以TRIZ 理論為導向的“三維機械設計”課程改革探究*

郜海超

（河南應用技術職業(yè)學院機電工程學院，河南 鄭州 450042）

0 前言

2015 年5 月，國務院正式印發(fā)《中國制造2025》，指出實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標， 這是從國家層面第一次對機械行業(yè)尤其是對機械專業(yè)人才培養(yǎng)的質量， 提出了明確的要求[1]。2019 年1 月，《國家職業(yè)教育改革實施方案》（職教20 條） 進一步明確了當前職業(yè)教育要注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力和工程實踐能力[2]。 因此，改革機械設計與制造專業(yè)的“三維機械設計”課程傳統(tǒng)教學模式，注重創(chuàng)新創(chuàng)造能力和工程實踐能力培養(yǎng)，是當前創(chuàng)新教育改革的方向。 TRIZ理論是培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力的重要工具[3]，如何把TRIZ 理論引入“三維機械設計”課程教學中，是本文探討的課題。

1 “三維機械設計”課程簡介

課程體系的改革是培養(yǎng)模式改革的載體[4-5]，“三維機械設計”課程是機械設計與制造專業(yè)的專業(yè)基礎課，屬于計算機輔助設計與制造課程，軟件的操作和機械零部件、裝配件的創(chuàng)新設計是課程教學的主要內容。 調查發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學模式主要是通過花大量時間訓練教材給出的圖例和練習冊達到熟悉軟件命令的目的， 這種教學模式使學生掌握了軟件的大部分功能， 但忽視了三維軟件的巨大創(chuàng)新功能，當學生遇到想做的沒有尺寸的零部件時，不知如何下手。 針對這種情況，筆者認為在課時恒定的情況下，應把創(chuàng)新理念培養(yǎng)，針對性零件建模作為課程教學的重點。 培養(yǎng)了三維建模的造型基礎和利用三維建模表達創(chuàng)新理念的能力， 為學生后繼課程設計和畢業(yè)設計等課程奠定基礎。

2 以TRIZ 理論為導向的“三維機械設計”課程體系

“三維機械設計” 課程是實踐性較強的設計操作課程，學時一般為64 學時，合理分配教學學時，以TRIZ 理論為導向，構建“三維機械設計”課程體系。

2.1 優(yōu)化課程內容，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力， 教學內容上要優(yōu)化組合，軟件的入門學時應控制在16 學時以內，通過入門學時，學生借助實例掌握了如何拉伸、旋轉、掃描、放樣、零部件的裝配。 剩下的學時，把TRIZ 理論引入課程教學中，結合實物展示給學生，讓學生借助TRIZ 理論的40 個創(chuàng)新原理、39 個通用參數(shù)對實物進行創(chuàng)新設計[6]，鍛煉了思維創(chuàng)新能力，在創(chuàng)新時利用新軟件命令也得到了很好的應用；課程教學中應深挖學生的創(chuàng)新能力，與技能大賽接軌，和“三維機械設計” 相關的大賽由全國職業(yè)院校技能大賽、“發(fā)明杯”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學生機械創(chuàng)新設計大賽等，學生在課程教學中不但鍛煉了思維能力， 作品還能夠參賽，有效拓寬了課程的外延。

2.2 加強師資隊伍，深化教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)

教學方法和教學手段的改進， 可以提高學生學習的熱情，若師資隊伍創(chuàng)新素質欠缺，這些理論就無法得到實施，因此應加強師資隊伍建設，深化教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)。教學信息化是提高教師教學能力的手段， 教師通過信息化可以方便展示創(chuàng)新成果、資源共享等，因此教師必須信息化能力達標。 《國家職業(yè)教育改革實施方案》（職教20 條）明確提出，新任教師任教必須具有企業(yè)一線實踐經驗， 企業(yè)一線實踐經驗是課程創(chuàng)新的源泉， 沒有實踐經驗的創(chuàng)新很難與實際接軌，作為教授“三維機械設計”的教師應把三維創(chuàng)新設計的成分糅合在教學中，讓學生帶著實踐創(chuàng)新學習軟件。

2.3 加強考核評價體系建設

“三維機械設計”課程的軟件操作，實踐性較強，無論使用了哪一種三維軟件，都需要使學生掌握拉伸、旋轉、掃描、放樣、曲面建模、裝配等，由于時間有限，因此需要建立完善的考核評價體系，保證這些命令的掌握。 隨著信息化教學資源的采用，教師可以通過愛課程、好大學在線等課程平臺，把考核的信息發(fā)布到課程平臺上，學生上傳考核結果，教師對學生每一階段的學習成果進行檢測、評價、優(yōu)化教學策略等。

2.4 確定創(chuàng)新設計重心地位

創(chuàng)新設計也是“三維機械創(chuàng)新設計”課程教學的第二階段，同時教學的重心所在。 在創(chuàng)新設計中，教師應該扮演什么角色，教師如何把創(chuàng)新的理念教給學生，學生需要事先具備什么知識儲備，等等，這些都要認真探討。

通過對高職學生的學情分析，高職生缺乏創(chuàng)新思維。如：想出了創(chuàng)新想法，網(wǎng)上一查，這個想法很多年前就有了，因此放棄了創(chuàng)新方向；學生天馬行空，想法不結合現(xiàn)實，甚至想出神話色彩，因此遭到否定；同學關心國家大政方針，把機械結構與軍事武器，智能家居、5G 技術、人工智能結合起來，這些想法很不錯，但操作性不強，無法把這些理念應用到三維機械設計中； 有些同學根據(jù)所見所感，對生活學習中的手機、茶杯、課桌、勺子、垃圾桶、面條機等結合起來，這種可操作很高，也比較方便創(chuàng)新。 作為教師，教師應該以實物產品引入課堂，比如老師拿了一個水杯，同學們首先完成水杯的臨摹，然后教師提出問題，根據(jù)不同年齡階段對水杯的不同需要， 分組設計不同年齡階段的水杯，在同一個年齡階段根據(jù)不同興趣愛好，運動型，古典型，潮流型等，每一個實物在一次課中可以設計幾十種不同的改良版，提高了學生的積極性，增長了學生的見識，激發(fā)了學生創(chuàng)新意識，同時也把軟件的命令也掌握了。 以此引導學生完成創(chuàng)新設計。

調查發(fā)現(xiàn)，通過創(chuàng)新課程體系后，前期學生學習的積極性較高，隨著課程的進行，學生積極性開始下降。 分析原因發(fā)現(xiàn)，普遍對生活能接觸到的實物感興趣，學生因對工業(yè)產品的系統(tǒng)性了解較少， 學生只對某一零部件進行機械創(chuàng)新，對零件的材料、受力狀況、密封性、空間尺寸限制等不理解，顯然無法應用實際。 顯然，這些限制正是需要學生必須掌握的。 具體可以通過調整人才培養(yǎng)方案、以實物裝配件為載體組織教學。 調整人才培養(yǎng)方案，主要調整“三維機械設計”課程在機械設計與制造專業(yè)的位置，原“三維機械設計”為專業(yè)基礎課，大部分學校把課程安排在第一學期或第二學期， 課程標準設定學習目標為熟練掌握零件操作命令，調整后“三維機械設計”課程包涵熟練掌握三維軟件和機械創(chuàng)新設計為專業(yè)核心課， 安排在第三或第四學期，這樣，學生已經學過機械設計、二維工程圖、機械制造等專業(yè)核心課，再進行三維機械創(chuàng)新設計，效果顯然會很好。

塑造創(chuàng)新理念。 如何培育學生創(chuàng)新思維，是課題組要解決的問題。 教師在教學中起到主導作用，教師的創(chuàng)新思維能力直接影響學生創(chuàng)新思路的形成。 目前許多高校的創(chuàng)新課程主要授課老師為就業(yè)處老師或系部主抓就業(yè)的領導，他們普遍具備就業(yè)創(chuàng)新的思路，容易把國家政策和畢業(yè)創(chuàng)業(yè)作為教學重點，而忽視了創(chuàng)新要與專業(yè)接軌，忽視了實體經濟才是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的源泉。 作為高校要培育與專業(yè)接軌的創(chuàng)新型人才師資隊伍。 TRIZ 理論是一種先進的機械創(chuàng)新理論工具，通過TRIZ 理論可以很容易與專業(yè)接軌，因此高校應鼓勵教師進修TRIZ 理論等容易與專業(yè)接軌的理論體系。 許多教師反應，學習TRIZ 理論時可以根據(jù)導師設置的案例做得很好， 但是與專業(yè)接軌時只能形神分離。 針對這種問題，筆者建議，機械類專業(yè)教師應在TRIZ 理論的指導下，查閱學習大量專利，尤其是同類專利都要閱讀完，分析其中的規(guī)律，只有在大量閱讀的前提下，教師的機械創(chuàng)新思維才能逐漸形成。 上課時，教師把所閱讀的專利分類歸納總結，把學生容易理解的專利知識點糅合創(chuàng)新產品中，這樣學生才能較容易接受。

“三維機械設計”課程在實施中，首先利用翻轉課堂，發(fā)揮學生的聰明，每次上課都有一位學生用5 分鐘講他的創(chuàng)新思路，教師根據(jù)學生的創(chuàng)新思路作點評，并深挖創(chuàng)新思路，開拓學生思維空間，然后教師引入教學任務，介紹一個組合實物件，講解用途、使用環(huán)境、材料等，然后挑出一個零件作為學生創(chuàng)新載體，零件的尺寸未知，學生可以通過三維掃描獲取點云數(shù)據(jù)逆向再創(chuàng)造，也可以自行確定尺寸，完成零件創(chuàng)新造型，教師巡回指導，輔助學生完成教學任務，最后通過企業(yè)工程師點評、小組互評、修正優(yōu)化，最終完成教學任務。

3 以TRIZ 理論為導向的“三維機械設計”課程改革成果

河南應用技術職業(yè)學院緊緊圍繞“以質量立校、以人才強校、以特色興校”的辦學理念，秉持“敬業(yè)愛生、言傳身教”的教風，積極探索出了符合高職院校的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，機械設計與制造專業(yè)自從2014 年招生以來，一直在深化課程改革，“三維機械設計”是改革的先頭兵，全校首次把TRIZ 理論融進專業(yè)課，并不斷獲得豐碩成果。

“三維機械設計”課程為大賽培育了大量的三維機械創(chuàng)新型人才，全國應用型人才綜合技能大賽、全國機械創(chuàng)新設計大賽、 全國職業(yè)院校技能大賽—工業(yè)產品數(shù)字化設計與制造賽項、 全國工業(yè)產品數(shù)字化設計與五軸行賽、“發(fā)明杯”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，獲國賽一等獎8 項，其中全國工業(yè)產品數(shù)字化設計與五軸行賽獲一等獎（亞軍）；省級一等獎3 項、二等獎5 項；2019 年教師教學能力大賽，“三維機械設計”獲河南選拔賽三等獎，通過大賽激發(fā)引導學生對學習的熱心、信心和求知的恒心，教師也收獲創(chuàng)新成果。

4 結語

本文提出以TRIZ 理論為導向的“三維機械設計”課程改革策略，從優(yōu)化課程內容，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)；加強師資隊伍，深化教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)；加強考核評價體系建設；確定創(chuàng)新設計重心地位等四個方面詮釋如何進行三維軟件課程教學，通過實例可以看出，這種改革可以提高學生的創(chuàng)新思維能力、工程實踐能力、改進和提高現(xiàn)有產品的能力，激發(fā)了學生學習的熱心、信心和求知的恒心。