基于TRIZ的高校教育创新问题求解模式研究

周麟（广州医科大学，广东广州511436）



基于TRIZ的高校教育创新问题求解模式研究

周麟
（广州医科大学，广东广州511436）

摘要：教育实证研究是教育改革创新科学发展的方向，高校教育创新的理想解在于实现教育系统功能最优化组合。阿奇舒勒提出的TRIZ理论是一种“方法论”，主张通过建立解决问题的系统方法知识库，比照需要解决的新旧矛盾问题和成熟原理求解，获得教育系统功能的改善。实现高校教育系统功能优化首先要概括解决高校常规问题的一般原理和工具，建立教育系统方法知识库，其次要确定实现教育目标引发的冲突区域，继而建立引起冲突的矛盾矩阵，依据成熟的教育原理和标准或者借鉴相关学科原理和标准解决矛盾，提高教育理想水平。

关键词：高校教育创新；TRIZ理论；求解模式

2015年10月18日华东师范大学举办了“全国首届实证教育研究论坛”，27个省市400余名专家学者与会就教育创新问题进行了探讨，学者一致认为教育创新“需要破解的最大障碍是研究范式的陈旧，亟需从传统的思辨性研究转向基于数据、证据的实证研究，形成新的实证教育研究文化。”[1]事实上，我国关于教育创新的力作十分丰富，尤其是涉及高校教育研究的著作更甚，但正如有学者研究指出的，我国高校教育创新现状是“决心多、成果少，概念多，方法少。”[2]

一、高校教育创新之难题

高校教育是一项复杂的系统工程，教育环境、教育要素、教育手段、教育方法等都会不同程度影响到教育活动。探索高校教育创新问题，需要研究教育各个系统功能的实现情况，教育各个系统之间的相互关系和作用。所谓高校教育创新，实质是教育某一系统功能得到改善，从而引起与之相关各个系统功能产生共鸣或者造成某项功能退化、甚至淡出舞台。而高校教育某一系统功能的改善是相对于常规的、普通的高等教育模式而言的，故研究高校教育创新问题首先要概括出传统高校的教育特征。

传统高校教育追求的是各个教育系统的最优化组合，如果用“理想解”来描述，这个“解”包含了大学生、教育者、教育工具、教育载体、教育方法等系统项。其中培育大学生优良的创新能力是高校教育的基本理想之一，为实现这一理想，高校教育诸多系统的有用功能需要达到最优。譬如教师实施教学的能力水平、教材的知识性结构程度、专业性实践平台的建立与运用水平，以及科学知识和人文素养等领域的综合发展水平等系统项要有最优的合力。但是，教育过程并不是静止不变的孤立存在，教育是各个系统之间不断发展变化的过程，而教育过程中的任何一个子系统的改善都可能影响到教育理想的实现。高校教育各系统遵循着辩证统一规律，教育子系统获得改善的同时也必然会带来有害的、不足的或过度的作用，因此实现系统功能改善的同时把消极影响降到最低也是高校教育的一项任务。高校教育系统自身也具备一定的修复能力，在教育系统运行过程中出现的一些常规性问题，各个教育子系统能自觉消除其负面效应，从而保证教育的运转顺利。

其间教育系统功能的改善，并没有引入新的缺陷因素，正常运行的系统并没有因此复杂化，而是高校系统内各子系统、孙系统和各部件充分利用了现有的教育资源和知识体系实现其有用功能，并合理、智慧地选取教育信息和工具，减小或消除有害因素的影响。不过，教育系统功能的这种改善是局部的、有限的、缓慢的，一旦出现新的教育工具、教育材料乃至知识体系，单凭传统的教育系统缓慢消化吸收，则效果低微，而且其是否带来有害、不足或过度等副作用也难以预测，这对高校常规教育的稳定构成一定的威胁。在此背景下，阿奇舒勒提出的TRIZ问题解决方法学，对高校教育者解决复杂的教育创新问题是有力的借鉴。

二、TRIZ的基本理论和操作流程

苏联专家阿奇舒勒（G.S.Altshuler）及其领导的一批研究人员，自1946年开始研究250万件高水平专利，在此基础上提出了解决创新性问题的理论。该理论（俄语简称卮夭鬲丞）用英语标读为Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch，简称TRIZ。自TRIZ理论公开以来得以迅速推广运用，帮助世界许多大公司获取了优厚的经济利益。如美国福特汽车公司、韩国三星公司等。另据不完全统计，我国企业利用TRIZ解决技术难题2800个，仅2012年收益就达62094万元。[3]TRIZ创新理论称为“超级发明术”，其实质就是一种“方法论”，核心是关注人的创造性思维，这不仅对企业十分有益，而且它的普适性对肩负着培养创新人才使命的高校教育也有着重大的现实指导价值。

TRIZ理论建立了一个庞大的解决问题的系统方法知识库，对于某些需要解决的旧问题比照类似的方法得到解决，对于从未遇到过的问题参照现有专利总结出的系统原则、方法和模式加以解决，继而将积累的解决经验进一步丰富、完善、扩展类似问题的知识库，使之达至理想水平。TRIZ理论由一些基本的要素构成，主要包括问题系统、矛盾、技术进化、理想水平等。

其一，问题系统。TRIZ理论主要解决技术性难题，所有运行的某个事物对象都是以系统形式存在，该系统中又是由一个或多个子系统共同组成，其中的每个子系统都执行着自身功能，而且每个子系统又可分为若干更小的子系统（孙系统）。因此，解决问题时，要分析并求解每个子系统、孙系统与更上层系统之间的关系，从而试图改变某个子系统的作用来影响整个系统，进而考究各系统在整个事物对象中发挥的功用。

其二，矛盾。TRIZ理论认为创新主要是解决事物对象包含的矛盾问题。任何一个事物出现新的问题，是因为该事物运行系统存在各种难以有效解决的矛盾，这种矛盾主要是内部系统存在冲突导致的。阿奇舒勒把系统矛盾分为两种类型，一类称为“技术矛盾”，指的是因系统内某一子系统的特性或参数发生了变化，其新特性或新参数与其他既有子系统或整个系统无法兼容；另一类称为“物理矛盾”，突出强调系统中某一要素呈现矛盾或相反要求。前一种类型主要是综合多个子系统或参数，从中寻求折中的解决标准，并不一定能够确保实现每个参数最优化；后一种类型则主张采用分离的方法，依循相近的创新原理解决冲突。

其三，技术进化。阿奇舒勒把事物发展历程看成技术的进化过程，TRIZ理论中技术进化分为四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。其中，婴儿期和成长期可理解为事物对象的胚胎期，也是事物发展矛盾尽显期，这个时期系统内子系统之间的矛盾凸显，因此加大力度解决突出矛盾成为这一阶段的主要任务；处于成熟期阶段的事物，矛盾得到逐步解决，事物对象有条不紊向前推进；而退出期阶段，事物的发展与新的要求产生的差距呈现衰败现象，事物内部系统出现了新的矛盾，需要有新的技术或方法出现对治。

其四，理想水平（Ideality）。阿奇舒勒提出公式Ideality=撞有用功能/（撞有害作用+资源的耗费），其中“撞有用功能”是指系统的有用功能，涵括了系统所有的有价值的功能，而“撞有害作用”指的是系统改善带来的有害作用，这里“有用功能”最优化的效果是系统运行过程中不产生费用、能量的消耗、无污染和危险因素等。[4]该公式显示理想化水平越高，那么系统的有用功能越多，有害作用越少，创新的级别则越高。尽管系统的理想状态并不一定能够完全实现，但让系统朝着理想化方向发展却大有可为。阿奇舒勒认为“系统是朝着不断增加的理想状态演化的”，其优点在于理想化水平得以量化，清晰了创新的级别和质变的量度。基于此，该理论认为要实现系统的某种功能则需对其方法和手段进行调整和优化。

传统意义上，解决创新的主要流程依靠经验摸索，从丰富的经验中总结成功的经验，并在实践中反复检验，最终形成新的知识体系。这个过程有一定的盲目性、耗时长、成本高、效率低下，成功往往有赖于实验者勤奋与“顿悟”。阿奇舒勒首先倡导的TRIZ创新理论主张通过分析来确定初始问题。解决任何一个系统功能问题的关键在找到问题的初始矛盾，问题描述越清晰，越有利于从已有的知识库中找到解决问题的方案。TRIZ发明了强大的分析工具，包括40项创新原理的功能分析、39个通用参数组成的矛盾矩阵分析、物质场的分析等。40项创新原理是归纳许多进化规律和模式而得出的一般性原理，39个参数描述了系统中存在的典型矛盾，物场分析法则是用符号来清晰表达各物质间系统变换的过程。

TRIZ分析工具重在落实初始问题，其一，功能分析：创建若干项创新原理。阿奇舒勒指出，无论是一个简单产品还是复杂的技术系统，现代TRIZ理论核心技术的发展都是遵循着客观的规律发展演变的，即具有客观的进化规律和模式。阿奇舒勒将这些共同的规律归纳成40项创新原理，强调在解决具体的技术矛盾时，要以这些创新原理为基础，结合某系统既有的客观实际求具体的解决方案。依据TRIZ理论的规律，高校教育也需要创建若干项教育原理。

其二，矛盾矩阵分析：创设若干个教育变量。阿奇舒勒认为在解决系统问题的过程中，当改善系统内某一子系统的特性或参数时，系统内其他子系统特性或参数往往会发生改变，甚至导致恶化，于此就产生了技术冲突。阿奇舒勒从诸多系统冲突中抽出了具有典型系统特性的39个参数，也即39项矛盾，创造了冲突矩阵，清晰呈现了系统冲突的关系。针对教育问题，要从杂多矛盾选项中归纳整理出具有典型教育系统特性的若干个变量。

其三，物质场的分析。在阿奇舒勒的TRIZ理论体系中，“物质”是个既包含简单技术的物体，也是个包含复杂子系统、孙系统的庞杂的大系统，“场”则用来专门描述能量在两个物质之间的发生作用、互相影响的过程。依据阿奇舒勒提出的物场分析工具，在高校教育问题方面就是用符号来表达各教育物质场与被教育物质场之间系统变换的过程，从而为解决教育矛盾问题提供建模技术。

其四，创新解决问题的算法。任何一个复杂的问题要得到解决，必须要找到问题的矛盾存在，因此在经过分析问题之后，必要对问题进行清晰地描述，包括矛盾方面的相互作用、各系统之间发生作用的程序。因此，教育问题描述得越清晰则越有利于找到解决矛盾的工具和方法，更有利于从已有的教育知识体系中对该问题做深入阐析，从而在错综复杂的众多冲突中找准初始问题，以有利于寻求强大的知识库支持。事实上，把教育系统的复杂问题简单化的求解过程就是对教育冲突不断细致描述、不断程序化的过程，从而分析与比对发生教育效用的结果。如果该矛盾仍然无解，则可能有两种可能，一方面是我们对初始问题定义有误，需要对存在问题重新进行更一般化的定义；另一方面则需要等到科学技术或人类认知水平进一步发展后才能谋求解决。

找到了初始问题之后，阿奇舒勒主张选取相对应的成熟原理解决矛盾冲突，依循系统功能进化的模式设计发展路径，对存在的关键性因素采用交叉学科和成熟的理论予以设计，最后对理想结果和所求解结果进行比较，直至满足预期理想水平为准。第一阶段是系统分析。创新的首要问题在于清晰认识整个系统，包括厘清问题、系统功能分析、理想解的确定，并分析可用的资源和确定矛盾冲突等。厘清问题是要对解决的创新性问题有清晰的界定，譬如问题的边界、内涵、范式、进化历程，以及该问题发展的方向等；系统功能分析的目的在于分析系统、子系统、孙系统以及内外部件在整个系统运行过程中发挥的作用和所处的地位；理想解的确定着重要求，以具体专业的话语清晰阐述需要创新的原因，从而甄别那些与理想化水平关系不大的要素；可用资源的分析是要确定改善系统性能的可用资源，包括可用物品、信息、工具和材料等；确定矛盾冲突则不仅要了解矛盾双方，而且要明确矛盾发生的区域，在矛盾的矩阵坐标中确定冲突。当然，如果通过分析找到解决问题的理想解，那么创新任务在分析阶段就能够得以实现；但如果通过分析没有找到解决问题的理想解，则需要扩大创新的领域，借助相应的成熟原理、进化路径和创新设计等来求解。

第二阶段选取理论。针对分析阶段没有解决的问题，TRIZ理论倡导帮助解决问题的方面选取相对应的成熟原理解决矛盾冲突。这个环节困难体现在通过传统的原理或模式虽确定了问题的实质，但是囿于原有的理论无法解决问题，因而帮助问题解决者按标准参数确定冲突，帮助他们挑选能解决特定冲突的原理成为难点。

第三阶段是技术进化。同上阶段一样，由于在分析阶段没能找到解决问题的理想解，那么有必要扩大创新领域，重新分析系统所处的矛盾冲突，依据系统的矛盾确定其进化的模式和演化阶段，然后根据进化路径进行系统设计，使问题系统、子系统等向预测的方向发展，解决整个系统不断发展过程中出现的设计问题。

第四阶段是创新设计。针对原问题领域设计的不足，需要重新设计的求解原理。因此，从相近或相关领域寻求解决问题的有关理论和原理成为主要任务，尤其是那些相关领域中的成熟理论和原理，都不同程度力求针对新问题的设计过程提出创新。这个过程反映了新的创新设计，反映了创新问题在工具和方法方面的复杂性。

第五阶段是实现理想。该阶段包含了创新的两个维度，一方面落脚在系统分析阶段，分析过程中所求解若与理想解相互比较结果相符合，则原问题依照原理得以解决；另一方面所求出的解与理想解进行比较结果有出入，尤其是不能达到理想水平，可以重新分析系统问题，重新确定冲突矩阵，寻求解决新问题的对策，并循环进行，一直需要所求解达到理想水平为止。

高校教育创新问题有追求教育理想化的诉求，同样具备TRIZ创新理论的基本要素，有着庞杂的教育系统，存在物质和技术的矛盾，遵循着TRIZ系统演化的规律。

三、应用TRIZ解决高校教育创新问题的模式

高校教育理想的完美状态是教育各系统运行初始状态与教育系统的目标状态基本一致，高校教育系统的未知知识问题趋近于零。事实上，这样的预期与实际效果常常存在差异，高校教育系统中任何一个子系统都可能存在变数，从而打破教育常规，偏离教育理想状态，带来教育问题。因此，解决高校教育创新问题，意味着寻找教育系统内使其内在结构、规律及影响因素产生变化的子系统或参数，并求解使之转化为符合常规的答案。解决这个问题的过程借鉴TRIZ理论，我们可以创设如下模式。（图1）

根据TRIZ解决创新问题的步骤，对照高校教育创新问题，我们拟定如下思路：确定解决高校常规问题的原理和工具——确定实现教育目标引发的冲突——建立引起冲突的矛盾矩阵——解决矛盾——提高教育理想水平。

图1　基于TRIZ的高校教育创新问题求解模式

其一，TRIZ理论阐述了创新的首要问题是清晰认识整个系统，包括厘清问题、系统功能分析、理想解的确定，并分析可用的资源和确定矛盾冲突等。厘清问题是要对解决的创新性问题有清晰的界定，譬如问题的边界、内涵、范式、进化历程，以及该问题发展的方向等；系统功能分析的目的在于分析系统、子系统、孙系统以及内外部件在整个系统运行过程中发挥的作用和所处的地位；理想解的确定着重要求以具体专业的话语清晰阐述需要创新的原因，从而甄别那些与理想化水平关系不大的要素；可用资源的分析是要确定改善系统性能的可用资源，包括可用物品、信息、工具和材料等；确定矛盾冲突则不仅要了解矛盾双方，而且要明确矛盾发生的区域，在矛盾的矩阵坐标中确定冲突。当然，如果通过分析找到解决问题的理想解，那么创新任务在分析阶段就能够得以实现；但如果通过分析没有找到解决问题的理想解，则需要扩大创新的领域，借助相应的成熟原理、进化路径和创新设计等来求解。对照高校系统，首要问题是概括高校系统中用来解决教育问题的常规性工具和方法，归纳高校教育问题求解过程中经常运用的原理和采用的标准（在TRIZ中概括为40条原理和39条标准冲突）。[5]，[6]这需要从学生、教师、教材、专业课程、实习、教学载体、学校管理服务、文化建设等诸多子系统中概括出解决教育冲突且带有共性的常规性工具和方法，可以参照TRIZ的分析策略，从而构建适用于复杂教育问题求解的标准和原理，用来指导实际的复杂教育问题求解。目前笔者尚未发现有此标准和原理，这是高校教育应该努力研究实证化的方向。

其二，特定环境下界定高校系统中存在的教育问题，建立相应的矛盾矩阵，明确各矛盾间的关系。针对分析阶段没有解决的问题，TRIZ理论倡导帮助解决问题的方面选取相对应的成熟原理解决矛盾冲突。这个环节困难体现在通过传统的原理或模式虽确定了问题的实质，但是囿于原有的理论无法解决问题，因而帮助问题解决者按标准参数确定冲突，帮助他们挑选能解决特定冲突的原理成为难点。高校教育是个复杂的系统教育工程，首先界定教育问题包括厘清教育问题的演化阶段、分析教育各系统的功能、确定理想解，分析可用的教育资源和确定产生的矛盾区域等。所谓厘清教育问题是对需要改善的教育因素的边界、核心内含、话语体系、演进历程以及该问题预测方向等有清晰的界定；教育系统功能分析是突出分析发生改变的教育子系统与整个系统及其他各级子系统之间的相互作用和所处地位，如亟待改变的教育子系统与高校教育主客体、载体和教育环境等子系统的关系；教育的理想解是指因为教育要素的改变可能引起的相关子系统发生变化，这一运行过程中有些子系统并不会受到影响，故要求用教育话语清晰描述与之相关的要素；可用教育资源的分析是对因改善系统功能而开支的器物、信息材料、使用工具和消耗资源等细致化、具体化；确定教育矛盾是解决教育问题的焦点，教育系统中一般矛盾和特殊矛盾符合对立统一的规律，特殊矛盾分布在系统的各个环节。借鉴TRIZ理论（纵向区域为需要改善的参数或系统，横向区域为恶化的参数或系统，横坐标和纵坐标对应的区域有成熟的通用原理，这个对应解称之为理想解），教育问题即为改善可能恶化的子系统或要素，对应找到矛盾发生的区域，从而明确教育创新问题的主要矛盾，继而找到理想解。

其三，依循教育问题各矛盾的分析，解决教育的创新问题。针对原问题领域设计的不足，TRIZ主张重新设计求解原理。该理论提出从相近或相关领域寻求解决问题的有关理论和原理，并指出相关领域中的成熟理论和原理的运用，都不同程度对解决新问题有新的启示。这个过程不仅需要创新设计，也反映了创新问题在工具和方法方面的复杂性。对应上述阶段，如果能够确定高校教育的主要矛盾，锁定矛盾发生的区域且在既定区域内能够查找到对应的成熟的教育原理和标准，能够有效解决主要矛盾，则教育创新问题在分析阶段就得到解决；如果在相对应的教育区域内没有能够找到解决问题的教育原理或成熟标准，则需要重新分析高校系统所处的矛盾冲突，针对主要矛盾扩大引起变化的研究领域，借鉴其他相近或相关学科的成熟原理、系统进化路径和创新设计等，并把这些与成熟的教育原理、系统进化路径和创新设计等进行类比，重新设计教育创新问题求解的原理或标准。这个过程并不会一蹴而就，应该是个不断调试反复实践的过程。

其四，设计教育问题进化路径。高校教育系统是不断发展变化的，需要解决的教育问题也会不断变化，因此我们需要根据系统论的观点，分析并设计教育系统功能的进化路径。教育系统由多个子系统构成，我们把教育系统之外的高层次系统称为超系统，教育系统之内的低层次系统称为子系统，而把教育问题正在发生的系统称为当前系统。整个系统中，超系统、当前系统、子系统都有相对应的功能（如教育载体从黑板到电子投影、再到多模态的使用）。因此，系统地思考教育问题的产生与发展历程，需要突破原有的思维局限，需要系统地分析教育资源，从中选取最佳方案。根据教育系统以及教育问题的演化趋势、路径或模式，可以预测下一时期需要解决的教育主要问题，一方面继续利用已有的教育标准和原理，另一方面改进和充实教育标准和原理，推进并支持分析工具向高一级的方向发展。

其五，提高教育理想水平。TRIZ包含了创新的两个维度，一方面落脚在系统分析阶段，分析过程中所求解若与理想解相互比较结果相符合，则原问题依照原理得以解决；另一方面所求出的解与理想解进行比较结果有出入，尤其是不能达到理想水平，可以重新分析系统问题，重新确定冲突矩阵，寻求解决新问题的对策，并循环进行，一直需要所求解达到理想水平为止。相对于高校教育而言，现有的教育问题解决工具和方法并不一定能够完全有效地解决复杂的教育问题，也无法实现教育的理想状态。无法实现教育理想状态其实质是多个层面共同作用的结果，例如前面系统功能的分析、作用的分析、教育理想解的确定、教育资源的分析以及教育矛盾及其区域界定等每个环节都可能存在错漏，从而影响到后面的结果。这一阶段确定的矛盾直接影响到后面建立的矛盾矩阵，以致影响到提出的对策。因此要实现教育理想，教育创新需要回到原点界定问题阶段，而这个过程也促进了教育的创新。

高校教育创新话题重复了30多年，教育国际化、本土化、多样化和信息化进程并不十分明显，有学者指出每年关于高校教育创新的研究尚处于前研究状态，充其量发表了个人的感想，离真正的研究还有较大差距。如何寻找高校教的创新证据，对教育问题进行量化研究，提出解决教育创新的可重复性流程，从而确保创新教育得以顺利实施不仅是未来企事业研发的发展方向，也是高等院校真正实现教育现代化的关键一环。

参考文献：

[1]查建国.“全国首届教育实证研究论坛”在华东师范大学举行[EB/OL].http://www.cssn.cn/zx/bwyc/ 201510/t20151017_2499278.shtml.

[2]付敏，范德林.基于TRIZ理论的高校教育创新研究与实践[J].黑龙江高教研究，2013，（7）.

[3]皮成功，别超，等.创新方法的综合评价及应用决策的实证研究[J].中国科技论坛，2011，（5）.

[4]杜鑫，肖淼鑫.TRIZ理论及其设计方法的研究[J].内江科技，2007，（2）.

[5]G S A ltshuller.And Suddenly the Inventor Ap- peared[M].Technical Innovation Center，INC，Worces- ter,1996.

[6]张秋月，佘元冠.关于我国创新型工程科技人才培养的思考[J].国家教育行政学院学报，2010，（1）.

责任编辑张豫

基金项目：广东省科技厅课题“TRIZ理论在医学院校创新型教师培养中的应用”（A132402）。

作者简介：周麟（1974—），男，博士，广州医科大学宣传部部长，副教授。

中图分类号：G40-03

文献标识码：A

文章编号：1003-8477（2015）12-0158-06