基于TRIZ理論的機械設計基礎課程改革思路

李兵 王雷濤

【摘 要】本研究基于TRIZ理論開展機械設計基礎課程改革，探索將TRIZ理論的創新方法融入到機械設計基礎課程的教育教學工作當中，培養學生的創新思維與創新方法，幫助我們解決在機械設計基礎課程中對學生創新能力培養不足的問題。

【關鍵詞】TRIZ理論；機械設計基礎；課程改革

一、創新精神的培養的意義

創新思維的培養是當代高等職業教育中非常重要的任務之一，而學生創新能力的培養，不僅僅是上上創新課程，更重要的是應該在各個課程的教學過程中，潛移默化的培養學生的創新思維能力。機械設計能力是工程技術人員從事工程技術工作的最主要、也最為基礎的能力之一。所以機械設計基礎課程對于工科類學生來說是一門的非常重要的專業技術基礎課程，然而傳統的機械設計基礎課程中，老師更加側重對機械設計知識的單純講解，而忽視學生創新思維的培養；學生往往也只希望通過考試，會忽視課程的重大意義，并沒有真正的想進行創新思考[1]。那如何才能在課程的教學過程中激發創新思維，提高學生的創新能力呢？

TRIZ理論是由前蘇聯的發明家阿奇舒勒于1946年提出，并由其帶領的團隊逐步完善而提出的一整套創新設計方法[2]，TRIZ是“發明問題解決理論”的俄語縮寫。TRIZ理論的核心是技術進化原理，按照這一原理，技術系統一直處于進化之中，解決矛盾是其進化的推動力。按照解決系統問題的邏輯，TRIZ理論的方法論主要涵蓋如下內容[3]：分析問題階段：可以選擇采用因果分析、系統功能分析、資源分析、S曲線分析及多屏幕分析等方法。定義問題階段：可以按照分析過程中的情況選擇采用理想化/最終理想解、技術矛盾、物理矛盾、物場模型、功能化模型等方法。解決問題階段：可以按照定義問題過程中的情況選擇采用40個創新原理、4大分離原理、76個標準解、科學效應庫、發明問題解決算法、技術系統進化趨勢及系統裁剪設計等。TRIZ理論提出的這一整套創新方法，被認為是世界上最好的能夠幫助人們進行創新設計的方法體系，目前在世界上獲得了廣泛應用與推廣。本研究主要討論如何將TRIZ理論融入到機械設計基礎課程中去，更好的培養學生的創新思維能力。

1.1將TRIZ理論的方法論嵌入到機械設計基礎課程的載體中

機械設計的發展歷史是創新發展歷史的一部分，機械設計基礎課程講述過程中，講述到的零件、構件、部件、機構以及機器的進化實際上也都反映了創新的發展歷程，在研究各類型零件或機構衍化進步歷程的過程中，我們可以總結該零件或機構創新發展的一般規律，這些規律的發現也更加有利于推動其進一步的創新發展。本研究將機械設計基礎課程的教學載體進行整理與整合，將TRIZ理論的基本原理和方法嵌入到機械設計基礎的課程體系中。

1.2將TRIZ理論嵌入機械設計基礎課程體系的思路

講述零件、構件、機構和機器等概念時，可以引入TRIZ理論的基本術語，資源的概念，資源包括物質資源、能量資源、信息資源、時間資源、空間資源、功能資源；也可以講到子系統，系統以及超系統的概念；可以講到資源的分析方法，九屏幕法，也可以講到技術系統進化八大法則當中的多個法則等。

講述運動副一節中的平面運動副概念，可以講到技術系統進化八大法則當中的；法則3動態性進化等；講述空間運動副螺旋副，也可以引入物理矛盾和技術矛盾等。

講述自由度時，可以介紹技術系統進化法則。講到局部自由度、虛約束以及復合鉸鏈時，可以講述40個發明原理中的局部變形原理、組合原理等，引出40個發明原理。

講述平面連桿機構時，可以通過講述四桿機構時可以進一步講到40個發明原理；講述到平面連桿機構向滑塊機構轉化時可以講述STC算子法和最終理想解等創新思維方法等。

講述凸輪機構按從動件形狀分類時，可引入物理矛盾與分離原理。講述凸輪保持接觸方式分類時可以講述介紹到物場模型以及76個標準解。

講到齒輪齒廓的衍變與進化是可以介紹物理矛盾；講述齒輪傳動分類：直齒輪傳動，斜齒輪傳動、人字齒輪傳動時，可以講到技術矛盾；講到輪系時，可以引入TRIZ理論的發明問題解決算法。

講到減速器，可以講述系統功能分析以及技術系統裁剪法。講述軸承類型時可以講述到功能模型和科學效應庫等。

1.3實例

講述鏈傳動的原理時，我們一般選擇自行車鏈條為載體。引入TRIZ理論，可以為大家介紹物理矛盾和空間分離原理。對于自行車的鏈條，我們需要它能夠滿足如下最基本的功能，不打滑有相對固定的傳動比，以便于鏈條在兩鏈輪之間環繞進行運動的傳遞。在兩鏈輪之間轉動需要鏈條是柔性的，不希望出現打滑，這又要求它具有一定的剛性。如何解決這個物理矛盾呢？現實中采用了系統分離原理，鏈條宏觀層面上是柔性的，而微觀層面上是剛性的，通過在不同層面上的分離，可以使得鏈條達到相應的要求。

二、改進教學模式

經過剛才的討論，我們可以發現將先進的創新工作TRIZ法融入到機械設計基礎課程體系中是符合創新發展規律的，方案也是可行的。可是目前，受限于機械設計基礎課程整體學時不足的問題，TRIZ理論融入到機械課程中會使得學時更加緊張，所以為了達到比較理想的效果，我們需要積極改善教學模式。

2.1激發學生學習的主觀能動性

興趣是學生最好的老師，我們在開展整個教學的過程中，首要任務就是激發學生對課程學習的興趣，激發學生學習的主觀能動性。具體來看，我們可以從如下的兩個方面入手，第一：巧妙的設計教學載體。在選擇具體案例時，我們要注意案例一定是與學生能力是匹配的，學生容易理解且能夠活學活用的，再逐步累積知識，學生的創新能力提高時，學生會獲得更多的自信心。第二：營造良好的學習氛圍。輕松愉快的學習氛圍，更容易使學生獲得學習的快樂，這就要求老師們靈活機動的采用相應的教學方法以及課堂組織形式。

2.2充分的利用各種資源

因為課程的學時相對比較緊張，所以要我們要充分的利用課前、課中、課后多個教學階段進行知識傳播，具體采用的形式也是多樣的，可以通過網絡教學平臺，也可以通過分組布置任務等等具體進行。

2.3積極參加各類競賽與拓展活動

老師們可以積極帶領學生們參加對學生成長有意的各級創新大賽，通過對大賽中具體載體的一系列討論，優化設計等工作提高學生和教師的工程素養，提高創新意識。

三、結論

通過分析與討論，我們可以發現：在機械設計基礎課程的教學中，融入TRIZ方法理論，一方面可以使學生能夠更深刻的學習機械設計基礎課程的相關內容，完成機械設計基礎課程的相關目標與任務。另外一方面也可以比較深刻了解與掌握TRIZ理論的基本方法。另外通過嵌入了TRIZ理論機械設計基礎課程逐漸的學習，潛移默化的將創新思維的理念與創新的方式與方法深深的植入到學生的思維當中，為后續課程的進一步學習以及相關的創新工作打下更加堅實的基礎。

【參考文獻】

[1]江帆.TRIZ工程創新教育理論初探[J].井岡山大學學報（自然科學版），2011，32（2）：123-126.

[2]尤洪嶺，王莉靜，趙堅.TRIZ在“機械設計基礎”教學中的應用分析[J].中國電力教育，2012（26）：67-68.

[3]檀潤華.發明問題解決理論[M].北京：科學出版社，2004.