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摘要:创新能力的培养是工科大学生培养必不可少的环节。本文分析了目前大学生缺乏创新能力的原因,阐明了将TRIZ理论引入工科大学生的培养体系的必要性,指出了加强大学生能力培养TRIZ理论引入工科大学生的培养体系所需的培训内容和采取的措施。并举例说明通过TRIZ理论的学习能够对大学生培养能力大大提高。
关键词:TRIZ理论;创新;工科;大学生
中图分类号:G642文献标志码:A 文章编号:1002-2589(2010)18-0260-02
当今的中国正处于高速发展期,创新正在被越来越多的企业所意识和重视,很多企业并不缺乏优秀的人才,但能设计出在世界上具有竞争力产品的人却如凤毛麟角。究根问源,企业真正缺乏的是拥有一套完整的、具体的、科学的创新理论和方法的人才。因此当代的高等教育应将学生创新能力的培养纳入培养计划,让大学生掌握科学的、高效的创新方法是学生培养必不可少的环节。
TRIZ(theory of inventive problem solving)是由前苏联发明家协会主席根里奇·阿奇舒勒(Genrich S.Altshuller)于1946年提出的一套具有完整体系的发明问题解决理论和方法。通过大量的实践证明TRIZ提供的创新设计理论和方法,已经成为产品开发中解决技术难题的有效工具。尤其在机械工程领域新产品的开发涉及到结构、外观、性能等方面的创新。TRIZ告诉我们如何解决一个发明问题,是解决发明问题的一个工具,创新方法的传授与培养恰恰是我国教育所欠缺的重要知识之一。通过基于TRIZ理论的创新能力培养将使大学生找到一个创造性解决问题的道路,一个创新的途径,一个可以将发明当作职业一样可从事的工作做一名合格的创新性人才。
1.目前大学生创新能力现状分析
通过对大学生科技活动的调查,发现目前大学生创新能力不足,大学生在创新大赛的作品仿制居多,缺乏新意。究其原因有以下几点:
(1)学生没有足够的时间
就目前实际情况看,大学生的主要精力是学习课程知识。由于课时多,学习任务重,学生没有足够的时间参与课外科技活动。
(2)學术氛围不浓,缺乏有效的吸引力
从各学校举办的不同形式的大学生“学术讲座”看,参加的学生人数相对不多,大部分学生参加都是学院或各系(院)的硬性要求或其他原因而去参加的。他们在听报告过程中常常有一部分“小差”达不到预期的教育效果,与我们要求比较起来还有一定的差距。
(3)教师参与指导的少
专业教师的参与和指导是学生课外科技活动得以发展的保障。然而就目前情况来看,大多教师的参与积极性不高,参与指导学生科技活动的人较少。
(4)制度建设力度不够
由于大学生科技创新活动起步较晚,当前大学生科技创新活动创新制度力度相对不足。
(5)创新意识淡薄,缺乏创新方法的培养
长期的应试教育,使大学生仅满足在各类考试中取得好的成绩,很少考虑参加科技活动搞发明创造,或者错误地认为发明是只有少数天才能做的事情,与自己无关。在大学生培养体系中没有创新方法的培养,不知道发明是有方法可循的,因此,应将创新方法的培养纳入大学生培养体系,激发大学生的创新热情,提高自我创新能力,这必将推进我国成为创新型国家的进程。
2.将TRIZ理论引入大学生培养计划的必要性
TRIZ理论的提出,其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。该理论发现了一条重要规律,即将已有解决方法建立知识库,问题可通过选择类似的方法得到解决(类推)。而对于一些可能从未遇到过的问题(创新性问题),也可以从现有专利中总结出设计的基本原则、方法和模式,通过应用这些方法和原则进行解决,同时反过来它又可以扩展类似问题的知识库。通过对这些规律的综合运用,可大大加快人们创造发明的进程,而且能得到高质量的创新产品。TRIZ理论理论认为,创新并不是灵感的随意闪现和随机的探索,创新发明的过程也不再是我们无法束缚与控制。它存在解决问题的一般规律,这些规律和原则可以告诉人们按照什么样的方法和过程去进行创新,并对结果具有预测和可控制性。TRIZ理论不仅为发明创造提供了一种行之有效的工具和方法,更重要的是TRIZ通过遵循创新活动产生的客观规律,为创新思维产生的主体(人)规划一种有利于创新的重要素质和工作方法,学习和领悟这种方法将对培养大学生的创新能力具有重要意义。人们如果掌握了这些规律,就能进行创新,并能预测创新,但是人的创新思维能力的培养与提高是一个漫长的过程,这就决定创造教育也应是一个由浅入深的实施过程,不能一蹴而就。因此,在今后的教学中我们可以通过在教学实践中适当的引入基于TRIZ的创新理论,从而大大增强大学生对创新活动的认识,提高自身的创新能力。
3.基于TRIZ理论加强工科大学生创新能力采取的措施
首先,基于TRIZ的创新理论可以作为理工科大学生的选修课或讲座,重点介绍其支持创新活动的基本原理和思想,以及一些应用该理论在工程实践中解决问题的实例。具体培训内容包括:培养学生对40个基本发明原理及扩展发明原理及其应用,深入了解熟练掌握阿奇舒勒矛盾矩阵在解决机械工程创新问题的应用;深入研究技术系统的进化法则,加强技术进化模式和进化路线的识别,快速发现技术系统的进化潜能;基于TRIZ进化理论的产品创新设计,根据技术系统的进化法则,建立产品创新设计过程统一模型,快速确定创新解,找到产品进化的位置,加强同学们在开发新产品时创新能力;加强同学们对物理矛盾和技术矛盾的理解,学会利用分离原理来解决创新问题。加强对物场分析的理解,初步掌握发明问题解决算法。
其次,深入研究TRIZ理论知识,在教师中组建TRIZ研究小组,开展TRIZ学术讲座,收集有关学生创新培养的材料,完善TRIZ课件建设。在课程设计中提出一些实际的创新问题,指导学生应用TRIZ理论完成任务,重点在于使学生能够理解该理论的意义以及与工程实际问题的结合,使他们能够初步熟悉科学的、规范的创新活动流程,从而提高学生应用TRIZ理论解决创新问题的体验,有目的地、系统地培养学生的创新意识和创新工作习惯。
再次,通过该课程还应该使学生明白当今科学技术发展的重要特点是既高度分化又高度综合,在工程和生产实际中有许多急需解决而又未能解决的问题中,多数都涉及学科间的交叉和相互渗透。靠单一学科、单一方法是难于解决的,必须依靠多学科、多方法才能实现。结合本专业开设的专业课将TRIZ创新理论融入课程讲授内容中增加创新实践环节。在同学中建立TRIZ兴趣小组,开展TRIZ理论在创新中的应用,尤其在机械产品创新设计方面进行培训将技术系统的进化理论应用到新产品开发中。
最后,需要特别指出的是,虽然TRIZ理论为我们提供了一种有效的创新工具,然而,创新的前提仍然建立在设计者本人坚实的专业基础、厚实的知识积累的基础上。因此为了解决创新能力的培养,仍然必须强调大学生在本门学科上掌握坚实的基础理论和系统深入的专业知识,并具有宽广的知识面;掌握与本学科研究领域相关的理论和先进技术手段等。为了增加同学们对TRIZ理论的应用能力,增加教学投入,购买有关TRIZ应用软件,培养创新兴趣。
4.TRIZ理论对大学生创新能力提升
在全国大学生第三届“创新杯”设计大赛中,3名来自天津大学工业设计专业的参赛大学生经过了系统的计算机辅助创新培训,并将实现创新的有力工具——TRIZ理论及其方法运用到参赛设计方案中,设计的“城市乌蓬”酷似南方水乡常见的乌蓬船,故取名为“城市乌蓬”,该观光车以其造型新颖、结构富有创新性一举夺得设计大奖,受到与会专家的一致好评。
参赛获奖的作品是“无动力旅游观光车设计方案”,旨在为上海世博会提供方便、实用、美观的旅游观光车设计方案,设计要求观光车能够搭载1-2名乘客,并要求为人力(无动力)车,能够在热闹的观光景区和人流如梭的大街小巷穿行观光。这3名大学生运用国际先进的TRIZ创新理论以及计算机辅助创新技术(CAI)对观光车进行结构设计创新,使观光车既能在搭载游客时能够提供足够舒适的乘坐空间,又能在停泊时进行折叠最大限度缩小占用空间。
观光车在产品设计方案中直接或间接运用到了TRIZ理论所包含的创新原理,使一辆看似简单的观光车蕴涵了给人极大惊喜的创新设想,并且在先进的创新理论的指导下,使许多难题迎刃而解。首先,在观光车总体方案的确定上根据TRIZ理论40个创新原理中第17个创新原理:一维变多维(Transition Intoa New Dimension)中的“将一维直线运动的物体变为二维平面运动或三维空间运动”子项,考虑到观光车载客需要稳定且不宜复杂的结构,于是初步确定观光车采用三轮车的结构形式,实现載人和行驶。同时需要有支持整体变形,以缩小空间占用的结构,根据TRIZ理论第15个创新原理——动态特性(Dynamicity)中的“使不动的物体可动或可自适应”子项。在保持简单实用的设计原则基础上,选用平面四连杆机构中的平行四边形机构作为一个变形核心部分。同时利用第7个创新原理——嵌套(Nesting)中的“把一个物体嵌入第二个物体然后将这两个物体再嵌入第三个物体”子项实现伸缩折叠功能,可缩小两个车轮之间的距离,达到使观光车占用空间变小的目的。其次,在对观光车驱动方案的选择上运用了TRIZ理论的第13个创新原理:逆问题(DoItinReverse)。将链条驱动系统由后轮驱动改成了前轮驱动,使得后轮在进行折叠变形时结构最简单也不易损坏,同时增加了观光车的趣味性。
小结
当今大学生创新能力急待提高,TRIZ是系统化创新发明方法的观念与技术,TRIZ建立一个能加强突破性思考的过程与创新思维方法,是提高工科大学生创新水平的一个利器,是创新思维培养的一条有效的途径。TRIZ通过遵循创新活动产生的客观规律,为创新思维产生的主体(人)规划一种有利于创新的重要素质和工作方法,学习和领悟这种方法将对培养本科创新型人才具有重要意义。所以,在工科大学生培养中,引入基于TRIZ的创新理论,培养大学生的创新思维,提高大学生对创新活动的认识和对创新方法的把握,提高大学生创新解决问题的能力。
参考文献:
[1]C.Halliburton.Giving your students technological foresight[C].the 2004 annual conference of the interna tional technology education association in Kansas City.
[2]Dr.Paul R.Filmore.The Real world:TRIZ in two hours for undergraduate and masters level students[C].TRIZCONF2006,Milwaukee,WI,April2006.
[3]G.Marsh H.Waters D.Marsh.40 inventive principles with applications in education[EB/OL].http://www.triz-journal.com/ archives/2004/04/
[4]杨清亮.发明是这样诞生的:TRIZ理论全接触[M].北京:机械工业出版社,2006.
关键词:TRIZ理论;创新;工科;大学生
中图分类号:G642文献标志码:A 文章编号:1002-2589(2010)18-0260-02
当今的中国正处于高速发展期,创新正在被越来越多的企业所意识和重视,很多企业并不缺乏优秀的人才,但能设计出在世界上具有竞争力产品的人却如凤毛麟角。究根问源,企业真正缺乏的是拥有一套完整的、具体的、科学的创新理论和方法的人才。因此当代的高等教育应将学生创新能力的培养纳入培养计划,让大学生掌握科学的、高效的创新方法是学生培养必不可少的环节。
TRIZ(theory of inventive problem solving)是由前苏联发明家协会主席根里奇·阿奇舒勒(Genrich S.Altshuller)于1946年提出的一套具有完整体系的发明问题解决理论和方法。通过大量的实践证明TRIZ提供的创新设计理论和方法,已经成为产品开发中解决技术难题的有效工具。尤其在机械工程领域新产品的开发涉及到结构、外观、性能等方面的创新。TRIZ告诉我们如何解决一个发明问题,是解决发明问题的一个工具,创新方法的传授与培养恰恰是我国教育所欠缺的重要知识之一。通过基于TRIZ理论的创新能力培养将使大学生找到一个创造性解决问题的道路,一个创新的途径,一个可以将发明当作职业一样可从事的工作做一名合格的创新性人才。
1.目前大学生创新能力现状分析
通过对大学生科技活动的调查,发现目前大学生创新能力不足,大学生在创新大赛的作品仿制居多,缺乏新意。究其原因有以下几点:
(1)学生没有足够的时间
就目前实际情况看,大学生的主要精力是学习课程知识。由于课时多,学习任务重,学生没有足够的时间参与课外科技活动。
(2)學术氛围不浓,缺乏有效的吸引力
从各学校举办的不同形式的大学生“学术讲座”看,参加的学生人数相对不多,大部分学生参加都是学院或各系(院)的硬性要求或其他原因而去参加的。他们在听报告过程中常常有一部分“小差”达不到预期的教育效果,与我们要求比较起来还有一定的差距。
(3)教师参与指导的少
专业教师的参与和指导是学生课外科技活动得以发展的保障。然而就目前情况来看,大多教师的参与积极性不高,参与指导学生科技活动的人较少。
(4)制度建设力度不够
由于大学生科技创新活动起步较晚,当前大学生科技创新活动创新制度力度相对不足。
(5)创新意识淡薄,缺乏创新方法的培养
长期的应试教育,使大学生仅满足在各类考试中取得好的成绩,很少考虑参加科技活动搞发明创造,或者错误地认为发明是只有少数天才能做的事情,与自己无关。在大学生培养体系中没有创新方法的培养,不知道发明是有方法可循的,因此,应将创新方法的培养纳入大学生培养体系,激发大学生的创新热情,提高自我创新能力,这必将推进我国成为创新型国家的进程。
2.将TRIZ理论引入大学生培养计划的必要性
TRIZ理论的提出,其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。该理论发现了一条重要规律,即将已有解决方法建立知识库,问题可通过选择类似的方法得到解决(类推)。而对于一些可能从未遇到过的问题(创新性问题),也可以从现有专利中总结出设计的基本原则、方法和模式,通过应用这些方法和原则进行解决,同时反过来它又可以扩展类似问题的知识库。通过对这些规律的综合运用,可大大加快人们创造发明的进程,而且能得到高质量的创新产品。TRIZ理论理论认为,创新并不是灵感的随意闪现和随机的探索,创新发明的过程也不再是我们无法束缚与控制。它存在解决问题的一般规律,这些规律和原则可以告诉人们按照什么样的方法和过程去进行创新,并对结果具有预测和可控制性。TRIZ理论不仅为发明创造提供了一种行之有效的工具和方法,更重要的是TRIZ通过遵循创新活动产生的客观规律,为创新思维产生的主体(人)规划一种有利于创新的重要素质和工作方法,学习和领悟这种方法将对培养大学生的创新能力具有重要意义。人们如果掌握了这些规律,就能进行创新,并能预测创新,但是人的创新思维能力的培养与提高是一个漫长的过程,这就决定创造教育也应是一个由浅入深的实施过程,不能一蹴而就。因此,在今后的教学中我们可以通过在教学实践中适当的引入基于TRIZ的创新理论,从而大大增强大学生对创新活动的认识,提高自身的创新能力。
3.基于TRIZ理论加强工科大学生创新能力采取的措施
首先,基于TRIZ的创新理论可以作为理工科大学生的选修课或讲座,重点介绍其支持创新活动的基本原理和思想,以及一些应用该理论在工程实践中解决问题的实例。具体培训内容包括:培养学生对40个基本发明原理及扩展发明原理及其应用,深入了解熟练掌握阿奇舒勒矛盾矩阵在解决机械工程创新问题的应用;深入研究技术系统的进化法则,加强技术进化模式和进化路线的识别,快速发现技术系统的进化潜能;基于TRIZ进化理论的产品创新设计,根据技术系统的进化法则,建立产品创新设计过程统一模型,快速确定创新解,找到产品进化的位置,加强同学们在开发新产品时创新能力;加强同学们对物理矛盾和技术矛盾的理解,学会利用分离原理来解决创新问题。加强对物场分析的理解,初步掌握发明问题解决算法。
其次,深入研究TRIZ理论知识,在教师中组建TRIZ研究小组,开展TRIZ学术讲座,收集有关学生创新培养的材料,完善TRIZ课件建设。在课程设计中提出一些实际的创新问题,指导学生应用TRIZ理论完成任务,重点在于使学生能够理解该理论的意义以及与工程实际问题的结合,使他们能够初步熟悉科学的、规范的创新活动流程,从而提高学生应用TRIZ理论解决创新问题的体验,有目的地、系统地培养学生的创新意识和创新工作习惯。
再次,通过该课程还应该使学生明白当今科学技术发展的重要特点是既高度分化又高度综合,在工程和生产实际中有许多急需解决而又未能解决的问题中,多数都涉及学科间的交叉和相互渗透。靠单一学科、单一方法是难于解决的,必须依靠多学科、多方法才能实现。结合本专业开设的专业课将TRIZ创新理论融入课程讲授内容中增加创新实践环节。在同学中建立TRIZ兴趣小组,开展TRIZ理论在创新中的应用,尤其在机械产品创新设计方面进行培训将技术系统的进化理论应用到新产品开发中。
最后,需要特别指出的是,虽然TRIZ理论为我们提供了一种有效的创新工具,然而,创新的前提仍然建立在设计者本人坚实的专业基础、厚实的知识积累的基础上。因此为了解决创新能力的培养,仍然必须强调大学生在本门学科上掌握坚实的基础理论和系统深入的专业知识,并具有宽广的知识面;掌握与本学科研究领域相关的理论和先进技术手段等。为了增加同学们对TRIZ理论的应用能力,增加教学投入,购买有关TRIZ应用软件,培养创新兴趣。
4.TRIZ理论对大学生创新能力提升
在全国大学生第三届“创新杯”设计大赛中,3名来自天津大学工业设计专业的参赛大学生经过了系统的计算机辅助创新培训,并将实现创新的有力工具——TRIZ理论及其方法运用到参赛设计方案中,设计的“城市乌蓬”酷似南方水乡常见的乌蓬船,故取名为“城市乌蓬”,该观光车以其造型新颖、结构富有创新性一举夺得设计大奖,受到与会专家的一致好评。
参赛获奖的作品是“无动力旅游观光车设计方案”,旨在为上海世博会提供方便、实用、美观的旅游观光车设计方案,设计要求观光车能够搭载1-2名乘客,并要求为人力(无动力)车,能够在热闹的观光景区和人流如梭的大街小巷穿行观光。这3名大学生运用国际先进的TRIZ创新理论以及计算机辅助创新技术(CAI)对观光车进行结构设计创新,使观光车既能在搭载游客时能够提供足够舒适的乘坐空间,又能在停泊时进行折叠最大限度缩小占用空间。
观光车在产品设计方案中直接或间接运用到了TRIZ理论所包含的创新原理,使一辆看似简单的观光车蕴涵了给人极大惊喜的创新设想,并且在先进的创新理论的指导下,使许多难题迎刃而解。首先,在观光车总体方案的确定上根据TRIZ理论40个创新原理中第17个创新原理:一维变多维(Transition Intoa New Dimension)中的“将一维直线运动的物体变为二维平面运动或三维空间运动”子项,考虑到观光车载客需要稳定且不宜复杂的结构,于是初步确定观光车采用三轮车的结构形式,实现載人和行驶。同时需要有支持整体变形,以缩小空间占用的结构,根据TRIZ理论第15个创新原理——动态特性(Dynamicity)中的“使不动的物体可动或可自适应”子项。在保持简单实用的设计原则基础上,选用平面四连杆机构中的平行四边形机构作为一个变形核心部分。同时利用第7个创新原理——嵌套(Nesting)中的“把一个物体嵌入第二个物体然后将这两个物体再嵌入第三个物体”子项实现伸缩折叠功能,可缩小两个车轮之间的距离,达到使观光车占用空间变小的目的。其次,在对观光车驱动方案的选择上运用了TRIZ理论的第13个创新原理:逆问题(DoItinReverse)。将链条驱动系统由后轮驱动改成了前轮驱动,使得后轮在进行折叠变形时结构最简单也不易损坏,同时增加了观光车的趣味性。
小结
当今大学生创新能力急待提高,TRIZ是系统化创新发明方法的观念与技术,TRIZ建立一个能加强突破性思考的过程与创新思维方法,是提高工科大学生创新水平的一个利器,是创新思维培养的一条有效的途径。TRIZ通过遵循创新活动产生的客观规律,为创新思维产生的主体(人)规划一种有利于创新的重要素质和工作方法,学习和领悟这种方法将对培养本科创新型人才具有重要意义。所以,在工科大学生培养中,引入基于TRIZ的创新理论,培养大学生的创新思维,提高大学生对创新活动的认识和对创新方法的把握,提高大学生创新解决问题的能力。
参考文献:
[1]C.Halliburton.Giving your students technological foresight[C].the 2004 annual conference of the interna tional technology education association in Kansas City.
[2]Dr.Paul R.Filmore.The Real world:TRIZ in two hours for undergraduate and masters level students[C].TRIZCONF2006,Milwaukee,WI,April2006.
[3]G.Marsh H.Waters D.Marsh.40 inventive principles with applications in education[EB/OL].http://www.triz-journal.com/ archives/2004/04/
[4]杨清亮.发明是这样诞生的:TRIZ理论全接触[M].北京:机械工业出版社,2006.