论文集锦

浅谈TRIZ理论在指导STEAM创客教育中的方法和意义

发布日期:2018/06/20

赵  鑫,高志刚

(黑龙江时空引力科技有限公司,黑龙江 大庆 163711)


     “创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭源泉,也是中华民族最鲜明的民族禀赋。”“科技发展的方向就是创新、创新、再创新”,在习近平同志的执政思路中,“创新”始终占据着重要位置。
      当今世界,科学技术已成为经济社会发展的决定性力量,而自主创新能力又是国家竞争力的核心。 加快科技进步,关键在自主创新。要建设创新型国家,关键要有一批自主创新的人才。自主创新人才的培养,是一项长期而艰巨的任务,是一个战略工程。 要建设创新国家必须从人才抓起,从基础抓起,从娃娃抓起,当务之急是培养我国青少年的创新思想、创新素质、创新能力,创新人格。
      人们一直惯性的以为创新是件很高深、甚至很神奇的伟大创举 ,应该是那些知识渊博并且奇思妙想的人才能实现的。 无论从国家层面,还是从企业需求、产品需求方面,及家庭社会教育上都认为真要实现创新并非容易之事。 诚然创新并不是想一想就能完成的事情,但它却是有迹可循,有法可依的,那就是被称为“神奇的点金术” —— TRIZ创新理论。TRIZ理论以其良好的可操作性、系统性和实用性在全球的创新和创造学研究领域占据着独特的地位。
创新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,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的俄语缩写“ТРИЗ”,翻译为“发明问题解决理论”, 转换成拉丁文Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch的词头缩写。其英文全称是Theory of the Solution of Inventive Problems,缩写为TSIP,其意义为发明问题的解决理论。  
      TRIZ理论是根里奇.阿奇舒勒(G. S. Altshuller)在1946年创立的, 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。当时Altshuller在前苏联海军的专利局工作,在处理世界各国著名的发明专利过程中,他总是考虑这样一个问题:当人们进行发明创造、解决技术难题时,是否有可遵循的科学方法和法则,从而能迅速地实现新的发明创造或解决技术难题呢?答案是肯定的!Altshuller发现任何领域的产品改进、技术的变革、创新和生物系统一样,都存在产生、生长、成熟、衰老、灭亡,是有规律可循的。人们如果掌握了这些规律,就能能动地进行产品设计并能预测产品的未来趋势。以后数十年中,Altshuller穷其毕生的精力致力于TRIZ理论的研究和完善。在他的领导下,前苏联的研究机构、大学、企业组成了TRIZ的研究团体,分析了世界近250万份高水平的发明专利,总结出各种技术发展进化遵循的规律模式,以及解决各种技术矛盾和物理矛盾的创新原理和法则,建立一个由解决技术,实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系,并综合多学科领域的原理和法则,建立起TRIZ理论体系。
      80年代中期前,该理论对其他国家保密, 随前苏联解体一批科学家移居美国等西方国家,逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域,对该领域已产生了重要的影响。21世纪,每个国家都不可能离开全球市场而独立发展,在经济全球化的趋势下,要激烈的市场竞争中求生存,而成功生存法则最重要一点就在于创新。 
      阿奇舒勒和他的TRIZ研究机构以及全世界TRIZ专家50多年来提出了TRIZ系列的多种工具,如矛盾矩阵、76标准解答、ARIZ、 物质--场分析、 8种演化类型、科学效应、40个创新原理,39个工程技术特性,物理学、化学、几何学等工程学原理知识库等,常用的有基于宏观的矛盾矩阵法(冲突矩阵法)和基于微观的物场变换法。事实上TRIZ针对矛盾冲突和技术进化都有比较完善的理论。这些工具为创新理论软件化提供了基础,从而为TRIZ的实际应用提供了条件。
TRIZ理论基于哲学基本思想,通过定义概念,问题分析工具,问题求解工具,利用标准解题流程,彻底解决发明,创新问题。
      相对于传统的创新方法,比如试错法,头脑风暴法等,TRIZ理论具有鲜明的特点和优势。 它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程,而不再是随机的行为。实践证明,运用TRIZ理论,可大大加快人们创造发明的进程,还能根据技术进化规律预测未来发展趋势,帮助我们开发富有竞争力的、高质量的创新产品。它能够帮助我们系统的分析问题情境,快速发现问题本质或者矛盾,它能够准确确定问题探索方向,不会错过各种可能,而且它能够帮助我们突破思维障碍,打破思维定势,以新的视角分析问题,进行逻辑性和非逻辑性的系统思维。这种基于创新的思维训练,是人受益一生的思维方式。这种方法越早掌握越能受益良多。
      我国现在中小学推广的STEAM教育是集科学,技术,工程,艺术,数学多学科融合的综合教育。STEAM代表科学(Science),技术(Technology),工程(Engineering),艺术(Art),数学(Mathematics)。
      STEAM教育理念来源于美国,目的是为了加强美国中小学生关于科学、技术、工程、艺术以及数学的教育。STEAM的原身是STEM理念,即科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)的首字母。鼓励孩子在科学、技术、工程和数学领域的发展和提高,培养孩子的综合素养,从而提升其全球竞争力。近期加入了Arts,也就是艺术,这里的Arts,不仅仅指视觉的艺术,我们国内教育的美术,而且包含音乐艺术及语言艺术 。科技与艺术的结合使得这一教育体系变得更加全面,也更贴近生活。
      STEAM 教育理念,有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式。STEAM是一种重实践的超学科教育概念。任何事情的成功都不仅仅依靠某一种能力的实现,而是需要借由多种能力之间配合,比如高科技电子产品的建造过程中,不但需要科学技术,运用高科技手段创新产品功能,还需要好看的外观,也就是艺术等方面的综合才能,所以单一技能的运用已经无法支撑未来人才的发展,未来,我们需要的是多方面的综合型人才,从而探索制定出STEAM教育理念。具体来说,STEAM教育更提倡的是一种新的教学方式:让学生们自己动手完成他们感兴趣的、并且和他们生活相关的项目,从过程中学习各种学科以及跨学科的知识。“STEAM其实是对基于标准化考试的传统教育理念的转型,更注重学习的过程,而不是结果。 所以STEAM教育不是在桌椅整齐的教室上课,而是在充满电器元件、木板、锉刀、画笔、 电路板、芯片、3D打印机、以及各种教育科技产品的工作坊。本质上来说,我们敢于让学生们犯错,让他们尝试不同的想法,让他们听到不同的观点。与考试相反的,我们希望孩子们创造能够应用于真实生活的知识,解决生活中遇到的问题。 
      现有的创新教育,都没有具体的创新方法的指导。就在教学进行的初期还可以走下去,随着孩子创新能力的增强,这个弊端就凸显了出来,我们的TRIZ创新理论,能更系统,更深入地对孩子从思维创新,技术创新,工程创新上进行指导 ,充分运用各学科的知识,综合来解决生活中实际存在的问题。
由于TRIZ理论及STEAM教育的特点,我们在两者结合应用上设计了三个梯度。
      第一阶段,在STEAM教育初期,学习中练习应用TRIZ理论的概念。 从40个发明原理,九屏图,STC算子,小人法等学习应用开始,为学生引入创新思维。打开学生创新思维的大门,让他们踏上创新制造的广阔天地,进行学习式创新。
      第二阶段是在STEAM教育中级,孩子对于课程项目的技术参数,工程结构有了一定了解。我们引入TRIZ理论的资源分析,最终理想解,因果分析,矛盾分析,功能分析, 指导学生进行模仿式创新。
      第三步、在学生对科学技术,多数相关工具、材料的功能、性能都有了了解的情况下,引入物场分析,76标准解答、ARIZ  ,运用之前学过的TRIZ理论方法进行造物创新,真正解申请专利,解决生活中问题。
      苏格拉底说 “教育不是灌输,而是点燃心灯。”
      我们通过STEAM教育理念与TRIZ创新理论的结合,唤醒学生内在的动力,引导他们探索,求知的热情,培养他们创新和改变世界的能力。
      STEAM教育与TRIZ理论的结合,使创新教育过程达到更高教育境界,不但培养出能够综合运用各学科知识的科技人员,还培养了他们具有创新思想、创新素质、创新能力和创新人格 ,使他们在未来高速发展的科技世界,在全球化竞争中立于不败之地。 

TRIZ专家团队
王妍玮
赵存有