TRIZ引导儿童创新启蒙教育的应用研究

宋明皓 牛 犇 王新舒

(1.哈尔滨新能源勘测技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150090；2.哈尔滨石油学院，黑龙江 哈尔滨 150028)

每个人都有创新能力，但每个自然人在成长的过程中，由于周围教育环境等诸多因素的影响，往往使人在认知过程中形成思维定式，抑制创新思维的健康发展。如果追溯产生思维定式的起点，则更多来自儿童期的启蒙教育。如果从儿童自身发展的需求出发,儿童期是发展的关键期,如何抓住这个关键期,对孩子进行科学启蒙教育,满足其探索世界、渴求知识的心理需求,培养其科学精神,提高其科学素养,是儿童教育应当考虑的内容与追求的目标[1]。儿童启蒙教育阶段思维最为发散，对所感知到的事物极具好奇心。如果在可控范围内能为儿童提供一些常见的事物(玩具)和未知的物品，通过儿童对已知物品的认知，加上对未知物品的探索，用以唤醒儿童的创新意识。如果以儿童未知物品作为引导、以创新型游戏为手段，通过一系列有目的性的启蒙教育活动，就可在儿童启蒙教育阶段潜移默化的形成创新意识。TRIZ创新方法在思维的方法上能给出科学的模型,将理性的思维赋予灵活丰富的想象,在克服惯性思维的同时又有效地规避了思维的盲目性[2]。儿童玩具应结合时代特征，体现出人文、科技、审美观念等方面在设计中的应用，在继承中创新，与时代接轨[3]。已有研究考察了3—7岁儿童的工具创新表现，总体呈现出随年龄增长而表现更好的发展趋势[4]。因此，通过TRIZ创新方法可以将未知物品与创新型游戏进行有机融合，通过家庭或教学中介的陪伴式引导教育，不但可以开启儿童的创新思潮，更有助于儿童阶段的科普教育和对自然科学的探索精神。

一、理论探讨

儿童阶段的创新启发不仅有助于人的思维和认知，更对人的未来发展起到不可估量的价值和作用。中国几千年的历史，在各个领域都有不菲的成就，从造纸术到地动仪、从印刷术到司南，无一不是先人创新思想的结晶。造纸术的发明者蔡伦，从小便对日常生产劳动和生活环境十分感兴趣，比如，冶炼、铸造，种麻、养蚕都是蔡伦少年时熟知和最为感兴趣的事情。窥一角而知全貌，对于新时代科技飞速发展的中国，培养创新型 “人材” 是必不可少的，如何按阶段、分层次培养创新人才更是当务之急。当前我国儿童学前启蒙阶段，多以家庭教育为主，学前启蒙教育机构为辅，而学前启蒙教育机构教育的主体课程，多为语文、数学、英语、音乐(多为一种乐器)、体育(女生多为舞蹈)、美术等六大项。但对儿童创新思维和科学探索方面的课程才刚刚起步。而采用TRIZ创新方法助力儿童创新启蒙教育，设计符合儿童健康成长的各种娱乐性创新启发玩具，将大大提高家庭教育和培训教育的创新教育空间，激发儿童对未知领域和科学知识的探索。因此，本文以最为常见的儿童玩具万花筒为例，根据40个发明原理构建创新玩具，从而对儿童进行创新启蒙和创新探索。

通过对学龄前儿童思维发展表现出的不同方式，结合游戏的手段进行引导与开拓。万花筒是一种结构极其简单的光学儿童玩具，通常由圆筒、三棱镜(或由镜片组成的三棱结构)、平面玻璃观察孔镜片、彩纸等部分组成，其原理是利用光的镜面反射及成像形成美丽的图像。因此，设计过程中只需要对光线反射的功能结构进行调整即可，下面简要描述采用发明原理进行万花筒设计的部分可落地方案。

(一)对平面玻璃观察孔镜片进行创新设计

1.分割原理(No.1)

将圆形玻璃观察镜片换成同样材质形状的玻璃光栅，通过旋转玻璃镜片，实现光栅动态立体成像效果。此设计只需要更换一下观察孔镜片即可展现不一样的效果。

2.抽取原理(No.2)

采用分色玻璃制备观察孔镜片，通过转换不同的分色镜片，观察到不同颜色的光线。

3.局部质量原理(No.3)

将平面观察孔玻璃镜片设计成凸透镜和凹透镜可以交替出现的镜片，通过旋转观察孔，可以实现不一样的视觉效果。

4.不对称原理(No.4)

将平面观察孔玻璃镜片设计成双镜片模式，此双镜片之间形成劈尖角(也就是不平行放置即可)，这样两镜片之间将形成一个空气膜，光线透射过程中将实现光的干涉现象，从而使万花筒内原有成像变得更加五彩斑斓。

5.组合原理(No.5)

圆筒另一端直接嵌入一个透射性好的玻璃球。也就是实现三棱反射结构与观察结构的合二为一，只需要手持万花筒人为转身，即可观察到周围环境在眼帘所成像的变化形态。

6.多功能原理(No.6)

将圆筒两端镜片分别采用凸透镜和凹透镜，构造成儿童望远镜结构。这样除了可以实现万花筒效果，还可以为儿童带来望远镜的快乐。

7.周期性作用原理(No.19)

光学偏振片对入射自然光具有遮蔽和透过功能，如采用偏振片替换观察孔玻璃镜片，则可实现自然光转变为部分偏振片，通过旋转观察孔镜片，可以实现由强变弱、再由弱变强的周期性变化。

8.多孔材料原理(No.31)

用微阵列透镜镜片替代平面玻璃镜片，对可见光实现良好的多重折射效果成像。

9.色彩原理(No.32)

用光质变色材料制作观察镜片，由于光质变色材料受到光源激发能够发生颜色变化，从而改变入射光线的视觉效果。

家长带领学龄前儿童进行游戏，使儿童逐渐超越直接感知，更好地理解周围的世界，打破儿童直接经验带来的思维限制，发展儿童行动的计划性和行动结果的预见性。通过对万花筒局部结构最简单的操作，加强儿童的模仿操作能力，明显提高儿童对眼前新事物的认知。

(二)对筒内三棱反射结构进行创新设计

10.嵌套原理(No.7)

将圆筒及内部三棱镜片进行内外嵌套组合，通过拉长或缩短圆筒，改变光线反射光程和筒内结构梯度，实现新型效果成像。

11.曲面化原理(No.14)

将圆筒内平面玻璃镜片换成哈哈镜，使万花筒内出现不规则的光线反射，从而实现不一样的成像效果。

12.维度原理(No.17)

将圆筒内平面玻璃镜片换成立体棱形镜片成像。

13.柔性原理(No.30)

用柔性光学反射材料(例如，手性黄金纳米粒子)替代玻璃镜片，使万花筒体在外力作用下可以进行有限形变，通过这种动态形变呈现视觉效果变化。

14.复合材料原理(No.40)

将玻璃镜片换成光滑的铝板或不锈钢板材质，由于光线在金属合金表面反射会出现反射迟钝现象，会给人一种色彩滞留的视觉效果。

利用万花筒结构创新性变化，从空间维度引导儿童具体形象思维的建立，逐渐打破早期儿童以自己行动为中心的思维模式，建立儿童与外界新事物的联系，使儿童开始认识自身与外界事物的差异，构建起对客观事物的早期认识思维。

(三)对筒内进行嵌入新实物的创新设计

15.动态化原理(No.15)和反馈原理(No.23)

将圆筒内放置4—5个发光弹性跳跳球，使用万花筒时由于运动而使跳跳球进行闪烁发光，呈现出多种色彩闪烁运动，带来梦幻般的成像效果。

儿童逻辑抽象创新思维是启蒙教育的关键一环，如何引导也是启蒙教育实践的研究重点。通过对万花筒内创新设计，利用嵌入式、动态化的操作效果，强化儿童的可逆性思维，使儿童能够同时将注意力集中到事物自身的几个属性中，并开始尝试认识这些属性间的逻辑联系，从而提高儿童抽象创新思维的萌芽。

二、结语

通过TRIZ创新方法40个发明原理构建创新玩具，能很好地培养儿童在启蒙阶段形成创新思维的萌芽。在儿童成长初期阶段通过已经构建的创新玩具，不但使家长的陪伴交流、小朋友之间的游戏互动、教师的引导启发融入到儿童的成长之中，也使家庭和教育中介机构针对儿童个性兴趣的创新启蒙教学具有了切实的可操作性，更为重要的是家长与孩子一起通过共同构建创新玩具的过程，就是进一步加深儿童与父母家人的亲情的过程。同时，经由40个发明原理构建的创新玩具平台，能让更多的儿童感受到创新的快乐与魅力，在未来迎接自己的创新时代。