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1、学号：哈尔滨师范大学学士学位论文题 目 基于TRIZ的计算机专业教学模式理论的研究学 生 指导教师 年 级 2008级专 业 计算机教育系 别 计算机科学系学 院 哈尔滨师范大学 摘要：在研究TRIZ理论的基础上，提出并开发了一个基于TRIZ的计算机专业教学模式理论的研究。，提出了TRIZ理论的基本思想和方法体系，同时对计算机辅助创新技术CAI的概念及原理进行了阐述并分析了创新型学习理论的的方法和过程以及结合TRIZ理论的创新型学习方法在中小学计算机学习和教学中的应用研究。关键词：TRIZ；高校教学；创新型学习理论 ；计算机教学目 录第一章 绪论11.1 概述11.2 TRIZ理论简介11.2
2、.1 TRIZ理论的产生和目的11.2.2 TRIZ理论的发展和研究现状1第二章 TRIZ的原理分析52.1 TRIZ的定义和内容52.2 TRIZ解决问题过程52.3 设计过程中的冲突62.3.1 TRIZ理论核心冲突解决范式72.3.2 冲突的分类72.3.3 技术冲突的一般化82.4 技术冲突解决102.4.1 技术冲突的解决原理102.4.2 冲突解决矩阵132.4.3 物质场分析142.4.4 理想法则与理想最终解142.4.5 ARIZ算法解决发明问题的程序142.4.6 寻找问题特定解的方法探索15第三章 TRIZ与信息技术结合的产物计算机辅助创新技术CAI173.1 计算机辅助
3、教学CAI技术的主要研究内容173.2 CAI的发展历史173.3 CAI的基本概念183.4 CAI的基本原理183.5 CAI系统的基本构成193.6 CAI的特点与难点19第四章 TRIZ理论的创新性原理及在教学中的应用224.1 TRIZ与创新224.1.1 创新思维、创新方法及其过程224.1.2 TRIZ与创新活动的关系234.2 TRIZ理论在中小学计算机教学中的应用23致谢27参考文献28外文摘要2929第一章 绪论1.1 概述创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力,一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林,面对世界科技飞速发展的挑战,我们必须把增强民族创新能
4、力提到关系中华民族兴衰存亡的高度来认识。我国高等教育已经把培养具有创新能力的人才作为一项迫切的任务。如何高速、高质量完成这一任务成为我国高等教育界研究的一项重要内容。创新来源于创新能力和创新思维,探索提高和培养创新能力的努力从来就没有停止过,并已经取得了许多可喜的成果,如头脑风暴法、6-3-5法、奥斯本检核表法等,但是,以上方法在实际表现中并没有预期想像的好。造成这种现象的一个重要原因就是:人们一直将创新视为一门不可预知的艺术形式。迄今为止,人们在发明创新中所使用的手段大多是手工的、无正式方法可言的和不协调的,如头脑风暴法,不容质疑,使用这样的手段可以有效地借用跨专业的知识、思维导向和集体的智
5、慧,然而,该手段实质上是一种最好的试错法,它所提供的管理模式也是一种不能确保成功的方法,它所产生的效果不可避免地要受到团队成员个性和环境的影响。是否存在一种更加有效的创新方法,即当人们进行发明创造、解决技术难题时,只需要遵循一定的科学方法和法则,就能迅速地实现新的发明创造或解决技术,这时,创新原理系统体系TRIZ理论应运而生。前苏联阿奇舒勒认为，创新是有规律的，创新是可以设计的，并提出了发明问题解决理论，即TRIZ理论（“萃智”理论，Tips for innovation problem solving俄语缩写）。在20世纪80年代，TRIZ是属于前苏联的国家秘密，在苏联的军事、工业、航空航天
6、等领域发挥了巨大的作用。苏联解体后，大批TRIZ研究者移居美国等西方国家，TRIZ的研究与实践迅速普及和发展，在全世界广泛应用。如今，TRIZ理论用于解决新产品开发的实际问题，每年创造出成千上万的发明专利，为全球各大知名企业取得了重大的经济效益和社会效益。同时也被广泛的应用到教育教学中。1.2 TRIZ理论简介1.2.1 TRIZ理论的产生和目的 TRIZ是“发明问题解决理论”的俄文简称，它是年1946前苏联G.S.Ahshuller及其同事们在分析研究了世界上近250万件高水平发明专利，综合多个学科领域原理、法则的基础上提出的创新方法理论体系。他以编制解决发明课题程序为中心课题，长期研究分析
7、了近百年大量的科技资料和专利文献，以唯物论的认识论和方法论的观点，首次提出了发明创造理论基础的技术系统发展规律，阐述了解决发明课题程序的机制、策略、过程以及物场分析的原则和模式、发明课题标准解法、解决技术矛盾的基本技法和消除矛盾的物理效应方法，这就是TRIZ的雏形。之后，经过他和他的学生的50多年的不断研究，形成了一套比较完整的TRIZ理论体系。 主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，它是一种建立在技术系统进化规律基础上的问题解决系统，同时也是一个创新能力培养体系理论。我们准备将TRIZ理论与学生创新能力培养相结合，进行计算机专业教学的实践，如果取得经验，可
8、为同行在创新性教学中应用TRIZ理论提供参考。1.2.2 TRIZ理论的发展和研究现状 当前的计算机辅助创新的研究主要以TRIZ理论为基础。TRIZ理论的研究分为传统TRIZ和现代TRIZ两个阶段。90年代前传统TRIZ主要研究发明方法本身的规律；90年代后，现代TRIZ主要研究TRIZ与计算机技术和现代设计方法相结合的技术。 在20世纪80年代中期以前，该理论对其他国家保密，20世纪80年代中期，随着一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界开发领域，对开发领域和科研领域都产生了重要的影响。以TRIZ理论方法为原理的计算机软件也陆续开发出来，主要有Invention Machine
9、公司的TechOptimizer和Knowledgis，以及Ideation Intemational公司的InnovationWorkbench（IWB）等。目前欧美国家的计算机辅助创新技术得到越来越广泛的研究和应用。一些著名的公司如Ford、Motorola、GM、GE、IBM、HP等都已开始使用计算机辅助创新技术解决工程技术问题，使之成为国外企业、尖端技术领域解决技术难题实现创新的有效的工具。目前西方国家TRIZ的发展主要集中在两个方面：TRIZ的现代化当前TRIZ的现代化主要集中在4个TRIZ模式的研究上:III（Ideation International Inc.）模式III模式，
10、即观念化国际股份公司模式。主要研究力量来自于前苏联Kishnev的TRIZ学校的一群专家。他们认为，Altshuller发展的TRIZ的许多方法分支太多，也过于复杂，因此必须提供一些方法和过程作为分析这些问题方法的统一入口。为了识别欲研究工程系统的操作环境、资源要求、主要有用功能、有害影响和理想结果，III模式还开发了“创新环境调查问卷（ISQ，Inventive Situation Questionnaire）”以及两个新分析工具预期失效判定（Anticipatory Failure Determination，AFD）和演变指导（Directed Evolution，DE）。IMC(Inv
11、entive Machine Corp.)模式IMC模式，即有发明才能的机器公司模式。是由前苏联人工智能和TRIZ专家sourikov博士移民到美国后创建的。他们将解决矛盾的创新原则、分隔原则、效果库等知识库工具集成为一个包含有5个模块的软件“TechOptimizer”。SIT(Systematic Inventive Thinking)/USIT(Unified Structured Inventive Thinking)模式SIT/USIT模式，即统一结构的发明思想模式。由移民到以色列的TRIZ专家Filkosky在1980年左右创立，1995年福特公司Sickafus博士将SIT模式进
12、行结构化形成USIT模式。USIT模式将TRIZ设计过程分成3个阶段：问题定义、问题分析和概念产生，它将解决方法概念的产生简化为4种技术（属性纬度化、对象复数化、功能分布化和功能变化法），而不需要采用只是库或计算机软件。以日本大阪Gakuin大学的Toru Nakagawa为代表的TRIZ专家指出，TRIZ的内容是很丰富的，但是也存在不足和缺陷。将TRIZ方法在USIT的框架中分成5大类：对象复数法、属性维数法、功能分配法、组合解决法和概括解决法。RLI(Renaissance Leadership Institute)模式RLI模式由RLI公司的分支机构Leonardo da Vinci研究
13、院的一些专家开发的，它针对TRIZ的复杂性，开发了8个问题解决算法，针对物质场分析工具存在的缺陷，提出了运用三元代替物质场的三元法（Triad Analysis），并将其结合到所开发的8个发明算法中。TRIZ与其它设计方法的比较和整合研究TRIZ的另一个研究重点就是TRIZ与其它创造性问题的解决方法和工具的结合，Kowalick认为Osborn方向（如头脑风暴法、侧向思考法）和Altshuller方向的融合是创造性科学研究发展的趋势与方向。Yoshiki Nakamura指出，将TRIZ的设计步骤细分，在每个步骤中采用头脑风暴法决定下一步。田口方法、QFD、TRIZ被称为三大设计方法。它们的相
14、互结合是目前研究的重点。QFD专家，1999年度赤尾奖获得者John Terninko博士认为，三大设计方法在整个设计过程的不同方面有不同的贡献，如果将三者结合起来将是产品设计的强有力的工具。他以QFD的5个步骤为框架，融合TRIZ和田口方法构建了“顾客驱动的稳健创新模型”，而Pearse L.Johnson则以企业文化为背景，以稳健设计为主干，结合TRIZ等方法，建立了基于原则的产品开发过程宏观模型。针对三大设计方法都不同程度存在不足和缺陷，一些专家做了比较深入的研究，Matthew Hu等人提出应用TRIZ的物场分析来确定合适的输出特征，取得了较好的成果；Michael Schlueter
15、则应用TRIZ的理想状态和功能分析模型改善QFD的Kano模型，以正确确定顾客的需求功能；诺埃尔拉恩博士（Noel Lron-Rovira）在1996年建议将矛盾矩阵和40个创新原理应用于质量屋的设计。1.2.2.1 TRIZ理论在国外的发展前苏联把注重国民创新能力的开发载入到苏联宪法中，并在大学中开设“科学研究原理”、“技术创造原理”等相关创新课程，以提高学生的创新思维能力。从20世纪60年代末开始，前苏联建立了各种形式的发明创造学校，成立了全国性和地方性的发明家组织，在这些组织和学校里，可以试验解决发明课题的新技巧，并使它更加有效。现在，在80座城市里，大约有100所这样的学院及学校在工作着。每年都有几千名科学工作者、工程师和大学生们，在学习TRIZ理论。其中，最著名的就是1971年在阿塞拜疆创办了世界上第一所发明创造大学。该大学的任务是训练学生具备解决各种发明创造性课题的能力，培养具有各种发明创造才能的人才。事实上，前苏联及东欧国家科学家大都采用TRIZ做发明创造的工作，不仅在大学理工教导，甚至在中、小学阶段也采用TRIZ的理论设计各科的教材教法。在创新的实践方面，前苏联在设计部门要求所配备的设计工程师和创新发明工
