張鶴揚張晶李玉燕

（1.河南科技大學(xué)附屬高級中學(xué)，河南洛陽 471023；2.河南科技大學(xué)管理學(xué)院，河南洛陽 471023）

基于TRIZ理論的遙控式電動水寫黑板創(chuàng)新設(shè)計

張鶴揚1張晶2李玉燕2

（1.河南科技大學(xué)附屬高級中學(xué)，河南洛陽 471023；2.河南科技大學(xué)管理學(xué)院，河南洛陽 471023）

傳統(tǒng)粉筆——黑板教具系統(tǒng)具有粉塵污染大、擦拭效率低下等缺陷。通過使用TRIZ理想解方法，在傳統(tǒng)教具系統(tǒng)基礎(chǔ)上設(shè)計了遙控式電動水寫黑板系統(tǒng)，有效降低了系統(tǒng)使用成本和粉塵污染，并大大提高了教學(xué)質(zhì)量和工作效率。

TRIZ；黑板；水寫；創(chuàng)新

目前，各類學(xué)校在教師進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)的過程中，粉筆板書仍然是主流的教學(xué)方式，粉筆——黑板傳統(tǒng)架構(gòu)的教學(xué)工具使用方便、價格低廉，被廣泛使用。但是，傳統(tǒng)的木質(zhì)、水泥和有機玻璃材質(zhì)的黑板，粉筆字擦除時，會留下粉筆痕跡，無法完全清潔，同時擦拭過程中造成教室內(nèi)粉塵飛揚，對于教師和學(xué)生的健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅，尤其是中小學(xué)課堂上粉筆板書的書寫量非常大，反復(fù)的板書和擦拭也使得教師的工作量非常大，導(dǎo)致工作效率低下。

鑒于該黑板的各種弊端，近年來出現(xiàn)了從不同角度對粉筆、黑板擦和黑板的改進(jìn)設(shè)計，如無塵粉筆、吸塵黑板擦和吸塵黑板等新型產(chǎn)品的設(shè)計［1，2］。但是，這些產(chǎn)品并沒有在市場上很好地普及，主要原因在于，這些產(chǎn)品采用機械自動化原理對黑板及黑板擦進(jìn)行設(shè)計或改造，使黑板或黑板擦具備自動吸塵功能，從而消除或減少粉塵污染，產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜，成本較高，不易普及。本文提出了一種改變了傳統(tǒng)粉筆——黑板的教具架構(gòu)。具體采用水寫筆和水寫幕布配合的形式應(yīng)用于課堂教學(xué)中，能夠有效減少粉塵污染危害師生身體健康和教學(xué)環(huán)境的現(xiàn)實問題，同時具有書寫方便、易于擦拭和無塵等優(yōu)點。該種教具可以通過遙控轉(zhuǎn)動的“黑板”來有效增加課堂內(nèi)容展示的多維性和新穎性，并減少教師的板書量和勞動強度。

1 TRIZ理論概述

前蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒和他的研究團(tuán)隊，通過分析大量專利和創(chuàng)新案例總結(jié)出一套發(fā)明問題的解決理論（TRIZ）。TRIZ認(rèn)為產(chǎn)品或技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化有規(guī)律可循；其他領(lǐng)域的科學(xué)原理可解決技術(shù)問題。TRIZ的核心是消除矛盾及技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化的原理。阿奇舒勒和他的研究團(tuán)隊提出了TRIZ系列工具，包括沖突矩陣、76個標(biāo)準(zhǔn)解、ARIZ、物質(zhì)場分析、40個發(fā)明原理等。

矛盾（沖突）普遍存在于各種產(chǎn)品的設(shè)計之中。按傳統(tǒng)設(shè)計方法是在沖突雙方取得折衷方案，或稱降低沖突的程度。TRIZ理論認(rèn)為，產(chǎn)品創(chuàng)新的標(biāo)志是解決沖突，產(chǎn)生新的有競爭力的解。設(shè)計人員在設(shè)計過程中不斷地發(fā)現(xiàn)并解決沖突是推動產(chǎn)品進(jìn)化的動力。

TRIZ解決問題的一般流程為：首先將一個待解決的實際問題轉(zhuǎn)化為問題模型；然后針對不同的問題模型，應(yīng)用不同的TRIZ工具，得到解決方案模型；最后將這些解決方案模型應(yīng)用到具體的問題中，得到問題的解決方案。

TRIZ的問題模型可劃分為4種形式：技術(shù)矛盾、物理矛盾、物場問題和知識使能問題。這4種形式分別對應(yīng)4種問題模型和解決方法。理論上講，當(dāng)遇到技術(shù)難題時，可以采用4種形式中的任意一種來尋找解決方案。但是，由于不同的形式，解決問題的出發(fā)點是不同的。因而，當(dāng)面對一個具體問題時，就應(yīng)該對問題進(jìn)行分析，考察問題的屬性，選擇一種解題形式與方法解決該問題。

2 遙控式電動水寫黑板創(chuàng)新設(shè)計

2.1 基于TRIZ方法的系統(tǒng)組成設(shè)計

產(chǎn)品創(chuàng)新的過程就是產(chǎn)品設(shè)計不斷迭代，理想化的水平不斷由低級向高級演化的過程，無限逼近理想狀態(tài)。當(dāng)設(shè)計人員不需要額外的花費就實現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計時，這種狀態(tài)就稱為最終理想結(jié)果IFR（Ideal Final Result）。IFR的實現(xiàn)可以這樣來表述：系統(tǒng)自己能夠?qū)崿F(xiàn)需要的動作，并且同時沒有有害作用的參數(shù)。

根據(jù)TRIZ最終理想解的要求就提高粉筆——黑板教具系統(tǒng)的理想度而言，可以從以下方面著手：①通過增加新的、有用的功能或從外部環(huán)境獲得功能；②提高有用功能的級別，把盡可能多的功能高效傳輸?shù)焦ぷ髟?；③降低成本，充分利用?nèi)部或者外部已存在的、可利用的資源，尤其是免費的理想資源；④減少有害功能的數(shù)量，盡量剔除那些無效、低效、產(chǎn)生副作用的功能；⑤降低有害功能的級別，預(yù)防和抑制有害功能產(chǎn)生，或者將有害功能轉(zhuǎn)化為中性功能；⑥將有害功能移到外部環(huán)境中，不再成為系統(tǒng)的有害功能。

基于以上對最終理想解的分析對粉筆——黑板系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)計。首先，針對粉筆功能進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。傳統(tǒng)粉筆材料為石膏，在書寫和擦拭過程中容易產(chǎn)生粉塵污染。根據(jù)剔除有害功能，降低成本的改進(jìn)法則，采用水寫筆，用水做書寫材質(zhì)成本低廉，環(huán)保無污染。其次，針對黑板功能改進(jìn)設(shè)計。傳統(tǒng)黑板材質(zhì)為木質(zhì)、水泥和有機玻璃，書寫痕跡不容易擦拭干凈，反復(fù)擦拭勞動量大。黑板的有用功能為內(nèi)容展示，改變黑板的材質(zhì)采用水寫布，水寫在上面可以顯示一段時間，水干后可以循環(huán)使用，對于展示內(nèi)容較多的情形可以將水寫布制作成卷軸形式，拉出新的水寫布，卷進(jìn)寫過的水寫布。此時以前的擦拭黑板的工作代之以卷動轉(zhuǎn)軸的工作。根據(jù)提高有用功能的級別，把盡可能多的功能高效傳輸?shù)焦ぷ髟系姆▌t，采用伺服電機傳動的，可以自由轉(zhuǎn)動的黑板，其傳動環(huán)節(jié)，加裝紅外遙控的功能可以有效減少無用功帶來的勞動量。

基于以上分析，傳統(tǒng)的粉筆——黑板組合的教具系統(tǒng)改善為水寫筆-水寫布組合的教具系統(tǒng)。

2.2 水寫黑板功能部件設(shè)計

以水寫筆+水寫布構(gòu)成的新型教具系統(tǒng)不僅成本低廉、無污染，而且能夠有效減少無用功。在此系統(tǒng)中關(guān)鍵功能部件為水寫布和水寫布，因此對兩種功能部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

2.2.1 水寫筆的功能設(shè)計。水寫筆的功能要求為在水寫布上顯示一段時間，為增加課堂內(nèi)容展示的多樣性和豐富性，最好能呈現(xiàn)出彩色書寫效果。設(shè)計特殊原料的水液配方，使得水寫內(nèi)容能夠顯示40min，且可以呈現(xiàn)出彩色書寫效果。

2.2.2 水寫布的功能設(shè)計。水寫布的功能要求一方面可以展示水寫筆書寫內(nèi)容，另一方面為避免擦拭等無用功浪費，設(shè)計成可以自動轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸形式。針對以上需求將黑板制作成由伺服電機傳動的垂直滾動切換幕布，其切換可以用紅外遙控進(jìn)行控制。幕布的轉(zhuǎn)軸部分由步進(jìn)伺服電機控制，為了便于教師靈活控制幕布，在幕布下方設(shè)置紅外線接收器，可接收教室任何地方發(fā)出的紅外遙控信號。電動水寫黑板的實用圖如圖1所示。

圖1 電動水寫黑板設(shè)計實用圖

3 結(jié)論

針對傳統(tǒng)粉筆——黑板教具系統(tǒng)具有的多種問題，通過使用TRIZ理想解在創(chuàng)新過程中的應(yīng)用方法，提出了由水寫筆+水寫布構(gòu)成的新型教具系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中用水作為書寫材質(zhì)有效降低了系統(tǒng)使用成本，而且無任何粉塵污染。為進(jìn)一步解放“人力”資源，將水寫布制作成由伺服電機傳動的垂直滾動切換幕布，其切換可以用紅外遙控進(jìn)行控制。該遙控式電動水寫黑板能有效降低使用成本，減少系統(tǒng)內(nèi)污染，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

［1］劉應(yīng)乾，劉宏強，李超.基于空氣動力學(xué)的電動無塵黑板擦的設(shè)計［J］.濱州職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2012（3）：76-77.

［2］竇濤，楊曉敏.連續(xù)無塵自動黑板的設(shè)計與研究［J］.中國教育技術(shù)裝備，2010（21）：81-82.

Innovation Design of Remote Control Electric Water Writing Blackboard Based on TRIZ Theory

Zhang Heyang1Zhang Jing2Li Yuyan2
（1.Senior High School Affiliated to Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471023；2.School of Management，Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471023）

Traditional chalk-aid system has the disadvantages of large dust pollution and low cleaning efficiency. By using TRIZ ideal solution method,remote control electric water writing blackboard system was designed based on the traditional teaching system,which effectively reduce the system cost and dust pollution,and greatly improve the teaching quality and efficiency.

TRIZ；blackboard；water writing；innovation

TH12

A

1003-5168（2016）12-0094-02

2016-11-17

河南省政府決策研究課題（2016B071）；河南省高等學(xué)校重點科研項目（17A630016）。

張鶴揚（2000-），女，在校高中生，研究方向：創(chuàng)新發(fā)明等;張晶（1982-），女，博士，講師，研究方向：創(chuàng)新管理等;李玉燕（1987-），女，碩士，研究方向：創(chuàng)新管理等。