以TRIZ 理论为导向的“三维机械设计”课程改革探究*

郜海超

（河南应用技术职业学院机电工程学院，河南 郑州 450042）

0 前言

2015 年5 月，国务院正式印发《中国制造2025》，指出实现制造强国的战略目标， 这是从国家层面第一次对机械行业尤其是对机械专业人才培养的质量， 提出了明确的要求[1]。2019 年1 月，《国家职业教育改革实施方案》（职教20 条） 进一步明确了当前职业教育要注重培养创新能力和工程实践能力[2]。 因此，改革机械设计与制造专业的“三维机械设计”课程传统教学模式，注重创新创造能力和工程实践能力培养，是当前创新教育改革的方向。 TRIZ理论是培养创新创造能力的重要工具[3]，如何把TRIZ 理论引入“三维机械设计”课程教学中，是本文探讨的课题。

1 “三维机械设计”课程简介

课程体系的改革是培养模式改革的载体[4-5]，“三维机械设计”课程是机械设计与制造专业的专业基础课，属于计算机辅助设计与制造课程，软件的操作和机械零部件、装配件的创新设计是课程教学的主要内容。 调查发现，传统的教学模式主要是通过花大量时间训练教材给出的图例和练习册达到熟悉软件命令的目的， 这种教学模式使学生掌握了软件的大部分功能， 但忽视了三维软件的巨大创新功能，当学生遇到想做的没有尺寸的零部件时，不知如何下手。 针对这种情况，笔者认为在课时恒定的情况下，应把创新理念培养，针对性零件建模作为课程教学的重点。 培养了三维建模的造型基础和利用三维建模表达创新理念的能力， 为学生后继课程设计和毕业设计等课程奠定基础。

2 以TRIZ 理论为导向的“三维机械设计”课程体系

“三维机械设计” 课程是实践性较强的设计操作课程，学时一般为64 学时，合理分配教学学时，以TRIZ 理论为导向，构建“三维机械设计”课程体系。

2.1 优化课程内容，注重创新能力培养

为了培养学生的创新能力， 教学内容上要优化组合，软件的入门学时应控制在16 学时以内，通过入门学时，学生借助实例掌握了如何拉伸、旋转、扫描、放样、零部件的装配。 剩下的学时，把TRIZ 理论引入课程教学中，结合实物展示给学生，让学生借助TRIZ 理论的40 个创新原理、39 个通用参数对实物进行创新设计[6]，锻炼了思维创新能力，在创新时利用新软件命令也得到了很好的应用；课程教学中应深挖学生的创新能力，与技能大赛接轨，和“三维机械设计” 相关的大赛由全国职业院校技能大赛、“发明杯”大学生创新创业大赛、大学生机械创新设计大赛等，学生在课程教学中不但锻炼了思维能力， 作品还能够参赛，有效拓宽了课程的外延。

2.2 加强师资队伍，深化教师创新能力培养

教学方法和教学手段的改进， 可以提高学生学习的热情，若师资队伍创新素质欠缺，这些理论就无法得到实施，因此应加强师资队伍建设，深化教师创新能力培养。教学信息化是提高教师教学能力的手段， 教师通过信息化可以方便展示创新成果、资源共享等，因此教师必须信息化能力达标。 《国家职业教育改革实施方案》（职教20 条）明确提出，新任教师任教必须具有企业一线实践经验， 企业一线实践经验是课程创新的源泉， 没有实践经验的创新很难与实际接轨，作为教授“三维机械设计”的教师应把三维创新设计的成分糅合在教学中，让学生带着实践创新学习软件。

2.3 加强考核评价体系建设

“三维机械设计”课程的软件操作，实践性较强，无论使用了哪一种三维软件，都需要使学生掌握拉伸、旋转、扫描、放样、曲面建模、装配等，由于时间有限，因此需要建立完善的考核评价体系，保证这些命令的掌握。 随着信息化教学资源的采用，教师可以通过爱课程、好大学在线等课程平台，把考核的信息发布到课程平台上，学生上传考核结果，教师对学生每一阶段的学习成果进行检测、评价、优化教学策略等。

2.4 确定创新设计重心地位

创新设计也是“三维机械创新设计”课程教学的第二阶段，同时教学的重心所在。 在创新设计中，教师应该扮演什么角色，教师如何把创新的理念教给学生，学生需要事先具备什么知识储备，等等，这些都要认真探讨。

通过对高职学生的学情分析，高职生缺乏创新思维。如：想出了创新想法，网上一查，这个想法很多年前就有了，因此放弃了创新方向；学生天马行空，想法不结合现实，甚至想出神话色彩，因此遭到否定；同学关心国家大政方针，把机械结构与军事武器，智能家居、5G 技术、人工智能结合起来，这些想法很不错，但操作性不强，无法把这些理念应用到三维机械设计中； 有些同学根据所见所感，对生活学习中的手机、茶杯、课桌、勺子、垃圾桶、面条机等结合起来，这种可操作很高，也比较方便创新。 作为教师，教师应该以实物产品引入课堂，比如老师拿了一个水杯，同学们首先完成水杯的临摹，然后教师提出问题，根据不同年龄阶段对水杯的不同需要， 分组设计不同年龄阶段的水杯，在同一个年龄阶段根据不同兴趣爱好，运动型，古典型，潮流型等，每一个实物在一次课中可以设计几十种不同的改良版，提高了学生的积极性，增长了学生的见识，激发了学生创新意识，同时也把软件的命令也掌握了。 以此引导学生完成创新设计。

调查发现，通过创新课程体系后，前期学生学习的积极性较高，随着课程的进行，学生积极性开始下降。 分析原因发现，普遍对生活能接触到的实物感兴趣，学生因对工业产品的系统性了解较少， 学生只对某一零部件进行机械创新，对零件的材料、受力状况、密封性、空间尺寸限制等不理解，显然无法应用实际。 显然，这些限制正是需要学生必须掌握的。 具体可以通过调整人才培养方案、以实物装配件为载体组织教学。 调整人才培养方案，主要调整“三维机械设计”课程在机械设计与制造专业的位置，原“三维机械设计”为专业基础课，大部分学校把课程安排在第一学期或第二学期， 课程标准设定学习目标为熟练掌握零件操作命令，调整后“三维机械设计”课程包涵熟练掌握三维软件和机械创新设计为专业核心课， 安排在第三或第四学期，这样，学生已经学过机械设计、二维工程图、机械制造等专业核心课，再进行三维机械创新设计，效果显然会很好。

塑造创新理念。 如何培育学生创新思维，是课题组要解决的问题。 教师在教学中起到主导作用，教师的创新思维能力直接影响学生创新思路的形成。 目前许多高校的创新课程主要授课老师为就业处老师或系部主抓就业的领导，他们普遍具备就业创新的思路，容易把国家政策和毕业创业作为教学重点，而忽视了创新要与专业接轨，忽视了实体经济才是创新创业的源泉。 作为高校要培育与专业接轨的创新型人才师资队伍。 TRIZ 理论是一种先进的机械创新理论工具，通过TRIZ 理论可以很容易与专业接轨，因此高校应鼓励教师进修TRIZ 理论等容易与专业接轨的理论体系。 许多教师反应，学习TRIZ 理论时可以根据导师设置的案例做得很好， 但是与专业接轨时只能形神分离。 针对这种问题，笔者建议，机械类专业教师应在TRIZ 理论的指导下，查阅学习大量专利，尤其是同类专利都要阅读完，分析其中的规律，只有在大量阅读的前提下，教师的机械创新思维才能逐渐形成。 上课时，教师把所阅读的专利分类归纳总结，把学生容易理解的专利知识点糅合创新产品中，这样学生才能较容易接受。

“三维机械设计”课程在实施中，首先利用翻转课堂，发挥学生的聪明，每次上课都有一位学生用5 分钟讲他的创新思路，教师根据学生的创新思路作点评，并深挖创新思路，开拓学生思维空间，然后教师引入教学任务，介绍一个组合实物件，讲解用途、使用环境、材料等，然后挑出一个零件作为学生创新载体，零件的尺寸未知，学生可以通过三维扫描获取点云数据逆向再创造，也可以自行确定尺寸，完成零件创新造型，教师巡回指导，辅助学生完成教学任务，最后通过企业工程师点评、小组互评、修正优化，最终完成教学任务。

3 以TRIZ 理论为导向的“三维机械设计”课程改革成果

河南应用技术职业学院紧紧围绕“以质量立校、以人才强校、以特色兴校”的办学理念，秉持“敬业爱生、言传身教”的教风，积极探索出了符合高职院校的创新型人才培养体系，机械设计与制造专业自从2014 年招生以来，一直在深化课程改革，“三维机械设计”是改革的先头兵，全校首次把TRIZ 理论融进专业课，并不断获得丰硕成果。

“三维机械设计”课程为大赛培育了大量的三维机械创新型人才，全国应用型人才综合技能大赛、全国机械创新设计大赛、 全国职业院校技能大赛—工业产品数字化设计与制造赛项、 全国工业产品数字化设计与五轴行赛、“发明杯”大学生创新创业大赛等，获国赛一等奖8 项，其中全国工业产品数字化设计与五轴行赛获一等奖（亚军）；省级一等奖3 项、二等奖5 项；2019 年教师教学能力大赛，“三维机械设计”获河南选拔赛三等奖，通过大赛激发引导学生对学习的热心、信心和求知的恒心，教师也收获创新成果。

4 结语

本文提出以TRIZ 理论为导向的“三维机械设计”课程改革策略，从优化课程内容，注重创新能力培养；加强师资队伍，深化教师创新能力培养；加强考核评价体系建设；确定创新设计重心地位等四个方面诠释如何进行三维软件课程教学，通过实例可以看出，这种改革可以提高学生的创新思维能力、工程实践能力、改进和提高现有产品的能力，激发了学生学习的热心、信心和求知的恒心。