论TRIZ理论在高校教育创新过程中的应用

周 麟

(广州医科大学，广东 广州 511436)

前苏联专家阿奇舒勒(G.S.Altshuler)及其领导的一批研究人员，自1946年开始研究250万件高水平专利基础上，提出解决创新性问题的理论。该理论(俄语简称 ТРИЗ)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因采用TRIZ创新产品每年获利超过10亿美元、韩国三星公司的7年间节约相关成本15亿美元。另据不完全统计，我国企业利用TRIZ解决技术难题2800个，仅2012年因采用TRIZ企业产生经济效益达62094万元［1］。阿奇舒勒总结出的“超级发明术”TRIZ创新理论是一种“方法论”，理论核心关注人的创造性思维，不仅对企业十分有益，而且具有普适性的意义，对于肩负着培养创新人才为使命的高校教育有着重大的现实指导价值。

一、TRIZ的基本内核和主要方法

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，继而反过来丰富、完善、扩展类似问题的知识库，使之达至理想水平。

(一)TRIZ的基本内核

TRIZ理论内核是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。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，这种矛盾主要指的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”，指的是因为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它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，从中寻求折衷的解决标准，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，矛盾逐步得到解决，事物对象有条不紊向前推进;退出期阶段，事物的发展与新的要求产生差距呈现衰败现象，事物内部系统出现了新的矛盾，需要有新的技术或方法来对治系统冲突。

其四，理想水平(Ideality)。阿奇舒勒提出公式Ideality=ΣUi/ΣHi，其中 U是指系统的有用功能，涵括了系统所有的有价值的功能，而H指的是系统中存在的有害功能，这些有害功能是指系统运行过程中不希望产生的费用、能量的消耗、污染和危险因素等。［2］该公式显示理想化水平越高，那么系统的有用功能越多，有害功能越少，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。

(二)TRIZ的主要工具和方法

其一，功能分析:40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，结合某系统的客观实际求具体的解决方案。

其二，矛盾矩阵分析:39个参数。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，系统内其它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。

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、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发生作用、互相影响的过程。阿奇舒勒提出的物场分析工具就是用符号来表达各物质间系统变换的过程，从而为解决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。问题描述越清晰则越有利于找到解决问题的工具和方法，更有利于从已有的知识体系中对该问题做深入阐析，从而在错综复杂的冲突中找准初始问题，这有利于寻求强大的知识库支持。事实上，把复杂问题简单化的求解过程就是对问题不断细致描述、不断程序化的过程，通过分析与比对发生效用的结果。如果该问题仍然无解，则有两种可能，一方面是我们对初始问题定义有误，需要对问题重新进行更一般化的定义;另一方面是此问题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。

二、TRIZ解决创新问题的操作流程

在传统意义上，解决创新的主要流程始于经验摸索，接着在丰富的经验中进行总结，进而在实践中反复试验，最终形成新的知识体系。这个过程有一定的盲目性，成功往往有赖于实验者勤奋与“顿悟”，其耗时长，成本高，效率低下。阿奇舒勒倡导的TRIZ创新理论主张通过分析确定功能和选择工具，选取相对应的成熟原理解决矛盾冲突，继而依循系统进化模式设计发展路径，再对关键性因素采用交叉学科和成熟的理论解决设计中的问题，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。

其一，系统分析阶段。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;理想解的确定突出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;可用资源的分析目的在于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。

其二，选取理论阶段。这个环节的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。针对分析阶段没有解决的问题，TRIZ理论倡导从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。

其三，技术进化路径。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，解决整个系统不断发展过程中出现的设计问题，使系统、子系统等向预测的方向发展。

其四，新的创新设计。针对原问题领域设计的不足，TRIZ重新设计求解原理。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，尤其是相关领域中的成熟理论和原理，都力求针对新问题的解决而有不同程度的创新。这反映了创新设计在工具和方法方面的复杂性。

其五，理想的水平。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，该过程中所求解若与理想解相符合，则原问题依照原理得以解决;如果所求解与理想解有出入，尤其是不能达到理想水平，则需重新分析系统问题，重新确定冲突矩阵，并循环寻求解决新问题的对策，最终以所求解达到理想水平为止。

三、应用TRIZ解决高校教育创新问题的模式

高校教育是人类的基本活动之一，教育环境、教育要素、教育手段、教育方法等都不同程度受到现实社会的影响，高校教育面临的教育问题日益复杂，因此，这对高校常规教育的稳定性构成挑战。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。

高校教育问题指的是高校常规性教育问题。高校常规教育的理想解包括大学生创新能力目标的实现程度、教师实施教学能力水平、教材内容的知识性结构、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。高校教育问题则指高校常规教育系统在保持各个教育子系统有用功能正常运作，同时能够自行各系统消除有害的、不足的、过度的作用。因此，高校常规教育的特点指保持原高校教育系统的特点，消除了高校教育系统运行过程中的不足，而正常运行的系统并没有复杂化，且没有引入新的缺陷因素改善教育效果。在这个教育过程中，高校系统内各子系统、孙系统和各部件能利用现有的教育资源和知识实现有用的功能，教育系统具有自我服务功能，教育各子系统能够充分实现有用功能，并能够合理、智慧的利用和选取教育材料或物质，在运行过程中各个系统自我消除有害因素的影响。概言之，高校教育问题是指高校教育系统运行初始状态空间与教育系统的目标状态空间基本一致，高校教育系统的未知知识空间趋近于零。事实上，这样的预期与实际效果常常存在差异，高校教育系统中杂多子系统都可能存在变数，从而造成教育理想状态被打破，使高校教育问题复杂化，也就是说产生高校教育创新问题。因此，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。

其一，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)［3，4］。针对高校系统，则需要从学生、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，并用来指导实际的复杂教育问题求解过程(笔者目前尚未发现有此标准和原理)。

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。高校教育是个复杂的系统教育工程，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，并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它各级子系统之间的相互作用和所处地位，如需要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)，设计教育问题需要改善和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需要解决的主要矛盾，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。如果在上述阶段确定了高校教育主要矛盾，并锁定了矛盾发生的区域，而且在既定区域内查找对应的成熟的教育原理和标准，能够解决教育创新问题，则教育创新问题在分析阶段就得到解决;但如果通过分析，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，并依据主要矛盾扩大引起变化的研究领域，借鉴其它相近或相关学科的成熟原理、系统进化路径和创新设计等，尤其是选择这些领域中与教育新问题的设计过程相符合的原理和标准，并把这些选择的原理与成熟的教育原理、系统进化路径和创新设计等进行类比，重新设计的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，也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实现的进化路径。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，从中选取最佳方案解决问题。根据教育系统以及教育问题的演化趋势、路径或模式，才可以预测下一时期需要解决的主要教育问题，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，教育理想水平的实现。通常情况下，仅通过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是多个层面共同作用的结果，从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，以致于提出的对策。所以，教育创新过程中要实现教育理想需要回到原点界定问题阶段，这个过程也促进了教育的创新。

［1］皮成功，别超，侯光明.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):15 ～20.

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

［3］G S A ltshuller.And Suddenly the Inventor Appeared［M］.Technical Innovation Center，INC，Worcester，1996.

［4］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).