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盛京铎声讲堂|TRIZ创新方法与应用

2018年12月10日 热度:727 ℃

尊敬的各位校友,大家好!

首先我感谢校友群,感谢群里的师哥、师姐、师弟、师妹给我这个机会。我把这个机会用来汇报一下我近年来的工作。 我叫赵喆,1983年考入北京师范大学物理系,1987年分配到沈阳药科大学物理教研室,做物理教师至今已经三十二年了。

 我今天汇报的内容包括:一.创新的重要性;二.TRIZ理论介绍;三.创新实践与成绩。可能有校友会问,从标题上来看好像不是你的本行啊?我有必要先解释一下,就势说明一下创新的必要性,也是我今天汇报的第一个内容。

一.创新的必要性

 从大环境说,近十年来最热的一个词就是创新;创新也是在电视新闻当中出现频率最高的一个词;李克强总理在达沃斯论坛提出大众创业万众创新的口号;总理在对首届中国互联网+大学生创新创业大赛作出的重要批示当中指出:大学生是实施创新驱动发展战略和推进大众创业万众创新的生力军。既要认真、扎实地学习掌握更多的知识也要投身创新创业,提高实践能力。

 2010年5月教育部下发了关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见。所有这些都加快了高校实施创新创业教育的步伐。

 从小环境看,我校创新教育越来越受到重视。我在创新方面的工作严格意义上说是从2015年开始的。但是想做点事情的想法是早就有的,毕业后我一直从事物理理论教学指导、物理实验和指导学生做毕业专题等方面的工作。与大多数的教师一样,我发现了一些共同性的问题,那就是学生在学习理论知识的时候成绩很好,但是做物理实验的时候,就发现学生的动手能力和解决问题的能力不尽如人意。

 尤其是学生在做毕业专题设计的时候表现尤为突出,特别缺乏创新精神。进实验室的第一句话通常是:老师我应该做什么?如果反问他你想做什么?你对哪些方面感兴趣?学生往往回答不知道或无所谓,老师你让我做什么我就做什么。面对这种情况对我触动很大,心里也很急。

作为师大人,我确实感到只教书是远远不够的,授人以鱼不如授人以渔,于是开始涉猎创新这一领域。接下来我就介绍一下我今天要汇报的主要内容之一,就是TRIZ创新方法与应用。

二.TRIZ创新方法与应用

首先我要说一下什么是TRIZ。TRIZ的字面意思来源于俄文,将俄文转成拉丁字母后的缩写为大写的TRIZ,,又称为发明问题解决理论。中文又把它称之为萃智或者是萃思,萃是萃取的萃,智是智慧的智,思是思想的思。

TRIZ理论的创始人是前苏联的阿奇舒勒,阿奇舒勒是一位天才的发明家、创造创新学家。他在十四岁的时候就有了他的第一个发明专利,是水下呼吸器。阿奇舒勒在1956年的时候就发表了第一篇关于TRIZ理论的论文;1961年他写了第一本有关TRIZ的专注:怎样学会发明创造;1970年他创办的第一个以讲述TRIZ理论为主的学校,培养着最早期的TRIZ应用方面的专家。1985年TRIZ一些专家开始了移居欧美,这样TRIZ就流传到了世界,1989年建立了国际TRIZ协会,阿奇舒勒担任了首届的协会主席。

TRIZ真正起始的时间是1946年,阿奇舒勒就开始了发明问题解决理论的研究工作。当时他在前苏联的海军专利局的评审专利机构工作,有机会面对全国著名的发明专利。面对着他面前的两百五十万份高水平的发明专利,他一直在考虑一个问题,当人们进行发明创造解决技术难题时,是否有可遵循的科学方法和法则,从而能迅速地实现新的发明创造或者是解决技术难题呢?答案是肯定的。

在以后的数十年里阿奇舒勒一直致力于TRIZ理论的研究和完善工作。在他的领导下前苏联的研究机构大学企业组成了TRIZ的研究团体,分析了世界上近两百五十万份高水平的发明专利,综合了多学科领域,总结出了各种技术发展计划遵循的共同规律模式,以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则。建立了一个由解决技术、实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系就是现在的TRIZ理论体系。

 那么TRIZ理论的核心内容是什么呢?其主要核心内容有两条:一,技术系统的进化法则;二,四十个创新原理,这四十个创新原理,是指各行业都通用的原理。我首先给大家介绍一下技术系统的进化法则。

阿奇舒勒发现,任何领域的产品改进、技术的变革和创新,都和生物系统一样,都存在产生、生长、成熟、衰老、死亡,它是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律,就能自主地进行产品设计,并能预测产品的未来趋势。进化法则一共有十条,因为时间关系我就不一一赘述,我用简单的语言给大家描述一下。总体来讲,技术系统的进化,都是由单一趋向复数,由一维趋向多维,由单一用途趋向多用途,由单向趋向双向,由刚性趋向柔软,由整体趋向分割,向超系统进化,向微观进化。目的是使系统的组间的相互作用更加容易协调,并可能建立动态可控的系统。

 从术语上来讲,还有一个向超系统进化的法则。我们都知道,汽车需要加油,如果汽车没油了,那么你最着急的事情就是尽快找到一个加油站,给汽车进行加油,那么对于汽车来说加油站就是它的超系统。但是目前我们已经知道,现在已经有了空中加油机,飞机自己就可以为其他的飞机进行空中加油。

以上这些都体现出技术系统是有进化法则的。都是按照这十条进化法则,沿着这些方向进行进化的。 有了这些进化法则,我们就可以对当前技术做一个指导和预测,预测我们的技术可以发展到什么程度。

TRIZ理论的第二个核心内容就是四十个创新原理。TRIZ中的发明原理是由专门研究人员对不同领域的已有的创新成果,进行分析和总结,得到了比较具有普遍意义的经验,这些经验,对指导各领域的创新都有着非常重要的参考价值。目前常用的发明原理有四十条,这些原理是有序号的,一定不能标错序号,因为在应用这些原理时,是按照这些序号进行的。

什么是四十个发明原理呢?因为时间有限,我主要讲述几个例子。例如二号创新原理,二号创新原理是分离原理。分离原理呢,大家可以想象一下,我们现在对垃圾进行分类。我们如果按照可以回收的垃圾和不可回收的垃圾进行分类,就把垃圾箱分成两个---可回收的和不可回收的。再例如立交桥,立交桥是为了解决交通堵塞的问题,当车辆非常多的时候,为了让交通更加的顺畅,我们把空间分隔成不同的层,让不同走向的车走向不同的层,这是分离原理中的空间分离。

还有七号创新原理叫做嵌套原理。用到嵌套原理的大家知道有套娃玩具、有存放的纸杯、伸缩天线及伸缩鱼竿儿等等。这些都是不同领域的东西,但是他们却共用了这一条原理---嵌套原理。还有第十七条创新原理叫做多维运作原理。多维运作的例子,如插座,墙上的插座我们只可以插一个电器,满足不了人们的需求,于是就有了电源插排。如此一来,就达到从一个到多个。还有现在的立体车库,车库中车辆应该是平面排列的,但是现在大城市中,空间紧张,于是就建造了立体车库。从一维变成多维,车位可以增加数倍,提高了使用效率。

 以上种种都是把不同行业的共同性的东西,把它抽取出来成为创新原理。阿奇舒勒总结出来了四十个创新原理,按号排列,以便于在发明的过程当中供大家参考使用。

那么我们如何把这些创新原理用到具体的工作中呢?TRIZ理论是通过物理矛盾和技术矛盾的解决来使用这些创新原理的。对于系统问题中的物理矛盾往往采取分离的方式,分离又分为时间分离、空间分离、条件分离和系统分离。对于技术矛盾,解决的方式是利用阿奇舒勒矩阵表。找到恶化的参数和改善的参数,由阿奇舒勒表查到序号,这些序号指的就是发明原理的序号,由这些原理去指导设计者们去解决技术难关。

        TRIZ原理最成功的一点是它揭示了创造发明的内在规律和原理,其目标是完全解决矛盾。它是基于技术的发展演化规律,研究整个设计开发的过程获得最终的理想解。实践已经证明运用TRIZ理论可以大大加快人们创造发明的进程,而且得到高质量的创新产品。

         与以往不同的是,TRIZ原理不是采取折中或者妥协的做法,而是基于技术的发展演化规律来研究整个设计与开发过程,使得创造发明不再是随机的行为。目前为止它的应用范围已经非常的广泛了。1993年以来,美国很多的企业,通过研究和应用TRIZ理论而获得了巨大的成功,比如说通用电气,他用TRIZ理论解决了大型发电机中的关键问题;克莱斯勒公司应用TRIZ理论解决了发动机生产过程中的技术问题,获利1.5亿美元;洛克威尔公司应用TRIZ解决刹车系统的创新设计,减少成本百分之五十等等等等。韩国的三星公司利用TRIZ理论,解决了扫地机器人的设计问题;日本的丰田公司更是将TRIZ理论用到极致。丰田公司2003年的汽车销售纯利润达到一百零一亿美元。

我们做为教师又是怎样运用TRIZ理论的呢?我在不断的学习过程当中将其逐步的引入教学实践,并取得了一定的收获。这就是我要汇报的第三个内容,教学实践与收获。

三.教学实践与收获

  通过对TRIZ理论的不断学习,我从2015年把它引入到我所教的班级,开展班级试点。班级试点的好处是人人可以参与,在这个过程中,我鼓励学生发现问题,让他们自由组合,利用创新原理去解决问题。同学们的热情非常高涨,超乎我的想象。在班级试点的过程当中,同学们提出了很多的创新题目。我让学生把这些创新题目自己做成ppt,然后自己上台讲解,其他同学为他打分,并将打分评比的这个成绩纳入期末考试成绩。

         接下来的举措,就是带领学生去参加各种省赛和国赛,让学生们在实践当中更好地掌握这些理论。指导这些学生,首先将其设计的产品表达为TRIZ问题,然后利用TRIZ中的工具,如发明原理标准解等,求出该TRIZ问题的普适解或者是模拟解,最后设计者在把这个该解转化成领域的解或者是特解。

自2015年以来,我带领学生参加了很多大型的比赛。如,2015年的辽宁省普通高等学校本科生大学生物理实验竞赛,我们是第一次参加这样的大型比赛,在比赛的过程当中,同学们非常努力,表现非常好,拿到了一个一等奖,两个二等奖。这次比赛也大大的增强了我的自信和同学们的自信。

接下来,2016年,我又陆续地带领学生们参加了第四届全国TRIZ杯大学生创新方法大赛,2017年第五届的全国TRIZ杯大学生创新方法大赛,2018年的第六届全国TRIZ杯大学生创新方法大赛。同时,2016年到2017年,我们又参加了第二届、第三届辽宁省TRIZ杯大学生创新方法大赛,2017年第十三届挑战杯辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛。 在这些大赛当中,学生们取得了非常优异的成绩。在第三届挑战杯辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛当中,我指导的学生获得了创意设计类的一等奖,在第二届辽宁省TRIZ杯大学生创新方法大赛和第三届辽宁省TRIZ杯大学生创新方法大赛当中,我指导的学生都获得了一等奖,并且我指导的学生都是本科生,这说明了一年级的本科生也是可以参与创新的。

在今年的第六届全国TRIZ杯大学生创新方法大赛中,我指导的学生又获得了创新设计类的一等奖,他的题目是TRIZ理论抗肿瘤方式的改进;同时我指导的学生还获得了生活创意类的二等奖和创新设计类的三等奖。

可以说在创新的道路上,我是和学生们一起成长的。学生在创新的道路上得到了很大的锻炼,也取得了非常优异的成绩,最重要的是在创新过程当中得到了成长,增加了自信,他的创新能力也得到了逐步的提高。同时也学会了互相帮助,相互协作,得到了创新的经验,为今后的创新创业铺平了道路。

对于教师来说,我们更看重的实际上是学生的素质教育。在比赛的过程当中发生了这样一件事,有一组同学他们的ppt突然出现了问题,另一组的同学,马上放下自己的工作,去帮这些同学进行ppt的修改,帮助同学改完ppt之后,已经是夜间十二点多了,然后这位同学才开始为自己第二天的比赛做准备。这样的事情在比赛的过程当中发生了很多很多,也令我感触颇多。在创新的过程当中,同学们不仅仅是创新能力的提高,而且他们的综合素质也得到了提高,也培养了学生的团队精神和互相协作精神。

最后,把今天所讲做一个小结。首先,我认为如果想要学生具有创新精神,教师自身首先要有创新意识。只有教师有创新意识,才能在创新的道路上做创新创业的引领者,才能挖掘出学生的兴趣与潜力,培养学生的创新意识。要鼓励学生创新,并为学生提供科学的指导和平台。第二,教师要不断的学习,提高自身的理论水平,抱着不断学习的态度参加创新实践活动。第三,一定要与学生的专业相结合,选择合适的题材鼓励同学创新。

我们参赛的大多题目都是学生自己找的,比如说全自动试管清洗机。这是我带的大一的学生,她刚进实验室不久,接触专业的时间也不长,她在做实验的过程中,觉得清洗试管太麻烦了,又不容易清洗干净,于是想到一个创意,要做一个全自动试管清洗机。她的这个项目,在第十三届挑战杯辽宁省大学生课外学术科技作品竞赛和第二届辽宁省TRIZ杯大学生创新方法大赛当中,都获得一等奖。同时我也为她申请了专利,目前她已经有了她的第一份实用专利证书。还有的同学根据雾霾天气提出了要改进口罩,这个项目也得到了创意类的一等奖。所以作为教师,我们一定要从生活出发,从学生的专业出发,这样才能给学生以方向性的指导。

时间关系,我今天的汇报就到这里。讲的不到之处,敬请大家予以批评指正,谢谢大家!

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