劉 毅，趙 斌，張優(yōu)賢

(河南工學院電氣工程與自動化學院，河南新鄉(xiāng)，453003)

一、電工學課程教學現(xiàn)狀

電工學課程是非電類工科專業(yè)的根基，為學生學習專業(yè)知識和從事工程技術工作奠定電學的理論基礎，并使他們受到基本的實踐訓練。[1-2]課程主要由電路分析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、電機學以及電力電子知識構成。[3]傳統(tǒng)的電工學教學主要有以下特點。首先，課堂氣氛不夠活躍。隨著科學技術的進步和電子技術的迅猛發(fā)展，非電專業(yè)的學生對電工學課程也產生了不同層次的需求。雖然學校針對不同群體制定了相應的培養(yǎng)方案，但課堂趣味性沒有得到提高。在目前的理論教學當中，由于電工學課程內容枯燥，對學生的吸引力不強，導致課堂氣氛不活躍，學生的學習效果不佳。其次，理論與實踐分離。隨著社會的進步，各個高校都在開展理實一體化教學，但電工學課程大多為驗證性實驗教學，只是基礎內容的簡單強化，沒有大幅度地提升學生的實踐操作能力及創(chuàng)新能力。最后，教學手段有待進一步提高。雖然信息技術迅速崛起，大部分高校采用“多媒體+板書”的教學方式，相比粉筆教學有很大進步，但“智慧教室”數(shù)量不夠充足，學生學習自主性未能得到最大化的挖掘。

二、TRIZ 理論體系

蘇聯(lián)發(fā)明家阿奇舒勒及其團隊對近250萬件發(fā)明專利進行類比和研究后，在1946年提出了TRIZ理論。[4]TRIZ是俄文字母首寫，指的是發(fā)明問題解決理論，是基于知識的、面向人的發(fā)明問題解決系統(tǒng)方法學。[4-5]1989年之前，“TRIZ”理論一直是蘇聯(lián)的國家機密，如今，利用TRIZ理論解決技術難題的企業(yè)越來越多，如轟動一時的“三星效應”：1997年，三星公司負債170億美元，瀕臨破產，三星公司花費巨額傭金聘請TRIZ專家，同時成立專門的TRIZ隊伍；2006年，三星市場價值總額超過1000億美元，成功超過索尼。TRIZ理論因其對創(chuàng)新研發(fā)的助推力及對人類社會產生的積極影響而受到廣泛認可。TRIZ理論的核心思想為：很多的方法和原理在發(fā)明的過程中是在重復使用的；技術系統(tǒng)的進化和發(fā)展并不是偶然的，而是遵循一定的客觀趨勢；技術系統(tǒng)的無序和離散問題，可以通過建模(系統(tǒng)模型、物場模型)的方式來解決。[5]TRIZ理論不是采取自我損失或者自我降低標準的方式進行的，而是基于技術的發(fā)展進化規(guī)律以及分析鉆研技術的設計與開發(fā)過程，不是偶然的結果。TRIZ理論認為“發(fā)明問題”的命脈在于解決矛盾，在“設計過程”中不斷地發(fā)現(xiàn)矛盾，利用“發(fā)明原理”解決“沖突”，才能獲得最終理想解。[5-6]

TRIZ理論提供了多種打破慣性思維的方法，如九屏幕法、小人法、金魚法、STC算子、IFR等，幫助人們快速跳出慣性思維的禁錮，尋找更多的角度來分析問題。[4]TRIZ理論的工具可以系統(tǒng)地分析問題情境，快速發(fā)現(xiàn)問題本質或矛盾，準確確定問題探索方向。TRIZ理論還會引導人們進行系統(tǒng)化的思考，根據技術進化曲線預測技術產品的未來，幫助開發(fā)富有競爭力的新產品。因此，高?？梢越Y合電工學課程的關鍵知識點，將TRIZ理論應用于電工學課程教學當中，引導學生使用TRIZ理論和方法剖析元器件，理解電路的實現(xiàn)過程以及改進過程，使學生在輕松的課堂氣氛中對關鍵知識點有深刻的理解，同時習得科學的創(chuàng)新方法，幫助他們打破慣性思維怪圈，結合專業(yè)知識，做出高水平的創(chuàng)新成果。

三、TRIZ理論在電工學課程教學過程中的應用

(一)突破慣性思維的創(chuàng)新方法在電工學課程教學過程中的應用

慣性思維是每位學習者難以避免的思維定式。慣性思維有時可以讓學習者少走彎路，但慣性思維也會將學習者的思想禁錮，使其難以跳出專業(yè)定式、術語定式等，最終導致創(chuàng)新力不足的問題。本研究嘗試將TRIZ的思維方法引入課堂當中，先用九屏幕法對整本知識進行劃分，引入概念，在后續(xù)關于電路模型課程的講解中引入金魚法，在電路的改進中引入小人法，以此幫助學生在了解知識的同時，學習克服慣性思維的方法。這種教學方法不僅將枯燥、難懂的電學知識變得生動有趣，而且對其他專業(yè)課程的學習也頗有幫助。

(二)技術系統(tǒng)進化法則在電工學課程教學過程中的應用

技術系統(tǒng)進化論是TRIZ的重要理論，技術系統(tǒng)變化同生物進化有相似之處，也會向著適應人們需求的方向發(fā)展。阿奇舒勒技術系統(tǒng)進化論以八大進化法則的形式進行表述。在電工學課程教學中，教師可以引入進化法則，用進化的眼光來看待電路系統(tǒng)的發(fā)展，如在介紹電子管的發(fā)展史時引入增加集成度再采用簡化法則。該法則是指技術系統(tǒng)首先趨于集成度增加的方向，緊接著再進行簡化的過程，電子管的發(fā)展經歷了電子管、晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路階段?，F(xiàn)在的超大規(guī)模集成電路可以實現(xiàn)在幾十平方毫米的板上集成上億電子管，根據向微觀級和場應用的進化法則給出電子管的下一步發(fā)展方向，即將會沿著減小它們尺寸的方向進化，傾向于達到原子和基本粒子的尺度；再根據提高理想度的進化法則，進而指出電子管的發(fā)展總是朝著提高理想度的方向發(fā)展，技術系統(tǒng)最終朝著提高其理想度水平的方向發(fā)展。

(三)矛盾及對應原理在電工學課程教學過程中的應用

矛盾是一種普遍的自然現(xiàn)象，在技術系統(tǒng)中也是普遍存在的。阿奇舒勒認為技術系統(tǒng)是在不斷地解決矛盾的過程中進化的，將矛盾分為技術矛盾和物理矛盾，解決問題的步驟如圖1所示。

在電工學課程教學過程中，對于某些電路的發(fā)展，引入矛盾的概念，通過TRIZ的解決模式學習電路的優(yōu)化過程，將電路問題通過TRIZ解題步驟來解決，可以使問題及課程內容變得生動有趣。如電子技術中靜態(tài)工作點的穩(wěn)定電路——分壓偏置電路，靜態(tài)工作點的合理設置將直接影響放大電路信號是否正常，溫度、元件老化等因素影響靜態(tài)工作點，其中溫度受到的影響最為突出，進而提出對電路進行改進，引進基極電阻和發(fā)射極電阻。其中，基極電阻將基極電位鉗制在某一固定值，發(fā)射極電阻通過采樣來實現(xiàn)自我調節(jié)，但是發(fā)射極電阻的引入將大大影響整個電路的放大倍數(shù)，即引入發(fā)射極電阻使得靜態(tài)工作點得到了改善，卻使得放大倍數(shù)降低。通過將實際問題抽象化得到TRIZ理論的問題模型，該技術問題引入發(fā)射極電阻，改善了阿奇舒勒39個工程參數(shù)中的26號參數(shù)，即可靠性，惡化了阿奇舒勒39個工程參數(shù)中的22號參數(shù)，即能量損失。通過查找表1所示的阿奇舒勒矛盾矩陣表找到TRIZ給出的創(chuàng)新原理啟示：預先作用原理(第10號原理)、事先防范原理(第11號原理)、改變物理或化學參數(shù)原理(第35號原理)，結合實際電路，采用預先作用原理(第10號原理)，最終轉化成電學實際問題模型，采用在發(fā)射極電阻旁邊增加電容的方式來消除放大倍數(shù)的影響，提高電路穩(wěn)定性。

圖1 TRIZ解題模式

表1 阿奇舒勒部分矛盾矩陣表

基于電工學課程的教學現(xiàn)狀，課堂趣味性有待提高，根據新時代學生的特點，自主學習能力仍有提升空間。TRIZ理論可幫助學生用發(fā)展的、進化的角度去學習理論性較強的電工學課程，能有效地激發(fā)學生的學習熱情，開動學生大腦，幫助學生了解電路系統(tǒng)的發(fā)展史、進化史，在提高課堂趣味性的同時也夯實了學生創(chuàng)新能力的基礎。