IV конференция «ТРИЗ. Практика применения методических инструментов»
Специалисты, бакалавры, магистры и методические инструменты ТРИЗ.
Ю.В.Горин. Мастер ТРИЗ, доцент кафедры «Физика» и ТОРП ПГТА, г Пенза.
Последний год был посвящен анализу того, что было хорошего в проблеме «ТРИЗ-ВУЗ» и что было не совсем хорошо. В Пензенской государственной технологической академии (ПГТА) в течение ряда лет апробируется комплексная образовательная программа, целью которой являются разработка и внедрение в практику обучения технологий креативного образования. Анализ опыта, как нашего собственного, так и коллег из вузов России, показал, что приоритет творческого начала в деятельности будущего инженера можно обеспечить только при совмещении обучения творчеству со всем образовательным процессом, от первых лекций в вузе до дипломной работы. Программа предусматривает формирование у будущего инженера умения решать творческие задачи посредством научно обоснованных алгоритмических методик, а не по наитию. В ходе обучения студент овладевает технологией творческого решения инженерных задач параллельно с набором профессиональных знаний умений и навыков. Творческий компонент образованности инженера предполагает наличие у выпускников технических специальностей вузов умений и навыков поиска новых инженерных решений. Выпускники ориентированы на инновационную деятельность. Эта грань деловой квалификации инженера требует, как минимум, двух обязательных компонентов в структуре образованности специалиста с высшим техническим образованием: уверенного овладения основами научной теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и добротного знания «ремесла». Творчество возможно только на базе знаний, при этом профессиональные знания, умения, навыки рассматриваются не в качестве конечной цели образования, а как фундамент и одновременно инструмент решения творческих задач в области техники и технологий. Отметим, что в данной работе слово «креативный» толкуется как «способствующий творчеству».
Первоначально необходимо было проверить осуществимость и работоспособность «креативной вертикали». Руководствуясь принципом «не навреди», в структуру такой вертикали при подготовке инженеров по специальности «Технология машиностроения» мы включили четыре дисциплины: общую физику (1-4ый семестры), историю техники (3-й семестр), алгоритмические методы решения изобретательских задач (АМРИЗ, 5-й семестр), современные методы инженерного творчества (4-й курс). В становлении всей программы приняли участие кафедра физики и выпускающая кафедра «Технология общего и роботизированного производства». Все составляющие были насыщены большим количеством учебных задач.
Стартовой основой вертикали служил четырех семестровый курс «Физика». В эксперименте участвовали потоки будущих инженеров-механиков. Особенностью изложения курса является то, что в первые три семестра акцент переносится на трактовку физики как научной основы техники и технологий. Примеры «физических изобретений» из патентного фонда отбираются так, чтобы продемонстрировать мощь физического знания как эффективного инструмента решения технических задач. Особое внимание уделяется функциональным техническим возможностям изучаемых физических явлений и эффектов. На изучение в последнем семестре были отнесены мировоззренческие аспекты физики, в том числе вопросы эволюции естествознания и последовательность физических картин мира.
Курс «История техники» читался в четвертом семестре. Фактически это был курс истории инноваций в технике. Согласно разработанной нами программе этой дисциплины становление и развитие техники трактуется как проявление объективных законов развития технических систем. Ознакомление с этими законами составляет первый раздел курса. Второй раздел – обзорные лекции по становлению и развитию важнейших научно - технических отраслей (энергетика, материаловедение, электроника, биотехнология, информатика). Прослеживалось действие ЗРТС. В эволюции этих отраслей явно подчеркивается ведущая роль естественных наук: физики, химии, биологии. Ход «технических революций» сопоставляются с последовательным формированием естественнонаучных картин мира. В самостоятельных творческих работах студентам предлагается проанализировать историю и перспективы развития конкретных технических систем (станков, стиральных машин или другой бытовой техники, компьютеров, устройств связи и т. п.) и выявить действие ЗРТС. Третий раздел посвящен эволюции технологий создания новых технических решений.
Учебный курс АМРИЗ вынесен на пятый-шестой семестры. Он состоит из лекционных занятий и практики. Посвящен это курс обоснованию, структуре и сущности эвристических алгоритмов, а также назначению и освоению отдельных стадий таких алгоритмов. В качестве базовой версии изучалась версия АРИЗ-2009, разработанная автором применительно к обучению студентов – механиков, поскольку первая попытка использовать в обучении АРИЗ-85В практически провалилась. Мы отнесли этот провал за счет сложности профессиональной версии АРИЗа. На практических занятиях с использованием банка задач студенты получали практические навыки по реализации рассмотренных на лекции положений. Завершением «креативной вертикали» служил курс «Современные методы инженерного творчества» (доц. А.Д.Нелюдов). С 2005 г. этот курс построен на основе ТРИЗ. В лекциях излагается суть этой науки, подчеркивается эвристическая значимость технических и физических противоречий [1,2]. Особенность курса заключается в нацеленности его на методы синтеза технических систем. Достигается это путем коллективного (в малых группах) и индивидуального решения учебных задач с их последующей проекцией на производственные задачи. Разрешение технических и физических противоречий опирается на использование физических эффектов и явлений.
Системный эффект всей «креативной вертикали» подлежит последующему обсуждению, но описываемый подход представляется перспективным. Во-первых, студент осваивает технологию творчества на младших курсах, и она неминуемо должна «заработать» при изучении специальных дисциплин и в дальнейшем при выполнении дипломных работ. Во-вторых, физика органически входит в структуру ТРИЗ, составляя основу информационного фонда этой теории. На практических занятиях наряду с традиционными учебными задачами (закрепление материала) предусмотрены учебные творческие задачи, решение которых связано с использованием физических эффектов и явлений. Фонд таких задач базируется на патентных материалах [2]. Лабораторный практикум трактовался как изучение системы физических моделей реальных ситуаций в различных областях техники. Анализ результатов и востребованности «креативной вертикали» показал, что при наличии коллектива преподавателей, владеющих ТРИЗ, обучение вполне эффективно. Студенты начинают значительно выше оценивать свои творческие возможности, возрастают самооценка и ценность учебного курса общей физики, формируется желание продолжить занятия. Конечно, такие занятия на начальных стадиях должны вести преподаватели, имеющие соответствующую подготовку и опыт. При обсуждении возможных вариантов введения обучения творческому решению задач целесообразно заранее учитывать, что таких преподавателей в России пока относительно мало. Их надо готовить. Это очень сложная проблема, но ее можно и нужно решать, поскольку формирование творческой личности есть генеральная задача современного профессионального образования. В идеале наличие соответствующих компетенций должно быть предусмотрено квалификационными требованиями к преподавателям. В реальности до этого далеко, но уже настало время для старта. Научные методики обучения творческому решению задач нужно разрабатывать, апробировать, отбирать и вводить в учебный процесс на базе имеющихся ресурсов и с тем составом преподавателей, который есть и который мы сумеем подготовить в ближайшем будущем. Начинать надо бы, конечно, со школы. Необходимы и экспериментальные площадки, и центры методологии творчества, и, главное, понимание того, что проблема подготовки специалистов, ориентированных на инновационную деятельность, назрела, и никто ее за нас не решит. Идеальным конечным результатом было бы формирование такой интегральной компетенции, как профессиональная креативность. Под этим термином мы понимаем качество личности, способствующее комфортному «вхождению» в профессию: способность специалиста оперативно находить и эффективно применять нестандартные, оригинальные творческие решения профессиональных проблем; самореализацию в профессии и удовлетворенность ею; воспитание лидерских качеств личности. Эти качества выступают как базовые компоненты личности, выражая ведущие характеристики процесса ее профессионального становления, отражая универсальность связей с окружающим миром, инициируя способности к творческой самореализации, определяя эффективность инженерного труда. Таким образом, степень сформированности исследовательских, креативных умений и навыков должна служить важнейшим критерием готовности к творческой деятельности и профессиональному совершенствованию будущего специалиста.
Что касается студентов, то мы констатируем, что у абитуриентов ЗУНы по ТРИЗ отсутствуют абсолютно, а познания по естественнонаучному блоку оставляют желать много лучшего. Поэтому преподавателю физики технического вуза всерьёз рассчитывать на школьные знания первокурсников нельзя. Как правило, нет у них и навыков самостоятельной работы, отсутствует системное мышление. В рамках креативной вертикали наряду с усвоением репродуктивных знаний студенты второго – третьего курса фактически впервые соучаствуют в продуктивной работе. Им поручается создание «техпаспортов физических явлений». Такая работа включает физическую картину явления, его природные проявления и примеры из действующей техники. Далее излагаются технические и технологические возможности явления. По примеру техпаспорта электростатики [3]: физическая сущность и происхождение электростатических сил, кулоновское притяжение и отталкивание. Технологические возможности: управление положением и движением частиц, капель, волокон, нитей и т.п., определение зарядов, размеров и скоростей частиц, регулирование теплового взаимодействия со средой, создание сил притяжения и отталкивания между слоями вещества, деформации, ликвидация статического электричества. С этими работами авторы участвуют в научно-технических конференциях студентов. «Техпаспорта» редактируются и включаются в учебно-методическое пособие «Физические эффекты и их применение в технике и технологиях». Но изучать ТРИЗ все-таки лучше со школы….
Итак, креативная вертикаль в инженерном образовании есть, во-первых, непрерывное приобщение к творчеству всех студентов. Во-вторых, обучение одаренных студентов научно обоснованным технологиям творческого решения инженерных задач. Цель проекта - разработка и внедрение в практику инновационных технологий креативного образования. Основу вертикали составлял курс физики [4]. Физика как наука присутствовала в обучении фактически в течение семи семестров, поскольку «История техники» трактовалась как история применения физических знаний в создании новых технических систем и технологий, а в АМРИЗ интенсивно использовался информационный фонд физических эффектов. В рамках креативной вертикали у значительной части студентов формируется непреходящий интерес к инженерному творчеству и к техническим возможностям физических эффектов и явлений. В рамках этого проекта прослойке продвинутых студентов удается привить интерес к самостоятельному решению технических задач с явным использованием знаний по физике. Креативная вертикаль испытывалась при подготовке специалистов в течение пяти лет. Но с осени 2011г нас переключили на подготовку бакалавров. Срок обучения у них – четыре года, физика сокращена до двух семестров. Поэтому последний год был посвящен анализу того, что было хорошо в обучении и в чем мы прокололись. Цель очевидна: сформировать версии креативной вертикали применительно к обучению бакалавров и магистров. При этом предполагалось, что сущность вертикали останется инвариантом. У бакалавров из учебного плана пока исчезла дисциплина АМРИЗ, но остались история техники в прежней версии истории инноваций в технике и современные методы инженерного творчества. В весеннем семестре у механиков-магистров будет курс «Основы ТРИЗ».
В разных группах экспериментально проверялась усвояемость и действенность таких инструментов, как профессиональные знания и умения, тенденции идеальности и использования вещественно-полевых ресурсов (ВПР), законы развития технических систем, приемы устранения технических противоречий, вепольный анализ, стандарты, фонды эффектов, в основном физических, Из методов РТВ оператор РВС рассматривался в версии АРИЗ-2009. ММЧ лишь упоминался. ТРТЛ отсутствовала.
Профессиональные знания и умения. Студенты-механики третьего курса решают учебные технические задачи чуть более профессионально по сравнению с первым курсом. Вместе с тем, начинает сказываться психологическая инерция мышления «технарей», которая является основным НЭ на семинарах с «взрослыми» технологами. Интересно влияние креативного обучения на структуру профессиональных знаний. Студенты-дипломники неизменно подчеркивают роль ТРИЗ-дисциплин в повышении своей технической эрудиции. Разнообразие учебных задач по ТРИЗ способствует расширению кругозора в технике и консолидации профессиональных познаний.
Изложении ЗРТС начиналось с анализа двух тенденций. Это стремление к идеальности и стремление к использованию вещественно-полевых ресурсов системы. Хотя студенты - механики не очень склонны к усвоению абстрактного знания, эти две тенденции усваивались ими великолепно. Система исчезает, а функции – остаются! Эта мысль очень нравится и усваивается надолго. Так же как и мысль о том, что использовать надо то, что есть. Что характерно – на всем остальном блоке учебных задач неизменно по инициативе студентов анализировался вопрос – а насколько контрольный ответ не соответствует критерию идеальности. Здесь, видимо, срабатывает чисто психологический фактор – сознание того, что нам тоже что-то осталось делать… Затем следовал блок непосредственно ЗРТС. Подчеркивалось, что часть из них носит общесистемный характер; выявленные впервые как технические, они оказались вполне справедливыми для систем любого происхождения. Это требование полноты частей системы, динамизация систем, неравномерность развития частей системы, закон энергетической и информационной проводимости, закон перехода в надсистему. Второй блок – пока что чисто технический - согласование ритмики, переход с макро- на микроуровень, веполизация технических систем. Утверждалось, что этот блок, скорее всего, также есть «проекция на технику» более общих законов развития систем, поиск которых интенсивно идет сейчас. Блок законов усваивался отлично, особенно после анализа фактически законченных процессов развития автомобиля с ДВС и стиральной машины.
Приемы устранения технических противоречий, не смотря на усилия лектора, усваиваются лишь частично. Вся система приемов, видимо, очень громоздка для имеющихся учебных планов. Хотя отдельные приемы запоминают и используют хорошо. В основном те, где есть «наглядность». Вероятно, курс приемов целесообразно выделять в отдельный факультатив в рамках всего курса приобщения к ТРИЗ.
Веполи и стандарты в обучении усваиваются трудно. Здесь, видимо, сказывается специфичность языка. В одной из групп была сделана попытка изложить стандарт «Фазовые переходы» в соответствии с разработками С.А.Логвинова [5]. Попытка была очень успешной, хотя времени ушло много.
Двойственная ситуация наблюдалась при изучении АРИЗа. Как отмечалось выше, АРИЗ-85В студентами усваивался трудно – так было с двумя группами одного потока. После обсуждения успешные студенты дружно просили, оставив идею, сделать АРИЗ более простым для усвоения. Как известно, основное назначение АРИЗа - упорядочивать логическую и стимулировать интуитивную составляющие творческого мышления. Надо организовать интеллектуальную деятельность с целью повышения вероятности инсайта. Была разработана учебная версия АРИЗ-2009. Базовые материалы – версии АРИЗ - 71, 75, 77, 85Б. Усвоение заметно повысилось.
В предлагаемой версии – пять стадий: 1.аналитическая. 2. стадия моделирования. 3. оперативная. 4. синтетическая. 5. дидактическая стадии. Шаги по стадиям:
1.1. Ситуация и проблемная ситуация. 1.2. Свертка ситуации. 1.3. Суть технической проблемы. 1.4. Формулировка идеального конечного результата по проблеме (ИКР-1). 1.5. «Веер задач». 1.6. Сформулировать цель решения. Затем операторы «уровень», РВС и некоторые детали…. 1. 13. Опираясь на п.1.5 и учитывая мысли, посетившие вас во время работы над п. 1.6 – 1.12, сформулировать одну изобретательскую задачу.
2.1. Построение модели задачи. Записать условия задачи, как можно меньше используя специальные термины («технический жаргон»). Уточните содержание технического противоречия (ТП). 2.2. Детализация структуры модели и рабочих процессов в модели. 2.3. Выделить и записать конфликтующую пару элементов. 2.4. Обобщенный образ модели.
3.1. Выбор изменяемого элемента. 3.2. Построение ИКР-2. 3.3. Сравнение выбранного элемента с ИКР-2. 3.4. Перевод технического противоречия (ТП) в физическое противоречие(ФП).
4.1. Осознание физического противоречия («противоречия в свойствах»). Записать стандартные формулировки физического противоречия. 4.2. Преодоление физического противоречия. 4.3.Выбор путей ликвидации ФП. Использовать таблицу применения физических эффектов и явлений . 4.4. Использовать таблицу основных приёмов устранения технических противоречий. Если до этого получен физический ответ, использовать таблицу для его проверки. 4.5. Перейти от физического ответа к техническому: сформулировать способ и дать схему устройства, осуществляющего этот способ.
5.1. Предварительная оценка полученного решения.5.2. Проверка новизны. 5.3. Оценка путей реализации. 5.4. Эвристическая ценность Вашего решения. 5.5. Самопроверка.
В раздаточном материале шаги расписаны подробнее. Такая версия АРИЗа усваивалась сравнительно легко. Вначале АРИЗ разбирался «по косточкам» на примере одной задачи, затем шел анализ ещё двух учебных задач. Подробно, под запись. Ввод в ноутбуки и планшетники рекомендовалось делать дома. Некоторые трудности были с аналитической стадией, поскольку решались учебные задачи. Молчаливое отторжение вызывала дидактическая стадия.
Фонды эффектов. В рамках АРИЗ -2009, на шаге 4.3. использовался в основном фонд физэффектов. Химия и биология лишь упоминались. Здесь сказалась, видимо, личная приверженность автора. И практическое отсутствие учебных задач с контрольным ответом в виде применения химических или биоэффектов для решения чисто технических задач. Если у кого-то есть такие задачи – пришлите. С решениями. Скажу спасибо.
Выводы по инструментам. Напомню, что речь идет об обучении ТРИЗ студентов технических специальностей. Как следует из вышеизложенного, тематика и содержание большинства учебных задач должны соответствовать профессиональной направленности аудитории. Но лозунг «механикам - механиково» справедлив лишь отчасти. Всем нужны и гравитация, и электричество, и магнетизм вместе с их полями, а также оптика и нанотехнологии. Следовательно, в задачах должны быть отражены общетехнические закономерности. Для массового обучения потребуется много задач и разнообразных задачников. Считаю, что блок тенденций и законов развития технических систем усваивается и работает в дальнейшем хорошо, в независимости от того, как он трактуется тем или иным преподавателем. Детали можно обсуждать, но объективность самого блока и его действенность в усвоении идей ТРИЗ сомнений не вызывает. Приемы устранения технических противоречий целесообразно преподавать выборочно, включая в обязательный курс не более десяти приемов в зависимости от симпатий преподавателя. Полный набор вместе с традиционной таблицей и дополнительными приемами надобно включать в «раздаточные материалы». Блок приемов достаточно нагляден и вполне может быть изучен самостоятельно. Вепольный анализ в том виде, как он есть сейчас, очень сложен в усвоении. Для системы массового обучения его надобно сильно видоизменить. Мысль об этом в ТРИЗ-сообществе муссируется давно. Кто возьмется? То же относится и к стандартам. Конечно, система стандартов, так, как она описана в классике [6], обладает огромной прогностической силой. Вместе с тем, эта система не под силу тем студентам, с которыми нам приходится иметь дело. Мне неизвестно, как быть. С одной стороны, для эффективности инновационной деятельности система стандартов должна присутствовать в арсенале новатора. С другой стороны, её изучение связано с огромным расходом времени. Типичное противоречие требований…. Простите за тавтологию, стандартное решение: стандарты не изучать, но держать наготове. От идеальности далековато. А как этому учить?
И, наконец, изучение АРИЗа. И мой опыт научения, и мой опыт применения говорит однозначно за то, что АРИЗ подлежит тщательному изучению. Он прекрасно работает и на стандартных задачах, и на не очень стандартных. Где граница между ними – мне неизвестно. Другой вопрос – в какой версии? Когда я учился, в ходу был АРИЗ-71, к концу обучения - АРИЗ 71В, который затем был трансформирован в АРИЗ- 75. Хотя учил нас профессионал Генрих Альтшуллер, но это были последние «любительские» версии. Их можно было освоить в промежутке между рабочими днями. Версия АРИЗ-85В – она очень профессиональная, её освоение и применение требует бросить прежнюю работу и сделать изобретательскую деятельность основной работой. Как можно заметить, АРИЗ-2009, имея продвинутый номер, по духу своему недалеко ушел от АРИЗ-75. Видимо, это неизбежно: на пути к исследованию обязательно есть состояние пользователя. Если наша задача - готовить пользователей, решающих задачи на своем рабочем месте, то и инструмент должен соответствовать уровню студента. Автор будет очень благодарен за любые конструктивные замечания, советы и предложения по затронутым вопросам.
В заключение – несколько фраз о семинаре, прошедшим в сентябре этого года в ПГТА. Семинар организован во исполнение указания губернатора - организовать обучение ТРИЗ в школах и вузах области. Слушатели - 45 учителей математики, физики, биологии, технологии из Пензы и области. Семинар на 72 часа, из них 30 часов вел автор. 18 начальных часов вел зав. кафедрой физики, доктор технических наук Борис Львович Свистунов, он когда-то посещал семинар Генриха Сауловича в Пензе. Его разделы по предписанной программе – ТРИЗ в контексте Федеральных образовательных стандартов основного общего образования и системно-деятельностный подход как методологическое основание ФГОС ООО и ТРИЗ. Заключительные 24 часа провела Ирина Михайловна Морозова, доцент нашей кафедры педагогики, она три тому назад почти неделю провела на семинаре А.А. Гина. Её темы – ТРИЗ и олимпиадные задания, современные педагогогические технологии и их практическое применение в педагогической практике и методика работы по курсу ТРИЗ. Она же давала одну для всех тему зачетной работы «Конспект урока по ТРИЗ в рамках специальности». Тема трудная, но большинство справились.
Поскольку времени на подготовку мне дали двое суток, семинар провел на старом багаже с максимальным использованием книги: Гин А.А., Кудрявцев А.В., Бубенцов В.Ю., Серединский А. Теория решения изобретательских задач. Учебное пособие 1-го уровня. М. Народное образование. 2009г. Темы семинара по этой части: «Введение в теорию решения изобретательских задач. Системные методы развития творческого воображения. Вепольный анализ задач. Алгоритм решения изобретательских задач. Приемы решения изобретательских задач».
Кто составлял программу – установить не удалось, но её шероховатости мы сгладили явочным порядком. Обычные неурядицы старта (опоздание большинства слушателей в первый день, отсутствие раздаточных материалов и т.д.) пришлись на долю Свистунова, но он с ними справился блестяще. Мне достались уже организованные и настроенные слушатели. Поскольку контингент профессионально адаптирован к 15-минутному изложению и усвоению, то кусочки теории мне приходилось прерывать задачками.
Всего за семинар израсходовал около полусотни учебных задач и ситуаций. В части усвояемости учителя немногим отличаются от студентов, хотя «общекультурная» эрудиция заметно выше. Веполи и стандарты и в книге Гина с сотоварищи лишь упомянуты. Мои попытки чуть более подробно изложить идею вепольных подходов были встречены более или менее терпимо учителями физики и технологии, очень прохладно – математиками и резко отрицательно – биологами. «Учение о противоречиях» было воспринято всеми с заинтересованным пониманием. В моем изложении ТП и ФП в технике органично сосуществовали с противоречиями требований и противоречиями свойств, что, на мой взгляд, помогло более прочному усвоению.
Особенно, если поговорить с учителями о противоречиях в системе образования. Как и студентам, учителям очень импонировала идея ИКР. Отлично прошел кусок, отведенный на изучение АРИЗа. Сама структура была разобрана на примере одной задачи, затем был дан разбор ещё двух задач. Последовательно. Попытка за один проход анализировать сразу две задачи, как и следовало ожидать, не увенчалась успехом. Народ переключался с задачи на задачу трудно. Надеюсь, что ознакомление с АРИЗ не пропадет даром. Поскольку типовые программы по ТРИЗ отсутствуют, порученные им факультативы по ТРИЗ многие учителя будут использовать для проведения дополнительных занятий по своей основной дисциплине. Может, оно и к лучшему, надо же с чего-то начинать. Хорошо бы подсказать и другим губернаторам, и Минобру, что ТРИЗ уже давно пора вводить в практику обучения. Чтоб хоть так скомпенсировать последствия дикого волюнтаризма.
Литература.
1. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Новосибирск, Наука СОАН, 1991г. 225с.
2. Ю. В. Горин. «Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении изобретательских задач». http://www.triz-summit.ru/ru/section.php?docId=3672 .
3. Г.С.Альтшуллер, Ю.В.Горин. Отталкиваться – притягиваться…. В сборнике «Дерзкие формулы творчества». Серия ТМТ. Петрозаводск, Карелия,1987г.
4. Ю. В. Горин, Б. Л. Свистунов. Две грани физики. Интеллект и творчество. Альманах фонда «Успехи физики» нобелевского лауреата В.Л.Гинзбурга. М., 2006. . С. 148 -.151.
5. С.А. Логвинов. «Применение фазовых переходов для решения изобретательских задач». Диссертация на соискание звания ТРИЗ-Мастер. Санкт-Петербург 2010.
6. Г.С.Альтшуллер. Маленькие необъятные миры. Стандарт на решение изобретательских задач. В книге «Нить в лабиринте». Сер.ТМТ, Петрозаводск. Карелия. 1988г.