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摘要：高職院校機電類專業涉及機械設計、氣動、液壓、可編程控制技術、傳感技術、控制技術等多個領域，為工業界提供了大量的專業人才，但該類專業學生創新能力的培養還需要加強。為此，文章提出在TRIZ創新理論獨立教學之后，通過在機電類專業課教學過程中引入TRIZ創新項目式教學方法的構建和實施，讓該類專業學生的創新能力的培養有了一個可操作的過程，在加強專業知識和技能的掌握同時切實培養了其創新意識和能力。

關鍵詞：高職機電類專業；TRIZ創新理論；創新項目式教學

高職院校機電類專業涉及機械設計、氣動、液壓、可編程控制技術、傳感技術、控制技術等多個領域，所培養的學生為當今工業界提供了大量的專業人才。但目前，在對該類專業學生的創新能力培養方面還存在很多問題。其原因在于“創新”能力是人類主觀能動性的高級表現，是一種綜合的、復雜的實踐活動，而如果沒有相關的工具或者說創新理論，創新過程的本身是難以完成的，創新能力的培養從一定程度上來說也無從談起。為此，文章通過在該類專業教學過程引入TRIZ創新理論來解決這一問題。

1TRIZ創新理論的應用背景

傳統的對于創新能力的理解認為創新是發明家靈感閃現的結果，或者是在發明創造過程中不斷進行嘗試以達到最優結果。針對這種難以形成方法論和理論的傳統創新模式，20世紀中期，前蘇聯發明家阿奇舒勒通過組織1500名專家，結合解決問題過程和自然科學知識和工程技術，經過對百萬計的專利進行搜集、整理、研究和歸納提煉，建立了一套系統化、實用的發明創新理論體系，即TRIZ發明問題解決理論[1]。隨著蘇聯解體，很多TRIZ專家移民到歐美國家，在美國、歐洲等地出現了許多以TRIZ為基礎的咨詢研究機構，調查結果顯示，TRIZ理論在這些發達地區和國家企業中的應用提高了企業的創新效率，縮短了新產品上市的周期，提高了企業的盈利能力，經過多年的發展和實踐檢驗，該理論已經發展成為一套解決問題和開發新產品的成熟方法和理論體系，已經在世界范圍內廣泛應用[2]。因此，將TRIZ理論引入到高職院校機電類專業教學實施過程中，將為該類專業學生創造能力的培養提供一種可行途徑。

2TRIZ理論獨立教學

為了在運用專業知識前，就讓學生具有創新意識，根據高職機電類專業特點，通常會預先學習機械類課程，如機械制圖、氣動、液壓等，而TRIZ理論在解決結構設計類問題時具有有效、直觀、清晰的特點。因此，在開設這些課程的學期之前，開設TRIZ理論課程，根據高職類機電專業學生的工作崗位的特點，學生面臨的問題大部分是與技術相關，因此把40個發明原理和39個工程參數及矛盾矩陣的應用，還有功能分析、剪裁、特性傳遞作為重點來進行講解和練習[3]。

3機電類專業創新教學模式的構建思路

3.1TRIZ融入項目式學習與教學

為了將創新融入項目式教學中，具體過程是在教學項目實施過程中加入創新情景、創新步驟和創新工具。創新情景的提出要以項目學習為載體，應以學生日常生活或相應專業領域實際問題為依據，是創新實踐的開端。創新步驟和創新工具是創新實施過程的核心，為了讓這個過程具有可操作性，這里引入TRIZ創新理論和方法。

3.2創新式教學項目的選題內容

對于高職機電類學生，最好是結合工業生產過程中的實際問題作為項目選題范圍，然而，對于目前高職教育背景，如果能結合學生日常生活環境來選擇其所關心和好奇的事物也可以。在實際教學實施過程中，通常以一個學期為一個周期，讓學生自由組隊，針對選題原則，結合本學期所學專業知識開展一到兩個項目進行探索研究，在這個過程中學生不僅會用到所學的知識和技能，也會用到TRIZ創新方法和理論，達到培養其創新能力的目的[4]。

4基于TRIZ的創新項目實施過程

4.1提出問題

根據選題原則，讓學生發現真實場景中的問題，并加以解決，能高效掌握專業知識的同時切實體會到創新的價值。如果實際的工業生產過程，學生還沒有真正實踐過，指導教師可以拍攝要解決工業生產過程相關的問題讓學生觀看，也可以選擇身邊所遇到的問題。比如，快遞物品在倉儲轉運或投遞過程中，需要快遞從業人員進行搬運，隨著快遞行業蓬勃發展，快件的日益增多，這種搬運工作勢必會增加從業人員的工作量和勞動強度。有時由于快遞貨物的投件量瞬間爆發，很多快遞會聚集在快遞貨物集散地、快遞中轉站，短期面臨搬運難的問題，特別是比較重的快件，沒有大型設備的幫助，搬運此類物品往往沒有高效的方法，而是人力一次又一次的運送單一快件，很難滿足快件短路徑運輸需求，更重要的是此種反復搬運動作對人的身體也會造成較大傷害。因此，能否在現有常見運貨小推車的基礎上進行創新，研制一種結構合理、使用方便的助力小推車。

4.2融合TRIZ理論的創新過程

本環節是創新能力培養的主體，學生要運用在先行的TRIZ理論學習過程中所掌握的相關創新工具對遇到問題進行分析，找到上面提出問題關鍵沖突，然后利用沖突矩陣找到相應發明原理，最后從獲得的解決方案中找到可行最優方案。這種小推車，能有效幫助工作人員進行快件短路徑搬運，但工作人員在面對大量的快件時，不得不重復進行彎腰和屈膝的動作，當小車上裝滿貨物時，還要人力拉動，在對工作人員身體產生影響的同時也影響了工作效率。通過TRIZ功能分析工具，最后得出如圖2所示的功能建模圖，也可以用TRIZ九屏分析工具來分析問題流程[5]，得到如圖3所示的九屏圖。針對功能分析工具分析問題流程，提出功能導向搜索解題方法，首先確定要解決的問題是需要在搬運快件過程中，減輕快件對腰和膝蓋的磨損。需要改善的特定功能是使用助力裝置能夠上下、前后移動。所需要的參數是彎腰、屈膝的角度不大于30°。具體功能轉化為一般功能是減輕腰、膝蓋和腳的壓力，減少彎腰、屈膝的次數。然后確定領先領域即電梯上下運載貨物以及電能助力領域。從領先領域選擇的技術可得電梯的升降技術、電動助力車技術。最后識別次級問題即如何使平板像電梯一樣上升、下降及如何使小推車由電能助力進行向前向后移動。通過九屏分析工具分析問題流程，提出物場模型解題方法，如圖4所示。

4.3通過TRIZ分析后得出全部技術方案

方案1：在小推車上增加液壓系統，使小推車的載物板能夠上升和下降。減少搬運過程中的彎腰、屈膝動作。方案2：在小推車上增加電能，當小推車有貨物時，進行助力。方案3：在快件運輸車的車廂尾部安裝一個輔助快件吊裝夾具。在分析和對比上面三個方案后，通過把方案1和方案2結合起來，產生最終的問題解決方案。具體如下：增加電能驅動，當小推車在負重移動時，減輕使用的推力。通過設計齒輪換擋、傳動機構來改變電能的輸出方向，當快遞運輸車車廂底部和小推車載貨板不在同一平面時，使小推車載貨板能夠上升或下降，以減少搬運貨物時，人體的彎腰、屈膝動作，以達到減輕這些部位磨損的目的。

5高職機電類專業知識在TRIZ創新方案中的使用

為了實現小車的運輸和升降功能的穩定性，小車采用金屬框架作為主體結構，電池和電機作為動力源，換擋齒輪箱作為動力水平、垂直方向的切換機構，在小車平臺與地面相對水平時，切換至升降擋位，進行對平臺的升降控制。支撐架每個點分別加入一條支撐桿，使其不易變形，具有更好的穩定性。在傳動方面，小車水平移動的動力輪采用鏈條連接，通過變換擋位直接把電機的動能傳送到輪子。在市場上，小車的升降平臺幾乎都是液壓傳動，因為還需要人力作為動力源，這樣達不到省力的目的，而本設計運用齒輪絲桿傳動，使用同一個電動機作為動力源，這樣既節省了體力又不用再多增加一個動力源，簡化了了小車的機械結構的同時，又達到了節能的效果。

5.1動力轉換齒輪箱的設計

動力轉換齒輪箱利用兩個傳動齒輪的位置差異，通過花鍵齒輪位置的改變進行動力切換，有升降和平移的擋位，從而控制小車的平移和小車平臺的升降，仿真和實物圖如圖5、圖6所示。

5.2折疊升降桿的設計

電動機作為升降平臺的動力源，絲桿升降機是由蝸輪減速機和升降絲桿組成，其減速部件是蝸桿傳動，利用蝸桿帶動蝸輪實現減速。蝸輪中心是內螺紋結構，相當于升降絲桿的螺母副，和升降絲桿相匹配。升降速度等于蝸桿輸入轉速除以蝸輪蝸桿的減速比，然后乘以升降絲桿的螺距。通過蝸輪副減速傳遞扭矩，并由絲杠轉化為直線運動的機構，該設計如圖7、圖8所示。

5.3把手及固定控制板部分

把手的下半部分有一節水管固定在小車上，上半部分用不銹鋼，美觀精致，套入下半部分，可以根據使用者的身高來調節把手的高度，符合人體力學。把手的中間部分是顯示器，可以顯示速度和電量，拉壓力傳感器固定在把手頂端，在推動小車的時候就可以把拉壓力的大小傳送到單片機上，進而控制電機的啟動和轉速，如圖6所示的黃色標識部分。

6項目測試與評價

本環節是學生在完成其項目作品模型后進行測試，驗證是否達到項目預期，并形成項目實施報告。每個小組在期末展示其作品的結構功能，闡述形成項目解決方案是用到的TRIZ創新工具和方法，分享在方案實施過程中所用到的專業知識和關鍵之處、心得體會等。通過各個小組用到的專業知識、技術、經驗的分享，拓展每個學生的視野，讓每個學生的學習效果達到最優。

7結論

在校期間，是培養高職機電類專業學生創新意識和創新能力的最佳時機，在每個學期實施TRIZ理論與專業知識技能融合的創新項目教學，為學生的創新能力培養提供了理性的可操作途徑。在廣西機電職業技術學院高職機電類專業建設中，通過具體而真實的項目引入，能夠激發學生的學習熱情和興趣，通過TRIZ創新方法的融入，提高了學生的創新能力。而且在應用TRIZ理論得出最終解決方案的過程中，每個小組可以得出各種方案，防止學生互相抄襲的現象，提高了學習質量，并且可以為其他專業學生的創新能力培養提供參考。

參考文獻：

[1]程煒.TRIZ理論滲入高職學生創新活動的實踐探索[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2017，16(1)：55-59.

[2]何敏，黃百祺，程學勛.TRIZ理論在高職學生創新教育中的應用[J].現代教育論叢，2017(6)：76-79+85.

[3]史諾，劉瓊，付建軍，等.基于TRIZ的機械類應用型創新人才培養研究[J].遼寧高職學報，2019，21(5)：52-55.

[4]王永，陳剛，謝莉，等.TRIZ創新理論在高職教學中的應用研究[J].科教文匯(中旬刊),2018(4)：7-9.

[5]孫永偉.TRIZ打開創新之門的鑰匙［M］．北京：科學出版社，2015：173-177.

作者:黃金來 陳衛國 單位:廣西機電職業技術學院