基于TRIZ理论的高职“机械制图”课程分析

胡炜　李长春　戴国洪

摘 要：利用TRIZ九屏幕分析法，对高职院校“机械制图”课程进行分析。基于TRIZ理论，探讨了“机械制图”课程教学中存在的问题并提供了解决方案。从创新的角度推动了“机械制图”课程教学改革，有效地提升了学生的自主学习能力、空间想像能力、计算机绘图能力、設计能力和创新能力。

关键词：高职；机械制图；课程分析；TRIZ理论；TRIZ九屏幕法

基金项目：江蘇省高校品牌专业建设工程资助项目（项目编号：PPZY2015B186）

作者简介：胡炜，女，苏州工业职业技术学院讲师，硕士，主要研究方向为图形学、机构设计；李长春，男，苏州工业职业技术学院副教授，硕士，主要研究方向为CAD/CAM、机器视觉；戴国洪，男，常州大学副校长，教授，博士，主要研究方向为虚拟装配、先进制造技术。

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1674-7747（2017）24-0007-04

“机械制图”是各职业院校工科类学生重要的专业基础课程，[1-2]其教学质量会直接影响到学生对后续多门专业课程的学习。当前的课程结构延续了传统的“机械制图”课程结构，不能满足制造业信息化发展的需求，课程内容有待充实；教学中虽然对传统教学方法进行了变革，采用了多媒体教学、项目化教学等方式，但不足以从根本上解决目前课程知识与市场需求的脱节问题。因此，必须根据人才市场的需求，结合企业的生产实际，对课程重新定位，通过一定的科学手段，对课程教学进行深入的研究。

一、基于TRIZ九屏幕法的高职“机械制图”课程分析

九屏幕分析法即帮助用户应用九屏幕法分析和解决问题，找到当前系统，当前系统的超系统和子系统，当前系统过去和未来，超系统和子系统的过去和将来。由技术系统、子系统、超系统以及这三个系统的过去和未来组成九个屏幕。[3]采用“九屏幕”法对“机械制图”课程总体进行分析，如图1所示。

（一）从横向上分析

屏幕“过去”表示在当前问题出现前发生的事件。通常，这些事件是当前问题的“先前”操作或者是系统生命周期的“先前”阶段。每个屏幕都可代表发生在“过去”的多个事件。分析“过去”阶段存在的问题并解决这些问题，可以避免“当前”阶段产生一些问题。如“机械制图”根据绘图方式，以前主要是以手工绘制二维图样为主，后来发展为用Auto CAD软件绘制二维图样。

屏幕“未来”表示在问题出现后发生的事件。通常，这些事件是当前问题的“后续”操作，或者是系统生命周期的“后续”阶段。根据制造业的发展趋势来看，三维CAD软件在制造业中的应用日益广泛，我国在“甩图纸”的发展战略下，三维CAD是“机械制图”的发展趋势；从消除问题不良后果的观点来看，需要根据“机械制图”发展的规律来分析其进化的过程，寻找这个过程中存在的问题，使其进化更加完美。

（二）从纵向上分析

屏幕“子系统”是指系统包含的单元，系统在某时段所处的运行状态。“机械制图”的子系统为绘图，绘图就是从投影的角度、从几何的角度来绘制图形，但此阶段所绘制的图形与工程图样还有一定的距离。

屏幕“超系统”是指高级别系统的单元，此类超系统或者代表系统所参与的某过程，或者是系统运行于其中的邻近环境。因此，每个“超系统”屏幕都可包含多个不同的超系统及环境。从提供资源以防止问题出现的观点看，应该考虑此类超系统的组件，这样就能抵消所探讨问题的不良作用，或者消除它的不良后果。“机械制图”的高级形式就是要解决工程制造中的问题，工程图样要包含零件的形状及各类制造信息（如：材料、尺寸、公差等），能够从中分析出零件的加工工艺、加工方法及零件的功能。

二、“机械制图”课程教学多元解决方案

根据高职高专人才培养目标的要求，打破传统的以培养学生绘图能力、提高学生空间想象能力为主的教学模式，参照课程结构以及企业对机、电专业学生的能力要求，将“机械制图”课程分成四个模块：制图能力、识图读图能力、计算机绘图能力和工程应用能力模块，如图2所示。

（一）制图能力模块

主要包括基本体素及组合体的投影、机件的表达方法和标准件常用件的绘制。要求学生掌握基本投影规则，点线面体的三视图绘制，常用机件表达方法和标准件常用件的型号、在工程中的作用和相应的画法。

（二）识图读图能力模块

主要包括零件图、装配图、公差配合和技术要求。要求学生掌握读零件图的方法，了解基本材料知识，能从零件图中读懂相关的加工知识，了解常用的加工设备（如车床、铣床等），初步分析零件的加工工艺，绘制零件图的步骤；掌握装配图的识读方法，能够根据装配图分析产品的功能、工作原理，了解产品的装配工艺，讨论装配所需的装配工具。

（三）计算机绘图能力模块

主要包括二维绘图和三维设计。二维绘图要求掌握AUTOCAD软件的使用，能够绘制简单的零件图和装配图；三维软件要求掌握西门子NX软件或者Pro-E软件的使用，了解三维软件在制造业中的应用，能够更深刻地体会“甩图纸”对制造业发展的作用。

（四）工程应用能力模块

主要包括工程图样、零件的加工工艺、装配工艺和产品的功能分析。该模块是对前三个模块的深化和提升，通过学习，使得学生掌握工程图纸在制造业中的作用，能够利用工程图纸指导生产。

三、基于TRIZ理论的“机械制图”教学问题分析

教师在教学中引入TRIZ理论，通过遵循创新活动产生的客观规律，从而解决传统教学方法中存在的不足，更好地调动学生的积极性，使学生能真正掌握“机械制图”课程的知识；[4]创新是大学教育的发展方向，也是“机械制图”课程教学改革的方向。

在实际教学过程中，可依照TRIZ创新理论中的一些法则（如分割原理、组合原理、重力补偿原理等），来解决“机械制图”课程教学中存在的问题，从创新的角度上推动“机械制图”课程教学改革。

（一）分割原理

主要针对学生基础不一的现状，根据学生在空间想象能力、分析问题能力、绘图能力及组织能力上的差异，将学生进行整体分割，做到每个学生有目标，每个学生有计划，每个学生有问题都能得到解决。

主要解决方法包括以下五个方面。

1.学生分割。根据学生的基础、学习能力、分析解决问题的能力，制定不同的项目。

2.教学计划分割。根据教学目标，有目的地制定相應分阶段教学计划。

3.课程内容分割。利用项目教学单元或阶梯状的教学模块来分解教学内容。

4.教学目标分割。将教学目标分解成多阶段目标或子目标。

5.上课教师分割。课程分段，分教师上课，每个教师2个项目。

（二）组合原理

将学生学习积极性不高、预备知识不足和互动式差等问题结合在一起共同解决。让学生对所选内容在组内进行讲授，可督促学生更好地准备相关内容，调动学生积极性，同时，也可活跃课堂气氛，达到互动式教学的目的。

主要解决方法有如下四点。

1.团队组合。利用分割原理对学生学习情况进行摸底分析，以45人班为模型，根据各方面综合情况（数学能力、空间想象能力、绘图能力和组织能力等）将学生分成7个小组，每组6人左右，组长负责组织讨论，组长轮换。

2.老、新生组合。组织学长带路、帮扶，辅导课外项目训练。

3.知识点组合。将相关的2个或2个以上的知识点组成一个综合训练项目，使学生在项目训练过程中掌握知识。

4.学习环境组合。合理利用教室、多功能教室、计算机房和实训车间，以避免学习环境单一枯燥。

（三）重力补偿原理

主要解决学生基础分布不均的问题。按学生的基础，组成能力互补学习小组，根据学习情况做不同的辅导，通过不平衡项目，使每个学生都能有所得。

主要解决方法有如下四点。

1.学生个人能力补偿。将不同能力（学习能力、团队协作能力、分析问题能力等）的学生分为一组，分组要均衡。

2.辅导方式补偿。安排不同的课后辅导方式以满足不同学生的需求。

3.项目任务补偿。给不同的小组安排不同的项目，对于接受能力快的小组多安排一些，而慢的則少一些，布置适当的课后作业，作为选择性完成内容。

4.教学方式补偿。使用多样化教学形式，提高学生的兴趣。

（四）变害为利原则

根据教学过程分析，大量使用多媒体教学以及采用单一的考试形式等，都会影响教学效果。

主要解决方法有以下三点。

1.多媒体使用要恰当。要及时观察学生的反应，灵活安排多媒体教学时间。多媒体是多种媒体为介质，而不是所谓PPT+录像，形式要多样。

2.传统的木制模型已过时。当前，利用三维软件绘制模型即可动态展示零部件的形状，还可以提升学生的学习兴趣。

3.传统的考试形式已经不能满足企业对人才制图能力的需求，要将考试形式改为考核方式，以企业生产要求制定考核标准。

（五）技术系统进化法则

无论是一项简单的发明，还是一个复杂的技术系统，其核心技术都是遵循着客观的规律在进化，即具有客观的进化规律和模式。[5]在教学中，可以遵循技术系统进化法则，用进化的、发展的眼光来看待“机械制图”的教学。[6-7]

1.可以适当地关注前沿的制造技术，积极引导学生去了解，例如：“3D打印技术”是否会颠覆现在的制造模式？未来的制造业状况如何？逆向工程是不是盗版工程？等等，使学生培养自主地关注前沿、与时俱进的习惯。

2.应注重培养学生的自学能力和创新能力，采取自主性的、开放性的教学计划，在讲授理论知识的课后，可以布置发散性的作业，要求学生对本次课所学的理论进行发散思维，大胆地构想它们可能的应用，从而发掘和培养学生的创新意识。

3.在实践环节中，也要注意鼓励学生创造性的设计思路。

结合技术系统进化的思想，通过上述方法，可以有效防止课堂所授内容“过时”，提高学生的自主学习能力，从而真正达到“授之以渔”的效果，从根本上切实提高学生的专业竞争力和核心职业能力。

基于上述解决原理和方法，可将整个教学目标分为阶段目标或多个子目标，并组合新的教学内容结构。结合生产实际项目，发挥学生学习的主动性，充分调动学生学习兴趣。

1.在教学中，将理论与实践有机结合，充分利用多功能教室、计算机机房、零件测绘教室和生产实训车间，使学生在教师的指导下尝试解决工程实际问题。

2.根据学生学习能力、分析问题能力将学生分成若干小组，培养其团队协作精神以及分析、解决问题的能力，同时，也起到促进学生相互交流和帮助、达到共同进步的作用。

3.以较为灵活的课后辅导方式，满足学生课后学习的需求，借助网络教学平台，可以和学生进行远程对话等。

以上方式的综合运用，可以培养学生的创新能力及解决工程技术问题的能力。

本文通过TRIZ九屏幕法分析了高职“机械制图”的课程体系结构。基于TRIZ理论探讨了高职“机械制图”教学存在的问题，并利用部分原理给出解决方案，为高职“机械制图”创新教学提供了依据。

参考文献：

[1] 胡炜，李长春，戴国洪.基于“甩图纸”的机械制图课程结构研究[J].职教通讯，2012（30）：1-3.

[2] 周怡.项目教学法在高职《机械制图》课程中的应用研究[J].职业技术，2012（4）：85.

[3] 韩博.TRIZ理论中九屏幕图法的应用研究[EB/OL].[2016-12-21] .https：//sanwen8.cn/p/5edWFvS.html.

[4] 江敏，花丽.TRIZ理论在Web程序设计教学中的应用[J].电脑知识与技术，2012（23）：5641-5644.

[5] 周琴，于加，李伟青.基于TRIZ 教育理论改革工程制图课程体系[J].图学学报，2011（3）：91-94.

[6] 李一栋，杨波，杨书婕.基于TRIZ理论的机械制图课程教学创新探索[J].北方经贸，2011（4）：182-184.

[7] 李连璧，陈秀玲.TRIZ 理论在计算机基础课程教学中的应用[J].科技致富向导，2013（8）：181.

[责任编辑 盛 艳]