TRIZ理论在提高本科生毕业论文方面的应用

谢春丽，刘永阔

(1.东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.哈尔滨工程大学 核科学与技术学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

TRIZ理论在提高本科生毕业论文方面的应用

谢春丽1，刘永阔2

(1.东北林业大学 交通学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.哈尔滨工程大学 核科学与技术学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

为了提高本科生毕业论文的质量，加大创新人才培养的力度，提出在本科毕业设计阶段开展TRIZ创新理论的学习。根据本科毕业论文这一实践教学阶段的特点，建立了一套适合该阶段学生学习和掌握的TRIZ理论体系，将TRIZ理论分为2个部分，分别从整体上使学生大致了解TRIZ理论和3个需要学生掌握的模块，通过3个模块的详细学习，可以帮助学生突破思维惯性，提高创新素质。选择多位同学参加了试验学习，通过创新素质评价指标体系对学生在学习TRIZ理论前和学习后的创新素质进行了评价，结果表明，大多数学生通过学习TRIZ理论后，创新素质都得到了一定的提高，证明了在该阶段开展创新理论学习能有效的提高学生的创新素质。

TRIZ理论；创新；本科生毕业论文

本科生毕业论文教学过程作为理工科高等院校教学体系的一个重要组成部分,是高等学校培养学生创新精神和技术应用能力的一个综合性教学环节。通过毕业论文阶段教学,学生不仅仅是分析问题,更主要的是要受到设计思想、设计技能、调试技能和实验研究技能和解决问题技能的综合训练, 毕业论文阶段教学的内容必须体现出重应用、重开发、重技能、重素质。为了提高学生运用理论知识解决实际问题的能力和毕业设计综合开发能力,必须加强学生创新能力的培养。各高校也采取了一些方法来提高学生的创新能力，这些做法取得了一定的效果[1,2]，但都缺乏创新理论的指导。而目前我国高等院校中大多没有开设创新理论学习的课程，学生们渴望创新，但由于自己能力所限，造成学校提倡创新，而学生又不知如何去创新的尴尬局面。而TRIZ理论作为一种有效的发明问题解决算法，越来越被世界各国所推崇。因此，这里提出利用TRIZ理论作为学生创新能力挖掘的理论工具，利用TRIZ理论指导学生去创新。通过对多名学生在毕业论文阶段中进行试验研究，结果表明，通过TRIZ理论的学习，学生的创新意识、创新思维和创新能力都有不同程度的提高。

一、TRIZ理论

TRIZ理论对指导如何实现发明创新“自动化”具有重要意义。该理论认为，创新并不是灵感的闪现和随机的探索，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可预测和可控制性。人们如果掌握了这些规律，就可以能动地进行创新并能预测创新。TRIZ是俄文单词“解决创新性问题的理论”首字母的缩写，对应的英文为TIPS(Theory of Inventive Problem Solving)。该理论是由前苏联著名发明家G.S. Altshuller及其同事提出的，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。他们通过研究分析了世界近250万件高水平的发明专利，并综合多学科领域的原理和法则后，建立起TRIZ理论体系。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[3，4]。

二、TRIZ理论在本科生毕业论文教学环节中应用的意义

当今社会，已从工业经济步入知识经济时代。在知识经济时代，科技知识无论在广度、深度还是在知识的形成及联结方式都出现了新的特点，他对大学生的知识结构的要求也有别于其他时代,而表现出新的特征，即知识在高度分化的基础上高度融合，而人才则推崇复合型，如“T”字型人才或“十”字型人才。创新是知识经济发展的关键。创新包括创新意识、创新思维和创新能力。因此，如何在大学(尤其是理工科大学)的各个教学环节中培养学生的创新意识和创新能力，是目前我国高等教育界面临的一项迫切的研究课题。毕业论文是工科院校教学中最后的一个重要环节。毕业论文是一种综合训练，它要求学生运用在大学的几年中所学的各门学科知识，在指导教师的带领下独立(或小组)完成规定的设计(研究)任务。所以，毕业论文成绩的高低，不仅反映出学生对基础理论、专业知识和基本技能掌握的程度，同时亦是评价学校教学质量的尺度之一。另一方面，学生即将走向社会，面临实际工作的考验和挑战，毕业论文阶段的训练在某种意义上来说是缩小学校与工作岗位之间差距的一种不可或缺的手段。因此，处于知识经济时代的准本科毕业生们，更应借此机会增强自己的创新意识和创新能力。而创新思维是创造性活动的核心,是整个创新活动智能结构的关键，是以各种智力因素和非智力因素为基础，运用已有的知识进行想象、推理、分析和综合等思维加工活动获得自己尚未知道的新知识的思维方式,其最为显著的特点是具有求异性、变通性和独创性。通过这种思维不仅能揭示客观事物的本质及其内在联系,而且能在此基础上产生新颖的、超常的、独创的思维成果。心理学研究表明：思维定势人人都存在，也是人们进行创新思维的最大障碍。为了克服思维定势的影响，培养学生的创新思维，鼓励他们冲破常规的思维束缚，对同一个问题应积极寻求多种不同的解决方案，让他们学会从不同的角度、不同的途径去思考问题、分析问题和解决问题，从而形成有自己独创性的设计。而如何才能突破思维定势，提高和培养创新能力是人们一直努力探索从未停止过的活动，并已经取得了许多可喜的成果，如头脑风暴法、6-3-5法、奥斯本检核表法等。但是，以上方法在实际表现中并没有预期想象的好。造成这种现象的一个重要原因就是：人们一直将创新视为一门不可预知的艺术形式。迄今为止，人们在发明创新中所使用的手段大多是手工的、无正式方法可言的和不协调的，它所提供的管理模式也是一种不能确保成功的方法。在这样的背景下TRIZ理论应运而生，该理论为人们提供了一套创新原理体系和解决技术难题的方法体系，当人们进行发明创造、解决技术难题时，只需要遵循一定的科学方法和法则，就能迅速地实现新的发明创造或解决技术[5]。

三、适合于本科生毕业论文阶段学习的TRIZ理论体系

TRIZ理论体系十分繁杂，其大致的理论体系如图1所示。从解决问题的角度来看，其理论框架如图2所示。而本科毕业论文阶段的时间不过是1个学期，16周左右的时间，将图1和图2所示的所有方法和理论都让学生学习和掌握是不可能的，因此根据这一阶段的特点，对TRIZ理论体系进行了整理和精简，建立了一套适合于该阶段学习和掌握的TRIZ理论体系，大致分为2个部分：总体了解部分和掌握部分。总体了解部分主要从图1和图2出发让学生大致了解TRIZ理论体系和框架，初步了解TRIZ理论和解题的工具。掌握部分主要包括3个模块：突破思维惯性模块、矛盾分析模块、物场分析模块[6]。

图1 TRIZ理论体系

图2 TRIZ理论框架

(一)突破思维惯性模块

惯性思维指人习惯性地遵循以前的思路思考问题，仿佛物体运动的惯性。惯性思维常会造成思考事情时有些盲点，且缺少创新或改变的可能性。因此要进行创新，思维定势是摆在面前的一个很大障碍，因此要求学生掌握几种突破思维惯性的方法。这里选择了学生较易理解和掌握的3种方法即：九屏幕法、最终理想解(IFR)和小人法。

1.九屏幕法：要求学生在考虑问题时要全面充分利用当前系统、超系统和子系统以及这些系统的过去和未来的资源来解决问题，即考虑问题时，要考虑9个场景如图3所示。这样做可以充分挖掘系统资源，考虑问题较全面。

图3 九屏幕法

2.最终理想解(IFR)：最理想的技术系统作为物理实体它并不存在，但却能实现所有必要的功能。因此最终理想解是要求系统在保持有用功能正常运作的同时，能够自行消除有害的，不足的、过度的作用。简单的说即产生有用作用(性能)或者消除有害作用，不能恶化其他作用或产生其他有害作用。

3.小人法：当系统内的某些组件不能完成其必要的功能，并表现出相互矛盾的作用，用一组小人来代表这些不能完成特定功能部件，通过能动的小人实现预期的功能。然后，根据小人模型对结构进行重新设计。

(二)矛盾分析模块

矛盾是问题存在的根本，而解决问题可以从解决矛盾入手，TRIZ理论将矛盾分为技术矛盾和物理矛盾。相应的技术矛盾可以采用40个创新原理来解决，通过定义39个通用技术参数，来教会学生查找创新原理，通过实例使学生更加领会技术参数和创新原理的实质内涵。

物理矛盾指的是对系统的同一个参数有不同的要求。其解决方法主要包括空间分离、时间分离、条件分离和系统级别分离，还可以通过查找知识库来解决。

(三) 物场分析模块

物场模型是描述系统中出现问题的两组件及其相互作用，是指以物质和场的形式表示的，工程系统中任意子系统的模型。其最基本的物场模型如图4所示。建立物场模型可以揭示技术系统地功能机制，描述技术系统中不同元素之间发生的不足的、有害的、过度的和不需要的相互作用。它有自己的标准解法，主要教授学生3种最常见的标准解法：(1)产生有害作用时，引入变形的第三种物质S1；(2)产生有害作用时，引入超系统中的物质S2；(3)产生有害作用时，引入抵消有害作用的场F。

图4 最基本的物场模型

四、TRIZ理论在本科生毕业论文阶段中的应用

(一)选题方面的应用

应用TRIZ理论进行产品S进化曲线分析，研究机械产品的发展阶段，寻找机械产品现阶段存在的矛盾，从而确立待选课题，并尽量使课题处于TRIZ理论1到4级发明阶段，力争做到选题科学、合理、新颖、先进。

(二)毕业论文各阶段的应用

选题确定后，可根据毕业论文的性质分别应用TRIZ理论的系统分析法、九屏幕法等对毕业论文进行系统分析，将技术问题转化为TRIZ理论的问题描述，再应用相应TRIZ理论解决方法进行求解，求解后再转化为自己的技术问题，从而找出自己进一步工作的切入点。如在结构设计阶段，学生首先对设计中遇到的问题形式进行描述，并将其转换为技术形式与发明形式；然后应用功能分析对关键部件结构进行分析，通过鱼骨图查找当前结构的问题节点，应用小人法、金鱼法对结构进行分析，通过S进化曲线的分析，确定产品所处的技术进化阶段，选择相应的TRIZ理论工具，确定结构的最终理想解(ideal final result，IFR)，明确努力方向，保证在问题解决过程中沿着此目标前进并获得最终理想解，从而避免传统创新设计方法中缺乏目标的弊端，提升创新设计效率[9]。

(三)应用实例

某毕业生，根据TRIZ理论进行了车辆装载长度测量问题求解，原有的车辆超限检测系统只能判断车辆是否超长，而由于车辆装载货物的形状、材质及几何尺寸等变化较大，无法测量具体的装载长度。根据对原有系统的分析建立了系统的功能模型。如图5所示。利用矛盾分析法找到了两对技术矛盾，通过查找矛盾矩阵获得了几种解决问题的创新原理，如表1所示。以第一对技术矛盾为例进行说明，如果设计出能够准确测量车辆装载长度的方法，那么系统的测试精度得到了改善，而恶化的技术参数是带来系统复杂性的增加，根据这对技术矛盾，查找TRIZ理论可获得解决问题的几种创新原理。利用创新原理34设计了一套新的车辆装载长度测量系统，所设计的系统试验台模型如图6所示。利用两对光电开关和一个超声波测距传感器完成了车辆装载长度动态非接触式测量[10]。

图5 系统的功能模型

表1 技术矛盾

图6 车辆装载长度测量系统试验台

五、试验研究

在本科生毕业论文工作中，对多位同学进行了TRIZ理论培训，通过培训前和培训后的对比及经过培训后在论文工作中的表现进行了分析，学生在自主学习、发现问题、解决问题等方面都取得了很好的效果，并在毕业论文工作中取得了很好的成绩。根据参考文献[7]给出评价学生创新素质的评价指标进行判别，评价指标体系及权重如表2所示，采用五级分制进行打分即该项能力强(5分)、较强(4分)、一般(3分)、较弱(2分)、弱(1分)[8]，得出学生经过TRIZ理论培训前和培训后在毕业论文阶段的创新素质得分，表3给出了某个学生的得分。图7给出了参加实验的20位同学的得分图。从表3和图7中可以看出，学生经过TRIZ理论学习后，创新素质都有了不同程度的提高，但由于学生自身素质的差异，提高的幅度存在着不同，也有个别同学没有提高。

表2 创新素质评价指标体系及权重

表3 某学生创新素质得分

图7 参加试验部分学生创新素质得分

六、结论

在国家大力倡导创新型人才培养的环境下，提出在本科生毕业论文阶段开展创新理论TRIZ的学习，不仅可以引导学生在大学教育的最后一个实践环节取得好的效果，还可以激发学生创新的欲望，提高学生的创新素质，使即将走上工作岗位或研究岗位的毕业生能够更好的适应新的工作和学习。本论文的主要结论如下：

1.提出了在毕业论文阶段开展创新理论(TRIZ理论)学习的必要性和重要意义。

2.经过对TRIZ理论的深入学习和研究，总结出了适合该阶段学生学习的TRIZ理论的两个部分和三大模块。

3.采用创新素质评价指标体系对选出的多位同学进行了创新素质评价，经过学习TRIZ理论后大多数学生的创新素质都有不同程度的提高。因此有必要在学生毕业论文阶段开展创新理论的学习。

[1] 石博强, 曲世琳. 在本科生毕业设计中加强创新能力的培养[J].中国冶金教育，2006(4)：71-73.

[2] 吴盘龙,李星秀,薄煜明. 毕业设计与科研项目相结合培养学生创新能力[J].理工高教研究,2007(5):104-105.

[3] 王桂丽. TRIZ理论及在项目教学中的应用[J].科教导刊，2013(1)：167-171.

[4] 赵新军.技术创新理论(TRIZ)及应用[M].北京：化学工业出版社,2004.

[5] 郭宇，廖文和，程筱胜.TRIZ理论与理工科大学生创新能力培养[J].南京航空航天大学学报(社会科学版),2005,3(7):79-82.

[6] 陈光. 创新思维与方法——TRIZ的理论与应用[M]. 北京：科学出版社,2011.

[7] 王雅萍.怎样评价学生的创新能力[J].语文建设.2002(3):42-43.

[8] 尚钢，廖赛娟.高校学生创新素质的考核评价[J].山西高等学校社会科学学报，2006(6)：153-155.

[9] 刘训涛，吴卫东，曹贺.基于TRIZ理论融入模式的毕业设计研究与实践.中国电力教育，2013(7)：171-174.

[10] 谢春丽，孙凤英，闫春利.车辆装载长度测量系统研发[J].传感器与微系统，2012，31(3)：126-128.

(编辑：杨建肖)

2014-04-15

东北林业大学教改项目：“汽车构造课程实践教学创新模式研究”(编号：DGY2014-24)；黑龙江省教改项目：“关于专业学位研究生培养模式改革和质量保证的研究”(编号：JGXM-HLJ2013038)。

谢春丽(1978-)，女，吉林镇赉人，博士，副教授，主要研究方向：故障诊断，人工智能，TRIZ理论。

G642.477

A

1008-6927(2014)06-0037-05

DOI号：10.13320/j.cnki.jauhe.2014.0184