【正文】 。 計算機(jī) 類課程主 要講授的內(nèi)容 ,不容易理解。改革教學(xué)內(nèi)容的關(guān)鍵是與學(xué)生的實(shí)際情況相關(guān)，并與實(shí)踐相結(jié)合。 第一 .改革教學(xué)內(nèi)容 ,強(qiáng)化創(chuàng)新意識的培養(yǎng) 24 改革教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識。而重大的創(chuàng)新則必須充分挖掘和利用行業(yè)外的知識，即所謂的“創(chuàng)新設(shè)計所依據(jù)的科學(xué)原理往往屬于其他領(lǐng)域”。 表 創(chuàng)新活動等級表 發(fā)明創(chuàng)造級別 創(chuàng)新的程度 實(shí)例 當(dāng)前專利在該級別所占比例 創(chuàng)新的知識來源 參考解的數(shù)量 1 明確的解 重型卡車取代輕型卡車 ,隔熱墻的出現(xiàn) 32% 個人知識 10 2 少量的改進(jìn) 可調(diào)整傾斜度的方向盤 45% 公司內(nèi) 100 3 根本性的改進(jìn) 鼠標(biāo)的出現(xiàn) ,自動傳動代替機(jī)構(gòu)傳動 18% 行業(yè)內(nèi) 1000 4 全新的概念 內(nèi)燃機(jī) ,集成電路等的出現(xiàn) 4% 行業(yè)以外 10000 5 發(fā)現(xiàn) 計算機(jī) ,蒸汽機(jī) ,激光 ,晶體管的發(fā)現(xiàn) 1% 所有知識 100000 根據(jù)這一分類 : (1)目前 77%的專利屬于一級和二級創(chuàng)新，而通過 TRIZ的實(shí)際運(yùn)用，將可以幫助發(fā)明 者將創(chuàng)新提高到三級和四級的水平； （ 2） 95%的發(fā)明專利利用的是行業(yè)內(nèi)的知識； （ 3） 低于 5%的極少數(shù)專利的發(fā)明用到了行業(yè)外及整個社會的知識。 TRIZ與 創(chuàng)新活動的關(guān)系 通過對大量發(fā)明專利的研究，阿奇舒勒提出了有關(guān)發(fā)明創(chuàng)造的基本規(guī)律： 第一，不同領(lǐng)域的發(fā)明涉及的理論大部分是被反復(fù)利用的； 第二，發(fā)明的原理和方法往往是融合了各個工程領(lǐng)域的內(nèi)容； 第三，類似的沖突與解決原理在不同工業(yè)及科學(xué)領(lǐng)域交替出現(xiàn)； 第四，技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式在不同科學(xué)領(lǐng)域交替出現(xiàn)。創(chuàng)新思維方式主要有縱向深人的精細(xì)思維、歸納總結(jié)的宏觀思維、反面求索的反向思維、異同轉(zhuǎn)化思維、分合翻新的分合思維、誘發(fā)想象的啟發(fā)思維、對應(yīng)聯(lián)想的聯(lián)想思維、直覺觸發(fā)的靈感思維、收斂求同的定向思維等。表現(xiàn)為邏輯思維和非邏輯思維兩種基本類型。22 第 四 章 TRIZ 理論的創(chuàng) 新性原理及在教學(xué)中的應(yīng)用 TRIZ 與創(chuàng)新 創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法及其過程 創(chuàng)新思維是反映事物本質(zhì)屬性和內(nèi)、外在聯(lián)系，具有新穎的廣義模式的一種可物化的心理活動，也可通俗理解為 :人們從事創(chuàng)新時頭腦中發(fā)生的思維活動，其具有主動性、目的性、預(yù)見性、求異性、發(fā)散性、獨(dú)創(chuàng)性、突變性等特征 。因此，必須把個體的知識轉(zhuǎn)換成公有的、有組織的、可共享的知識。但是， 專利涉及的領(lǐng)域和數(shù)量層出不窮，如何在有限的時間內(nèi)征服如此巨大的信急量 ?如 何在浩瀚的知識海洋中尋找有用的知識 ?全靠人力為之，真可謂大海撈針，而且面對越來越加快的知識更新速度，人腦已經(jīng)無法有效地?fù)?dān)當(dāng)海量知識的記憶載體和處理中樞 。而充分利用專利知識進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，能節(jié)省我們 60%的研發(fā)時間和 40%的研發(fā)資金投入。尤其是專利知識已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新最主要的知識來源之一。 TRIZ 揭示了創(chuàng)新實(shí)踐的規(guī)律，總結(jié)了求解創(chuàng)新問題的分析方法和解決方法，是指導(dǎo)人們進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐的理論基礎(chǔ)和方法論。 CAI教學(xué)并不都是老師演示學(xué)生去看，它往往需要學(xué)生直接的參與，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話功能，尤其目前網(wǎng)絡(luò)、 Inter的出現(xiàn)，更需要學(xué)生掌握計算機(jī)各方面的知識，學(xué)生不但能從教師那里直接獲取知識，更重要的是學(xué)會自己從計算機(jī)上查詢各種知識，從中獲取有益于自己學(xué)習(xí)的東西，不被那些影響自己學(xué)習(xí)的信息所干擾，而這恰恰是我國中小學(xué)生所缺乏的一種能力，有的學(xué)生要么死學(xué)知識，缺乏計算機(jī)輔助的能力，要么走向另一極端，被計算機(jī)中游戲等信息干擾，迷失學(xué)習(xí)的方向，反而影響了學(xué)習(xí)。由此可見，一個學(xué)校不但有好的硬設(shè)備，更須好的軟件，同時有專門操縱這些機(jī)器的專業(yè)技術(shù)人員，更主要的是加強(qiáng)對計算機(jī)輔助教學(xué)的教師的培訓(xùn)，讓全體教師真正會用 CAI，會自己編寫 CAI課件，來為各科教學(xué)服務(wù)。由于我國各學(xué)校計算機(jī)的配置不同，根本不可能有統(tǒng)一的 CAI課件，甚至有的地方?jīng)]有計算機(jī)，無法開展 CAI，當(dāng)然，對于發(fā)達(dá)地區(qū)，各個學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)不僅配備高標(biāo)準(zhǔn)的計算 機(jī)硬件，同時亦應(yīng)配備高質(zhì)量的計算機(jī)軟件，只有硬件、軟件相結(jié)合，才能提高學(xué)校的電化教學(xué)水平。 (4)CAI課件能否象教材那樣推廣，這似乎要難得多。 (3)由于受傳統(tǒng)的教學(xué)觀念的影響，各學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和教師對 CAI認(rèn)識不夠，致使 CAI流于形式、表面，根本無法起到它應(yīng)有的作用。作為教師，如果想用計算機(jī)來演示某個知識點(diǎn)，而手里又沒有現(xiàn)成的、適用的 CAI課件，只好自己動手去做，而一般的非計算機(jī)專業(yè)的教師很少會自己編寫，即使會也須花費(fèi)大量的時間去準(zhǔn)備，從而影響了其使用的積極性。 (2)缺乏高質(zhì)量的 CAI課件是目前 CAI不能普及的一個重要原因。這是傳統(tǒng)教學(xué)方法 無論如何 無法比擬的，但 CAI畢竟是人按照課件去編寫的，雖然它也有個別化教學(xué)、人機(jī)對話等特點(diǎn)，但畢竟拘于某種格式，且在情感等方面也無法與傳統(tǒng)教學(xué)相比。 (1)CAI改變了傳統(tǒng)教學(xué)的單純的講解、歸納，用比較生動、形象的動畫、聲音等效果，直觀地把教學(xué)中某一過程描繪出來，一方面提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，另一方面提高了教師20 的勞動效率。 CAI 的特點(diǎn)與難點(diǎn) 隨著計算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，輔助教學(xué)的手段也 在 不斷 的 提高，計算機(jī)是現(xiàn)代化教學(xué)的重要手段，計算機(jī)輔助教學(xué)（ CAI）是教學(xué)改革的必然趨勢和潮流，它必將在傳統(tǒng)的教 學(xué)領(lǐng)域掀起波瀾壯闊的變革，尤其是近 些 年來計算機(jī)多媒體的出現(xiàn)，更以它的圖文并茂的動畫、靜態(tài)影像、聲音、音效、音樂等多種效果，深深地吸引了廣大教師和學(xué)生，使教學(xué)效果 得到了顯著 的 提高。此外，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理工作，系統(tǒng)中最好配置 CMI軟件。課件的開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境可共存在一個計算機(jī)系統(tǒng)上，也可分立于不同的計算機(jī)系統(tǒng)上。例如，有些多媒體課件的播放系統(tǒng) 可以 單獨(dú)預(yù)先安裝在操作系統(tǒng)中；網(wǎng)絡(luò)工作站中安裝的 WWW瀏覽器常被用做網(wǎng)上課件的執(zhí)行系統(tǒng)，等等。一般把硬件和系統(tǒng)軟件稱為 CAI的運(yùn)行環(huán)境，在國外又稱為授送系統(tǒng) (delivery system)。 (7)CMI(Computer Managed Instruction)計算機(jī)管理教學(xué) CMI指的是以計算機(jī)為主要手段所進(jìn)行的教學(xué)管理工作，包括用計算機(jī)幫助教師監(jiān)測評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，收集反映學(xué)生學(xué)習(xí)的各種信息，提供幫助教學(xué)決 策，指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，存放和管理教學(xué)計劃及學(xué)生成績記錄，等等。 (6)CAT(Computer Assisted Training)計算機(jī)輔助訓(xùn)練 CAT指的是計算機(jī)在職業(yè)技能訓(xùn)練中的應(yīng)用。 (4)CBI(Computer Based Instruction)計算機(jī)化教學(xué) CBI通常也可作為 CAI的同義詞，但作為較高程度的計算機(jī)支持教學(xué)應(yīng)用。 (3)CAL(Computer Assisted Learning)計算機(jī)輔助學(xué)習(xí) CAL通?？勺鳛?CAI的同義詞，但 CAL強(qiáng)調(diào)的是用計算機(jī)幫助學(xué)生的學(xué)習(xí)。 (2)CAI(Computer Assisted Instruction)計算機(jī)輔助教學(xué) CAI指的是以計算機(jī)為主要教學(xué)媒介，輔助教師所進(jìn)行的教學(xué)活動。 (1)CBE(ComputerBased Education)計算機(jī)輔助教育 CBE指的是以計算機(jī)作為主要媒介，以多媒體技術(shù)為主要 工具，輔助教師進(jìn)行各種教育活動，主要研究應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行教育、教學(xué)、教學(xué)管理及其行政管理工作。 CAI既可看成計算機(jī)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，又可視為程序教學(xué)中采用的教學(xué)機(jī)的發(fā)展，代表一種新的程序教學(xué)形式。 （ 5） 80年代末以后 80年代末和 90年代初，多媒體計算機(jī)的出 現(xiàn)，被稱為計算機(jī)的一場革命，它具有能夠 綜合處理文字、圖像、聲音、圖形的能力，顯示了計算機(jī)在教育方面的非凡才能，很快成為CAI發(fā)展的重要方向。開發(fā)的科目除了數(shù)學(xué)，物 理之外，在醫(yī)學(xué)、語言學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、音樂等多種學(xué)科領(lǐng)域均開展了 CAI的應(yīng)用。斯坦福大學(xué)在 1966 年研制了 IBM1500教學(xué)系統(tǒng)。如： PLATO系 統(tǒng)。 （ 1） 19581965年 這是 CAI發(fā)展的初期階段。 美國是進(jìn)行計算機(jī)輔助教學(xué)研究和應(yīng)用最早的國家，所以 CAI的歷史基本上是以美國 CAI發(fā)展歷史為主線。良好 的寫作系統(tǒng)和開發(fā)工具是提高 CAI課件開發(fā)效率的關(guān)鍵。由課件設(shè)計者根據(jù)教學(xué)要求用 CAI寫作工具或計算機(jī)語言編制而成。在具體的教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容表達(dá)的需要 和教學(xué)目的的要 求，需要在同一課程不同的內(nèi)容或不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中交叉使用這些教學(xué) 式。 17 第三章 TRIZ 與信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物 —— 計算機(jī)輔助創(chuàng)新技術(shù) CAI TRIZ仍在不斷地發(fā)展中，隨著信急技術(shù)的不斷發(fā)展，一門以發(fā)明創(chuàng)造問題解決理論(TRIZ)為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、語義處理技術(shù)、專利分析技術(shù)、多領(lǐng)域科學(xué)知識以及 計算機(jī)軟件技術(shù)等綜合而成的新興技術(shù) —— 計算機(jī)輔助創(chuàng)新技術(shù) CAI(Computer Assisted Instruction)已經(jīng)出現(xiàn)，并迅速在國內(nèi)外開始推 廣應(yīng)用。由此可得， TRIZ推薦的發(fā)明原理有助于解決問題的評價模糊集 B=A176。 R是由所有對單因素 u1,u2的評判的模糊集組成的： r11 r12 ? r1m R= R21 r22 ? r2m (23) 由于 u1,u2 兩個單因素的地位未必相等，所以對這兩個因素加權(quán)。判斷集為 V ={v1,v2,? ,vm},vi 為 表示 TRIZ推薦的第 i條發(fā)明原理。為了便于計算，設(shè)∑ yi=10,yi可以按照式（ 21）計算： yi=10xi/(4n) (21) 利用模糊綜合評判法 TRIZ的推薦原理做出綜合的決策。在編程中可以設(shè)置推薦原理計數(shù)器，每一條原理出現(xiàn)一次記錄一次，將所有 TRIZ的推薦原理記錄。對于不足以構(gòu)成沖突沒有給出推薦原理的，認(rèn)為推薦原理是四個“ 0”。 按照傳統(tǒng) TRIZ，對于每一對沖突 TRIZ 推薦的原理是 1～ 4 個。每一個原理都可能對問題的決是至關(guān)重要的，但是使用者很難確定那些原理確實(shí)能夠解決特定問題。 初始問題 問題解 圖 ARIZ 算法流程 尋找問題特定解的方法探索 的沖突理論似乎是產(chǎn)品創(chuàng)新的靈丹妙藥，實(shí)際在應(yīng)用該理論之前的前處理與應(yīng)用之后的后處理仍然是關(guān)鍵 的問題。 ARIZ 算法流程如圖 所示。 (5)如果矛盾不能解決， 調(diào)整或者重新構(gòu)建初始問題模型 。 15 (3)定義最終理想解與物理矛盾 。 該算法主要包含 6個模塊 : (1)情境分析，構(gòu)建問題模型 。當(dāng)復(fù)雜問題沒有明顯的矛盾沖突，不能直接依靠矛盾矩陣或物質(zhì)場分析解決，利用 ARIZ算法對其分步進(jìn)行分析并構(gòu)建矛盾。 ARIZ(Aigorithm for Inventive— Problem Solving)稱為發(fā)明問題解決算法 ，是 TRIZ理論的核心分析工具。如果方案庫里已有的數(shù)據(jù)能夠用于該問題則是有標(biāo)準(zhǔn)解；如果已有的數(shù)據(jù)不能解決該問題則無標(biāo)準(zhǔn)解，需等待科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 ARIZ中，創(chuàng)新問題求解的過程是對問題不斷地描述，不斷地標(biāo)準(zhǔn)化的過程。那么 Ideality理想化水平越高，系統(tǒng)的復(fù)雜程度越高，創(chuàng)新的級別也就越高。為了描述系統(tǒng)的理想水平，所以采用公式 (25)： Ideality= ∑ U1 ∑ H1 (25) 其中， Ideality 是指理想水平； U1 是指系統(tǒng)的有用功能，包括能使系統(tǒng)發(fā)揮作用的所有有價值的功能； H1是指系統(tǒng)的有害功能，它包括不希望的費(fèi)用、能量消耗、污染和危險等全部對系統(tǒng)有害的功能。這個具有理想功能的系統(tǒng)被稱為理想最終解（ Ideal Final Result）。 理想法則與理想最終解 理想法則是一種非?？茖W(xué)的分析方法，為設(shè)計者指明解決發(fā)明 問題的設(shè)計目標(biāo)，確保設(shè)計方向的正確性。任何技術(shù)系統(tǒng)都可以不斷地朝向理想化的境界邁進(jìn)，也就是說系統(tǒng)可以不斷地變得更可靠、更簡單、更有效。為了方便一般解選取，常將 76個標(biāo)準(zhǔn)解共分為 5類： (1)不改變 或少量改變以改進(jìn)系統(tǒng) (13個解 )； (2)改變系統(tǒng) (23個解 )； (3)系統(tǒng)傳遞 (6個解 )； (4)檢測與測量 (17個解 )； (5)簡化與改進(jìn)策略 (17個解 )。這些標(biāo)準(zhǔn)解法共有 76個，即 76個標(biāo)準(zhǔn)解。然后，根據(jù)所建立的功能模型，用 Altshuller所提出