謝春麗，劉永闊

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

TRIZ理論在提高本科生畢業(yè)論文方面的應(yīng)用

謝春麗1，劉永闊2

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.哈爾濱工程大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

為了提高本科生畢業(yè)論文的質(zhì)量，加大創(chuàng)新人才培養(yǎng)的力度，提出在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)階段開展TRIZ創(chuàng)新理論的學(xué)習(xí)。根據(jù)本科畢業(yè)論文這一實(shí)踐教學(xué)階段的特點(diǎn)，建立了一套適合該階段學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握的TRIZ理論體系，將TRIZ理論分為2個(gè)部分，分別從整體上使學(xué)生大致了解TRIZ理論和3個(gè)需要學(xué)生掌握的模塊，通過3個(gè)模塊的詳細(xì)學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生突破思維慣性，提高創(chuàng)新素質(zhì)。選擇多位同學(xué)參加了試驗(yàn)學(xué)習(xí)，通過創(chuàng)新素質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)TRIZ理論前和學(xué)習(xí)后的創(chuàng)新素質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，大多數(shù)學(xué)生通過學(xué)習(xí)TRIZ理論后，創(chuàng)新素質(zhì)都得到了一定的提高，證明了在該階段開展創(chuàng)新理論學(xué)習(xí)能有效的提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)。

TRIZ理論；創(chuàng)新；本科生畢業(yè)論文

本科生畢業(yè)論文教學(xué)過程作為理工科高等院校教學(xué)體系的一個(gè)重要組成部分,是高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和技術(shù)應(yīng)用能力的一個(gè)綜合性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)論文階段教學(xué),學(xué)生不僅僅是分析問題,更主要的是要受到設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)技能、調(diào)試技能和實(shí)驗(yàn)研究技能和解決問題技能的綜合訓(xùn)練, 畢業(yè)論文階段教學(xué)的內(nèi)容必須體現(xiàn)出重應(yīng)用、重開發(fā)、重技能、重素質(zhì)。為了提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力和畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合開發(fā)能力,必須加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。各高校也采取了一些方法來提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，這些做法取得了一定的效果[1,2]，但都缺乏創(chuàng)新理論的指導(dǎo)。而目前我國(guó)高等院校中大多沒有開設(shè)創(chuàng)新理論學(xué)習(xí)的課程，學(xué)生們渴望創(chuàng)新，但由于自己能力所限，造成學(xué)校提倡創(chuàng)新，而學(xué)生又不知如何去創(chuàng)新的尷尬局面。而TRIZ理論作為一種有效的發(fā)明問題解決算法，越來越被世界各國(guó)所推崇。因此，這里提出利用TRIZ理論作為學(xué)生創(chuàng)新能力挖掘的理論工具，利用TRIZ理論指導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)新。通過對(duì)多名學(xué)生在畢業(yè)論文階段中進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，通過TRIZ理論的學(xué)習(xí)，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力都有不同程度的提高。

一、TRIZ理論

TRIZ理論對(duì)指導(dǎo)如何實(shí)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)新“自動(dòng)化”具有重要意義。該理論認(rèn)為，創(chuàng)新并不是靈感的閃現(xiàn)和隨機(jī)的探索，它存在解決問題的一般規(guī)律,這些規(guī)律和原則可以告訴人們按照什么樣的方法和過程去進(jìn)行創(chuàng)新并對(duì)結(jié)果具有可預(yù)測(cè)和可控制性。人們?nèi)绻莆樟诉@些規(guī)律，就可以能動(dòng)地進(jìn)行創(chuàng)新并能預(yù)測(cè)創(chuàng)新。TRIZ是俄文單詞“解決創(chuàng)新性問題的理論”首字母的縮寫，對(duì)應(yīng)的英文為TIPS(Theory of Inventive Problem Solving)。該理論是由前蘇聯(lián)著名發(fā)明家G.S. Altshuller及其同事提出的，其目的是研究人類進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學(xué)原理和法則。他們通過研究分析了世界近250萬件高水平的發(fā)明專利，并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則后，建立起TRIZ理論體系。該理論發(fā)現(xiàn)了一條重要規(guī)律，即將已有解決方法建立知識(shí)庫，問題可通過選擇類似的方法得到解決(類推)。而對(duì)于一些可能從未遇到過的問題(創(chuàng)新性問題)，也可以從現(xiàn)有專利中總結(jié)出設(shè)計(jì)的基本原則、方法和模式，通過應(yīng)用這些方法和原則進(jìn)行解決，同時(shí)反過來它又可以擴(kuò)展類似問題的知識(shí)庫。通過對(duì)這些規(guī)律的綜合運(yùn)用，可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品[3，4]。

二、TRIZ理論在本科生畢業(yè)論文教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)用的意義

當(dāng)今社會(huì)，已從工業(yè)經(jīng)濟(jì)步入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，科技知識(shí)無論在廣度、深度還是在知識(shí)的形成及聯(lián)結(jié)方式都出現(xiàn)了新的特點(diǎn)，他對(duì)大學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)的要求也有別于其他時(shí)代,而表現(xiàn)出新的特征，即知識(shí)在高度分化的基礎(chǔ)上高度融合，而人才則推崇復(fù)合型，如“T”字型人才或“十”字型人才。創(chuàng)新是知識(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。創(chuàng)新包括創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。因此，如何在大學(xué)(尤其是理工科大學(xué))的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，是目前我國(guó)高等教育界面臨的一項(xiàng)迫切的研究課題。畢業(yè)論文是工科院校教學(xué)中最后的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。畢業(yè)論文是一種綜合訓(xùn)練，它要求學(xué)生運(yùn)用在大學(xué)的幾年中所學(xué)的各門學(xué)科知識(shí)，在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下獨(dú)立(或小組)完成規(guī)定的設(shè)計(jì)(研究)任務(wù)。所以，畢業(yè)論文成績(jī)的高低，不僅反映出學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能掌握的程度，同時(shí)亦是評(píng)價(jià)學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的尺度之一。另一方面，學(xué)生即將走向社會(huì)，面臨實(shí)際工作的考驗(yàn)和挑戰(zhàn)，畢業(yè)論文階段的訓(xùn)練在某種意義上來說是縮小學(xué)校與工作崗位之間差距的一種不可或缺的手段。因此，處于知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的準(zhǔn)本科畢業(yè)生們，更應(yīng)借此機(jī)會(huì)增強(qiáng)自己的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。而創(chuàng)新思維是創(chuàng)造性活動(dòng)的核心,是整個(gè)創(chuàng)新活動(dòng)智能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，是以各種智力因素和非智力因素為基礎(chǔ)，運(yùn)用已有的知識(shí)進(jìn)行想象、推理、分析和綜合等思維加工活動(dòng)獲得自己尚未知道的新知識(shí)的思維方式,其最為顯著的特點(diǎn)是具有求異性、變通性和獨(dú)創(chuàng)性。通過這種思維不僅能揭示客觀事物的本質(zhì)及其內(nèi)在聯(lián)系,而且能在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生新穎的、超常的、獨(dú)創(chuàng)的思維成果。心理學(xué)研究表明：思維定勢(shì)人人都存在，也是人們進(jìn)行創(chuàng)新思維的最大障礙。為了克服思維定勢(shì)的影響，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)他們沖破常規(guī)的思維束縛，對(duì)同一個(gè)問題應(yīng)積極尋求多種不同的解決方案，讓他們學(xué)會(huì)從不同的角度、不同的途徑去思考問題、分析問題和解決問題，從而形成有自己獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)。而如何才能突破思維定勢(shì)，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力是人們一直努力探索從未停止過的活動(dòng)，并已經(jīng)取得了許多可喜的成果，如頭腦風(fēng)暴法、6-3-5法、奧斯本檢核表法等。但是，以上方法在實(shí)際表現(xiàn)中并沒有預(yù)期想象的好。造成這種現(xiàn)象的一個(gè)重要原因就是：人們一直將創(chuàng)新視為一門不可預(yù)知的藝術(shù)形式。迄今為止，人們?cè)诎l(fā)明創(chuàng)新中所使用的手段大多是手工的、無正式方法可言的和不協(xié)調(diào)的，它所提供的管理模式也是一種不能確保成功的方法。在這樣的背景下TRIZ理論應(yīng)運(yùn)而生，該理論為人們提供了一套創(chuàng)新原理體系和解決技術(shù)難題的方法體系，當(dāng)人們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題時(shí)，只需要遵循一定的科學(xué)方法和法則，就能迅速地實(shí)現(xiàn)新的發(fā)明創(chuàng)造或解決技術(shù)[5]。

三、適合于本科生畢業(yè)論文階段學(xué)習(xí)的TRIZ理論體系

TRIZ理論體系十分繁雜，其大致的理論體系如圖1所示。從解決問題的角度來看，其理論框架如圖2所示。而本科畢業(yè)論文階段的時(shí)間不過是1個(gè)學(xué)期，16周左右的時(shí)間，將圖1和圖2所示的所有方法和理論都讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握是不可能的，因此根據(jù)這一階段的特點(diǎn)，對(duì)TRIZ理論體系進(jìn)行了整理和精簡(jiǎn)，建立了一套適合于該階段學(xué)習(xí)和掌握的TRIZ理論體系，大致分為2個(gè)部分：總體了解部分和掌握部分?？傮w了解部分主要從圖1和圖2出發(fā)讓學(xué)生大致了解TRIZ理論體系和框架，初步了解TRIZ理論和解題的工具。掌握部分主要包括3個(gè)模塊：突破思維慣性模塊、矛盾分析模塊、物場(chǎng)分析模塊[6]。

圖1 TRIZ理論體系

圖2 TRIZ理論框架

(一)突破思維慣性模塊

慣性思維指人習(xí)慣性地遵循以前的思路思考問題，仿佛物體運(yùn)動(dòng)的慣性。慣性思維常會(huì)造成思考事情時(shí)有些盲點(diǎn)，且缺少創(chuàng)新或改變的可能性。因此要進(jìn)行創(chuàng)新，思維定勢(shì)是擺在面前的一個(gè)很大障礙，因此要求學(xué)生掌握幾種突破思維慣性的方法。這里選擇了學(xué)生較易理解和掌握的3種方法即：九屏幕法、最終理想解(IFR)和小人法。

1.九屏幕法：要求學(xué)生在考慮問題時(shí)要全面充分利用當(dāng)前系統(tǒng)、超系統(tǒng)和子系統(tǒng)以及這些系統(tǒng)的過去和未來的資源來解決問題，即考慮問題時(shí)，要考慮9個(gè)場(chǎng)景如圖3所示。這樣做可以充分挖掘系統(tǒng)資源，考慮問題較全面。

圖3 九屏幕法

2.最終理想解(IFR)：最理想的技術(shù)系統(tǒng)作為物理實(shí)體它并不存在，但卻能實(shí)現(xiàn)所有必要的功能。因此最終理想解是要求系統(tǒng)在保持有用功能正常運(yùn)作的同時(shí)，能夠自行消除有害的，不足的、過度的作用。簡(jiǎn)單的說即產(chǎn)生有用作用(性能)或者消除有害作用，不能惡化其他作用或產(chǎn)生其他有害作用。

3.小人法：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的某些組件不能完成其必要的功能，并表現(xiàn)出相互矛盾的作用，用一組小人來代表這些不能完成特定功能部件，通過能動(dòng)的小人實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。然后，根據(jù)小人模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

(二)矛盾分析模塊

矛盾是問題存在的根本，而解決問題可以從解決矛盾入手，TRIZ理論將矛盾分為技術(shù)矛盾和物理矛盾。相應(yīng)的技術(shù)矛盾可以采用40個(gè)創(chuàng)新原理來解決，通過定義39個(gè)通用技術(shù)參數(shù)，來教會(huì)學(xué)生查找創(chuàng)新原理，通過實(shí)例使學(xué)生更加領(lǐng)會(huì)技術(shù)參數(shù)和創(chuàng)新原理的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵。

物理矛盾指的是對(duì)系統(tǒng)的同一個(gè)參數(shù)有不同的要求。其解決方法主要包括空間分離、時(shí)間分離、條件分離和系統(tǒng)級(jí)別分離，還可以通過查找知識(shí)庫來解決。

(三) 物場(chǎng)分析模塊

物場(chǎng)模型是描述系統(tǒng)中出現(xiàn)問題的兩組件及其相互作用，是指以物質(zhì)和場(chǎng)的形式表示的，工程系統(tǒng)中任意子系統(tǒng)的模型。其最基本的物場(chǎng)模型如圖4所示。建立物場(chǎng)模型可以揭示技術(shù)系統(tǒng)地功能機(jī)制，描述技術(shù)系統(tǒng)中不同元素之間發(fā)生的不足的、有害的、過度的和不需要的相互作用。它有自己的標(biāo)準(zhǔn)解法，主要教授學(xué)生3種最常見的標(biāo)準(zhǔn)解法：(1)產(chǎn)生有害作用時(shí)，引入變形的第三種物質(zhì)S1；(2)產(chǎn)生有害作用時(shí)，引入超系統(tǒng)中的物質(zhì)S2；(3)產(chǎn)生有害作用時(shí)，引入抵消有害作用的場(chǎng)F。

圖4 最基本的物場(chǎng)模型

四、TRIZ理論在本科生畢業(yè)論文階段中的應(yīng)用

(一)選題方面的應(yīng)用

應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行產(chǎn)品S進(jìn)化曲線分析，研究機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展階段，尋找機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)階段存在的矛盾，從而確立待選課題，并盡量使課題處于TRIZ理論1到4級(jí)發(fā)明階段，力爭(zhēng)做到選題科學(xué)、合理、新穎、先進(jìn)。

(二)畢業(yè)論文各階段的應(yīng)用

選題確定后，可根據(jù)畢業(yè)論文的性質(zhì)分別應(yīng)用TRIZ理論的系統(tǒng)分析法、九屏幕法等對(duì)畢業(yè)論文進(jìn)行系統(tǒng)分析，將技術(shù)問題轉(zhuǎn)化為TRIZ理論的問題描述，再應(yīng)用相應(yīng)TRIZ理論解決方法進(jìn)行求解，求解后再轉(zhuǎn)化為自己的技術(shù)問題，從而找出自己進(jìn)一步工作的切入點(diǎn)。如在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，學(xué)生首先對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問題形式進(jìn)行描述，并將其轉(zhuǎn)換為技術(shù)形式與發(fā)明形式；然后應(yīng)用功能分析對(duì)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過魚骨圖查找當(dāng)前結(jié)構(gòu)的問題節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用小人法、金魚法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過S進(jìn)化曲線的分析，確定產(chǎn)品所處的技術(shù)進(jìn)化階段，選擇相應(yīng)的TRIZ理論工具，確定結(jié)構(gòu)的最終理想解(ideal final result，IFR)，明確努力方向，保證在問題解決過程中沿著此目標(biāo)前進(jìn)并獲得最終理想解，從而避免傳統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中缺乏目標(biāo)的弊端，提升創(chuàng)新設(shè)計(jì)效率[9]。

(三)應(yīng)用實(shí)例

某畢業(yè)生，根據(jù)TRIZ理論進(jìn)行了車輛裝載長(zhǎng)度測(cè)量問題求解，原有的車輛超限檢測(cè)系統(tǒng)只能判斷車輛是否超長(zhǎng)，而由于車輛裝載貨物的形狀、材質(zhì)及幾何尺寸等變化較大，無法測(cè)量具體的裝載長(zhǎng)度。根據(jù)對(duì)原有系統(tǒng)的分析建立了系統(tǒng)的功能模型。如圖5所示。利用矛盾分析法找到了兩對(duì)技術(shù)矛盾，通過查找矛盾矩陣獲得了幾種解決問題的創(chuàng)新原理，如表1所示。以第一對(duì)技術(shù)矛盾為例進(jìn)行說明，如果設(shè)計(jì)出能夠準(zhǔn)確測(cè)量車輛裝載長(zhǎng)度的方法，那么系統(tǒng)的測(cè)試精度得到了改善，而惡化的技術(shù)參數(shù)是帶來系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，根據(jù)這對(duì)技術(shù)矛盾，查找TRIZ理論可獲得解決問題的幾種創(chuàng)新原理。利用創(chuàng)新原理34設(shè)計(jì)了一套新的車輛裝載長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)模型如圖6所示。利用兩對(duì)光電開關(guān)和一個(gè)超聲波測(cè)距傳感器完成了車輛裝載長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)非接觸式測(cè)量[10]。

圖5 系統(tǒng)的功能模型

表1 技術(shù)矛盾

圖6 車輛裝載長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)

五、試驗(yàn)研究

在本科生畢業(yè)論文工作中，對(duì)多位同學(xué)進(jìn)行了TRIZ理論培訓(xùn)，通過培訓(xùn)前和培訓(xùn)后的對(duì)比及經(jīng)過培訓(xùn)后在論文工作中的表現(xiàn)進(jìn)行了分析，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等方面都取得了很好的效果，并在畢業(yè)論文工作中取得了很好的成績(jī)。根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]給出評(píng)價(jià)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行判別，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重如表2所示，采用五級(jí)分制進(jìn)行打分即該項(xiàng)能力強(qiáng)(5分)、較強(qiáng)(4分)、一般(3分)、較弱(2分)、弱(1分)[8]，得出學(xué)生經(jīng)過TRIZ理論培訓(xùn)前和培訓(xùn)后在畢業(yè)論文階段的創(chuàng)新素質(zhì)得分，表3給出了某個(gè)學(xué)生的得分。圖7給出了參加實(shí)驗(yàn)的20位同學(xué)的得分圖。從表3和圖7中可以看出，學(xué)生經(jīng)過TRIZ理論學(xué)習(xí)后，創(chuàng)新素質(zhì)都有了不同程度的提高，但由于學(xué)生自身素質(zhì)的差異，提高的幅度存在著不同，也有個(gè)別同學(xué)沒有提高。

表2 創(chuàng)新素質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

表3 某學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)得分

圖7 參加試驗(yàn)部分學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)得分

六、結(jié)論

在國(guó)家大力倡導(dǎo)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的環(huán)境下，提出在本科生畢業(yè)論文階段開展創(chuàng)新理論TRIZ的學(xué)習(xí)，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生在大學(xué)教育的最后一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)取得好的效果，還可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的欲望，提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，使即將走上工作崗位或研究崗位的畢業(yè)生能夠更好的適應(yīng)新的工作和學(xué)習(xí)。本論文的主要結(jié)論如下：

1.提出了在畢業(yè)論文階段開展創(chuàng)新理論(TRIZ理論)學(xué)習(xí)的必要性和重要意義。

2.經(jīng)過對(duì)TRIZ理論的深入學(xué)習(xí)和研究，總結(jié)出了適合該階段學(xué)生學(xué)習(xí)的TRIZ理論的兩個(gè)部分和三大模塊。

3.采用創(chuàng)新素質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)選出的多位同學(xué)進(jìn)行了創(chuàng)新素質(zhì)評(píng)價(jià)，經(jīng)過學(xué)習(xí)TRIZ理論后大多數(shù)學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)都有不同程度的提高。因此有必要在學(xué)生畢業(yè)論文階段開展創(chuàng)新理論的學(xué)習(xí)。

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(編輯：楊建肖)

2014-04-15

東北林業(yè)大學(xué)教改項(xiàng)目：“汽車構(gòu)造課程實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新模式研究”(編號(hào)：DGY2014-24)；黑龍江省教改項(xiàng)目：“關(guān)于專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革和質(zhì)量保證的研究”(編號(hào)：JGXM-HLJ2013038)。

謝春麗(1978-)，女，吉林鎮(zhèn)賚人，博士，副教授，主要研究方向：故障診斷，人工智能，TRIZ理論。

G642.477

A

1008-6927(2014)06-0037-05

DOI號(hào)：10.13320/j.cnki.jauhe.2014.0184