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摘要：“机械设计基础”课程在讲授理论知识的同时，应注重培养学生的创新意识。目前，该课程中存在一些不利于培养学生创新能力的问题。TRIZ理论来源于人类长期探索与改造自然的实践经验的总结，具有严密的逻辑性。因此，在“机械设计基础”的课堂上和课堂外引入并渗透TRIZ理论，有助于培养学生的创新能力，使学生建立创新理念。
关键词：机械设计基础；TRIZ；教学改革
作者简介：尤洪岭（1958-），男，上海人，天津城市建设学院理学院，实验师；王莉静（1974-），女，山西阳泉人，天津城市建设学院控制与机械工程学院，讲师。（天津?300384）
基金项目：本文系天津城市建设学院2010年教改项目（JG-1106）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）26-0067-02
“机械设计基础”面对的对象是近机类大三的学生，作为专业基础课，它在基础课程和专业课程之间起了承上启下的作用。本课程主要培养学生能综合运用传统和现代设计手段，发现、分析和解决问题的能力。在课堂教学中，以设计为主线，在培养学生机构设计和通用零部件工作、结构设计能力的基础上，重点突出学生创新意识的培养。
一、“机械设计基础”课程中存在的问题
“机械设计基础”课程所含内容较多，且各章节之间几乎没有联系。这对于学生来说有利的一面：不会因为没有掌握某一章节的内容，而影响其余章节的学习。也有不利的一方面：学完本课程，学生的脑海里是零散的构件，没有一个完整性机器的概念，也就谈不上创新了。
目前，各学校教学任务较繁重，只能不断压缩课时，在天津城市建设学院（以下简称“我校”），“机械设计基础”课程被压缩到48学时。面对这种现象，教师通常挑选几个简单模型讲解其认为重要的内容。课程的教学对象是不同专业的非机类学生，如果教师讲解的内容没有针对性，即使说得头头是道，学生听得却是一头雾水，并不能真正理解其中的奥妙。
“机械设计基础”是一门实践性很强的课程，有些学校教学安排较混乱，课程学习阶段学生还没开始进行专业实践学习。由于学生缺乏生产实践经验，在课程学习中感觉知识的抽象、难以理解，甚至课程结束后，有的学生还不知道为什么要学这门课。
“机械设计基础”课程理论性比较强、概念较抽象。但某些教师讲述原理多，结合实际偏少；讲述常规原理多，介绍行业最新技术成果少；课堂讲授多，课外讨论少。同时，某些学生对本课程的重视度不够、依赖性强、无创新性。
二、TRIZ在“机械设计基础”教学中的应用
正是由于“机械设计基础”课程在教学中存在的一些问题，所以需要在教学上进行创新，提高教学效果。而创新需要创新理论的支撑，创新理论的探索在国内外从没有停止过，并已取得许多可喜的成绩，如试错法、头脑风暴法、焦点对象法、多角度思考法、检核表法等。但上述方法基本以心理机制为基础，且逻辑性不严密，在实际使用中并没有预期想象的好。发明问题解决理论（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）是诞生于前苏联的创新理论，TRIZ认为任何领域的产品改进和技术创新，都是有规律可循的。人们掌握了这些规律，就可以能动地进行产品设计，并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ包含用于问题分析的分析工具，用于系统转换的基于知识的工具和理论基础，可以广泛应用于各个领域创造性地解决问题。1956年，Altshuller提出了TRIZ中最强有力的工具——ARIZ算法，[1]其主导思想为：
1.冲突矩阵
发明问题的特征是存在冲突。Altshuller将冲突分为管理冲突、技术冲突和物理冲突。首先，ARIZ将初始问题用管理冲突来表述，根据TRIZ实例库中的类似问题类比求解，无解则转化为技术冲突，采用40条发明原理解决；如问题仍得不到解决，则进一步深入分析发现物理冲突，如图1所示。而由理想解确定物理冲突的方法，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面物理冲突阻碍达到理想状态。
2.克服思维惯性
ARIZ强调在解决问题过程中必须开阔思路克服思维惯性，主要利用TRIZ已有工具和一系列心理算法克服思维惯性。
三、TRIZ理论在“机械设计基础”教学中的应用
在我校的问卷调查中显示：面对技术难题时，大多数学生表现得不够积极，45％的学生在潜意识里回避冲突。在这种状态下，大多数学生是不会积极地参加各种创新活动的。创新能力作为人所具有的一种潜能，经过一定的学习和训练，能够得到激发和提升，而创造意识是培养学生创新能力的关键。[2]TRIZ理论认为：解决技术系统中存在的冲突是促使技术系统进化发展的根本动力。因此，将TRIZ理论引入“机械设计基础”课程的教学中，有利于培养学生的创新意识，在解决冲突的过程中，增强学生主动发现问题的能力。[3]主要从以下两方面考虑：
1.课堂上，将“机械设计基础”课程中与不同专业相联系的知识点与TRIZ理论相结合
在课程的理论讲述中，应以与其专业相关的某一机器的设计为主线，每讲完一个基础理论，突出TRIZ创新方法的运用，进行每一章节机构的创新。
例如，给设备专业的学生讲述“机械运动速度波动的调节”的章节时，可联系地下车库中使用的通风设备（如图2），课后以小组形式提出改进方案。对通风设备提出的改进要求为：[4]叶片强度提高；维修简单且降低维修成本；降低制造复杂性，减少对工人技术的依赖性；对其外形不能有较大的改进。
学生将上述要求概括为：提高强度，轮毂和叶片整体铸造；维修简便，降低维修成本，更换低成本轮毂。上述矛盾转化为TRIZ理论中的冲突矩阵：“强度”的提高可能导致“方便性”的降低；“可维修性”的提高可能会导致“复杂性”的升高。表1得到基于TRIZ的解决方案，表中的阿拉伯数字对应40条发明原理。
综合考虑，选用表1中的发明原理1、2、10对轮毂做优化设计。[5] 依照原理1：分割原理。将整个轮毂拆分成轮毂基座和轮毂压片，轮毂基座与主轴铸造在一起，压片和轮毂基座配合起固定叶片。
依据原理2：分离原理。将叶片独立制造，用铸造工艺以提高强度，叶片底部设计成杆状，用来和轮毂连接。
依据原理10：预先作用原理。装配结构叶片与轮毂采用活动连接（如图3），以保证快速装卸。对于不同型号的风机可以做到仅仅更换叶片型号，对轮毂采用统一结构，满足了风机叶轮的互换性要求。
2.课外开设创新第二课堂
结合各自专业优势，构建第二课堂，积极鼓励学生参与创新活动，支持学生参加各级挑战杯的竞赛活动。图4、5、6是我校学生参加第二届创新设计大赛的作品。
不定期举行TRIZ理论应用经验交流，能激发学生的设计与创造欲望，使学生科技创新的参与率明显提升。
四、结论
社会需要创新型人才，“机械设计基础”作为重要的专业基础课程，在教学中培养学生的创新思维具有重要意义。TRIZ理论是一种建立在技术系统进化规律基础上的问题解决系统，同时也是一个创新能力培养体系理论。在以往本课程的教学工作中，重视强调专业知识的传授，缺少科学思维、科学方法方面的引导和训练。因此，在强调创新人才培养、注重提高创新能力的今天，在“机械设计基础”课程中推广TRIZ理论，对提高学生对创新活动的认识和对创新方法的把握，提高自身的创新能力有着重要的意义。充分调动了学生学习“机械设计基础”课程的积极性和求知欲，提高了教学质量；提高了学生分析问题与解决问题的能力，为专业课程的学习打下了良好的基础；推动了学生第二课堂的建设，充分发挥了第二课堂对学生素质培养的辅助作用，同时又为学生的创新成果提供了验证手段和平台。
参考文献：
[1]檀润华.创新设计:TRIZ发明问题解决理论[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2]童亚拉,陈益,别业广.基于TRIZ理论的创新人才培养探析[J].计算机时代,2009,(12):67-69.
[3]高常青,赵方,王潍,等.发明问题解决理论与机械类本科生创新能力的培养[J].现代制造技术与装备,2009,(3):100-103.
[4]檀润华,曹国忠,陈子顺.面向制造业的创新设计案例[M].北京:中国科学技术出版社,2009.
[5]赵文燕,张换高,檀润华,等.TRIZ在管理流程优化中的应用[J].工程设计学报,2008,15(2):79-85.
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：机械设计基础；TRIZ；教学改革
作者简介：尤洪岭（1958-），男，上海人，天津城市建设学院理学院，实验师；王莉静（1974-），女，山西阳泉人，天津城市建设学院控制与机械工程学院，讲师。（天津?300384）
基金项目：本文系天津城市建设学院2010年教改项目（JG-1106）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）26-0067-02
“机械设计基础”面对的对象是近机类大三的学生，作为专业基础课，它在基础课程和专业课程之间起了承上启下的作用。本课程主要培养学生能综合运用传统和现代设计手段，发现、分析和解决问题的能力。在课堂教学中，以设计为主线，在培养学生机构设计和通用零部件工作、结构设计能力的基础上，重点突出学生创新意识的培养。
一、“机械设计基础”课程中存在的问题
“机械设计基础”课程所含内容较多，且各章节之间几乎没有联系。这对于学生来说有利的一面：不会因为没有掌握某一章节的内容，而影响其余章节的学习。也有不利的一方面：学完本课程，学生的脑海里是零散的构件，没有一个完整性机器的概念，也就谈不上创新了。
目前，各学校教学任务较繁重，只能不断压缩课时，在天津城市建设学院（以下简称“我校”），“机械设计基础”课程被压缩到48学时。面对这种现象，教师通常挑选几个简单模型讲解其认为重要的内容。课程的教学对象是不同专业的非机类学生，如果教师讲解的内容没有针对性，即使说得头头是道，学生听得却是一头雾水，并不能真正理解其中的奥妙。
“机械设计基础”是一门实践性很强的课程，有些学校教学安排较混乱，课程学习阶段学生还没开始进行专业实践学习。由于学生缺乏生产实践经验，在课程学习中感觉知识的抽象、难以理解，甚至课程结束后，有的学生还不知道为什么要学这门课。
“机械设计基础”课程理论性比较强、概念较抽象。但某些教师讲述原理多，结合实际偏少；讲述常规原理多，介绍行业最新技术成果少；课堂讲授多，课外讨论少。同时，某些学生对本课程的重视度不够、依赖性强、无创新性。
二、TRIZ在“机械设计基础”教学中的应用
正是由于“机械设计基础”课程在教学中存在的一些问题，所以需要在教学上进行创新，提高教学效果。而创新需要创新理论的支撑，创新理论的探索在国内外从没有停止过，并已取得许多可喜的成绩，如试错法、头脑风暴法、焦点对象法、多角度思考法、检核表法等。但上述方法基本以心理机制为基础，且逻辑性不严密，在实际使用中并没有预期想象的好。发明问题解决理论（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ）是诞生于前苏联的创新理论，TRIZ认为任何领域的产品改进和技术创新，都是有规律可循的。人们掌握了这些规律，就可以能动地进行产品设计，并能预测产品的未来发展趋势。TRIZ包含用于问题分析的分析工具，用于系统转换的基于知识的工具和理论基础，可以广泛应用于各个领域创造性地解决问题。1956年，Altshuller提出了TRIZ中最强有力的工具——ARIZ算法，[1]其主导思想为：
1.冲突矩阵
发明问题的特征是存在冲突。Altshuller将冲突分为管理冲突、技术冲突和物理冲突。首先，ARIZ将初始问题用管理冲突来表述，根据TRIZ实例库中的类似问题类比求解，无解则转化为技术冲突，采用40条发明原理解决；如问题仍得不到解决，则进一步深入分析发现物理冲突，如图1所示。而由理想解确定物理冲突的方法，一方面技术系统向着理想解的方向进化，另一方面物理冲突阻碍达到理想状态。
2.克服思维惯性
ARIZ强调在解决问题过程中必须开阔思路克服思维惯性，主要利用TRIZ已有工具和一系列心理算法克服思维惯性。
三、TRIZ理论在“机械设计基础”教学中的应用
在我校的问卷调查中显示：面对技术难题时，大多数学生表现得不够积极，45％的学生在潜意识里回避冲突。在这种状态下，大多数学生是不会积极地参加各种创新活动的。创新能力作为人所具有的一种潜能，经过一定的学习和训练，能够得到激发和提升，而创造意识是培养学生创新能力的关键。[2]TRIZ理论认为：解决技术系统中存在的冲突是促使技术系统进化发展的根本动力。因此，将TRIZ理论引入“机械设计基础”课程的教学中，有利于培养学生的创新意识，在解决冲突的过程中，增强学生主动发现问题的能力。[3]主要从以下两方面考虑：
1.课堂上，将“机械设计基础”课程中与不同专业相联系的知识点与TRIZ理论相结合
在课程的理论讲述中，应以与其专业相关的某一机器的设计为主线，每讲完一个基础理论，突出TRIZ创新方法的运用，进行每一章节机构的创新。
例如，给设备专业的学生讲述“机械运动速度波动的调节”的章节时，可联系地下车库中使用的通风设备（如图2），课后以小组形式提出改进方案。对通风设备提出的改进要求为：[4]叶片强度提高；维修简单且降低维修成本；降低制造复杂性，减少对工人技术的依赖性；对其外形不能有较大的改进。
学生将上述要求概括为：提高强度，轮毂和叶片整体铸造；维修简便，降低维修成本，更换低成本轮毂。上述矛盾转化为TRIZ理论中的冲突矩阵：“强度”的提高可能导致“方便性”的降低；“可维修性”的提高可能会导致“复杂性”的升高。表1得到基于TRIZ的解决方案，表中的阿拉伯数字对应40条发明原理。
综合考虑，选用表1中的发明原理1、2、10对轮毂做优化设计。[5] 依照原理1：分割原理。将整个轮毂拆分成轮毂基座和轮毂压片，轮毂基座与主轴铸造在一起，压片和轮毂基座配合起固定叶片。
依据原理2：分离原理。将叶片独立制造，用铸造工艺以提高强度，叶片底部设计成杆状，用来和轮毂连接。
依据原理10：预先作用原理。装配结构叶片与轮毂采用活动连接（如图3），以保证快速装卸。对于不同型号的风机可以做到仅仅更换叶片型号，对轮毂采用统一结构，满足了风机叶轮的互换性要求。
2.课外开设创新第二课堂
结合各自专业优势，构建第二课堂，积极鼓励学生参与创新活动，支持学生参加各级挑战杯的竞赛活动。图4、5、6是我校学生参加第二届创新设计大赛的作品。
不定期举行TRIZ理论应用经验交流，能激发学生的设计与创造欲望，使学生科技创新的参与率明显提升。
四、结论
社会需要创新型人才，“机械设计基础”作为重要的专业基础课程，在教学中培养学生的创新思维具有重要意义。TRIZ理论是一种建立在技术系统进化规律基础上的问题解决系统，同时也是一个创新能力培养体系理论。在以往本课程的教学工作中，重视强调专业知识的传授，缺少科学思维、科学方法方面的引导和训练。因此，在强调创新人才培养、注重提高创新能力的今天，在“机械设计基础”课程中推广TRIZ理论，对提高学生对创新活动的认识和对创新方法的把握，提高自身的创新能力有着重要的意义。充分调动了学生学习“机械设计基础”课程的积极性和求知欲，提高了教学质量；提高了学生分析问题与解决问题的能力，为专业课程的学习打下了良好的基础；推动了学生第二课堂的建设，充分发挥了第二课堂对学生素质培养的辅助作用，同时又为学生的创新成果提供了验证手段和平台。
参考文献：
[1]檀润华.创新设计:TRIZ发明问题解决理论[M].北京:机械工业出版社,2002.
[2]童亚拉,陈益,别业广.基于TRIZ理论的创新人才培养探析[J].计算机时代,2009,(12):67-69.
[3]高常青,赵方,王潍,等.发明问题解决理论与机械类本科生创新能力的培养[J].现代制造技术与装备,2009,(3):100-103.
[4]檀润华,曹国忠,陈子顺.面向制造业的创新设计案例[M].北京:中国科学技术出版社,2009.
[5]赵文燕,张换高,檀润华,等.TRIZ在管理流程优化中的应用[J].工程设计学报,2008,15(2):79-85.
（责任编辑：宋秀丽）