TRIZ理论视域下的通用技术课程创新

王建虎， 闫宏玉， 张慧丽

（1.新疆师范大学 教育科学学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.新疆维吾尔自治区科技人才开发中心，新疆 乌鲁木齐 830011；3.新疆昌吉学院 物理系，新疆 昌吉 831100）

TRIZ理论视域下的通用技术课程创新

王建虎1， 闫宏玉2， 张慧丽3

（1.新疆师范大学 教育科学学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.新疆维吾尔自治区科技人才开发中心，新疆 乌鲁木齐 830011；3.新疆昌吉学院 物理系，新疆 昌吉 831100）

作为一门技术创新理论体系，TRIZ理论被认为是19世纪最伟大的发明，并随着其强大的生命力备受创新者的追随，其内涵和外延也在不断扩大。通用技术课程着力于提高学生的技术素养、注重学生创造潜能的开发、加强学生实践能力的培养等课程理念与TRIZ的教育价值相吻合。通过对通用技术课程进行创新理论视角分析发现，创新理论可为通用技术课程提供亟需的理论滋养与指导。

TRIZ；通用技术；创新

教育创新问题在近年来几乎成为教育研究和实践的重点和难点，同时也是高中通用技术课程追求的目标。教育部发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》（后简称“纲要”）中突出强调了“提高国民素质、培养创新人才的重要性和紧迫性”，并指出当前的问题是“学生适应社会和就业创业能力不强，创新型、实用型、复合型人才紧缺”，在第二部分“发展任务”部分，提出“高中阶段教育是学生个性形成、自主发展的关键时期，对提高国民素质和培养创新人才具有特殊意义”，强调“探索发现和培养创新人才的途径。”而早在2003年由教育部正式颁布的《普通高中技术课程标准（实验）》指出，“普通高中阶段的技术课程以提高学生的技术素养，努力培养学生的创新精神，创新能力和一定的人生规划能力。在其课程性质的定位上也指出“普通高中技术课程是一门注重创造的课程”、在其课程价值上也提出“激发学生的创造欲望，培养学生的创新精神”，在其具体模块里都有创新能力培养的相关要求和设计。

创新过程从最通俗的意义上讲就是创造性地发现问题和创造性地解决问题的过程，如今的创新，尤其技术创新不再是传统意义上的依靠破解技术新问题时的灵光一闪，而是有了理论的指导，其中，最著名的莫过于TRIZ理论了。TRIZ理论的强大作用正在于它为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具。TRIZ理论在技术创新领域发挥出的威力令世界瞩目，前苏联及东欧国家科学家大都采用TRIZ做发明创造的工作，不仅在大学理工教导，甚至在中、小学阶段也采用TRIZ的理论设计各科的教材教法。目前，俄罗斯关于TRIZ的推广教育，企业和商业分别为26%和22%，而对大学生和儿童的推广教育占44%［1］。普通高中通用技术课程作为一门以“提高学生的技术素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征的基础教育课程”、注重培养学生动手实践能力和创新能力，理应寻找能够提高学生技术素养的理论指导与实践借鉴。鉴于此，笔者尝试把TRIZ理论引入高中通用技术课程创新研究领域，其目的是为了找到利用通用技术提高学生技术素养，培养学生的创新精神的新视角、新理论和新方法。

1　TRIZ理论体系

TRIZ理论对于我国学术界，尤其是教育界还是一个相对陌生的理论。其实该理论的诞生已经有近70年了，TRIZ的含义最初来源于俄文теории решения изобретательских задач，首字母的缩写为“ТРИЗ”，按照“ISO/R9－1968E”的规定，把俄文转换成拉丁字母以后，就成为我们今天所看到的“TRIZ”［2］。用英语标音可读为Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch，缩写为TRIZ。英文翻译为：Theory of Inventive Problem Solving，缩写为TIPS，译成中文即“发明问题解决理论”，是由前苏联发明家根里奇.阿奇舒勒（G.S.Altshuller，1926.10.15-1998.9.24）在1946年创立的，阿奇舒勒在14岁时就获得了首个专利证书，专利作品是水下呼吸器。15岁时，他制作了一条船，船上装有使用碳化物作燃料的喷气发动机。Altshuller也被尊称为TRIZ之父。1946年，Altshuller开始了发明问题解决理论的研究工作。

TRIZ理论体系如图1所示，它是首先由阿奇舒勒通过对4万份（后来扩展到250万份）高水平发明专利的研究、分析、归纳、总结，揭示出隐藏在专利之中的奥秘，萃取了数以万计发明家的智慧而创建的卓越成果，得出了技术系统进化法则以及理想化等基本原理。他以技术系统功能分析、技术冲突与矛盾分析、资源分析和物-场模型等为分析工具，对一般性标准的发明问题可以运用发明问题标准解法、效应知识库、技术矛盾创新原理和物理矛盾分离方法四大工具予以求解；对非标准问题则可以运用发明问题解决程序（ARIZ）工具予以求解。由此，TRIZ理论将一个复杂的、不确定因素丛生的解题过程，转化为一门精确的科学运作过程，并已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的九大经典理论体系（包括TRIZ的技术系统八大进化法则、最终理想解、40个发明原理、39个工程参数及阿奇舒勒矛盾矩阵、物理矛盾和四大分离原理、物一场模型分析、发明问题的标准解法、发明问题解决算法、科学效应和现象知识库等），由图1可看出，TRIZ理论还是建立在严格建立在自然科学基础上，利用了系统科学及思维科学的方法，整合了辩证法、系统论和认识论的一整套创新方法体系。

图1　TRIZ理论体系（一）［3］

随着TRIZ理论在各行各业及各地的深入应用，其体系也在不断丰富庞大起来，如图2所示，新的问题解决方案如系统功能分析、系统简化、因果分析、MPV等方法开始进入TRIZ理论内容体系，这不但吸收了一般的创新思维方法的精华，还增强了TRIZ解决问题范围和层次，丰富了解决问题的途径，更加提高了解决问题的效率。

图2　TRIZ理论体系（二）［4］

1.1TRIZ理论的核心思想

首先，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，其核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。即产品及其技术的发展像生物体进化一样遵循着诞生、成长、成熟、衰老、灭亡的客观规律。同一条规律往往在不同的产品或技术领域被反复应用，很多创新实质上往往是其他领域技术在某一领域的全新应用。实现技术创新，有规律可循，有工具可用，用TRIZ解决实际问题的逻辑符合技术人员的思维模式。

其次，各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。再次，技术系统发展的理想状态是用尽量少的资源实现尽量多的功能。

1.2TRIZ的解题模式

TRIZ理论解决问题可以用图3表示。

图3　TRIZ的解题模式

TRIZ理论解决问题的基本思路就是：将一个具体的待解决的问题首先转换并表达为TRIZ问题，并构成问题模型。可以利用CAI（计算机辅助创新）软件，首先是要对问题进行初始化描述其步骤如下图4所示，在此基础上再把问题进行分解构成问题模型。例如通过分析导致问题的原因形成因果链，可以找出解决问题的入手点，形成一系列的“How to…？”TRIZ标准问题；通过原因分析中，查找解决系列“How to…？”标准问题可能利用的系统资源（包括超系统、子系统中的物质、能量和信息资源等）构成了“How can…”形式的TRIZ标准问题。

图4　TRIZ初始问题描述

接着，在问题模型建立的基础上利用中间工具找出解决问题的方案模型，这些中间工具包括了图3所示的问题分析工具（物-场分析、系统分析、矛盾分析和资源分析等）和问题解决工具（物-场问题标准解系统、知识使能问题知识效应库、技术矛盾和创新原理、物理矛盾及分离方法等）以及图4所示（注：部分内容交叉）的创新思维工具（九屏幕法、小人法、金鱼法、STC算子、IFR法等）、创新的方法（技术矛盾、创新原理、物理矛盾、分离方法、物场模型、标准解法、根本原因分析、功能分析、知识库）及创新的规律（S曲线、完备性法则、能量传递法则、协调性法则、动态性法则、子系统不均衡进化、向超系统进化、向微观级进化及提高理想度法则等）的使用。利用中间工具得到解决方案模型往往包含了多种多样多领域的备选方案，往往是性能、问题解决理想程度不一的。还需要通过方案评价、应用测试后得出最终方案。

通过上面的介绍和分析可以看出，TRIZ理论是一个内涵极为丰富，体系庞大且科学严密的系统化方法学。

2　TRIZ理论与高中通用技术课程的结合

2.1呼应高中技术的课程性质

《普通高中技术课程标准（实验）》标准指出：“普通高中阶段的技术课程以提高学生的技术素养、促进学生全面而又富有个性的发展为基本目标，着力发展学生以信息的交流与处理、技术的设计与应用为基础的技术实践能力，努力培养学生的创新精神、创业意识和一定的人生规划能力。技术课程不仅注重学生对符合时代需要、与学生生活紧密联系的基础知识与基本操作技能的学习，而且注重学生对技术的思想和方法的领悟与运用，注重学生对技术的人文因素的感悟与理解，注重学生技术学习中的探究、试验与创造，注重学生情感态度、价值观以及共通能力的发展，为学生应对未来挑战、实现终身发展奠定基础。”并指出通用技术课程是一门“立足实践”、“高度综合”、“注重创造”、“科学与人文融合”的课程。

2.1.1TRIZ理论可以作为指导学生技术实践的理论之一

TRIZ理论问题的来源是实际生产及生活，并且在创新生产，改变生活中得以应用与发展，TRIZ被称之为是一种思维方法理论，它可以是指导学生如何实践的重要方法论，它可以贯穿学生“观察、调查、设计、制作、试验等活动”的全过程，并构成学生技术素养的组成部分。

2.1.2TRIZ理论是系统科学方法

TRIZ理论是系统科学与思维科学结合的产物，把意欲解决的问题看作是系统中的问题，综合利用系统资源来解决问题。高中通用技术课程具有高度综合性，并强调“强调各学科、各方面知识的联系与综合运用”。其课程体系既包含语文、数学、物理、化学、生物、历史、社会、艺术等学科的知识，还融合了经济、法律、伦理、心理、环保、审美等方面的意识。在此基础上，学生的学习是一种综合学习。TRIZ问题的来源、分析及解决往往都需要综合各种学科领域的知识，TRIZ分析与解决问题的工具都是来源于各领域各学科解决问题，尤其是发明问题时的有效方法和规律。

2.1.3TRIZ理论本质在于促成创新

标准指出“技术的本质在于创造，技术课程是一门以创造为核心的课程”。通用技术是“通过信息的获取、加工、管理、表达和交流，通过技术的设计、制作和评价，通过技术思想和方法的应用及实际问题的解决，为学生展示创造力提供广阔的舞台，是培养学生创新精神和实践能力的重要载体和有效途径”。创造与创新虽然概念外延范围不同，但就本质上而言，都在强调“新颖性”并常以“非重复”、“第一”的形式表现出来［5］。学生的创新关键在于要有创新思维，在其本质上在于提供创新产品［6］，也就是说，通用技术的创造要以“创新产品”为其终极价值和目标。

2.1.4TRIZ理论的丰富性

标准指出TRIZ理论广阔的理论视野和丰富的工具凝结着人类发现问题、分析问题及解决问题的智慧及规律。TRIZ理论不是一种枯燥乏味的理论，它是一种提高创造力，引向人们不断创新的理论，也是一种使人们快乐的理论。它让学生可以走进发明创造的神秘领域，享受创新思维激荡蓬发的乐趣，同时问题解决所涉及到的学科门类丰富，交织着自然科学的深邃与理性、社会与艺术的浪漫与感性，很容易走入学生的心灵。

2.2创新高中通用技术的课程内容

“通用技术”是指信息技术之外的，较为宽泛的，体现基础性和通用性并与专业技术相区别的技术，是日常生活中应用广泛，对学生发展具有广泛迁移价值的技术。通用技术课程是一门立足实践，注重创造，高度综合，科学与人文融合的课程。如一般性的设计技术，家政生活技术，电子技术等［7］。就具体技术而言，通用技术具有相对性，其核心概念为设计，构思，权衡，优化，实验，结构，流程，系统，控制。普通高中通用技术课程设9个模块，如图5所示，其中必修模块2个，为“技术与设计1”，“技术与设计2”，其余均为选修模块，它们分别是：选修1（电子控制技术），选修2（建筑及其设计），选修3（简易机器人制作），选修4（现代农业技术），选修5（家政与生活技术），选修6（服装及其设计），选修7（汽车驾驶与保养）。

图5　通用技术课程模块

必修模块是高中通用技术课程的核心，是提高学生技术素养，培养学生创新精神和实践能力的基础内容和良好载体。这里的设计以产品设计为依托，是一个大设计的概念，包括问题的确认，设计方案的制定，原型与模型的制作，方案的优化等完整的设计过程［8］。通过对《普通高中技术课程标准（实验）》中“第三部分通用技术”部分结合苏教版高中通用技术教材的分析，笔者将通用技术各模块的内容与TRIZ理论相关主题和方法进行了对应。如表1所示。高中通用技术所涉及的绝大部分创新问题都可以使用TRIZ理论进行分析并进一步提升；同样TRIZ理论的诸多理论和方法也可以被整合入通用技术课程的教学。

表1　通用技术模块与TRIZ的整合

3　TRIZ理论指导高中通用技术课程运用举例

3.1案例来源与说明

高中通用技术课程里设计的许多实验都对学生的科技创新能力的提升有着很好的实践价值。例如在必修2“技术与设计2”中第三单元“系统的设计”，案例如下：

王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞的楼梯里，什么都看不见，为此，她利用学过的知识，设计并制作了一只简易的手电筒。

在教科书里，主要呈现了三种方案，如表2：

表2　教科书中的几种解决方案

3.2利用TRIZ理论解决案例问题的举例

如果本问题采用TRIZ理论加以解决和拓展，将会得到几个甚至数十种解决方案，并极大地提升学生的创新思维能力。其中甚至会产生几种可能的发明专利。因为TRIZ理论的体系较为庞大，完整呈现解题过程将会占用大量篇幅，这里只节选部分解题过程，主要目的是为了说明利用TRIZ解决通用技术课程中创新问题的无限可能性。这里只使用了定义“技术矛盾”的创新方法进行了该问题的解决。

第一步：找出系统存在的矛盾

①电池太小

②导体和灯泡接触的时间比较长灯泡容易坏

③手电筒不是天天都会用，它体积大携带不方便

第二步：定义技术矛盾

以上矛盾矩阵情景归结为40个通用技术参数中的四个参数：

①静止物体的体积（希望改善的参数）和功率（导致恶化的参数）之间的矛盾

②时间损失（希望改善的参数）和照度（导致恶化的参数）之间的矛盾

第三步：查询矛盾矩阵

将这四个参数输入到矛盾矩阵中就能得到相应的创新原理，包括：

30号原理（柔性壳体或薄膜原理），

6号原理（多用性原理），

1号原理（分割原理），

19号原理（周期性作用原理），

26号原理（复制原理），

17号原理（空间维数变化原理），

通过对以上6中推荐的原理的具体提示分析，可以在其中得到可以应用于解决本问题的几种方案，如表3所示，通过应用这些方案可以找到解决问题的多个出口，而这些出口，就有可能成为发明创新的开始。

表3　推荐的创新原理

第四步：应用创新原理

第一组.推荐的创新原理：30和6

创新原理30—柔性壳体或薄膜原理

创新原理6—多用性原理

说明：通过应用创新原理30和6，其实可以得出很多种问题的解决方案，这里只列举了几种比较容易理解和实现的方案，以供研讨。

方案一：

（1）设计一个简单的电路，画出电路图（略）。

（2）可能的方案：如图6所示，文具盒是学生天天用的（多用性），除了装文具外能不能有其他的功能呢？如果把手电筒设计在文具盒上面或者一边就可以解决携带不方便的问题。

图6　一种具有照明功能的文具盒

（3）通过控制开关，使灯泡发光。

方案二：

（1）设计一个简单的电路，画出电路图（略）。

（2）可能的方案：如示意图7所示，书包是学生每天上学必带的工具，把手电筒设计在书包（柔性壳体原理及多用性原理）上面就可以解决携带不方便的问题，这样书包既可以作为学习用品的收纳工具，同时也是很好的照明工具。

（3）通过控制开关，使灯泡发光。

图7　一种具有照明功能的书包

（3）通过控制开关，使灯泡发光。

方案三：

（1）设计一个简单的电路，画出电路图（略）。

（2）可能的方案3：如图8所示，水杯盖子里面设计一个手电筒，学生用的时候把盖子上面一打开就发光，用这种方法设计的手电筒很简单也很有多功能的，很容易引起学生的注意。

图8　一种具有照明功能的水杯

（3）通过控制开关，使灯泡发光。

方案四：

（1）设计一个简单的电路，画出电路图（略）。

（2）可能的方案4：如图9所示，铅笔头上设计一个电筒，普通的铅笔头上有一个橡皮，可是方案四设计的铅笔头上有一个能发光的小电筒，此方案中的铅笔还可以是其他文具如钢笔、碳素笔、转笔刀等。

图9　一种可以照明的铅笔

第二组.推荐的创新原理：1，19，26，17

创新原理1—分割原理

创新原理19—周期性作用原理

创新原理26—复制原理

创新原理17—空间为数变化原理

说明：通过应用创新原理1，19，26和17，同样可以得出很多种问题的解决方案，这里只挑选了一种方案，以供研讨。

方案五：一种太阳能书包

（1）设计一个简单的电路，画出电路图（略）。

（2）设计一个利用太阳能来充电的电池，把它设计在书包上面的壳，然后按上面方案一来电池和灯泡分开设计，学生每天去学校的时候在路上电池从太阳能（周期性作用原理）来充电，然后在晚上回家的时候路上和楼梯黑的时候学生把电池和灯泡结合，一按开关手电筒就发光。按这方案设计的手电筒就很容易引起大家的注意，这个方案对环境不产生污染，也节省资源很符合现代社会的要求，算是设计一个自发电的手电筒。

图10　一种太阳能

（3）通过控制开关，使灯泡发光。

第五步：方案评价

矛盾分析方案：在本次设计中倾向于30（柔性壳体或薄膜原理），6（多用性原理），1（分割原理）号原理。第一套方案里面主要适用了30和6原理，第二套方案里除了适用了1号原理还是用于30号原理，在设计的过程中排除有些无效的因素，最终呈现了五种可能的方案。在这些方案里，我们需要根据成本、效益等各方面条件筛选比较理想的方案，在此基础上，可以再借助于专利库（如CNKI的专利检索）筛选哪些方案可能已经申请了专利，形成专利方案意向。在本设计中，我们更倾向于方案五。

4　总结

TRIZ是被证实了的一种非常有效的方法学，理论上可以用来解决多领域的多类问题，TRIZ问世后的几十年实践中，主要解决的还是工程类问题，其他类领域还在探索中，这中间包括了教育领域中的通用技术教育，TRIZ理论走入并整合入通用技术是使通用技术提升课程地位，培养学生创新思维，提高创新能力的理想契机。这中间还需要做的工作会很多，包括课程设计、资源开发、案例汇总，师资培训等，本论文如果能引起广大通用技术教育者重新思考其担负的创新教育重任，并找到解决创新问题的方法和路径，将会是无比荣耀之事。

［1］陈玲，杨清波.俄罗斯TRIZ教育从儿童七八岁开始［EB/OL］.http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/4/262779.shtm，2012-4-16.

［2］赵敏，史晓凌，段海波.TRIZ入门及实践［M］.北京：科学出版社，2009.

［3］卢清.利用TRIZ理论开展高中物理创新教育［D］.福建师范大学，2013.

［4］刘红敏，王志衡.基于TRIZ分离原理的图像滤波技术研究［J］，创新科技，2012（05）.

［5］庄寿强.创新与创造之异同［J］.中国科技术语，2008（05）.

［6］刘星.创新的本质和价值是什么？［EB/OL］.http://ip.people.com.cn/GB/12034058.html，2010-07-02.

［7］教育部基础教育司组织.普通高中新课程教师研修手册:技术课程标准研修（通用技术）［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［8］顾建军，于慧颖.理解与实践通用技术新课程——与通用技术教师的对话［M］.北京:高等教育出版社，2007，10.

General Technology Curriculum Innovation from the Perspective of TRIZ Theory

WANG Jian-hu1， YAN Hong-yu2， ZHANG Hui-li3
（1.College of Educational Science，XinJiang Normal University，Urumqi，Xinjiang，830054，China；2.The Science and Technology Talent Development Center of Xinjiang，Urumqi，Xinjiang，830011，China；）3.Changji University of Xinjiang，Department of Physics Changji，Changji，Xinjiang，831100，China）

As a theoretical system of technological innovation，TRIZ theory is considered to be the greatest invention in nineteenth Century，and with its strong vitality，which has been followed by the innovator，its connotation and extension are also expanding.General technical courses focus on improving students'technical quality，paying attention to the development of students'creative potential，strengthening students'practical ability training，and so on.Through the analysis of the general technology curriculum innovation theory perspective，it is found that the innovation theory can provide the theory and guidance for the general technical curriculum.

TRIZ；General Technology；Innovation

G710

A

1008-9659（2016）03-0044-09

2016-07-15

2015年度教育部人文社会科学研究项目（新疆南疆少数民族中学生科学素养调查研究15XJJC880002）；2015年度教育部人文社会科学研究专项任务项目（工程科技人才培养研究）一般项目（15JDGC022）。

王建虎（1980-），男，新疆哈密人，讲师，硕士，主要从事计算机教育，教育技术与教育创新方向研究。