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摘 要：TRIZ 是对 250 万份高水平发明专利的研究、分析、归纳总结而萃取发明家智慧凝练出来的发明方法论，它使创新思维从发散走向收敛。本文首先介绍 TRIZ 创新的基本思想，及矛盾矩阵和发明原理、物 - 场分析和功能分析三种解决问题的方式；其次，对 TRIZ 指导大学生实践的科学性进行了初步研究分析；第三， 结合我校实践，说明了在教学活动中如何有效地导入 TRIZ，及流程控制的关键指标点的树立。本文的研究成果对深入研究 TRIZ 指导大学生科研等实践活动的方法具有一定的理论意义和价值。
关键词：TRIZ；问题模型；理想解；创新；发明原理
本文引用格 式： 苏 飞，张楷 亮，裴小兵 .TRIZ 指导大学生创新实践的方法研究 [J]. 教育现代化 ,2020,7(94):121-126.
Research on methods of college students’ Innovative Practice conducted by TRIZ
SU Fei，ZhAnG Kailiang，PeI Xiaobing
(School of electrical and electronic engineering, Tianjin University of Technology, Tianjin)
Abstract: TRIZ is a kind of methodology for innovation extracted from the intelligence of inventors, which is formed by studying, analyzing and concluding as many as 2.5 million high-level creative patents. TRIZ will make innovative thinking from divergent mode to convergent mode as well. This paper firstly introduces the basic innovative idea of TRIZ and three means to solve problems, which are inventive principle based on paradox matrix, object-field and functionality analyses; secondly, the scientific nature of TRIZ in conducting college students’ innovative practice are analyzed initially; finally to take my school for example, this paper details how to import TRIZ into teaching and research activities. In addition, how to define key index points through practicing process will be discussed. The research results of this paper may be an important reference to applying TRIZ and will provide a certainty of theoretical importance and value to deeply study TRIZ.
Key words: TRIZ; problem model; ideal final result; innovation; inventive principle
一 引言
TRIZ 是由前苏联的 Altshuller 和他的同事们从 1946 至 1985 年开发出来的用于解决发明问题的理论，对 TRIZ 的研究和实践已遍及整个世界。在上世纪 80 年代，随着许多前苏联的科学家移居欧、美等西方国家，TRIZ 也相应地传到了世界范围内的各研究领域并引起高度重视，同时也对包括产品开发和设计等各个领域产生了重要的影响。在前苏联和现在的俄罗斯，TRIZ 理论一直作为大学里必修的专业技术课，同时也广泛用于工程等领域。在美国，许多大学也将 TRIZ 列入其必修课程，同时成立了许多 TRIZ 的研究的咨询机构以提高各领域的创新能力。
我国于 1997 年开始研究 TRIZ 理论及其应用， 起步较晚。目前，研究 TRIZ 理论仍集中在部分高校内，如河北工业大学、山东大学、南京航天航空大学、华中科技大学等。其中由河北工业大学檀润华教授领导的创新设计研究所主要致力于TRIZ 理论的应用研究和以 TRIZ 为核心的 CAI 软件的开发并取得了重要的成果。自 2008 年《关于
加强创新方法工作的若干意见》颁布实施 5 年来，创新方法已成为提升我国科技、经济社会发展“软实力”和“巧实力”的重要支撑手段，取得了显著的成效。但由于我国大学生创新活动的自身特点，创新方法工作在我国大学生创新实践活动领域起步较晚，目前进行的探索性研究并不多，已有的报道仅限于部分省市将 TRIZ 应用于课堂启发性教学方面，收到了良好的效果 [1-3]。
有关创新方法在大学生创科技计划中应用， 南京理工大学，华南农业科技大学等为数不多的高校进行了初步尝试和研究，探索出了一些有价值的结论，例如大学生创新实践计划项目的实施对创新方法有需求等。同时也可看出，虽然 TRIZ 适合用于支撑大学生创新科技实践，但目前主要研究成果集中在如何解决具体的技术问题，在一定程度上只是点对点的尝试应用，作为一个方法论，深入指导实践的周期规律，制定流程控制的KPI 等方面涉及较少 [4,5]。
二 TRIZ 的发明原理
创新是运用知识或相关信息创造和引进某种有用的新事物的实践过程。TRIZ 理论在调查大量母本的基础上，把创新按照解决方法的发明性分成 5 个等级并总结出相应的占比。第一等级是技术系统的简单改进，所要求技术在系统相关的某行业范围内（32%）；第二等级是包括技术矛盾解决方法的发明，要求系统相关的不同行业知识
（45%）；第三等级是包含物理矛盾解决方法的发明，要求系统相关行业以外的知识（18%）；第四等级是包含突破性解决方法的新技术，要求不同科学领域知识（4%）；第五等级是新现象的发现（1%）[6-8]。
TRIZ 理论认为，创新的过程即为发现问题、确定矛盾和解决矛盾的过程。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，而各种技术难题、冲突和矛盾的不断解决是推动这种进化过程的动力。这使得TRIZ 既具备理论的来源，还定义了解题的流程、问题分析和求解的工具、相关基本概念并进而总结出系统进化法则，使 TRIZ 上升为哲学的高度。其理论体系可由图 1 说明。
图 1 TRIZ 的理论体系
由图 1 可以看出，TRIZ 的理论来源是专利分析和自然科学的发展规律，并设计出标准化的问题解决算法。各种发明工具的使用是 TRIZ 指导实践的核心，灵活地运用各种工具可以培养创新思维，同时要求创新实践者深刻理解和区分各种概念如矛盾、问题等。TRIZ 还总结出事物发展的规律如技术进化曲线等，使创新活动可以进行动态地闭环调节。
TRIZ 对创新思维的训练主要体现在基于技术矛盾、物理矛盾等原理之上的发明工具的使用。这些工具融合了各种基本概念，根据辩证法和认识论等哲学观念，抽象出发明的一般发法论。TRIZ 的发明问题的解决途径如下。
图 2 TRIZ 发明问题的解决途径
TRIZ 使发明和创新的思路流程化，这种具有指导性的流程在一定程度上避免了耗费大量人力、物力、财力的盲目试错，让解决技术问题变得有律可循、有术可依，给技术创新留下了巨大的、易操作的空间。它成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，快速确认和解决系统中存在的矛盾， 而且它是在技术的发展进化规律及整个系统发展过程的基础上运行的，进而可以准确确定探索方向，预测可能存在问题，使开发流程更容易控制和管理。
三 TRIZ 指导实践的可行性分析
（一） TRIZ 主要工具及特点
由上面的分析可知，技术系统进化理论是TRIZ 的主要理论基础。技术进化理论深层次的哲学就是每一个开发结果都是以系统的途径根据一般的规律和进化的趋势，来提供某些功能价值。TRIZ 提出了 10 个进化趋势和定律。一些趋势还包括更具体的路线和模式，显示一个系统或其组成部分如何随着时间而进化。从系统内在的进化观点上看，它提供了关于选择一个技术在未来将会发生什么的预测基础 [9]。在此基础上，首先定义理想解（Ideal Final Result，IFR），即先抛开各种约束条件并设立各种理想模型如理想系统、理想过程、理想资源、理想方法等，以最优的模型结构来分析问题，并将达到理想解作为追求的目标。这有助于正确地设立目标以及抵制心理惯性的影响。TRIZ 的这种定义与传统的思考模式的区别，可以用下图进行对比。
图 3 一般模式和 IFR 思考模式对比
在传统的思考模式中，定义目标的各种障碍是首先考虑的因素，往往使实践者陷于问题当中而不能自拔，解决问题大多采用折中法，其结果就是难以从根本上解决问题。TRIZ 则抛开一切要素，把所有的条件均视为理想化而首先定义出理想解（IFR），再反向去分析达到 IFR 的障碍及出现这样障碍的结果是什么，进而再寻找不出现这些不良结果的条件是什么，以及创造这些条件的资源都有哪些。很明显，TRIZ 这种定义理想解的方式既保持了原系统的优点，又消除了原系统的不足，使问题解决更加有章可循和效率化 [10,11]。
冲突是 TRIZ 中另一个用于描述发明问题的主要问题模型。一个冲突的浮现是区别普通问题与发明问题的主要特征。在同一个系统中存在互斥的要求或目标而且没有一个已知的途径来满足时即出现了冲突。TRIZ 理论认为要排除冲突就要获得一个发明 ( 突破 ) 解，并提供了获得发明解的具体实施步骤。首先，定义出 39 个广义工程技术参数， 涉及到机械， 声，热，化学， 电气， 磁等多个领域；然后，基于这些参数定义矛盾矩阵，其中纵轴上的参数代表被改进的参数，而横轴上的参数表示被恶化的参数。一个纵轴的参数与一个横轴上的参数的交叉点上的数字号即为最相关的发明原理代号。根据发明原理的代号，可以找到 TRIZ 提供的解决矛盾的建议方法。开发者结合项目实际，再做出系统的和全面的分析，找到切实可行的方法。
由此，可以看出 TRIZ 方法及理念具有很强的实践性。许多普通的工具如头脑风暴等方法仅仅依赖于直觉以及团队成员个人的知识，这种基于心理惯性的方法是有局限性的，由此得到的结果往往是不能预测和不可重复的。TRIZ 是一个基于逻辑和数据的问题解决方法，它促进了项目小组解决问题的创造性和能力，而且它能够提供再现性和可预测性 [12,13]。
（二） 大学生实践特点
大学生创新创业训练项目的主要目的是培养学生的自主能力、学习能力、实践能力、创新能力和交往能力，它要求学生从自身兴趣出发，紧密结合所学专业知识，自主开展科学研究、社会调研和创业实践活动，最终形成具有科技创新、实物创新含量的科技产品、研究报告、创业报告或创业实体。大学生在创新创业中的优势是思维敏捷、接受新事物快、有一定专业知识的积累、创新创业干劲十足；不足之处是社会经验匮乏、社会资源缺少（缺资金、缺项目、不了解政策、信息渠道少……）、风险意识较弱 [14]。
创新方法论 TRIZ 的优势是开拓思维、提供方法、明确方向，能够使创新创业少走弯路、少花钱、低风险。它注重实用，能够落地，达到事半功倍的目的。但其不足之处就是工具众多，体系庞大，掌握费时，偏重于技术。基于此，需要设计导入 TRIZ 的方法，使大学生在短时间内掌握基本工具的使用，并提供通过短、平、快的训练模式，向大学生介绍思考、分析、解决问题、开发新技术的工具体系，以提升大学生在创新创业中解决问题的能力，突破知识瓶颈，弥补经验不足； 提升大学生在创新创业中研发新技术的能力和捕捉客户需求的能力，实现需求到产品功能的转换， 并使产品系列化、模块化、集成化，为产品市场化提供技术支撑。使大学生全方位地接触和应用创新方法论 TRIZ，逐步培养大学生应用多学科、多领域、多行业的知识解决问题，从系统的高度思考、辨析问题，完成系统的规划与布局等等。
四 TRIZ 导入实践
TRIZ 作为一种发明问题的解决方法，可以提高大学生突破困难的技术问题的能力，拓展大学生思维的广度和深度，并且能激发创新的积极性。TRIZ 指导大学生创新活动的实施，首先要解决的是 TRIZ 的导入，让学生理解 TRIZ 的基本理念， 克服传统的思维模式，以 TRIZ 的发明方法去进行较为标准化的思维模式。下面，以我校引入 TRIZ 方法及在教学实践中的应用为例，说明如何导入TRIZ 方法。
我校在经过一年的准备性工作后，现已基本完成 TRIZ 的导入，在学校层面、学院层面、专业和系的层面完成了培训和宣传，在毕业设计、专业竞赛和大学生创新创业比赛等实践活动中应用起来，并中业已取得了一定的成效。导入的基本思路和流程以下图 4 进行展示。
图 4 TRIZ 导入流程
整个过程分成校方立项，TRIZ 培训者的准备， 基于 TRIZ 的项目计划和推进，培养大学生 TRIZ 理论，大学生在实践项目中应用，高级 TRIZ 的培训和实践结果的整理几个部分。首先是校方对 TRIZ 分析方法和理念的认可。国家教育相关部委《关于加强创新方法工作的若干意见》明确提出“培养一大批掌握科学思维、科学方法和科学工具的创新型人才，催生一批具有自主知识产权的科学方法和科学工具”的目标 [15]。通过创新方法在大学生创新实践项目管理和辅助技术创新中的应用，培养科研团队掌握创新方法，提高创新能力，提升创新效率和质量，增强高校大学生创新能力，是落实《意见》指导思想和总体目标的重要途径。《意见》中要求， 推进 TRIZ 等国际先进技术创新方法与中国本土需求融合。研究我国高校大学生创新实践项目特点的基础上开展创新方法应用的结合性研究，根据实际情况拆分、组合合理利用技术进化曲线、系统分析等成熟方法或技法，研究开发出创新发展的方法集合、软件工具和平台，从而推进 TRIZ 等国际先进技术创新方法与实际需求相融合。在这种大环境客观需求的背景下，我校确立了 TRIZ 作为大学生创新实践的新工具，获得了天津市高校重点教改项目。
在前期调研的基础上，我校选取了亿维讯作为培训的合作者，对从各个学院中指导大学生科技竞赛较为活跃的 20 位老师展开了首轮培训。经过近 1 个月的理论培训和案例分析，老师们基本掌握 TRIZ 的理念，TRIZ 指导创新的方法，TRIZ 常用的工具等方面的知识。更为重要的效果是， 在培训过程中老师们获得了启发式的思维拓展， 结合各自研究领域和教学活动，基本形成 TRIZ 指导应用的雏形。借助 TRIZ 丰富的解决问题的工具， 把研究中出现的问题与选择的工具相结合构建项目的初步框架，在大学生实践活动或者教师本身的研究项目中加以应用。其中，结合 TRIZ 的大学生实践项目以校级教改的资助方式进行展开，如果效果理想则会得以推广至其他高校。项目推进的内容主要有两个方面：一个是团队的建立，一个是项目的管理。既要充分发挥 TRIZ 工具的实践指导作用，还有形成一套评价机制。此评价机制把实践活动分成设计、测试、分析、改善和控制五个阶段，每一个部分选择使用不用的 TRIZ 指导工具，并定义相应的输出管理文档。具体内容如下图所示。按照各种工具在不同阶段指导引用的情况确立了 TRIZ 指导率的 KPI 指标。
图 5 TRIZ 在大学生创新活动中的应用及评价
在展开方法的内部方面，我校在先期完成培训 20 位老师的基础上，从中甄选出 8 位成绩优异者启动 TRIZ 相关课程的建设。首先确立培养的基本目标，即结合 TRIZ 理论使学生具备分析和解决生产中遇到的实际问题能力，与专业课程共同构成一个完整的知识体系。本课程的目的是要求学生熟练掌握常用的创新方法；能够根据所学知识解决工程实际问题，为企业培养解决项目问题的创新工程师。经过与教务处协商确立学时数，课程类型，教学日程等信息后，正式起草各种教学文件。课程确立的初级 TRIZ 培训的内容如下表 1。
可以看出课程内容的重点体现在 TRIZ 工具的使用方法上，授课方式除了校内 8 位老师的系统培训外，我校还邀请了校外培训机构的培训师及企业相关工程人员进行实践经验分享。实践表明，大学生对于此课程的内容表现出很浓厚的兴趣，2018 年选修次课程的学生数为 196 人，2019 年则达到285 位。此外，在与天津师范大学的校际选修课程中，此课程优先推荐在师范大学开设。参加此课程学习的学生普遍表示，通过 32 个课时的学习，不但明白了 TRIZ 的发明方法理念，还拓展了思维方式，在分析问题和解决问题的的手段上有了科学依据。作为尝试，我们从这些初期接受培训的大学生中根据成绩优劣和参与项目实际情况选取了 30 位对象，分别参与到由 8 位任课教师成立的 8 个项目组中，于 2018 年 11 月参加了由天津市科技局主办的大学生创新方法大赛。这种集中培训、案例实践和竞赛参与的策划方式具有明确的推进目标，使大学生切实体验到学以致用的效果，因此大学生表现得很积极。在经过培训、立项、设计、制作实物、准备报告等环节后 ,8 个小组分别获得了 2 个一等奖，1 个二等奖和 1 个三等奖，4 个优秀奖的好成绩。 2019 年，我校共派出 25 支代表队参加了本次大赛，22 支代表队获奖，其中一等奖 6 项、二等奖 10 项、三等奖 6 项，学校荣获大赛优秀组织奖。统计各个项目应用 TRIZ 工具的情况如下表 2 所示。
可以看出，获奖项目中采用的 TRIZ 八种工具中，IFR 定义、功能 / 资源分析、物场分析和矛盾矩阵三个工具使用的较为频度最大，九屏幕法、小人法、系进化和 ARIZ 使用频次较低。对于难度较大的 ARIZ 工具，虽然只有 3 个项目采用，但其中 2 项获得一等奖。这些实际成果的统计为向后 TRIZ 各项内容的教学改善提供了重要参考。
天津市大学生科技孵化中心的投资后续研发。
五 总结
综上，TRIZ 作为从 250 万份专利中总结出来的一种解决问题的模式，为人们进行学习并获得创新发明的能力提供了重要参考，经过搜集，分析，比较和归纳，TRIZ 已经形成面向人的，系统化的解决问题的理论。TRIZ 融合专利及技术信息， 解决问题过程中的发现和自然科学知识，形成了对资源的发现描述，技术进化 S 曲线，IFR 模式， 技术系统中的矛盾矩阵，物场分析等多种指导实践工具。本文对 TRIZ 指导大学生实践进行了初步研究分析，结合我校实际介绍了在实践和教学如何导入 TRIZ。今后将对 TRIZ 在更大范围内的大学生科技实践活动加以推广应用，分析研究 TRIZ 与大学生科技创新项目的结合性，在掌握基础统计数据的条件下，建立一套完整的和科学的项目评价指标体系，并提出 TRIZ 促进大学生创新科技计划管理的政策性建议，使 TRIZ 指导大学生各种实践活动的流程趋于标准化。
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