基于TRIZ理论的机械设计基础课程改革思路

李兵 王雷涛

【摘 要】本研究基于TRIZ理论开展机械设计基础课程改革，探索将TRIZ理论的创新方法融入到机械设计基础课程的教育教学工作当中，培养学生的创新思维与创新方法，帮助我们解决在机械设计基础课程中对学生创新能力培养不足的问题。

【关键词】TRIZ理论；机械设计基础；课程改革

一、创新精神的培养的意义

创新思维的培养是当代高等职业教育中非常重要的任务之一，而学生创新能力的培养，不仅仅是上上创新课程，更重要的是应该在各个课程的教学过程中，潜移默化的培养学生的创新思维能力。机械设计能力是工程技术人员从事工程技术工作的最主要、也最为基础的能力之一。所以机械设计基础课程对于工科类学生来说是一门的非常重要的专业技术基础课程，然而传统的机械设计基础课程中，老师更加侧重对机械设计知识的单纯讲解，而忽视学生创新思维的培养；学生往往也只希望通过考试，会忽视课程的重大意义，并没有真正的想进行创新思考[1]。那如何才能在课程的教学过程中激发创新思维，提高学生的创新能力呢？

TRIZ理论是由前苏联的发明家阿奇舒勒于1946年提出，并由其带领的团队逐步完善而提出的一整套创新设计方法[2]，TRIZ是“发明问题解决理论”的俄语缩写。TRIZ理论的核心是技术进化原理，按照这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决矛盾是其进化的推动力。按照解决系统问题的逻辑，TRIZ理论的方法论主要涵盖如下内容[3]：分析问题阶段：可以选择采用因果分析、系统功能分析、资源分析、S曲线分析及多屏幕分析等方法。定义问题阶段：可以按照分析过程中的情况选择采用理想化/最终理想解、技术矛盾、物理矛盾、物场模型、功能化模型等方法。解决问题阶段：可以按照定义问题过程中的情况选择采用40个创新原理、4大分离原理、76个标准解、科学效应库、发明问题解决算法、技术系统进化趋势及系统裁剪设计等。TRIZ理论提出的这一整套创新方法，被认为是世界上最好的能够帮助人们进行创新设计的方法体系，目前在世界上获得了广泛应用与推广。本研究主要讨论如何将TRIZ理论融入到机械设计基础课程中去，更好的培养学生的创新思维能力。

1.1将TRIZ理论的方法论嵌入到机械设计基础课程的载体中

机械设计的发展历史是创新发展历史的一部分，机械设计基础课程讲述过程中，讲述到的零件、构件、部件、机构以及机器的进化实际上也都反映了创新的发展历程，在研究各类型零件或机构衍化进步历程的过程中，我们可以总结该零件或机构创新发展的一般规律，这些规律的发现也更加有利于推动其进一步的创新发展。本研究将机械设计基础课程的教学载体进行整理与整合，将TRIZ理论的基本原理和方法嵌入到机械设计基础的课程体系中。

1.2将TRIZ理论嵌入机械设计基础课程体系的思路

讲述零件、构件、机构和机器等概念时，可以引入TRIZ理论的基本术语，资源的概念，资源包括物质资源、能量资源、信息资源、时间资源、空间资源、功能资源；也可以讲到子系统，系统以及超系统的概念；可以讲到资源的分析方法，九屏幕法，也可以讲到技术系统进化八大法则当中的多个法则等。

讲述运动副一节中的平面运动副概念，可以讲到技术系统进化八大法则当中的；法则3动态性进化等；讲述空间运动副螺旋副，也可以引入物理矛盾和技术矛盾等。

讲述自由度时，可以介绍技术系统进化法则。讲到局部自由度、虚约束以及复合铰链时，可以讲述40个发明原理中的局部变形原理、组合原理等，引出40个发明原理。

讲述平面连杆机构时，可以通过讲述四杆机构时可以进一步讲到40个发明原理；讲述到平面连杆机构向滑块机构转化时可以讲述STC算子法和最终理想解等创新思维方法等。

讲述凸轮机构按从动件形状分类时，可引入物理矛盾与分离原理。讲述凸轮保持接触方式分类时可以讲述介绍到物场模型以及76个标准解。

讲到齿轮齿廓的衍变与进化是可以介绍物理矛盾；讲述齿轮传动分类：直齿轮传动，斜齿轮传动、人字齿轮传动时，可以讲到技术矛盾；讲到轮系时，可以引入TRIZ理论的发明问题解决算法。

讲到减速器，可以讲述系统功能分析以及技术系统裁剪法。讲述轴承类型时可以讲述到功能模型和科学效应库等。

1.3实例

讲述链传动的原理时，我们一般选择自行车链条为载体。引入TRIZ理论，可以为大家介绍物理矛盾和空间分离原理。对于自行车的链条，我們需要它能够满足如下最基本的功能，不打滑有相对固定的传动比，以便于链条在两链轮之间环绕进行运动的传递。在两链轮之间转动需要链条是柔性的，不希望出现打滑，这又要求它具有一定的刚性。如何解决这个物理矛盾呢？现实中采用了系统分离原理，链条宏观层面上是柔性的，而微观层面上是刚性的，通过在不同层面上的分离，可以使得链条达到相应的要求。

二、改进教学模式

经过刚才的讨论，我们可以发现将先进的创新工作TRIZ法融入到机械设计基础课程体系中是符合创新发展规律的，方案也是可行的。可是目前，受限于机械设计基础课程整体学时不足的问题，TRIZ理论融入到机械课程中会使得学时更加紧张，所以为了达到比较理想的效果，我们需要积极改善教学模式。

2.1激发学生学习的主观能动性

兴趣是学生最好的老师，我们在开展整个教学的过程中，首要任务就是激发学生对课程学习的兴趣，激发学生学习的主观能动性。具体来看，我们可以从如下的两个方面入手，第一：巧妙的设计教学载体。在选择具体案例时，我们要注意案例一定是与学生能力是匹配的，学生容易理解且能够活学活用的，再逐步累积知识，学生的创新能力提高时，学生会获得更多的自信心。第二：营造良好的学习氛围。轻松愉快的学习氛围，更容易使学生获得学习的快乐，这就要求老师们灵活机动的采用相应的教学方法以及课堂组织形式。

2.2充分的利用各种资源

因为课程的学时相对比较紧张，所以要我们要充分的利用课前、课中、课后多个教学阶段进行知识传播，具体采用的形式也是多样的，可以通过网络教学平台，也可以通过分组布置任务等等具体进行。

2.3积极参加各类竞赛与拓展活动

老师们可以积极带领学生们参加对学生成长有意的各级创新大赛，通过对大赛中具体载体的一系列讨论，优化设计等工作提高学生和教师的工程素养，提高创新意识。

三、结论

通过分析与讨论，我们可以发现：在机械设计基础课程的教学中，融入TRIZ方法理论，一方面可以使学生能够更深刻的学习机械设计基础课程的相关内容，完成机械设计基础课程的相关目标与任务。另外一方面也可以比较深刻了解与掌握TRIZ理论的基本方法。另外通过嵌入了TRIZ理论机械设计基础课程逐渐的学习，潜移默化的将创新思维的理念与创新的方式与方法深深的植入到学生的思维当中，为后续课程的进一步学习以及相关的创新工作打下更加坚实的基础。

【参考文献】

[1]江帆.TRIZ工程创新教育理论初探[J].井冈山大学学报（自然科学版），2011，32（2）：123-126.

[2]尤洪岭，王莉静，赵坚.TRIZ在“机械设计基础”教学中的应用分析[J].中国电力教育，2012（26）：67-68.

[3]檀润华.发明问题解决理论[M].北京：科学出版社，2004.