摘要：深入分析近期发表的大量高校教学改革论文成果，可以看到很多存在着教学改革的模仿性、重复性，教学改革的深度不够。教学改革是教育事业发展过程中的创新活动。事实表明，进一步深入开展教学改革，除了需要得到有力的政策支持之外，更需要创新理论、创新方法的支撑。本文在分析TRIZ创新方法理论基本概念的基础上，提出了“用‘创新方法’理论指导深化教学改革”的实践思想。

 

1 引  言

    自1999年高等院校大规模扩大招生，高等教育从精英教育进入大众化普及教育阶段以来，全国范围内，针对大众化应用型高等教育展开了热烈的教学改革研究，也取得了丰富的教学改革研究成果。但是，深入分析这些成果，可以看到存在着教学改革的模仿性、重复性过多，教学改革的深度不够。教学改革是教育事业发展过程中的创新活动。事实表明，进一步深入开展教学改革，除了需要得到有力的政策支持之外，更需要创新理论、创新方法的支撑。

2 自主创新，方法先行

    提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。“自主创新，方法先行”，创新方法是自主创新的根本之源。

    为了落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006~2020年）》，国家四部委：科学技术部、发展改革委、教育部和中国科协联合发布《关于加强创新方法工作的若干意见》 (2008年4月23日，以下简称《意见》) 。

    长期以来，内地对创新方法工作重视相对不够，科学思维的培育相对落后，科技活动仍未摆脱跟踪模仿的局面，自主创新成果较少，高精尖科学仪器设备严重依赖进口，与加强自主创新、建设创新型国家的战略要求极其不相适应。

    《意见》指出：“建立有利于创新型人才培育的素质教育体系，实现由应试教育向素质教育的转变；逐步改变国家科学研究和技术开发跟踪模仿、高精尖科学仪器设备依赖进口的局面。”

    《意见》要求我们“要解放思想，转变观念，将创新方法作为一项长期性、战略性工作来抓，切实从源头上提升自主创新能力、推进创新型国家建设。”创新方法工作的开展，需要强化机制创新、管理创新与体制创新，积极营造良好的创新环境，形成全社会关注创新、学习创新、勇于创新的良好社会氛围。

3 发明的五个级别

    一项技术成果之所以能通过专利审查，获得专利证书，必定有其独到之处。但是，有的专利只是在现有技术系统的基础上进行了很小的改变，改善了现有技术系统的某个性能指标；而有的专利则是提出了一种以前根本不存在的技术系统。显然，不同专利在创新水平上是有差别的。判断一个产品或一项技术是否具有创新性，其创新的程度有多高，更重要的是要识别出该产品或技术的创新的核心是什么。从技术的角度来看，一项创新通常表明完全或部分地克服了一个技术矛盾。

    前苏联科学家阿奇舒勒在研究过程中提出了一种评价专利创新性的标准。按照创新性大小，阿奇舒勒将专利分为五个级别，如表1所示。

 

表1  发明的五个级别

发明级别	创新程度	知识来源	所占比例 (％)
第一级	对系统中个别零件进行简单改进 属于常规设计	利用本行业中本专业的知识	32
第二级	对系统的局部进行改进 属于小发明	利用本行业中不同专业的知识	45
第三级	对系统进行本质性的改进 大大提升了系统的性能 属于中级发明	利用其他行业中本专业的知识	18
第四级	系统被完全改变，全面升级了现有技术系统 属于大发明	利用其他科学领域中的知识	4
第五级	催生了全新的技术系统，推动了全球的科技进步 属于重大发明	所用知识不在已知的科学范围内，是通过发现新的科学现象或新物质来建立全新的技术系统	<1

 

    五个发明级别中，第一级发明只是对现有系统的改善，并没有解决技术系统中的任何矛盾；第二和第三级发明解决了矛盾，可以看作是创新；第四级发明改善了一个技术系统，但并不是解决现有的技术问题，而是用某种新技术代替原有技术来解决问题；第五级发明是利用科学领域发现的新原理、新现象推动现有技术系统达到一个更高的水平。

    阿奇舒勒认为，第一级发明过于简单，第五级发明过于困难。于是，他从海量专利中将属于第二级、第三级和第四级的专利挑出来，进行整理、研究、分析、归纳、提炼，最终发现了蕴藏在这些专利背后的规律。TRIZ（“发明问题解决理论”）是在分析第二级到第四级发明专利的基础上，归纳、总结出来的规律。因此，利用TRIZ只能帮助工程技术人员解决第一级到第四级的发明问题。

    阿奇舒勒认为：如果问题中没有包含技术矛盾，那么这个问题就不是发明问题，或者说不是TRIZ问题。这就是判定一个问题是不是发明问题的标准。需要注意的是，第四级发明是利用以前在本领域中没有使用过的原理来实现原有技术系统的主要功能，属于突破性的解决方法。所以，严格说来，第二、第三、第四和第五级发明所解决的问题都是发明问题。

4 发明问题解决理论 (TRIZ)

    4.1 TRIZ理论体系结构

    TRIZ是由前苏联工程师、发明家阿奇舒勒于1946年开始，在研究了来自于世界各国的大量高水平的发明专利的基础上，提出的一套体系相对完整的发明问题求解理论。

    阿奇舒勒在分析专利的过程中，从不同的角度，利用不同的分析方法对这些专利进行分析，总结出了多种规律。如果按照抽象程度由高到低进行划分，可以将经典TRIZ中的这些规律表示为一个金字塔结构，如图1所示。

 

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图1  经典TRIZ中的规律

 

    从理论的高度来看，TRIZ的理论体系可以表示为一个屋状结构，如图2所示。

 

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图2  经典TRIZ中的理论体系结构

 

    从图2中可以看出：

    1) TRIZ的理论基础是自然科学、系统科学和思维科学。

    2) TRIZ的哲学范畴是辩证法和认识论。

    3) TRIZ来源于对海量专利的分析和总结。

    4) TRIZ的理论核心是技术系统进化法则。

    5) TRIZ的基本概念有进化、理想度、系统、功能、矛盾和资源等。

    6) TRIZ的创新问题分析工具包括根本原因分析、功能分析、物场分析、资源分析和创新思维方法。

    7) TRIZ的创新问题求解工具包括发明原理、分离方法、科学效应库、标准解系统和创新思维方法。

    8) TRIZ的创新问题通用求解算法是发明问题求解算法 (ARIZ) 。

    4.2 理想度、理想系统与最终理想解

    理想度的概念是TRIZ的基础之一，以它为基础引出了理想系统和最终理想解。理想度、理想系统与最终理想解是TRIZ的重要概念。

    (1) 理想度

    每个技术系统之所以被设计、制造，就是为了提供一个或多个有用功能 (UF) 。在这些有用功能中，有且只有一个最有意义的功能，这个功能是技术系统存在的目的，称为主要功能 (PF) ，主要功能也被称为首要功能或基本功能。为了使主要功能得以实现，或提高主要功能的性能，技术系统往往还会具有多个辅助性的有用功能，称为辅助功能 (AF) 或称伴生性功能。同时，每个技术系统也会有一个或多个我们所不希望出现的效应或现象，称为有害功能 (HF) 。

    公式1表示了技术系统的这种进化趋势，即理想度的定义。

 

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    其中，I为理想度；U为有用功能；H为有害功能；i为变量U的数量；j为变量H的数量。

    从公式1可以看出，随着技术系统的进化，系统中的有用功能在数量上和质量上都是不断增加的；系统中的有害功能在数量上和质量上都是不断减小的。因此，系统的理想度不断增大，最终趋向于无穷大。

    根据定义，可以用以下三种方法来提高系统的理想度：

    1) 增加有用功能。

    2) 降低有害功能或成本。

    3) 将上述1 ) 与2 ) 结合起来。

    (2) 理想系统

    随着技术系统的不断进化，其理想度会不断提高，即技术系统变得越来越理想。在TRIZ中，理想系统是指，作为物理实体它并不存在，也不消耗任何的资源，但是却能够实现所有必要的功能。即系统的质量、尺寸、能量消耗无限趋近于零；系统实现的功能趋近于无穷大。因此，也可以说，理想技术系统没有物质形态 (即体积为零，重量为零) ，也不消耗任何的资源 (消耗的能量为零、成本为零) ，却能实现所有必要的功能。

    理想系统只是一个理论上的、理想化的概念，是技术系统进化的极限状态，是一个在现实世界中永远也无法达到的终极理想状态。但是，理想系统就像北极星一样，为设计人员和发明家指出了技术系统进化的终极目标，是寻找问题解决方案和评价问题解决方案的最终标准。

    在现实世界中，设计人员和发明家的使命就是通过不断地改善系统的有用功能、消除有害功能和降低成本，使技术系统逐步向理想系统逼近。

    (3) 最终理想解

    基于理想系统的概念而得到的针对一个特定技术问题的理想解决方案，称为最终理想解。最终理想解是从理想度和理想系统延伸出来的一个概念，是用于问题定义阶段的一种心理学工具，是一种用于确定系统发展方向的方法。它描述了一种超越了原有问题的机制或约束的解决方案，指出了在使用TRIZ工具解决实际技术问题时应该努力的方向。这种解决方案可以看作是与当前所面临的问题没有任何关联的、理想的最终状态。

    最终理想解是针对一个已经被明确定义出来的问题，所给出的一种最理想的解决方案。通过将问题的求解方向聚焦于一个清晰可见的理想结果，最终理想解为后续使用其他TRIZ工具来解决问题创造了条件。一般来说，可以采用以下三种基本形式来定义最终理想解：

    l) 系统自己实现所需的功能。

    2) 系统不存在，但是所需功能得以实现。

    3) 使系统不需要这种功能。

    以定义最终理想解作为解决问题的开端，有以下好处：

    1) 有助于产生突破性的概念解决方案。

    2) 避免选择妥协性的解决方案。

    3) 有助于通过讨论来清晰地设立项目的边界。

    这个强有力的工具不仅可以用在TRIZ中，也可以用于其他的科学领域。它是研发人员确定理想目标的有效方法——如何在不增加系统复杂度的前提下得到所需的功能。

    4.3 TRIZ与矛盾

    通过对大量发明专利的研究，阿奇舒勒发现，真正的“发明”(指发明级别为第二级、第三级和第四级的专利) 往往都需要解决隐藏在问题当中的矛盾。于是，阿奇舒勒规定：是否出现矛盾，是区分常规问题与发明问题的一个主要特征。

    因此，我们可以简单地认为，如果问题中不包含矛盾，那么这个问题就不是一个发明问题 (或TRIZ问题) 。与一般性的设计不同，只有在不影响系统现有功能的前提下成功地消除矛盾，才能认为是发明性地解决了问题。也就是说，矛盾应该是这样解决的：在完善技术系统的某一部分或是优化某一参数的同时，其他部分的功能或其他参数不会被影响。

    矛盾是TRIZ的基石。矛盾可以帮助我们更快、更好地理解隐藏在问题背后的根本原因，找到解决问题的方法。TRIZ的出发点是不折中地从根本上解决矛盾。TRIZ建议我们不要回避矛盾。相反，要找出矛盾并激化矛盾，进而解决矛盾。

5 用“创新方法”指导教学改革

    现有的大量教学改革成果有较大的重复性、模仿性，事实上并不能算做是创新，充其量也只是学习和改进，类似于第一级发明。在长期的学习和改进之后，我们应该把教学改革引向深入，真正实现高等教育的创新教改成果，在发明的第二级、第三级上做文章。这个时候，我们需要学习创新方法，用创新方法理论来指导我们的教学改革实践。

    5.1 TRIZ一般解题步骤的延伸

    基于TRIZ的创新过程可以简单表达如图3所示。

 

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图3  基于TRIZ的再发明

 

    TRIZ解题的一般步骤如图4所示。

 

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图4  TRIZ解题步骤

 

    就目前的研究来看，TRIZ方法基于机械制造业而诞生和发展，又在制造业得到认可和广泛运用，前景可观。若加以简单的区分，在图4中画上一条虚线，则虚线以下，TRIZ创新方法是有强烈的行业特色的，也就是说，大多数的创新方法虽然已经趋于成熟，但主要是针对制造业的。在非制造业，例如管理领域、教育领域等，就很难实现具体运用。

    然而，研究表明，把图4虚线以上部分，再加上分行业、分领域按TRIZ思想发展的虚线以下部分，即解决矛盾的方法和措施，则TRIZ所表达的创新方法具有普遍意义和重要价值。如图5所示。

 

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图5  TRIZ创新方法解题步骤的延伸

 

    教学改革是高等教育教学工作中的创新活动。自主创新，方法先行。为把教学改革引向深入并提高其有效性，我们应该学习和推广应用TRIZ创新方法，以科学的态度和科学的方法开展教学科研活动。

    5.2 设想的教育最终理想解

    在《高等教育法》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要》以及国家其他相关政策法规的指导下，最大限度地满足社会发展对创新人才的长远需求，最大限度地满足学生的学习需求和成才需求，教师愉快教育，学生愉快学习。

     这是我们设想的教育最终理想解，这样的教育环境就是我们的理想教育系统，这也是我们开展教育教学改革的长远目标，我们的教学改革活动应该围绕着这个目标来展开。

    5.3 发现与激化矛盾，最终解决矛盾

    TRIZ方法建议我们不要回避矛盾。相反，要找出矛盾并激化矛盾。而如何将隐藏在问题中的矛盾抽取出来，是一项复杂而困难，但又无法回避的问题。在实践过程中，只有经过不断的练习和总结，才能使这种能力得到提升。

    TRIZ思想方法有别于我们的传统思维和工作方法，但有助于从长远的需求来思考和解决问题。

    例如，高校普遍存在学生“网瘾”问题，很多学校“头痛医头，脚痛医脚”，通常一禁了之，规定“大一新生不准带电脑入学”——把问题出现的原因归于网络本身，这样的解决方案在如今这个网络时代其实是很幼稚的。结果是：大一控制住了，大二上学期“网瘾”问题集中爆发；校内控制住了，校外网吧更加“繁荣富强”。

例如，高等教育普及化之后，教学型、应用型院校的学风问题普遍突出，当年不少学校积极推进新生“半军事化”、“军事化”管理，甚至还成为教改成果形成论文。结果是：昙花一现，这种落后教育方式如今人们羞于提及。

    最典型的，是QQ的传播。10年前，当QQ最初在学生中流行时，“有识之士”们常常一提QQ就爆跳如雷：“QQ害了一代青少年”。今天的QQ已经得到广泛应用和社会的赏识。

    我们为什么总是挡在潮流的前面，跟在时代的后面呢？上述例子，重新用TRIZ思想方法进行分析，得到的管理和教育方式一定不是这样。

6 后记

    “在人类文明的历史中，TRIZ第一次展示了一种能够解决矛盾和找到有效思路的系统的方法，TRIZ的精神视角能够把生命的其他方面持续有效地组织起来，它帮助人们克服命运的打击，帮助人们预测并且避免问题，还帮助人们在感到毫无希望的情形中找到办法。然而，这些都强烈地取决于个体的个性和应用TRIZ的经验。”[3]

教学改革是高等教育教学工作中的创新活动。自主创新，方法先行。为提高教学改革的有效性，把教学改革引向深入，必须重视创新方法的学习和推广，以科学的态度和方法完成历史和社会赋予我们的职责。

 

    参考文献

    [1] 国家四部委：科学技术部、发展改革委、教育部和中国科协联合发布《关于加强创新方法工作的若干意见》，2008年4月23日

    [2] 李海军、丁雪燕编著，《经典TRIZ通俗读本》，中国科学技术出版社，2009.12

    [3] [德] 迈克尔 A. 奥尔洛夫 著，《用TRIZ进行创造性思考实用指南》，科学出版社，2010.7

 

    特别提醒：本文英文版已为“2010年第三届教育技术与培训国际学术会议 (ETT2010，中国武汉，2010-11-27~28)”录用，转载请注明出处。