Печать
Категория: ТРИЗ
Просмотров: 71

 

Цели занятия:

 

  1. Развивать творческое воображение, творческую активность, заинтересовать новым предметом.
  2. Познакомить учащихся с изобретательскими задачами.
  3. Дать первичные понятия о теории решения изобретательских задач. Познакомить с понятиями: технические и физические противоречия, идеальный конечный результат, изобретательские приёмы.
  4. Пробудить интерес к школьным предметам – как к инструментам творчества в изобретательстве.

 

Предлагаем начать занятие с задачи.

Изобретательская задача 1. «Металлоплакирующая смазка».

Однажды произошла такая история. Один инженер занимался металлоплакирующей смазкой. Это обычная смазка, в которую добавлено несколько процентов тонкоизмельченного металлического порошка. В процессе работы частицы металла оседают на трущиеся поверхности и защищают их от износа. Чем меньше зазор между поверхностями, тем мельче должны быть частицы металла в смазке. Возникает техническое противоречие (ТП): чем мельче частицы металла, тем лучше смазка, но тем труднее её приготовить.

Инженер сначала искал решение методом проб и ошибок. Он пробовал самые различные способы измельчения металлов, ставил опыты, пытался найти решение в литературе... (спросить, а что могут предложить учащиеся).

Шли годы, и вот однажды в книжном магазине инженер услышал, как кто-то из покупателей попросил продавца дать ему справочник по металлоорганическим соединениям. Инженер задумался. Металлоорганические вещества включают металл — раз; они — органические вещества, значит, растворяются в масле — два... Но ведь именно такое сочетание и требуется! Инженер купил справочник, полистал его и сразу же нашел подходящее вещество — кадмиевую соль уксусной кислоты.

Изобретательская задача долго не поддавалась, и человек пытался использовать всё, что он видит или слышит. Хорошо, что кто-то попросил в магазине справочник по металлоорганическим веществам. Если бы не эта случайная подсказка, кто знает, сколько ещё лет продолжались бы поиски...

В рассказах об изобретениях часто приводятся такие случаи. Они типичны при работе методом проб и ошибок. Человек ищет решение наугад и даже не догадывается, что к задаче можно подойти научно: сформулировать мысленно идеальный конечный результат (ИКР), определить физическое противоречие (ФП) и подобрать изобретательский приём (ИП). Если бы инженер был знаком с теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ), то он бы знал, что «Если в какое-то вещество надо ввести добавку другого вещества, но по каким-то причинам этого нельзя сделать, следует использовать в качестве добавки имеющееся вещество, немного его изменив» - это один из наиболее часто используемых изобретательских приёмов, он называется «принцип однородности». Что значит «немного изменив»? Изменения могут быть физические: нагреть, охладить, взять вещество в другом агрегатном состоянии и т. д. И химические: взять вещество не в чистом виде, а в виде соединения, из которого оно может выделиться, или, наоборот, взять простое вещество, а потом, когда оно сыграет свою роль, перевести его в химическое соединение.

Итак, инженер бы рассуждал следующим образом: если действовать по теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), надо, прежде всего, представить себе мысленно идеальный конечный результат (ИКР), то есть ответить на вопрос: что хотелось бы получить в самом идеальном случае? ИКР — фантазия, мечта. ИКР недостижим. Но он прокладывает путь к решению. Если сравнить ТРИЗ с мостом, то ИКР — одна из главных опор этого моста.

Каков идеальный конечный результат для задачи о смазке? Ответить нетрудно: идеально было бы измельчить частицы металла до предела, до отдельных атомов. Теория решения изобретательских задач дает парадоксальную подсказку, ещё один приём: «сделать чуть меньше требуемого». «Трудно по¬лучить мелкие частицы металла? Значит, будем получать сверх-сверх-сверх-мелкие частицы — это намного легче».

Для этого следующего шага нужна химия.

Масло с крупными частицами металла — это механическая взвесь. Если раздробить частицы металла, получим коллоидный раствор. Наконец, если из¬мельчить металл до атомов или ионов, получится истинный раствор. Теперь можно уточнить ИКР: идеально было бы иметь раствор металла в масле, то есть масло, а в нём отдельные атомы металла.

К сожалению, такой ИКР недостижим. Еще алхимики знали: подобное растворяется в подобном. Масло — вещество органическое, в нём хорошо растворяются органические вещества. А металлы, увы, не принадлежат к органическим веществам. На пути к ИКР возникает физическое противоречие (ФП): «атомы металла должны быть растворены в масле (надо стремиться к ИКР!) и не должны быть растворены (нельзя нарушать законы химии!)». Отступим чуть-чуть от ИКР: пусть в масле будут растворены не атомы, а молекулы, содержащие металл. Используем уже знакомый нам приём «сделать чуть меньше требуемого»: не удается измельчить вещество до атомов, ладно, пусть частицы вещества будут чуть крупнее — не атомы, а молекулы. И противоречие сразу исчезает. В масле нет атомов металла (есть молекулы) — и в масле есть атомы металла, (они входят в молекулы, «спрятаны» в них).

Остается решить один вопрос, какие именно молекулы взять? Тут единственная и очевидная возможность. Молекулы должны содержать металл и должны быть органическими (спросить, что могут предложить учащиеся). Следовательно, нужно взять металлоорганическое соединение (третий приём: «совместить несовместимое»). Оно легко растворится в масле (органическое вещество легко растворяется в органическом веществе) и будет содержать атомы металла.

Чтобы решить изобретательскую задачу, пришлось использовать несколько простых понятий: ИКР, физическое противоречие, приёмы «сделать чуть меньше требуемого», «принцип однородности», «совмещение, соединение» и одно очень простое правило из химии - «подобное растворяется в подобном». Правда, задача ещё не решена до конца. Молекулы металлоорганического вещества содержат атомы металла, но ведь нам нужно, чтобы атомы металла были не в соединении, а отдельно... Тут чтобы решить изобретательскую задачу снова придётся вспомнить химию. Чтобы атом металла выделился из молекулы, молекулу нужно разложить. Как это сделать?

На уроках химии мы ставили такие опыты: нагревали вещество, и при определенной температуре оно разлагалось. Масло в процессе работы нагревается от трения. Если мы возьмем металлоорганическое вещество, разлагающееся при повышении температуры, задача будет полностью решена. Параметры определены. Осталось найти вещество с заданными свойствами. Для этого существуют химические и физические справочники. Инженер ими и воспользовался.

На решение данной проблемы потребовалось несколько лет. А можно бы было решить за несколько часов или даже минут. Зная теорию решения изобретательских задач - ТРИЗ!

Изобретательская задача № 2 «Равномерно нагреть крупу».

А вот другой подлинный случай. В одной из школ технического творчества занимался студент-математик. Прошло несколько лет, он окончил университет, а затем получил направление на работу в другой город.

Вскоре он прислал письмо, в котором рассказал об одной очень интересной изобретательской задаче.

В коридоре научно-исследовательского института заместитель директора остановил принятого недавно на работу молодого математика.

— Вы ведь окончили изобретательскую школу,— сказал заместитель директора.— Откровенно говоря, на мой взгляд, всё зависит от природных способностей, но всё же... Мы хотим организовать новую группу. Предстоит основательная работа — проблема очень трудная, не видно даже подхода к ней. В группу вошли пятнадцать человек, может быть, подключить и вас?

Математик поинтересовался: что за проблема? Заместитель директора объяснил:

— В крупу иногда попадают личинки и яйца вредителей. Естественно, их надо уничтожать до расфасовки крупы. Лучше всего — нагреть её до 65°. Но не выше, иначе она испортится. Сортность крупы изменится. Потребитель откажется от закупки, придётся резко снижать стоимость, а это большие экономические потери. Идеально было бы нагревать с точностью до градуса.

Но вот что получается: если нагревать сразу большое количество крупы, то обязательно где-то возникает перегрев, если же вести обработку малыми порциями, катастрофически падает производительность. Перепробовали десятки разных способов нагрева — и все плохи.

Хотим проверить ещё один способ: продувать слои крупы нагретым воздухом. Может быть, удастся подобрать такой режим, что...

— Ничего не надо подбирать,— перебил математик.— Задача решается так...

И он объяснил идею решения.

Письмо математика заканчивалось так: «Никогда не думал, что решение изобретательской задачи может произвести такое впечатление. Мой собеседник несколько минут смотрел на меня совершенно ошеломлённый. По коридору проходили люди, здоровались с замом, а он, ничего не замечая, смотрел на меня...».

Выслушав возможные варианты решений заданных изобретательских задач, выяснить, как дети пришли к подобным выводам. Сумели ли они использовать для решения те приёмы, о которых шла речь. Разобрать ответы по способам поиска решений: был ли это метод проб и ошибок, или метод перечисления всех возможных вариантов, имелся ли научный подход?

После обсуждения предложений детей объяснить им идею решения:

«В крупу надо добавить ферромагнитные дробинки («посредник») с точкой Кюри в 65° и нагревать их с помощью электромагнитной индукции. А после обработки магниты легко выловят дробинки...».

Далее предложить детям сформулировать приём, который использовал для решения молодой инженер.

Это приём «использование ферромагнитного порошка». Он так и назывался на ранних ступенях развития теории решения изобретательских задач - ТРИЗ.

Для закрепления приёма следует рассказать об открытии очень молодого изобретателя.

Изобретательская задача 3 «Изменить плотность воды».

Когда Саша Ждан-Пушкин пришел в Бакинский общественный институт изобретательского творчества, приёмная комиссия, признаться, растерялась. Сможет ли семиклассник заниматься вместе с кандидатами наук, инженерами, студентами-старшекурсниками?

Два года занимался Саша, осваивал приёмы изобретательского творчества, решал задачи, учился ориентироваться в патентной информации. И сам отправил в Институт государственной патентной экспертизы заявку на новое решение технической задачи. Вскоре пришел ответ: предложение Саши признано изобретением.

Представьте себе поплавок в резервуаре с водой. Поплавок поддерживает одну из частей станка. По закону Архимеда, поддерживающая сила равна весу воды, вытесненной поплавком. А если надо увеличить поддерживающую силу в 10—12 раз? Сделать поплавок крупнее нельзя, нет места. Заменить воду более тяжелой жидкостью? Это дорого, и поддерживающая сила увеличится всего в три-четыре раза. Нужно как-то обойти закон Архимеда. А вот как?.. (выслушать предложения детей.)

Идея изобретения Саши заключается вот в чем: в воду насыпают мельчайший порошок железа и действуют на образовавшуюся взвесь магнитным полем. Удельный вес воды можно при этом повысить в 10 —12 раз.

На основе своего изобретения Саша защитил дипломную работу в институте изобретательского творчества. Единодушная оценка комиссии: изобретательская задача решена отлично!

Итак, столкнувшись всего с тремя изобретательскими задачами, мы узнали следующие новые понятия (которые в дальнейшем будем обозначать аббревиатурами):

Для решения изобретательских задач необходимо знать основы наук. Конечно, все эффекты химии, физики, биологии и др. предметов невозможно держать в голове. Да, собственно, и не нужно – для этого существуют справочники, учебники, монографии. Главное - уметь ими пользоваться.

Далее дать задание - перечислить все физические, химические, биологические знания, которые потребовались для решения предложенных изобретательских задач.

Возможные ответы суммировать и оформить в виде таблицы.

Таблица 1.Химические, физические, биологические знания для решения задач ТРИЗ

Следующее задание учащимся: вспомнить и перечислить все изобретательские приёмы, которые использовались при решении предложенных выше проблемных ситуаций. Уточнить знания о приёмах, заполнив таблицу:

Таблица 2.Перечень изобретательских приемов

Вывод.

В науке изобретать школьные знания приобретают подчинённое значение. На первое место выходит умение ими оперировать. А оперировать ими придётся по определённой программе под названием ТРИЗ, согласно поставленной проблеме в изобретательской задаче.

Вопросы и задания для повторения 

  1. Что такое ТРИЗ?
  2. С какими противоречиями вы столкнулись в предложенных на занятиях задачах?
  3. Какие изобретательские приёмы использовали изобретатели для разрешения технических и физических противоречий?
  4. Попробовать решить задачи 1 «Разделитель для нефтепродуктов» и 2 «Шарики на изгибе трубы», имея в копилке четыре приёма решения изобретательских задач и знания школьных учебников химии, физики, биологии.

 

Изобретательская задача № 1 «Разделитель для нефтепродуктов»

В одном институте разрабатывали проект не совсем обычного нефтепровода: по одним и тем же трубам должны были поочередно идти разные жидкости.

Чтобы жидкости не смешивались, их надо было разделить специальным устройством: течёт первая жидкость, за ней шар, словно поршень, а за шаром другая жидкость.

— Не надежно,— сказал руководитель проекта.— Давление в трубопроводе большое, десятки атмосфер. Жидкости будут просачиваться, смешиваться.

— Может быть, взять другие разделители? — спросил инженер и показал каталог завода, выпускающего дисковые разделители. В каталоге была картинка: по трубопроводу движется «пробка» из трех резиновых дисков.

— Они часто застревают,— возразил руководитель проекта.— А главная беда в том, что через каждые двести километров стоят насосные станции; подойдет разделитель к станции, надо его вытаскивать, через насос он не пройдет. Так что и шары и диски одинаково плохи. Нужен разделитель, способный проходить через насосы и гарантирующий, что жидкости не смешаются. Предложите ваши варианты решения проблемы, но учтите, что идея разделить трубопровод продольной перегородкой не годится. Нужно, чтобы по трубопроводу поочерёдно шли разные жидкости – и не смешивались…

Изобретательская задача № 2 «Шарики на изгибе трубы»

На одном заводе часто выходила из строя машина-автомат. Это была очень хорошая машина, но в ней то и дело портилась простая деталь — изогнутая трубка, по которой сжатый воздух с большой скоростью гнал поток маленьких стальных шариков. Шарики били по стенке трубы в месте поворота и откалывали кусочки металла. Ударившись о стенку, каждый шарик оставлял едва заметную царапину, но за не¬сколько часов шарики насквозь пробивали толстую, прочную трубу.

— Давайте поставим две трубы,— сказал начальник цеха.— Пока одна работает, другую успеем отремонтировать.

— Разве это дело: все время заниматься ремонтом?! — воскликнул инженер.— Есть у меня подходящая идея... Гарантирую: машина будет работать вечно!

Потребовалось всего пять минут, чтобы осуществить идею изобретения. Что он предложил?