TRIZ教学型工具软件设计
黑河TRIZ理论研究所 曹福全
摘 要：TRIZ理论培训或课堂教学中，经常需要运用各种TRIZ工具来讲解案例和解决即时问题。一般TRIZ软件并非针对教学而设计，通常不适用于普通教学，需要开发制作TRIZ教学型工具软件来满足课堂教学应用需求。本文提出了此类软件开发的总体思路、模块构成、开发平台，以及功能实现的途径。
关键词：TRIZ 教学型工具软件 课堂教学
The Design of Tools Software TRIZ for Teaching
The Theory of TRIZ Research Institute, Heihe Cao Fuquan
Abstract: During the teaching and training of TRIZ theory, many kinds of TRIZ tools will be constantly needed to explain the example of cases and to solve the instant problems. But the general software TRIZ are not particularly aiming at teaching, just because they are not suitable for the general teaching. Therefore, the tools software TRIZ for teaching must be developed and manufactured in order to meet the needs of classroom teaching. The paper proposes the development of such types of software’ general thought, module structure, development platform and the way to realize these functions.
Key words: TRIZ tools software teaching
作为优秀的创新理论、方法和工具，TRIZ理论已从最初的企业培训逐步扩展至高校课堂，中小学的课程也在孕酿之中，一个TRIZ理论的普及教育时代正在到来。计算机多媒体技术是现代课堂教学的重要手段，可以在TRIZ理论教学中充分发挥其优势，实现创新教育灵活多变、交叉互动的教学效果。开展基于TRIZ的计算机辅助教学研究是一个全新的，具有广阔前景的课题。
一 问题提出
在TRIZ理论教学过程中我们经常会遇到这样的问题：在进行案例讲解，尤其是对学生案例即时分析时，需要频繁应用各种TRIZ工具，如查找矛盾矩阵表，或是调用某一个原理、某一个标准解法、科学效应等。课件都是事先制作好的，在讲课时直接展示。对于复杂的案例需要绘图、截图、制表等许多工作，备课的工作量很大。而对于处理即时性的案例，课件则显得力不从心。有什么办法能让我们在课堂教学中随心所欲地应用各种TRIZ工具而不需要事先花费大量精力去准备呢？
一种解决方案是利用现成的TRIZ软件来配合教学课件现场操作。这固然能一定程度上解决问题，但依然存在其他问题：
1． 现有的TRIZ软件并非针对教学而设计，调用某一功能时可能会经过若干个步骤的操作，不够方便快捷；
2． TRIZ软件都经过了精心设计，介面呈现和功能上都经过了变化和延伸，而教学时需要呈现TRIZ工具的“本来面目”，所以TRIZ软件本身的许多功能不适于一般教学应用；
3． 课件与软件之间需要频繁切换，并且软件中不会有返回课件功能。两者之间不能密切配合而造成了困扰；
4． 如将TRIZ软件中操作内容直接插入当前课件几乎不可能；
5． 大多数TRIZ软件需要专门学习后才能使用自如，对于不了解TRIZ软件的学员来说，教师对软件的操作也很容易造成不必要的困扰；
6． TRIZ软件的定价一般都很高，单纯从TRIZ理论普及教学角度（而不是软件使用培训）来说无疑会大大增加教学成本。
二 问题分析
产生上述问题最主要的原因是课件本身功能的局限性。我们可以事先在课件中制作好各种TRIZ工具模块，以便在使用时随时调用，但工作量是巨大的，而且也不可能要求每一位教师都是编程高手；可以让编程人员做好一套功能齐全的针对TRIZ教学的软件供大家使用，但缺乏了课件本身的灵活自主性，每位教师面向的专业、讲授的内容、列举的案例，甚至讲课的风格都是不一样的。制作课件的工具也不尽相同，多数人喜欢用PoiwerPoint，也有很多人用Authorware、Flash、课件大师等。问题其实很明确，教师按照自己的风格习惯和教学需要去制作课件，只要方便地把能与自己课件兼容互动的一些现成的，针对TRIZ理论教学而开发的TRIZ工具软件链接到课件中就可以了。
三 解决方案
问题分成了两部分，教师的课件以主体方式存在，另外开发专门用于课堂教学的TRIZ工具软件，以插件的方式与各种课件对接，我们称之为TRIZ教学型工具软件。之所以称为软件而不是插件，是因为我们无需排除其自身也有比较完善的功能体系。
TRIZ教学型工具软件由于针对TRIZ理论教学而设计，能最大限度地满足课堂教学需求。
（一）软件结构
总体思路是：
1． 应忠实呈现TRIZ的原貌；
2． 以插件的方式呈现，各种工具可以单独调用；
3． 能与课件密切配合，可以灵活方便地在课件中调用和返回；
4． 可以与课件之间传递变量或数据，操作内容能够方便地插入到课件之中
5． 本身具有独立运行的功能，这样可以减少课件调用时参数的设置，方便使用。
TRIZ教学型工具软件的工具模块应涵盖TRIZ解决问题的主要工具，如结构功能模型、资源分析、九屏分析、发明原理、分离原理、标准解法、科学效应库、矛盾矩阵、物—场分析等，此外，还应包括一些辅助工具，如文本输入工具、绘图工具等。
结构功能模型：常见结构功能模型是有限数量的，所以该工具模块可以采取调用预存储模型图的方式简单实现。
资源分析：将查找到的资源进行列表的工具模块。资源名称由用户输入，其他项可由下拉菜单选择，该模块示意图如图1所示。
图1 资源分析工具模块示意图
九屏分析：主要通过文本框输入方式实现。可以考虑建立多级九屏图。
发明原理、分离原理、标准解法、科学效应库：以数据库方式呈现，通过列表进行选择调用。
矛盾矩阵：为了保持矩阵表的原貌，建议采用图表方式呈现。为了能看清表格中发明原理代码的内容，可以只显示部分内容，其余部分以拖动或滚屏方式呈现。
物—场分析：简单实现方法是通过数据库调用预存初始物—场模型，转换模型和超/微转换模型可调用相应的标准解模型。该模块示意图如图2所示。
图2 物—场分析工具模块示意图
（二）开发平台
语言类开发平台，如Visual C++、Visual Basic等；多媒体类开发平台，如Authorware、Flash、Director Shockwave等，建议使用语言类开发平台。由于数据量不是很大，且考虑使用方便，数据库采用microsoft Office access即可。
Visual C++：是由微软公司开发的一个Windows平台上的集成开发环境，基于C、C++，功能强大、运用灵活，但效开发效率不高。学习VC++要了解很多Windows平台特性，还要掌握MFC、ATL、COM等知识，难度比较大
Visual Basic：是一种可视化面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，简单易学、效率高，且功能强大，可用于开发 Windows 环境下的各类应用程序。在Visual Basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（API）函数，动态链接库（DLL）、对象的链接与嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。
Authorware：是Macromedia开发的基于图标和流程图的多媒体开发平台。它简单直观，功能强大，易于上手。系统提供了丰富的交互方式、系统函数和变量，可以快速开发一些多媒体应用程序。
Director Shockwave：是Macromedia开发的基于时间线和窗口的多媒体动画开发平台，可以制作出细腻的矢量动画效果。内嵌lingo语言环境使其功能十分强大，可以实现对程序的各种控制和添加丰富的交互，随心所欲地开发各种多媒体应用程序。
Flash：它最初只是Director的简化版本，主要用于制作一些小巧的交互式二维矢量动画。因为简单易用而深受喜爱，各种作品在网上广为传播。Flash也是制作教学课件的很好的工具。
microsoft Office access：是由微软发布的关联式数据库管理系统，能够存取任何 ODBC 兼容数据库内的资料。由于它简便易用，许多人喜欢用它来快速开发一些桌面应用程序。
四 功能实现
下面以矛盾矩阵模块为例说明具体功能的实现。为了便于理解和说明，我们选用Authorware作为开发平台，未使用数据库。矩阵模块介面如图3所示。
图3 矛盾矩阵模块介面
矛盾矩阵模块Authorware主流程图如图4所示。
图4 矛盾矩阵模块主流程图
实现本模块软件技术主要包括四个方面：图表移动方式、单元格定位、游标跟踪、原理注释。
图表移动方式：本例确定以鼠标拖动方式移动图表。关键问题是，第1、2列改善参数序号及名称和第一行恶化参数及名称应始终保持在画面中，只作相应的线性移动，而主表区则应在直角坐标系中作平面移动。为此，我们将整个图表分割为改善参数表区、恶化参数表区、主表区（b_ti）三个部分。利用移动图标“zhubiao”将主表区移动类型设置为“移动到平面内一点”，精确设置移动区域。控制改善参数表区移动图标“gaishan”移动类型设置为“移动到直线上一点”，精确设置移动范围与主表区沿Y轴移动范围相一致。“目标”值与主表区中心点Y坐标值相关联（PositionY@"b_ti"）。同样设置恶化参数表区移动图标“ehua”的水平移动方式，“目标”值与主表区中心点X坐标值相关联（PositionX@"b_ti"）。相关移动图标属性设置如图5所示。
图5 主表区、改善参数表区、恶化参数表区移动属性设置
单元格定位：鼠标单击某单元格时，下方的被选参数与原理区应显示出该单元格对应的工程参数与发明原理。单元格的位置是随主表区不断移动的，因此不能用固定的交互区域来实现。单元格至主表区中心点的距离是常量，因此我们可以通过鼠标点击位置坐标值与主表区中心点当前坐标值的差值来判定点击位置的单元格号，进而确定被选参数号和相应原理号。相应计算图标中代码示例如下，由于改善参数表区（b_lift）中心点Y坐标与主表区中心点Y坐标一致，恶化参数表区（b_top）中心点X坐标与主表区中心点X坐标一致，所以分别用它们代替了主表区中心点坐标。
……
if y1[21]<ClickY-DisplayY@"b_lift"&ClickY-DisplayY@"b_lift" <y2[21]&x1[4]<ClickX-DisplayX@"b_top"&ClickX-DisplayX@"b_top" <x2[4] then
cs_gs:=canshu[21]
cs_eh:=canshu[4]
disp_yl[1]:=""
disp_yl[5]:="无适用原理"
disp_yl[2]:=""
disp_yl[3]:=""
disp_yl[4]:=""
end if
……
游标跟踪：游标的作用是即时标识鼠标指针所在单元格的行和列，便于用户看清单元格与参数的对应关系。游标跟踪的实现比较简单，限于篇幅不作详细介绍，可参照单元格定位的方法设置。之所以不直接用鼠标指针坐标控制游标移动，是因为鼠标在某单元格区域内移动时，游标应该是不动的，只有鼠标指针指向其他单元格时，游标才跳至该单元格。代码示例如下：
……
if x1[3]<CursorX-DisplayX@"b_top"&CursorX-DisplayX@"b_top" <x2[3] then
mov_x:=DisplayX@"b_top"-50.026*17
end if
if y1[3]<CursorY-DisplayY@"b_lift"&CursorY-DisplayY@"b_lift" <y2[3] then
mov_y:=DisplayY@"b_lift"-35.026*17
end if
……
原理注释：鼠标单击被选参数与原理区的原理时，出现该原理的注释。该功能实现比较简单，在此不详细说明。代码示例如下：
……
if y1[2]<ClickY-DisplayY@"b_lift"&ClickY-DisplayY@"b_lift" <y2[2]&x1[6]<ClickX-DisplayX@"b_top"&ClickX-DisplayX@"b_top" <x2[6] then
cs_gs:=canshu[2]
cs_eh:=canshu[6]
disp_yl[1]:=fmyl[35]
disp_yl[2]:=fmyl[30]
disp_yl[3]:=fmyl[13]
disp_yl[4]:=fmyl[2]
end if
……
五 结论
TRIZ理论的普及教育为广大教师提出了新的要求。为了加强TRIZ理论教学的开放性、灵活性、互动性，需要针对课堂教学需求开发TRIZ教学型工具软件，以方便广大教师，减轻备课负担，提高教学效率和教学效果。
TRIZ教学型工具软件应涵盖TRIZ解决问题的主要工具，应忠实呈现TRIZ的原貌，应与各种主要课件制作工具实现良好对接。
可以预期，TRIZ理论在中国势必会掀起一个普及推广的高潮，能够大大加快我国建设“创新型国家”的步伐，在这个进程中，高等教育将走在队伍的最前列。开展TRIZ理论教学与辅助教学研究，是每个从事高等教育的教育工作者义不容辞的责任。
参考文献
1、 檀润华，《创新设计》，北京机械工业出版社，2002年。
2、 杨清亮，《发明是这样诞生的——TRIZ理论全接触》，机械工业出版社，2006年。
3、 波尔[美]，《C++教程》，人民邮电出版社，2007年。
4、 王大印、白海波，《Authorware 7.0 多媒体制作技术实用教程 》，清华大学出版社，2007年。
5、 毕广吉，《Authorware变量、函数、控件手册与范例》，电子工业出版社，2003年。
