周 琴， 于 加， 李偉青

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基于TRIZ教育理論改革工程制圖課程體系

周 琴， 于 加， 李偉青

（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京100083）

針對當(dāng)前工程制圖課程教學(xué)中創(chuàng)新教育不足的問題，圍繞學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程意識的培養(yǎng)，以TRIZ教育理論為指導(dǎo)，分析工程制圖課程體系中存在的問題和不足，找出解決主要矛盾的科學(xué)解決理論，采用分割、組合和重力補(bǔ)償原理等解決理論改革課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實踐體系等諸多不足之處，構(gòu)建工程制圖創(chuàng)新課程體系，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供有益的探索和嘗試。

工程制圖；課程體系改革；TRIZ教育理論；創(chuàng)新

工程制圖是面向大學(xué)一年級開設(shè)的基礎(chǔ)課程，多年來各高校立足于培養(yǎng)創(chuàng)新人才和提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行了大量的改革探索和教學(xué)實踐，取得了一定的成果。但仍然存在一些不足之處，表現(xiàn)在較注重知識的講授和學(xué)習(xí)，學(xué)生的工程訓(xùn)練和實踐能力有待提高；創(chuàng)新理論和實踐的內(nèi)容不完善，學(xué)生的創(chuàng)新能力沒有得到充分的發(fā)揮；實踐教學(xué)的比例不高，實踐條件不完備，不利于學(xué)生工程意識的培養(yǎng)等。

高等工程教育應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力及解決實際問題的能力。本文的研究目的是針對工程圖學(xué)教學(xué)中的矛盾和不足，以科學(xué)的理論為指導(dǎo)，用正確的方法去解決實際中存在的矛盾和問題，促進(jìn)工程圖學(xué)教學(xué)改革的進(jìn)一步發(fā)展。

1 TRIZ教育理論

TRIZ 是俄文中發(fā)明問題解決理論的詞頭。該理論是前蘇聯(lián) Altshuler G S及其領(lǐng)導(dǎo)的研究人員，通過對世界近250萬件高水平發(fā)明專利的分析研究，歸納總結(jié)出來的創(chuàng)造性問題解決理論和方法，其目的是研究人類在進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學(xué)原理、方法和規(guī)律。由于TRIZ理論在工程界所取得的巨大成功，Dana G MARSH將該理論引入教育領(lǐng)域，采用40條創(chuàng)新解決理論解決教育領(lǐng)域中存在的問題和矛盾。

TRIZ教育理論的主要內(nèi)容是40條創(chuàng)新原理，如分割原理、抽取原理、局部質(zhì)量原理、不對稱性原理、組合原理、多用性原理等共40條，每一條原理都提供了實例以指導(dǎo)使用者應(yīng)用正確的創(chuàng)新理論解決實際問題。這40條創(chuàng)新原理可以單獨使用，也可以將不同的原理組合使用，為我們提供創(chuàng)新解決方法的理論指導(dǎo)。

和傳統(tǒng)的解決問題的方法相比，TRIZ理論能夠更加快速、準(zhǔn)確地找到解決問題的創(chuàng)新之道，因此它也被稱為解決問題方法論。在國外，TRIZ教育理論越來越多地被應(yīng)用于教學(xué)改革和實踐中，特別是在工科教育領(lǐng)域，已成為一些大學(xué)創(chuàng)新教育的必修課程。通過實踐證明，它不僅有效提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，對培養(yǎng)學(xué)生的解決實際問題能力也是一個行之有效的方法。因此，將TRIZ教育理論引入到工程制圖的教學(xué)改革中是非常有益的嘗試。

2 工程圖學(xué)課程體系的矛盾

工程制圖課程是工科學(xué)生的基礎(chǔ)課程，工程制圖課程體系主要是圍繞工程圖樣的表達(dá)進(jìn)行的，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)繪圖內(nèi)容也作為課程內(nèi)容的一部分。目前我校的工程制圖課程體系如圖1所示。

圖1 工程制圖課程體系圖

從圖中可以看出，工程圖學(xué)課程的教學(xué)重點是組合體和機(jī)件表達(dá)方法，還有部分內(nèi)容涉及到機(jī)械專業(yè)中的公差、標(biāo)準(zhǔn)件、零件圖、裝配圖等，這些內(nèi)容具有一定的專業(yè)特點，雖然制圖課程強(qiáng)調(diào)的是圖樣的規(guī)范表達(dá)和標(biāo)注，但必然涉及到機(jī)械方面的公差、零件、裝配、加工等專業(yè)知識，由于非機(jī)類的專業(yè)特點和學(xué)時限制，這部分內(nèi)容很難講清講透，學(xué)生要真正掌握這些內(nèi)容比較困難，很難達(dá)到運用這些知識的目的。這體現(xiàn)了講授知識的具體性、有限性和運用知識解決實際問題的能力培養(yǎng)之間的矛盾，也體現(xiàn)了教學(xué)中的“學(xué)會”與“會用”這一問題。

實踐教學(xué)是教學(xué)中重要的環(huán)節(jié)，目前實驗體系較注重繪圖技能和計算機(jī)能力的培養(yǎng)，存在的主要問題是：實踐內(nèi)容較陳舊，實踐學(xué)時不足，實驗設(shè)備不完備，綜合、創(chuàng)新實踐內(nèi)容不足等。課程總學(xué)時為64學(xué)時（非機(jī)類），在總學(xué)時一定的情況下，增加實踐學(xué)時會減少課堂教學(xué)學(xué)時，而實驗學(xué)時不足會影響學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生動手能力及應(yīng)用知識解決問題能力的訓(xùn)練不足。這些反映了教學(xué)與實踐之間的矛盾，也反映了統(tǒng)一實驗命題與自由學(xué)習(xí)實踐的矛盾。

上述的這些矛盾和問題，不同程度地影響了教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新人才培養(yǎng)。從人才培養(yǎng)和教學(xué)目的的角度看，不管是理論教學(xué)還是實踐教學(xué)，目的只有一個，就是“授之以漁”，教會學(xué)生解決問題的方法。一個人所學(xué)的知識是已知的、具體的、有限的，但他所面對的將是未知的、實際的、無限的問題，因此所有的問題都是新的、非重復(fù)性的，這就需要我們從創(chuàng)新的角度，以自身的創(chuàng)新解決問題的能力去解決問題、改變世界。工程制圖課程主要面向大學(xué)一年級的工科學(xué)生，工科學(xué)生今后從事的主要工作都和工程實際相關(guān)，對學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手能力要求較高，因此有效解決這些矛盾對學(xué)生創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)尤為重要。

3 應(yīng)用TRIZ教育理論解決課程體系中的矛盾

創(chuàng)新是大學(xué)教育的根本目的，也是工程制圖課程的教學(xué)目標(biāo)。根據(jù)上述分析所找出的主要矛盾，依據(jù)TRIZ教育理論，應(yīng)用40條解決理論中的分割、組合和重力補(bǔ)償原理來解決工程圖學(xué)課程體系中的矛盾，從根本上推動教學(xué)改革的步伐。

分割原理的主要解決方法如下：

（1）針對不同需求的學(xué)生制訂不同的項目；

（2）利用目標(biāo)分析法制定計劃；

（3）創(chuàng)建項目組；

（4）創(chuàng)建復(fù)習(xí)桌；

（5）利用課程單元或模塊；

（6）將整個教學(xué)目標(biāo)分為多個子目標(biāo)。

組合原理的主要解決方法如下：

（1）利用教學(xué)小組發(fā)揮教育專家的作用；

（2）雇用輔助專職人員幫助教師以滿足學(xué)生的不同需求；

（3）基于組合實驗進(jìn)行綜合技能訓(xùn)練；

（4）組織分配教員進(jìn)行學(xué)生分組教學(xué)制；

（5）制定分組教學(xué)計劃；

（6）多功能教室。

重力補(bǔ)償原理的主要解決方法如下：

（1）將具有不同能力的學(xué)生分為一組；

（2）創(chuàng)建靈活的導(dǎo)師指導(dǎo)方式滿足個體教育需求；

（3）建立創(chuàng)新基金以鼓勵學(xué)生的創(chuàng)新活動；

（4）學(xué)生以分組的形式學(xué)習(xí)學(xué)術(shù)內(nèi)容；

（5）使用新技術(shù)提高學(xué)生的興趣，減少不必要的任務(wù)；

（6）創(chuàng)建能激發(fā)學(xué)生興趣的家庭作業(yè)。

基于上述解決原理和方法，我們將整個教學(xué)目標(biāo)分為多個子目標(biāo)，構(gòu)建新的課程體系。將課程內(nèi)容整合為三大模塊：技能模塊、制圖知識模塊和工程知識模塊，并在工程知識模塊針對不同需求的學(xué)生制訂不同的項目，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和學(xué)習(xí)興趣；在教學(xué)中，將實踐和教學(xué)有機(jī)結(jié)合，利用多功能教室和電子媒介，學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中信息量得以增加，工程實際問題可以在導(dǎo)師的指導(dǎo)下得到及時解決；創(chuàng)建項目組，將具有不同能力的學(xué)生分為一組，學(xué)生以分組的形式學(xué)習(xí)學(xué)術(shù)內(nèi)容，這樣不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，還可以提高他們的交流技巧、創(chuàng)造力和工作熱情；創(chuàng)建靈活的導(dǎo)師指導(dǎo)方式并增加少量輔助專職人員，幫助教師以滿足學(xué)生的不同需求，特別是工程實際方面的指導(dǎo)，使學(xué)生具備初步的創(chuàng)新解決問題的能力。

以連接為例，連接是工程中最為常見的問題。連接分為可拆卸連接、不可拆連接兩大類，可拆卸連接有螺紋連接、鍵連接、幾何結(jié)構(gòu)連接、繩系連接等，不可拆連接有鉚接、焊接、粘結(jié)劑連接等。教學(xué)中系統(tǒng)地講授相關(guān)知識并輔以工程實例，使學(xué)生掌握每一種連接的特點、應(yīng)用場合和表達(dá)方法，當(dāng)遇到具體的有關(guān)連接的問題時，可以游刃有余了。這部分的教學(xué)以學(xué)生分組、教師指導(dǎo)的形式，集中授課和工程訓(xùn)練結(jié)合的方式，將教學(xué)內(nèi)容和實踐內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，利用基于組合實驗進(jìn)行綜合技能訓(xùn)練這一原理，在實踐中將制圖中的零件圖、簡單裝配表達(dá)、技術(shù)要求等知識圍繞工程實際進(jìn)行整合，這不僅可以提高學(xué)生的綜合技能，還鍛煉了學(xué)生綜合運用創(chuàng)新解決問題的能力，較好地解決了“學(xué)”和“用”之間的矛盾以及教學(xué)和實踐的矛盾。

4 構(gòu)建的創(chuàng)新課程體系

在TRIZ教育理論指導(dǎo)下，建立的創(chuàng)新課程體系如圖2所示。

課程內(nèi)容被整合為三大模塊：技能模塊、制圖知識模塊和工程基礎(chǔ)模塊，這三個模塊將傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化。手工繪圖、構(gòu)型設(shè)計、計算機(jī)繪圖這三個內(nèi)容主要鍛煉提高學(xué)生的繪圖基本技能，培養(yǎng)初步的創(chuàng)新能力；制圖知識主要包括基本知識、視圖表達(dá)和機(jī)件表達(dá)這三部分內(nèi)容，將投影知識、點線面、三視圖、表達(dá)方法等內(nèi)容進(jìn)行整合，主要使學(xué)生學(xué)習(xí)掌握機(jī)件圖樣的正確表達(dá)方法，為工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)；工程基礎(chǔ)主要介紹連接、工程圖樣的表達(dá)和工程基礎(chǔ)知識，這部分內(nèi)容將教學(xué)和實踐有機(jī)結(jié)合，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐為主，教師指導(dǎo)為輔，在實踐設(shè)計中學(xué)習(xí)和掌握基本的工程知識，培養(yǎng)初步的工程設(shè)計能力。

為保證課程體系改革的順利實施，還需要成立教師德教育創(chuàng)新小組，主要為工程知識模塊的教學(xué)中學(xué)生工程實踐和工程創(chuàng)新提供指導(dǎo)；教學(xué)上采用交互教學(xué)模式，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)在合作環(huán)境下綜合，將理論課程、實例教學(xué)、練習(xí)實踐、教學(xué)參考、網(wǎng)絡(luò)資源和自我測試等有機(jī)地組合在一起；改變教室的固定模式，使教室設(shè)施能夠靈活移動，便于學(xué)生的學(xué)習(xí)、實踐和交流；為最大限度地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，在工程知識模塊，學(xué)生也可以自己決定實踐內(nèi)容、實驗以及采用的合作方式等。

5 結(jié) 論

TRIZ教育理論給我們提供了教育改革的科學(xué)理論和方法，用TRIZ教育理論改革教學(xué)體系是科學(xué)的、有效的，可以達(dá)到創(chuàng)新教育實現(xiàn)工程創(chuàng)新的目的。因此，圍繞創(chuàng)新人才培養(yǎng)建立一個既滿足當(dāng)前需要、又致力于長遠(yuǎn)發(fā)展的課程教學(xué)體系，使所培養(yǎng)的工科學(xué)生具有工程意識和創(chuàng)新能力，使學(xué)生具有綜合、交叉、富有創(chuàng)新活力的知識結(jié)構(gòu)，這是我們高校工科課程的改革方向，也是教育工作者義不容辭的責(zé)任。

圖2 工程制圖創(chuàng)新課程體系

[1] 潘云鶴. 論研究型大學(xué)工科學(xué)生的能力培養(yǎng)[J]. 高等工程教育研究, 2005, (4): 1-4.

[2] 檀潤華. 發(fā)明問題解決理論[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2004. 97-99.

[3] Dana G MARSH. 40 Inventive principles with applications in education[EB/OL]. www.trizway.com

[4] 李開玲, 郭桂英. 面向終身教育的高等工程教育: 矛盾與協(xié)調(diào)[J]. 高等工程教育研究, 2006, (3): 26-29.

[5] Anatoly Guin. Serious changes in the educational system are waiting for us (Essay on the new function of education)[EB/OL]. www.trizway.com, 2004.

[6] Anatoly Guin. MEET–OPEN PROBLEMS: Two cases from practice[EB/OL]. www.trizway.com

[7] 汪 蕙, 張文雪, 袁德寧. 關(guān)于研究型大學(xué)教學(xué)模式的認(rèn)識和實踐[J]. 清華大學(xué)教育研究, 2002, (1): 17-22.

Engineering Drawing System Reform Based on the TRIZ Education Theory

ZHOU Qin, YU Jia, LI Wei-qing

( School of Engineering and Technology in China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

In order to overcome the shortages of innovation education in the present teaching and improve the innovation capability of students, TRIZ education theory is adopted to analyze the problems and shortcomings of Engineering Drawing course system. Some scientific principlesand methods, such as segmentation,merging, anti-weight etc., are used to solve the main contradictions of the course system. Many weaknesses of teaching contents, teaching methods and practice system are overcome. A new innovative system of Engineering Drawing system is built to enhance the capability of solving creative problems of students.

engineering drawing; course system reform; TRIZ education theory; innovation

TB 23

A

1003-0158(2011)03-0091-04

2009-11-27

周 琴（1970-），女，河南南陽人，副教授，博士，主要研究方向為工程圖學(xué)，工程機(jī)械設(shè)計等。