基于TRIZ理论的电子技术创新教学研究

裴晓敏 张 军

（1.襄樊学院，湖北 襄樊 441053;2.襄樊环宇学校，湖北 襄樊 441053）

基于TRIZ理论的电子技术创新教学研究

裴晓敏1张 军2

（1.襄樊学院，湖北 襄樊 441053;2.襄樊环宇学校，湖北 襄樊 441053）

将TRIZ理论与专业课程相结合，建立创新方法与专业课之间的联系是提高学生创新能力的重要途径。文章以TRIZ 理论为基础，针对电子技术课程教学中的具体问题，研究了TRIZ与电子技术课程相融合的创造教育的可行性和根本途径。

TRIZ理论；创新教育；电子技术

1 引言

电子技术课程是学生在电子技术方面入门性质的技术基础课，它既有自身的理论体系，又有很强的实践性，是高等教育电类各专业和部分非电类专业必修的技术基础课，而且随着电子工业的飞速发展和计算机技术的迅速普及，它将成为所有理工科本科生的必修课程。本文以 TRIZ 理论为基础，利用 TRIZ理论提出创新的规律和方法，针对电子技术课程教学环节中的具体问题，建立创造教育与专业课程之间的关系，将TRIZ理论与学生创新能力培养相结合、将TRIZ理论与专业课程学习相结合是开展创新教育的一个重要途径。

2 TRIZ理论简介

TRIZ是“发明问题解决理论”的俄文简称，它是前苏联科学家根里奇•阿奇舒勒通过对世界近250万份发明专利所做的长期分析、归纳和提炼，发现了人类进行科学研究和发明创新的背后所遵循的客观规律，提出了 TRIZ 理论。[1]TRIZ理论认为 ：（1）技术系统是按照一定规律在发展的（技术系统进化法则）；（2）发明问题的核心是解决矛盾,未克服矛盾的设计不是创新设计。设计中不断的发现和解决矛盾（物理矛盾和技术矛盾）是推动产品想理想化方向进化的动力；（3）以往不同领域的发明和创新中所用到的原理方法并不多，类似的问题与解在不同的工业及科学领域交替出现，不同行业中的问题，采用了相同的解决方法（创新原理）。TRIZ理论的发展与完善带动了TRIZ的应用,目前，TRIZ理论中总结出的40条发明创新原理在工业、建筑、微电子、教育等领域得到广泛地应用。

3 TRIZ理论的技术系统进化法则在电子技术教学中的应用

3.1 技术系统的进化法则

技术系统的进化法则是指实现系统功能的技术从低级向高级变化的过程所遵循的规律。技术系统的进化不是随机的，有它自己的特性和法则。技术系统进化法则包括提高理想度法则、向微观进化法则、向超系统进化法则、动态性进化法则等有八大法则。一旦掌握了这些法则，就可以利用这些规律来确认目前产品所处的发展状态，发现产品存在的缺陷和问题，并预测其未来发展趋势，开发新一代产品，制定产品开发战略和规划。这就是我们常说的技术预测，它使产品开发具有可预见性，对于提高产品创新的成功率,缩短发明周期，都具有重要意义。

3.2 技术系统进化法则在电子技术教学中的应用分析

在电子技术教学环节中注重技术系统进化法则的指导导，即从技术产品的发展引伸到技术进化路线，使学生学到的知识不仅是一个点，而是一条无限延伸的线或面，更是一种方法。

例如，在介绍电子技术的发展中电子器件的改进与创新时，由电子元件进化：真空管-->晶体管-->集成电路，集成电路的分类按规模分可分为小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路等知识点时，可拓展出技术系统的进化法则，即向微观级进化法则和提高理想度法则。微观级进化法则：技术系统进化是沿着减少其元件尺度的方向发展的，即元件从最初的尺度向原子、基本粒子的尺度进化，同时能更好的实现其功能；提高理想度法则：理想的技术系统不消耗能量，却能够实现所有必要的功能，即系统的质量、尺寸、能量消耗趋向于零，实现的功能数量趋向于无穷大。提高理想度法则代表所有技术系统进化法则的最终方向，但当技术系统越接近理想状态时就越简单、成本越低、效率也更高，理想化也意味着系统或子系统中现有资源的最大化利用。

当前数字电路设计的趋势：越来越大的设计、越来越短的推向市场的时间、越来越低的价格、多层次的设计表述、大量使用复用技术IP时，可引导学生感受到技术系统的进化是按着从量变到质变，从低级向高级的方向发展，以及所遵循提高理想度法则、向微观级进化法则、向超系统进化法则等。使学生充分地体会技术的发展都是“无意识中”实践了根里奇•阿奇舒勒提出的TRIZ中的规律和法则，充分地感受到技术的发展是有规律的，创新也是有规律的。

4 TRIZ创新工具在电子技术教学中的应用

4.1 创新原理在电子技术教学中的应用分析

40个创新原理是TRIZ解决技术矛盾的关键，也可以把它融入电子技术的教学的各个环节当中。例如：反馈在电子技术领域中有着极其广泛的应用.在电子设备中，经常会利用反馈来改善电路的性能，使电路的输出量(电压或电流)的变化反过来影响输入回路，从而控制输出端的变化，起到自动调节的作用，以达到预期的目的。在教学过程中，可结合TRIZ创新原理中的反馈原理：引入反馈，提高性能。并由反馈内容的教学拓展出路灯控制系统的反馈控制机制、自动控温装置、声控装置等一些实用的反馈控制装置，让学生感受到“反馈”这种创新原理在电子技术中的广泛的应用。

4.2 物理矛盾与分离原理在电子技术教学中的应用分析

TRIZ理论中，当系统的进化对同一个参数提出了矛盾的要求时，就构成了物理矛盾。解决物理矛盾的方法有：空间分离、时间分割、条件分离、系统级别分离等，TRIZ的“四个分离”启发人们从辩证法的角度去认识不同的空间、时间或条件下事物的复杂性，使物理矛盾难题迎刃而解。下面针对电子技术中的几个基本电路的设计进行物理矛盾分析，探讨分离原理在电路设计中的应用。

例如基本的共射放大电路：由于静态工作点受温度的影响，当温度上升时，造成Q点上移。为此，需要改进电路，当温度升高时，能够自动抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。常采用射极偏置电阻方式来稳定静态工作点，电路图如图1：

图1 基本的共射放大电路

下面利用TRIZ中 的物理矛盾和分离原理来进行问题分析和求解：

带有射极偏置电阻的共射放大电路的问题？—— 采用射极偏置电阻Re，可以稳定静态工作点，但是会减小电路的放大倍数；TRIZ分析后的问题？—— 物理矛盾：需要RE—又不能要RE；进一步分析矛盾需求双方？——静态时需要RE，动态时不能要RE；TRIZ提供的解决思路？—— 空间分离方法：将相互矛盾的的需求在空间上分离开；即可根据TRIZ提供的空间分离思想，在射极偏置电路上把静态信号和动态信号分开，使RE只存在于静态通路上，最后引导学生得出改进方案：在RE两端并上旁路电容CE，如图2所示，最后综合分析得出：无CE时，电路的放大能力很差；有CE时，放大倍数Au的温度稳定性差，同样又是一对矛盾，因此，可结合TRIZ中的创新原理——分割原理，进一步引导学生解决问题，即将RE分为两部分，只将其中的一部分接旁路电容。电路如图3：

图2 改进的共射放大电路

图3 实用的共射放大电路

基于TRIZ的分析问题、解决问题的方法可在电子技术课程教学环节中得到广泛的应用。在教学过程中，不仅要让学生掌握已经形成的知识，更需要引导学生知道这些知识是如何发现的；不仅要让学生了解一些现成的理论，更要引导他们懂得这些结论是如何获得的。只有使学生在了解现成结论的同时又会没法去突破现成的结论，才能最终实现创新。因此，通过教师在教学中利用TRIZ对学生进行有意识地引导和培养，使整个教学具有启发性和创造性，有利于学生创新能力的培养和提高。

5 TRIZ理论与电子技术课程相互融合，构造创新教学模式的具体措施

对于TRIZ理论和专业课程，学生按部就班地学习多，灵活渗透地学习少。所以需将二者很好地结合起来，让TRIZ理论这一“舶来品”贯穿于学生的整个学习环节，采取灵活渗透的方式使知识不仅平面内横向扩展，而且纵向上升到方法学的层次，让学生能够自如地从专业课程的实践中升华到创新理论的层面，反过来又能够自觉地运用创新理论来指导实践。

改革传统教学模式，让学生由传统的坐着听（被动学习），转化为站着听（带着问题主动探索），再到做着听（带着项目在做的过程中学习），利用TRIZ创新方法为载体，通过发明式教学和项目式学习等模式融“学、思、做”于一体。（1）发明式教学。电子技术主要讲授典型的电路和系统，学生不容易理解，可在常用电路教学中应用TRIZ理论进行发明式教学。例如将电路分为基本电路、改进、优化设计几个层次，引导学生对基本电路进行问题分析，鼓励学生运用创新原理和方法去思考，找出存在的矛盾和解决矛盾的方法。并对他们的思考结果给予鼓励，培养他们思考的成就感，进而促进学生对创新方法的有意识的应用，激发他们的创新思维，提高创新效率。（2）项目式学习。采用以问题为导向、以小组活动为中心的项目式教学新模式，引导学生开展“面向问题的探索性学习、面向课程的研究性学习、以课题为中心的项目学习模式”。在讲授电子技术的基础理论之后布置一个面向实际的探究性课题，通过“自主探索、合作研究、交流讨论”，不仅要求学生动手验证书本的知识，并要求对现有结构提出所存在的问题，利用TRIZ中的创新工具找出解决方案，激发学生创造的欲望，强化学生创造性地分析问题、解决问题的能力，使学生善于思考、乐于动手。

6 结论

TRIZ不仅具有良好的可学习性、可继承性和可操作性，而且它源于实践，可以指导实践。把以 TRIZ理论为核心的创新思想和创新方法引入到电子技术的各个教学环节，挖掘电子技术课程中的蕴含的TRIZ思想，突出方法和方法论的教学，为学生提供创新思维的空间，为理工科创新性人才培养提供一条途径。这种创新方法和专业课程相融合的教学方式，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力，对于创新性教学模式的探索具有一定的指导意义。

[1] Moehrle M G. How Combinations of TRIZ Tools are Used in Companies--Results of a Cluster Analysis [J].R&D Management,2005,35(3).

[2] 杨清亮.发明是这样诞生的:TR IZ 理论全接触[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3] Altshuller G.. The Innovation Algorithm:TRIZ, Systematic Innovation Technical Creativi[R]. Worcester:Technical Innovation Center,1999.

Research on innovative teaching of Electronic Technology based on TRIZ

To combine TRIZ theory with specialized courses and establish the link between the innovative methodology and professional curriculum is one of the important ways to improve innovation ability of the students.In this paper, aiming at the specific issues on the teaching of electronic technology course，TRIZ are applied to the research of feasibility and fundamental way of innovative education process in which TRIZ theory and electronic technology courses are integrated together.

TRIZ；innovative education；Electronic Technology

G710

B

1008-1151(2011)11-0182-02

2011-08-23

裴晓敏（1973－），女，湖北随州人，襄樊学院讲师，研究方向为电子技术、技术创新方法。