基于TRIZ理論大學物理課程教學與創新教育融合的研究

張秀平 邱敏 曲鳳成 皮艷梅 陳佳明 胡冬慧 唐晶 陳燕

摘要：為培養應用創新型人才，文章提出將大學物理課程教學與創新教育融合的觀點，并簡析了其必要性，探討了基于TRIZ理論指導下的大學物理教學與創新教育融合的途徑、方法和措施，以典型問題進行簡要的實例分析。

關鍵詞：TRIZ理論；大學物理教學；創新教育；融合

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）31-0178-02

大學物理是理工專業的專業基礎課，是自然科學的基礎。教師將大學物理課程教學與創新教育相融合，在有限的課時要求下，以TRIZ理論為指導，有效整合教學資源，合理給本科生“增負”，既可以加強學生的應用能力，也可以培養學生的創新思維，提升應用型人才的創新能力。

一、大學物理與TRIZ理論知識結構的有效融合

TRIZ理論的發明原理包括局部質量原理、等勢原理、壓力原理、機械振動原理、周期性動作原理、曲面化原理等40個技術創新方法。這些技術創新方法的理解和應用，涉及大學物理包括的力學、熱學、電磁學、光學等基礎知識。

大學物理課堂教學中，教師非常注重理論與實際的聯系，每講到一個知識，為加強學生的應用能力和實踐能力，多與這些知識點在生活和實踐中的應用進行融合，增加學生的學習興趣，加深學生對知識的理解。如果將知識從解決創新發明的矛盾視角出發進行有效拆分，講解物理知識的同時將創新實踐及理論一并整合，可在理工科的課堂教學中提升學生的創新能力，使學生創新有法可循。

對于二者的融合，并不是簡單地將TRIZ理論的發明實例應用到物理原理上，而是結合阿奇舒勒矛盾矩陣，將矩陣中的改善原因與惡化原因和物理原理整合，為學生解決矛盾提供理論依據。就如機械振動可以通過提高振幅（或使物體共振）使振子獲得更高能量，增強接觸力的作用效果。但同時出現的矛盾是，物體在強力的作用下容易分解和引起運動物體空間長度的增加。因此，在機械振動創新講解方法時，在物理原理實例講解中，要提及新的矛盾的出現和處理，從而在課堂教學中逐步使學生的創新思維得以養成。

加強大學物理中場與物質間相互作用的講解，利于TRIZ理論的“物—場”分析工具進行理解和學習。在TRIZ創新理論中，場與物質的相互作用是難點，通過大學物理，明確場與物質間的相互作用關系，為進一步解決創新設計中的問題創造條件。選取如磁力攪拌、海上石油收集等實例，在大學物理課程中以“物—場”模型進行講授，使物和場的相互作用以圖示的形式表現，更加明晰。同時，課程教學中也有效進行了創新分析工具的使用。需要注意的是，TRIZ理論場包括機械場、聲場、熱場、電場等，它的概念是廣義的，與大學物理中的場有絕對區別。

二、用積極的TRIZ理論思維方法進行課堂教學

引導學生打破思維慣性，就是要教給學生積極的思維方法。在創新思維方法的教學中，教師要明確什么是積極的思維方法，但方法是不可量化的，這需要長時期的接觸和應用，要變成一種習慣式的養成。

TRIZ理論常用的思維方法有最終理想解（IFR）、STC算子、九屏幕法、小人法和金魚法。這幾種思維方法在物理模型的建立和物理問題的處理中顯示了優越性。

由衡量模型和問題的理想化水平的公式可知，理想化水平與有用功之和成正比，與無用功之和成反比。

物理問題的研究往往忽略次要因素（無用功能），強化主要因素（有用功能），建立在研究理想化模型（理想化水平）的問題上。在基礎物理教學中，如果對所有理想化模型的講解全部建立在理想化水平的公式上，學生自然而然養成最終理想解的思維模式，處理矛盾時，對目標的視覺概念會更加明晰。如對平動物體運動的描述，有用功是平動物體所占的空間位置、運動時間和質量；無用功是平動物體的形狀和體積。為了使理想化水平趨近無窮大，將所有無用功去除，便得到質點這一理想化模型[3]。

三、通過有效設計將課程與課外創新資源進行融合

學生在創新過程中，往往并不是受知識的約束，而是受到思維慣性和“聽—學—做”傳統學習習慣的束縛。讓學生多些創新點子，打破惰性思維模式，在課程設計便可多引入創新實例。

創新實例的引入，以短小的網絡資源為優。時間短，目的在于利用學生自主學習時間“增負”的同時，不過多占用學生的自主時間。網絡資源的優勢，其一，將資源轉成二維碼，變為“移動式”數字化學習資源，不占用更多空間，弱化對執行環境的要求，亦適應學生的手機端。其二，不必花費教師大量時間制作資源，節省教師時間，不會給教師造成過度負擔。其三，現有網絡創新、發明視頻制作效果優良，專業性強，資源豐富，更易引發學生興趣。其四，為拓寬學生知識視野，深化學生對物理基礎知識的學習，亦可引入網易公開課和壹課程等網站的慕課和微課等學習資源。其五，通過資源引入，使課程立體化。

這種“自助餐式”的資源，解放了教師教學時間，既可做到因材施教，資源共享，又可更好地培養學生能力。

四、課程教學與創新型專業實驗的結合

傳統的大學物理課程講授注重理論的推導和演算。如果引入外部資源，讓更多更有趣的物理實驗進入課程，從而提升學生學習興趣。這里所講的物理實驗，并非全為物理課程實驗教學中涉及的實驗，還應包括更多的演示實驗和制作、設計性實驗。資源可以是自己錄制，亦可以來自網絡。如大學物理中的駐波演示實驗，課堂講授時，多為引入弦駐波的演示動畫，雖然直觀展現了駐波的產生條件和特點，但是如果引入隨音樂控制的火焰駐波演示實驗，可讓學生感受物理世界的美。當再由一維的火焰駐波到二維的火焰駐波實驗，不斷讓學生在創新思維上產生共鳴和碰撞。同時，結合“網紅”模型，在課程教學中引入磁流體制作實驗和非牛頓流體制作等小實驗。通過創新性實驗，在引發學生學習興趣的同時，助推學生對抽象知識的理解，有效打破學生固有的學習思維模式，提升應用能力和創新能力。

綜上所述，以系統的創新理論——TRIZ理論指導大學物理課程教學，在培養學生應用能力的同時，潛移默化地提升學生的創新能力。但這對任課教師亦提出一個新的要求，將課堂教學與創新理論有效融合，不僅要有過硬的專業能力、更廣的知識面和現代化教學手段的運用能力，還要對TRIZ理論有深入的研究和探索。

參考文獻：

[1]曹福全.創新思維與方法概論[M].黑龍江教育出版社，2009.

[2]張瑞.《微電子工藝》混合式立體化教學研究與實踐[D].湖南大學，2010.

[3]張秀平，成國立，劉平，等.TRIZ理論指導下物理教學開展“創新創業”教育問題探析[J].黑河學院學報，2016，（12）.

[4]曲鳳成，曹福全.S-TRIZ結構功能分析中功能表述的優化[J].黑河學院學報，2016，（2）.