第３５卷第２期 技术与 创新管理 Ｖ０１．３５ Ｎｏ．２ ２０１４年０３月 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ Ｍａｒ．２０１４ 【高等教育与研究】 基于ＴＲＩＺ理论的卓越工程师创新教育培养模式的研究 蒯苏苏 ，李新城 ，陈寒松 ，朱长顺 ，黄 舒 （１．江苏大学机械工程学院，江苏镇江２１２０１３；２．江苏大学工业中心，江苏镇江２１２０１３） 摘要：本科阶段“卓越工程师教育培养计划”应以创新教育为理念，当前高校开设的机械原理及设计课程，主要涉 及产品详细设计阶段的内容与方法，对产品创新实现规律涉及甚少，为解决学生创造力和创新思维培养的问题，根 据ＴＲＩＺ理论的冲突、进化和效应三模块，通过对工程方案的分析，预测未来发展趋势，制定合适的战略，指导学生 创新性的解决所遇到的发明问题，研究结果显示，技术创新满足机械类专业“卓越计划”要求的考核与评价标准，形 成了新的理论教学、实验教学、实践性教学环节相融合的模块化教学模式。 关键词：卓越工程师；发明原理；创新教育；评价 中图分类号：Ｇ ６４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７３１２（２０１４）０２—０１４９—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔｈｅ ＴＲＩＺ Ｔｈｅｏｒｙ ＫＵＡＩ Ｓｕ—ＳＵ ，ＬＩ Ｘｉｎ。ｃｈｅｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｈａｎ．ｓｏｎｇ２，ＺＨＵ Ｃｈａｎｇ—ｓｈｕｎ ，ＨＵＡＮＧ Ｓｈｕ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｉｆａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：“Ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｐｌａｎ”ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒａｄｕａｔｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｕｎｉ— ｖｅｒｓｉｔｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ＣＯＵｒＳｅＳ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｖｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｅｔａｉｌ ｄｅｓｉｎｇｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｓｅｌｄｏｍ ｉｎｖｏｌｖｅ ｃｒｅａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ“ＴＲＩＺ”ｔｈｒｅｅ ｍｏｄｕｌｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｎｆｌｉｃｔ，ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃｉｅｎｃｅ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃａｓｅｓ，ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ，ａｎｄ ｍａｄｅ ｓｏｍｅ ｒｉｇｈｔ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｔｏ ｄｉｒｅｃｔ ｓｔｕｄｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｉｎｎｏ— ｖａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ“ｅｘｃｅｌｌｅｎｃｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ”ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ａ ｎｅｗ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｅｏｒｙ ｔｅａｃｈｉｎｇ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｕｌｒａ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｔｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ；ｉｎｖｅｎｔｉｖｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｅｄｕｃａｔｉｏｎ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ １ 引 言 使学生在竞争中取得技术上的领先优势，成为名副 其实的卓越工程师。 “卓越工程师教育培养计划”旨在培养造就一 大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量 ２基于ＴＲＩＺ理论的新的理论教学、实验、 工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设 实践性教学环节相融合的模块化教学模 创新型国家和人才强国战略服务。本文在创新方法 式 的最新理论研究前沿上，以创新教育为理念，通过对 当前大学开设的机械原理及设计课程，主要涉 案例的分析，预测未来发展趋势，制定合适的战略， 及机构学、运动学、动力学的内容和理论；讲解机械 收稿日期：２０１３—１２—１０ 基金项目：江苏大学国家实验教学示范中心教改项目（项目编号：ＺＸＪＧ２０１２００７） 作者简介：蒯苏苏（１９５８一），女，江苏吴江人，高级实验师，主要从事机械原理及设计实验教学的工作 ・１５０・ 技术与 创 新 管理 第３５卷 零件、减速器详细设计的内容与方法；对产品创新实 现规律涉及甚少。为解决学生创造力和创新思维培 养的问题，本科阶段卓越工程师教育培养计划应以 创新教育为理念，学习工艺知识，增强实践能力，提 高综合素质，坚持以能力培养为核心的原则，突出特 色，根据ＴＲＩＺ理论的冲突、进化和效应三模块¨ ， 指导学生创造性的解决所遇到的发明问题 ｊ，用 １００个科学效应提高创新水平，具有理论深度和广 ④测控仪器、智能小车开发８０学时，２学分。ＴＲＩＺ 理论机械创新设计工程训练教程，在我校认识实习、 公选课和创新课程中普遍使用 ｊ。对于一个工程 问题，当学生无法直接找到对应解时，可以先将此问 题转换并表达为一个ＴＲＩＺ的问题。然后利用ＴＲＩＺ 体系中的理论和工具获得ＴＲＩＺ的通用解，最后将 通用解转化为具体问题的特解，并在工程问题中加 以实现，从而解决发明问题０ 课程组老师在教学实践中，将产品创新的核心 度，７６个标准解法，启迪创新设计思维，设计软件辅 助，提升创新设计效率，工程案例丰富，强化实际操 作能力，形成一种新的理论教学、实验、实践教学环 节相融合的模块化教学模式。 ２．１在教学中应用４０个发明原理 实践性教学包含了机器人技术公选课、创新课 程、机械原理课程设计、机械设计课程设计、毕业设 即产生新的工作原理过程具体化，并提出了规则、算 法与发明原理指导学生在实践中创新。 基于ＴＲＩＺ理论的慧鱼机器人创意设计公选 课，在对机械类专业学生开课时，教师首先要培养学 生的创意，通过对ＴＲＩＺ中４０个发明原理的讲解，布 置学生动手搭建一个三自由度机械手，引导学生使 用第３个发明原理——局部质量，深刻认识局部质 计等，目前已开设的创新课程有：①机电产品创意设 计８０学时，２学分；②产品数字化设计制造８０学 时，２学分；③机电模型搭建与控制８Ｏ学时，２学分； 量含义的三层描述，表１是通过对机械手需求功能 分析，从发明原理中激发出的创意。 表１ 三轴联动工业机器人的发明原理 为实现机械手堆垛的功能，通过直线轨迹、圆弧 轨迹的分析，引用了电气机械技术，采用电子方式测 根据ＴＲＩＺ中组成系统的完整性定律：一个完整系 统必须由四部分组成：能源装置、传动部件、执行机 构、控制装置，学生根据图１的进化定律一，迅速有 了自已的创意，设计的六足行走机器人的核心技术 包括：能源装置采用直线电机、传动部件采用两组定 轴轮系，每组轮系由５个齿数为３０的齿轮啮合、执 行机构的六只脚分别使用曲柄摇杆机构，模拟昆虫 的行走方式“三步态”，就是其中三条腿（一侧的前、 后腿和另一侧的中间腿）总是同时离地，接触地面 的三条腿形成稳定的三角形结构。控制采用ＲＯＢＯ 控制器、ＲＯＢＯＰｒｏ图形化程序，根据需要控制脉冲 量路经，由信号根据实际需要对控制对象进行编程， 自动实行空间任意位置的定位，通过ＲＯＢＯＰｒｏ图形 化编程 Ｊ，控制运动轨迹，模型的演示最终实现机 械手垂直或圆弧面堆垛。学生经过机器人技术公选 课的学习，培养了创新能力。 ２．２ ＴＲＩＺ中的Ｓ曲线和进化定律在创新课程中 的应用 对非机类专业（医学检验、光信息等专业）学生 开设创新课程，学生不仅要完成公选课的题目，还要 增加探索机器人和仿生机器人的内容，例如六足行 走机器人，它在ＴＲＩＺ进化模块的Ｓ曲线中处于成长 期，仿生技术可从结构上的进化模式与进化路线引 导学生尽快发现新的核心技术，向理想解方向进化。 信号，实现自动行走的姿态。 由于公选课、创新课程的学习，学生在课外实践 中得到了理论在实践中应用的亲身经历，掌握了机 械创新设计和开发新产品的基本方法，展示了自已 第２期 蒯苏苏等：基于ＴＲＩＺ理论的卓越工程师创新教育培养模式的研究 ・１５１・ 图１技术系统组成 的创新作品。 从机械、电气和计算机多学科交叉融合工程技 术中，ＴＲＩＺ理论对学生进行了科技知识的启蒙，学 生学到了仿生技术、传感技术、计算机技术以及机器 人技术等，通过创造性思维训练提升了创造力，为卓 越工程师必须具备的工程素质奠定了基础。 ２．３ ＴＲＩＺ推荐的效应在毕业设计中的应用 毕业设计（论文）是高校人才培养方案的重要 组成部分，是培养学生综合运用专业知识、理论和技 能，分析解决实际问题和养成初步科学研究能力的 一个重要环节。以饲料业为例，对饲料混合均匀度 的测量方法有很多，但尚无统一的标准 Ｊ，我国希 望能在混合机法规成为“行业标准”之前，确定一种 最佳测试方法。教师在指导模具专业学生毕业设计 时，用ＴＲＩＺ中效应模块的单一效应模式实现需求 功能，指导学生应用韦森堡效应传递切向、法向应 力，由于搅拌混合物有爬杆效应，只需对已有单螺 带、双螺带搅拌颗粒进行虚拟分析，寻找一种新型螺 带，不必进行复杂机构的设计。学生正确的定义问 题后，可沿着混合原理的方向去寻找理想解，见图 ２。借助Ｍａｔｌａｂ／Ｐｒｏ—Ｅ建立螺带物理模型，分析虚 拟混合机不同优化方案的混合效果，优选出左右内 外反螺旋双螺带方案逼近了理想解。根据理想解加 强对一种、多种饲料混合均匀度测量准确度的监控。 由于选题联系生产科研实际，以ＴＲＩＺ推荐效应设 计的方案具有创新性，在准确的论点上进行分析论 证，提高了综合运用能力和新产品设计能力。 图２基于ＴＲＩＺ的解搜索策略示意图 ３建立和完善满足机械类专业“卓越计划” 要求的考核与评价标准 机械学科与其他学科的显著区别在于它的实践 性、集成性和创新性 。但是机械学科分许多子学 科，因为学生所学专业不同，所以对他们的要求侧重 点也不同，图３是我校近三年部分实验、实践性教学 的统计图，其中对全校机械类、近机类、非机类专业 必修的机械原理及设计实验有１学分；对机械类学 生进行ＵＧ培训发放美国微软公司证书，作为数控 技术、逆向工程的先期训练；对大学全专业大二的学 生开设机器人技术的认识实习和公选课，作为学生 参加全国大学生各类大赛的先期训练；对机械类、近 机类学生开设的激光打标实践，使学生掌握ＴＲＩＺ 的第七条进化路线，“由宏观系统向微观系统进 化”，了解激光加工解决对物体基本粒子状的精密 加工，是先进制造技术的最新状态，正处于成长期。 ３ ３ ２ ｜＜２ １ １ 图３ ２０１ １—２０１３年江苏大学机械原理及设计 实验、实践性教学统计 综合性大学培养卓越工程师要设立正确的评价 体系，将学生在课内教学、课外实验、实践所获的学 分、参加校级、省部级、国家级创新大赛并获奖，在毕 业设计环节，开展大学生科研活动，将发表论文、申 报专利等方面取得的成果、毕业设计论文作为满足 “卓越计划”创新要求的主要考核与评价指标。表２ 是我校近三年实行ＴＲＩＺ理论教学现状评分标准。 学生只要满足分类中的１、２、３项或１、２、４项，就可 获得卓越工程师所需的创新学分，当学生通过三年 校内学习和一年企业顶岗实习，修完本科学分，达到 美国《华盛顿协议》提出的工程专业教育标准和工 程师职业能力标准，学校应发放通过工程教育专业 认证的资格证书。 ＴＲＩＺ理论作为大学机械类专业的必修课，在课 堂教学中根据各个专业的培养目标，将ＴＲＩＺ方法 的普及、软件应用和教学实践作为教学活动的切人 点，在机械设计、机械原理、工程图学、现代机械设计 ・１５２・ 技术与 创 新 管理 第３５卷 方法等课程中，通过在传统课程设计内容上增加创 新设计内容，而这些课程设计的实践课程采用ＵＧ、 ＡＤＡＭＳ、ＣＡＴＩＡ、ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ、ＡＮＳＹＳ等软 件培训、单片机培训、机器人培训等众多方式，培养 表２ ＴＲＩＺ理论教学现状 学生在实践过程中正确对待技术系统中存在的冲突 造基础等核心课程中，通过在传统课程设计内容上 和发明问题，提出创新性解决方案，其知识级别达到 ２级以上。同时ＴＲＩＺ作为创新工具，在机械ＣＡＤ／ ＣＡＭ、逆向工程、数字化设计与制造、机械设计基 增加创新设计内容，有效培养学生的工程实践能力 和创新能力，同时在软件培训、企业顶岗实习与毕业 设计中注重行业工程标准与创新，使学生成为具备 实际工程背景的应用型创新人才。 参考文献： ［１］ 蒯苏苏，马履中．ＴＲＩＺ理论机械创新设计工程训练教 程［Ｍ］．北京：ＪＬ京大学出版社，２０１１． ［２］恒润华．ＴＲＩＺ及应用——技术创新过程与方法［Ｍ］． 础、机械工程基础、精密机械设计、机械制造基础、材 料成形学等课程教学中，可以用一个原理或一个方 法举出不同的工程实例，甚至相反的例子，使学生的 思维更活跃。也可以在用传统方法分析一个案例 后，利用ＴＲＩＺ理论或ＣＡＩ技术进行再分析，使学生 的创新意识得到加强，同时在学习中申请获取较多 的国家发明专利和实用新型专利。 北京：高等教育出版社，２０１０． ［３］余江鸿．培养机械类工程人才创新能力的思考［Ｊ］．中 国科教创新导刊，２０１２（１ １）：２５． ４ 结语 ［４］蒯苏苏，陈寒松，孙明权，等．慧鱼智能化立体旋转停 卓越工程师教育培养计划以创新教育为理念， 课堂教学、实验教学和实践性教学三环节应根据各 个专业的培养目标，形成新的理论教学、实验、实践 车库的创新设计［Ｊ］．机电工程技术，２０１３（８）：８１— ８５． ［５］朱宏．新型卧式双螺带混合机设计［Ｄ］．镇江：江苏 瑞．机械专业卓越工程师校企联 教学环节相融合的模块化教学模式。ＴＲＩＺ理论机 大学，２０１２． 械创新设计为培养卓越工程师的必修课，慧鱼机器 人创意设计公选课和创新课程则是工程方案实现的 ［６］ 沈豫浙，王成军，张２６７—２７１．２８０． 合培养模式构建研究［Ｊ］．技术与创新管理，２０１３（３）： 最佳载体，在机械设计、机械原理、工程图学、机械制
