制造方法，清楚地展示其內(nèi)部構(gòu)造及工作原理，并可以為學(xué)生展示新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備。從而可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對所學(xué)內(nèi)容的理解。

對于實(shí)踐課程內(nèi)容單一的問題，我們應(yīng)用TRIZ理論中的分割原理，將課程分割成理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩個部分。理論知識統(tǒng)一講解，實(shí)踐部分針對不同專業(yè)進(jìn)行特殊設(shè)計。這種利用分割原理所形成的教學(xué)模塊和教學(xué)方法，有利于學(xué)生對不同技能知識點(diǎn)的集中學(xué)習(xí)和掌握，同時也便于整個教學(xué)工作的展開。

而對于不同專業(yè)素質(zhì)、不同專業(yè)背景的學(xué)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(zhì)量原理進(jìn)行區(qū)別對待。根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，有針對性地對某些模塊課程進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。通過對學(xué)生的層次性要求，可以滿足不同學(xué)生的需要，從而達(dá)到因人而異，因材施教的目的。

4 TRIZ理論在教學(xué)中應(yīng)用實(shí)例

跟其他傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項目不同，數(shù)控實(shí)訓(xùn)作為一門較新的科目，是一門理論性與實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，他不僅要求學(xué)生練習(xí)操作技能，還要學(xué)會編程，因此傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式對其不適用；而且由于數(shù)控設(shè)備的昂貴，我們無法做到讓每個學(xué)生都能實(shí)地的進(jìn)行操作，學(xué)生的不熟練，也會由于誤操作而將機(jī)床損壞或者造成事故，我們必須尋求新的教學(xué)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(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，使其既能學(xué)習(xí)編程又能練習(xí)操作。而對于如何讓每個學(xué)生都能進(jìn)行數(shù)控車床的操作練習(xí)，通過TRIZ理論中的機(jī)械系統(tǒng)的代替原理，我們選擇計算機(jī)輔助教學(xué)，即利用仿真模擬軟件指導(dǎo)學(xué)生。仿真模擬軟件可以模擬真實(shí)的加工過程，用仿真模擬軟件進(jìn)行教學(xué)，既節(jié)省了成本，又能使深入的進(jìn)行數(shù)控車床的學(xué)習(xí)，并大大提高了編程能力。

為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及提高創(chuàng)新能力，我們讓學(xué)生自行設(shè)計零件，進(jìn)行編程練習(xí)，并在模擬軟件上進(jìn)行模擬加工，演示成熟后，在真實(shí)的機(jī)床上將其加工出來。圖2、圖3為學(xué)生設(shè)計的零件圖紙，圖4、圖5為相應(yīng)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

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

5 結(jié)束語

通過對高等院校金工實(shí)習(xí)教學(xué)現(xiàn)狀的研究，面對其出現(xiàn)的諸多問題，為提高教學(xué)效果及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，我們采用TRIZ理論來優(yōu)化整個課程結(jié)構(gòu)，改革課程建設(shè)，教學(xué)模式，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等方面進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，構(gòu)建創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)模式，對金工實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)提供了極大的幫助，為創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)開辟了良好的途徑。

［1］高常青，趙方，王濰，等.發(fā)明問題解決理論與機(jī)械類本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009，（3）：100-103.

［2］車建明，陳金水，阮宏慧.構(gòu)建機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)新體系，培養(yǎng)大學(xué)生綜合工程素質(zhì)［J］.金工制造，2006，（4）：4-8.

［3］黃志國，柴增田.CAI技術(shù)在金工實(shí)習(xí)中的應(yīng)用［J］.承德民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2004，9（4）：44-45.

［4］高常青，黃克正，張勇.TRIZ理論在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006，25（4）：501-504.

［5］任重昕，蘇永濤.基于TRIZ理論的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.黑龍江高教研究，2012，30（8）：130-131.

［6］Gao C Q，Huang K Z，Zhang Y.Creative conceptual design ideas can be gotten with TRIZ methodology［J］.TRIZ Journal，June，2005.

［7］Altshuller G.The Innovation Algorithm，TRIZ，Systematic Innovation and Technical Creativity［M］.Worcester：Technical Innovation Center，1999：8-12.