基于TRIZ理论大学物理课程教学与创新教育融合的研究

张秀平 邱敏 曲凤成 皮艳梅 陈佳明 胡冬慧 唐晶 陈燕

摘要：为培养应用创新型人才，文章提出将大学物理课程教学与创新教育融合的观点，并简析了其必要性，探讨了基于TRIZ理论指导下的大学物理教学与创新教育融合的途径、方法和措施，以典型问题进行简要的实例分析。

关键词：TRIZ理论；大学物理教学；创新教育；融合

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）31-0178-02

大学物理是理工专业的专业基础课，是自然科学的基础。教师将大学物理课程教学与创新教育相融合，在有限的课时要求下，以TRIZ理论为指导，有效整合教学资源，合理给本科生“增负”，既可以加强学生的应用能力，也可以培养学生的创新思维，提升应用型人才的创新能力。

一、大学物理与TRIZ理论知识结构的有效融合

TRIZ理論的发明原理包括局部质量原理、等势原理、压力原理、机械振动原理、周期性动作原理、曲面化原理等40个技术创新方法。这些技术创新方法的理解和应用，涉及大学物理包括的力学、热学、电磁学、光学等基础知识。

大学物理课堂教学中，教师非常注重理论与实际的联系，每讲到一个知识，为加强学生的应用能力和实践能力，多与这些知识点在生活和实践中的应用进行融合，增加学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解。如果将知识从解决创新发明的矛盾视角出发进行有效拆分，讲解物理知识的同时将创新实践及理论一并整合，可在理工科的课堂教学中提升学生的创新能力，使学生创新有法可循。

对于二者的融合，并不是简单地将TRIZ理论的发明实例应用到物理原理上，而是结合阿奇舒勒矛盾矩阵，将矩阵中的改善原因与恶化原因和物理原理整合，为学生解决矛盾提供理论依据。就如机械振动可以通过提高振幅（或使物体共振）使振子获得更高能量，增强接触力的作用效果。但同时出现的矛盾是，物体在强力的作用下容易分解和引起运动物体空间长度的增加。因此，在机械振动创新讲解方法时，在物理原理实例讲解中，要提及新的矛盾的出现和处理，从而在课堂教学中逐步使学生的创新思维得以养成。

加强大学物理中场与物质间相互作用的讲解，利于TRIZ理论的“物—场”分析工具进行理解和学习。在TRIZ创新理论中，场与物质的相互作用是难点，通过大学物理，明确场与物质间的相互作用关系，为进一步解决创新设计中的问题创造条件。选取如磁力搅拌、海上石油收集等实例，在大学物理课程中以“物—场”模型进行讲授，使物和场的相互作用以图示的形式表现，更加明晰。同时，课程教学中也有效进行了创新分析工具的使用。需要注意的是，TRIZ理论场包括机械场、声场、热场、电场等，它的概念是广义的，与大学物理中的场有绝对区别。

二、用积极的TRIZ理论思维方法进行课堂教学

引导学生打破思维惯性，就是要教给学生积极的思维方法。在创新思维方法的教学中，教师要明确什么是积极的思维方法，但方法是不可量化的，这需要长时期的接触和应用，要变成一种习惯式的养成。

TRIZ理论常用的思维方法有最终理想解（IFR）、STC算子、九屏幕法、小人法和金鱼法。这几种思维方法在物理模型的建立和物理问题的处理中显示了优越性。

由衡量模型和问题的理想化水平的公式可知，理想化水平与有用功之和成正比，与无用功之和成反比。

物理问题的研究往往忽略次要因素（无用功能），强化主要因素（有用功能），建立在研究理想化模型（理想化水平）的问题上。在基础物理教学中，如果对所有理想化模型的讲解全部建立在理想化水平的公式上，学生自然而然养成最终理想解的思维模式，处理矛盾时，对目标的视觉概念会更加明晰。如对平动物体运动的描述，有用功是平动物体所占的空间位置、运动时间和质量；无用功是平动物体的形状和体积。为了使理想化水平趋近无穷大，将所有无用功去除，便得到质点这一理想化模型[3]。

三、通过有效设计将课程与课外创新资源进行融合

学生在创新过程中，往往并不是受知识的约束，而是受到思维惯性和“听—学—做”传统学习习惯的束缚。让学生多些创新点子，打破惰性思维模式，在课程设计便可多引入创新实例。

创新实例的引入，以短小的网络资源为优。时间短，目的在于利用学生自主学习时间“增负”的同时，不过多占用学生的自主时间。网络资源的优势，其一，将资源转成二维码，变为“移动式”数字化学习资源，不占用更多空间，弱化对执行环境的要求，亦适应学生的手机端。其二，不必花费教师大量时间制作资源，节省教师时间，不会给教师造成过度负担。其三，现有网络创新、发明视频制作效果优良，专业性强，资源丰富，更易引发学生兴趣。其四，为拓宽学生知识视野，深化学生对物理基础知识的学习，亦可引入网易公开课和壹课程等网站的慕课和微课等学习资源。其五，通过资源引入，使课程立体化。

这种“自助餐式”的资源，解放了教师教学时间，既可做到因材施教，资源共享，又可更好地培养学生能力。

四、课程教学与创新型专业实验的结合

传统的大学物理课程讲授注重理论的推导和演算。如果引入外部资源，让更多更有趣的物理实验进入课程，从而提升学生学习兴趣。这里所讲的物理实验，并非全为物理课程实验教学中涉及的实验，还应包括更多的演示实验和制作、设计性实验。资源可以是自己录制，亦可以来自网络。如大学物理中的驻波演示实验，课堂讲授时，多为引入弦驻波的演示动画，虽然直观展现了驻波的产生条件和特点，但是如果引入随音乐控制的火焰驻波演示实验，可让学生感受物理世界的美。当再由一维的火焰驻波到二维的火焰驻波实验，不断让学生在创新思维上产生共鸣和碰撞。同时，结合“网红”模型，在课程教学中引入磁流体制作实验和非牛顿流体制作等小实验。通过创新性实验，在引发学生学习兴趣的同时，助推学生对抽象知识的理解，有效打破学生固有的学习思维模式，提升应用能力和创新能力。

综上所述，以系统的创新理论——TRIZ理论指导大学物理课程教学，在培养学生应用能力的同时，潜移默化地提升学生的创新能力。但这对任课教师亦提出一个新的要求，将课堂教学与创新理论有效融合，不仅要有过硬的专业能力、更广的知识面和现代化教学手段的运用能力，还要对TRIZ理论有深入的研究和探索。

参考文献：

[1]曹福全.创新思维与方法概论[M].黑龙江教育出版社，2009.

[2]张瑞.《微电子工艺》混合式立体化教学研究与实践[D].湖南大学，2010.

[3]张秀平，成国立，刘平，等.TRIZ理论指导下物理教学开展“创新创业”教育问题探析[J].黑河学院学报，2016，（12）.

[4]曲凤成，曹福全.S-TRIZ结构功能分析中功能表述的优化[J].黑河学院学报，2016，（2）.