TRIZ(萃思)的發明原理2中小學生適用的結構、時空、資源三類，讓學生「看得見、用得出」 (1-20)

副標題：把 40 個發明原理從「背不完」變成「遇到問題就會選」，用三類直覺＋黃金五原理快速上手

關鍵字：TRIZ、發明原理、分類、結構改造類、時空調整類、資源借力類、創新效率、認知負荷

【深度解析】

這篇整理的核心觀念其實很單純：中小學生不是學不會創新，而是一次面對 40 個發明原理，認知負荷過重，反而不會用。因此本文的設計重點，不在於「完整列出」，而在於「重新設計學習路徑」，讓學生一看就懂、用得出來、願意在生活中嘗試。做法是先把發明原理依「直覺 × 看得見」的方式，整理成三大類，再為每一類挑出最適合中小學先學、必學的代表原理，把創新從「背清單」轉為「可操作的思考工具」。

三大種類分別是：第一類結構改造類（東西怎麼變？），強調形狀、組合與構造的改變，像是「分割、合併、套疊」，一改就看得到前後差異；第二類時空調整類（什麼時候／在哪裡做？），重點不是改物品，而是調整時機、順序與位置，例如「先準備、先防護、可調整」，把卡關的流程變順；第三類資源借力類（能不能不用自己做？），引導學生使用現成資源，把麻煩變幫手，如「自助服務、轉害為利」，最容易產生「哇！好聰明」的驚喜感。這樣的分類，讓學生遇到問題時，只要先判斷「是結構、時間，還是資源的問題」，就能快速選對方向。

核心智慧在於：先降低學習入口的複雜度，再提高使用時的成功率。學生不需要在腦中同時搜尋 40 條原理，只要掌握三種直覺提問，就能找到合適的創新策略，真正把方法用在作業、生活與專題中。

文章前導｜為什麼你需要這份整理？能解決什麼痛點？

你可能正在遇到這幾個現場痛點：

1. 中小學生一次學 40 個發明原理，腦力認知負擔太重，就算勉強學完，也會覺得「太多、太難、太像在背」。
2. 學生常見狀況是：遇到問題時不知道要如何挑選適合的發明原理，因為他腦中不可能同時搜尋 40 個原理。
3. 就算你給他 40 個清單，他也沒有耐心想 40 個發明原理，容易放棄使用，最後變成「課堂上聽過、作業交差、生活用不到」。
4. 更麻煩的是：你若同時參考不同 AI 或不同教材，常會出現排序不一致、理由不同、分類方式不一樣的情況，導致你很難定稿。

所以本文的目的不是「少教」，而是「先把學習路徑設計得更符合直覺」：

• 先用「三大類」降低認知負荷
• 再用每類「必教代表原理（黃金五）」讓學生真的會用
• 最後附上一套「兩道門檻＋三標準」的裁判規則，當不同 AI 結果不一致時，你有一致的選擇原則可以統一教材。

整體發明原理分為 3 類（中小學直覺×看得見導向）要點

第一類｜結構改造類（東西怎麼變？）

核心直覺：看得到「形狀、組合、構造」的改變
（關注物體本身的形狀、組成與結構變化）（改變形狀與大小）
直覺特點：結構變換，肉眼可直接觀察到形狀或組合的改變。

第二類｜時空調整類（什麼時候／在哪裡做？）（何時何地做？）

核心直覺：改變「時間順序、發生位置、動作方式」
（關注動作發生的時間順序、位置移動或動態變化）（改變動作與時間）
直覺特點：改變動作發生的先後順序（時機）或所在的位置。

第三類｜資源借力類（能不能不用自己做？）

核心直覺：用現成的、順便的、原本不要的
（又稱「聰明偷懶類」，強調利用環境、現成資源或將有害變有利）（聰明利用）
直覺特點：不必自己動手，利用環境中已有的能量、物質或特性來達成目標。
學生會問：有沒有誰能幫我？壞的能不能變好的？「有現成的可用嗎？」

中小學生的三大類分類方式（為什麼要這樣教？）

中小學生一次學 40 個發明原理，腦力認知負擔太重；就算學完了，也不知道遇到問題要如何挑選適合的發明原理；也沒有耐心想 40 個發明原理，容易放棄使用。
因此你給予簡單的分類，每類學到幾個代表性的發明原理，反而讓中小學生容易使用。

換句話說：

• 三類分類是把「學習入口」變簡單
• 每類代表原理是把「使用出口」變清楚
• 裁判規則是把「不同來源的不一致」統一成教材可用的決策法

第一類結構改造類發明原理的核心直覺與教學價值

結構改造類教學核心：看得見、動手快、前後對照強

結構改造類的優勢，是學生能「一眼看懂」：改造前是什麼、改造後變什麼。
它最適合用積木模型、回收材料、簡單文具來示範，讓學生把「拆、裝、套、改局部、拿掉」變成直覺動作。

第一類｜結構改造類（東西怎麼變？）

核心直覺：

改變「物體本身的形狀、組成與結構」
（關注物體本身的形狀、組成與結構變化）（改變形狀與大小）

直覺特點：

• 不需要先討論流程或時間點，直接從「東西長什麼樣」開始想
• 結構一改，功能常跟著變，成效通常立刻可見
• 很容易用「改造前 vs 改造後」的對照來判斷好不好

教學上的關鍵優勢：

• 視覺化最強：形狀、組合、層次、大小的變化，肉眼可直接觀察
• 很適合動手做：積木、紙板、黏土、剪貼都能快速示範
• 有助於建立「結構思考」：讓學生理解「結構→作用→效果」的因果關係

結構改造類涵蓋的發明原理

本類主要涵蓋下列發明原理：

1 分割、2 抽取、3 局部品質、4 不對稱、5 合併、6 多功能性、7 套疊、14 曲面化、17 移到另一維度、30 柔性殼體或薄膜、31 多孔材料、40 複合材料

第一類「結構改造類」最優先教的五個發明原理

最優先：原理 1【分割】

理由：
• 最容易理解：切開、拆解是生活常見動作，孩子天生就會
• 成本最低：剪刀、美工刀即可操作，不需特殊材料
• 效益最高：應用範圍極廣（橘子瓣、巧克力分格、拼圖、積木）
• 立即可見：切開前後對比明確，1 秒就能看懂改變
教學範例：橘子整顆 → 分成小瓣（方便食用）、巧克力分格、可拆卸家具

第二優先：原理 5【合併】

理由：
• 與分割互補：先教分割再教合併，形成完整思維循環
• 積木天性：孩子天生愛組裝、拼接（樂高就是最佳教具）
• 成本低：利用現有物品組合即可（筆+橡皮擦、手機殼+支架）
• 成就感強：「無中生有」的創造感，激發學習動機
教學範例：瑞士刀、帶橡皮擦的鉛筆、多功能文具盒

第三優先：原理 7【套疊】

理由：
• 視覺衝擊力強：俄羅斯娃娃般的「變魔術」效果吸引注意
• 空間概念培養：訓練 3D 思維，符合 STEAM 教育目標
• 生活應用多：伸縮雨傘、堆疊椅、便當盒，隨處可見
• 成本適中：紙杯、寶特瓶等回收物就能示範
教學範例：伸縮天線、套疊收納盒、摺疊桌椅

第四優先：原理 3【局部品質】

理由：
• 訓練觀察力：教孩子「不是整體改變，而是重點強化」的思維
• 實用性高：筆尖、鞋底防滑紋、杯子握把等生活物品
• 成本低：用貼紙、黏土等簡單改造現有物品
• 但較抽象：需要引導才能理解「為什麼只改這裡」
教學範例：鉛筆削尖端、輪胎花紋、防滑襪底

第五優先：原理 2【抽取】

理由：
• 概念稍抽象：「拿掉某部分」比「加上某部分」難理解
• 需要判斷力：要知道「哪些可以拿掉」需要一定思考深度
• 但效益高：減重、簡化是重要設計思維（無線耳機、去籽葡萄）
• 成本低：剪裁、挖空等操作簡單
教學範例：去核櫻桃器、鏤空設計、無繩吸塵器

結構改造類的教學策略建議（從具體到抽象、從操作到思考）

1. 先教「分割→合併」配對：建立「拆解↔組合」的完整思維
2. 用「套疊」創造驚喜：提升課堂趣味性
3. 「局部品質」訓練細節觀察：進階培養設計眼光
4. 「抽取」引導減法思考：挑戰「少即是多」的哲學

這個順序從具體到抽象、從操作到思考，符合兒童認知發展規律。
「分割 vs. 合併」是最佳拍檔（拆開 vs. 組合）。在教完這組「加減法」後，接著教「套疊」（空間法）或「多功能」（效益法）能建立更完整的結構思維矩陣。

考量你的需求是「直覺、看得見、圖像化、積木模型」，整合後的最佳化排序如下：

1. 1 分割（最基礎、最好動手）
2. 5 合併（最快產生新功能感）
3. 7 套疊（最具視覺驚喜與空間感）
4. 6 多功能性（最符合「聰明發明」的直覺）
5. 3 局部品質（從「外觀改變」進階到「細節優化」）

第二類時空調整類發明原理的核心直覺與教學價值

核心直覺：

改變「時間順序、發生位置、動作方式」
（關注動作發生的時間順序、位置移動或動態變化）（改變動作與時間）

直覺特點：

•不一定要改變物體本身： 只要調整「什麼時候做、在哪裡做、做多久、做多快」，問題就可能自然消失。

•強調流程調整： 改變動作發生的先後順序（時機）或所在的位置。

教學上的關鍵優勢：

•生活化連結： 非常貼近學生生活經驗（如排隊、定時、準備、預防）。

•邏輯工具化： 容易轉換成流程圖、時間線、節奏圖。

•思維層次提升： 有助於從單點物品的觀察，提升到培養「流程思考」與「策略性思考」。

時空調整類涵蓋的發明原理

本類主要涵蓋下列發明原理：
9 預先反作用、10 預先作用、11 事先防護、15 動態化、18 機械振動、19 週期性作用、20 有效作用的連續性、21 快速通過、34 拋棄與再生

但在中小學教學中，並不適合一次全部教完，而是應依「直覺、看得見、好畫圖、教室能做」來篩選。

第二類「時空調整類」最優先教的五個發明原理

第一優先：原理 10【預先作用（Preliminary Action）】

為什麼排第一：
這是孩子最熟悉、最自然的生活規則：「先準備，後順利」。

理由說明：

• 容易理解：上課前先拿出課本、出門前先帶雨傘
• 效益高：把「卡住」的情況大幅減少，整體流程更順
• 成本低：多半只是把動作提前，不需要新材料

教學優勢：

• 非常容易畫成流程圖
• 可清楚呈現「原流程 → 加一個『先做』步驟 → 新流程」

第二優先：原理 11【事先防護（Beforehand Cushioning）】

為什麼排第二：
直覺就是「先保護、先預防」，學生一聽就懂。

理由說明：

• 容易理解：手機先裝殼、桌角先貼防撞、下雨先穿雨衣
• 效益高：直接降低失誤、受傷、損壞，效果可立刻觀察
• 成本低：用現有材料也能完成（膠帶、墊片、護角）

排序理由補充：
與 10 預先作用自然形成一組：
「先準備（10）＋先保護（11）」＝更穩、更安全、更少麻煩。

第三優先：原理 15【動態化（Dynamics）】

為什麼排第三：
「讓它可以調整、移動、變形」是非常看得見的改變。

理由說明：

• 容易理解：椅子高度可調、書架可伸縮、背帶可調長短
• 效益高：同一個東西能適應不同身高、不同情境，CP 值高
• 成本低：不一定要高科技，可用簡單機構或紙模型示範

教學優勢：

• 很適合做「固定版 vs 可調版」的前後對照圖

第四優先：原理 21【快速通過（Skipping / Quick Passage）】

為什麼排第四：
學生生活中常遇到「不舒服就快點過」的直覺策略。

理由說明：

• 容易理解：很燙的湯快速吹一下再喝、很臭的地方快走
• 效益高：縮短暴露時間，立刻降低不良影響
• 成本低：通常只是改變速度或節奏，不用材料

排序補充：
在所有時間策略中，這一條最直覺、最容易立刻想到。

第五優先：原理 19【週期性作用（Periodic Action）】

為什麼排第五：
把「一直做」改成「定時做」，非常貼近日常生活。

理由說明：

• 容易理解：定時休息、定時喝水、鬧鐘提醒、課間鐘聲
• 效益高：省力、省資源、避免過度，讓系統更穩定
• 成本低：用規則、節奏、提醒即可，不一定需要設備

教學優勢：

• 最容易轉成時間線、節奏表、週期圖

第二類教學策略建議（三個階段）

階段一：時間思維建立（10＋11）

• 用一天時間軸標記「什麼時候做最好」
• 設計防護檢查表培養風險意識

階段二：空間與動態概念（15）

• 用摺紙、積木示範固定 vs 可動
• 改造文具成可調整版本

階段三：進階思維（9＋20，延伸）

• 用影片慢動作分析反向動作
• 進行流程優化小組競賽

第三類資源借力類發明原理的核心直覺與教學價值

核心直覺：

用現成的、順便的、原本不要的
（又稱「聰明偷懶類」，強調利用環境、現成資源或將有害變有利）（聰明利用）

直覺特點：

• 不必自己動手完成全部工作：把工作「轉交」給環境、工具或系統。
• 善用資源：善用環境中的能量、物質、資訊、系統特性，讓問題變小、讓效益變大
• 高情緒回饋：最容易產生「哇！好聰明」的驚喜感與成就感，因為常出現「不增加成本卻更好」的結果

教學上的關鍵優勢：

• 最能激發動機：學生容易立刻感覺「這招很聰明、我也想試」
• 很適合做「資源盤點」：把周遭可用的現成條件列出來，直接轉成解法
• 容易做出高 CP 值成果：用回收物、既有規則、現成工具，就能做出明顯改進

資源借力類涵蓋的發明原理

8 重量補償、12 等位能、13 反向作用、16 不足或過度作用、22 轉害為利、23 回饋、24 中介物、25 自助服務、26 複製、27 廉價短壽命物品、28 機械系統替代、29 氣壓或液壓、32 改變顏色、33 同質性、35 改變參數、36 相變、37 熱膨脹、38 強氧化劑、39 惰性環境

但在中小學階段，必須先選「最直覺、最安全、最容易視覺化」者。

第三類「資源借力類」最優先教的五個發明原理

第一優先：25【自助服務】

學生腦中直覺：
「能不能讓它自己來？」

為什麼排第一

• 容易理解：
  自動鉛筆、感應水龍頭（不用轉開關）、自動鉛筆（不用削），孩子天天在用
• 效益極高：
  人不用一直做 → 系統自己完成 → 省力、省時間、省人力
• 成本最低：
  多半只是「換做法、換角色」，不一定要加設備

➡ 這一條就是「聰明偷懶」的代表原理。

第二優先：22【轉害為利】

學生腦中直覺：
「壞的，能不能拿來用？」

為什麼排第二

• 容易理解：
  下雨→收集雨水；吵→當提醒；熱→拿來烘乾
• 效益很高：
  原本的問題「不用解決」，反而變成資源
• 成本極低：
  幾乎零新增，只是重新看待

• 創意感最強，成就感最高：把壞事變好事，學生會有「哇！好聰明」的驚喜感
• 生活例子超多：廢物利用、噪音變警報、垃圾變藝術品
• 同時解決「壞處＋需求」

第三優先：24【中介物】

學生腦中直覺：
「能不能找個東西幫忙？」

為什麼排第三

• 容易理解：
  隔熱手套（手和熱鍋之間）、吸管（嘴和飲料之間，更衛生）
• 效益高：
  原本做不到／很難做的事，突然變容易
• 成本低：
  中介物通常是現成物品或回收物
• 應用範圍廣：從安全到衛生到便利都有

第四優先：26【複製】

學生腦中直覺：
「這個能不能多一個？」

為什麼排第四

• 容易理解：
  影印機（不用重新寫）、模具（做餅乾、做章魚燒）、印章（不用一直簽名）
• 效益高：
  省時間、省力氣、保留原件、分工同步
• 成本低：
  複製品通常比原件便宜
• 非常符合數位時代經驗

第五優先：23【回饋】

學生腦中直覺：
「怎麼知道做得對不對？」

為什麼排第五

• 容易理解：
  紅綠燈、進度條、提示音、對勾
• 效益高：
  少走冤枉路、少犯錯、立刻修正
• 成本低：
  多半只是加一個「提醒訊號」

• 讓系統自己提醒、自己修正
• 非常適合畫成循環圖

第三類的選擇原則

1. 一節課內能否做出前後對比
2. 能否變成一句話模板反覆使用
3. 材料取得與安全門檻

全文總結｜三類發明原理的一條完整教學路徑

核心口訣：「先拆改、再換時、最後偷懶」
教學導向：許多老師認為，在時間有限的情況下，中小學不應教滿 40 條發明原理，而應以這 3 個方向搭配生活實例（如積木、感應燈、太陽能）來引導學生。

這套整理的價值，不是教得更多，而是讓學生更早會用、用得更準，把學習路徑變成「先會用，再學全」。

可以採取的行動：

下次帶學生解題時，先請他們判斷屬於哪一類，再從該類挑一個代表原理，畫出「改造前／改造後」或「原流程／新流程」的對照圖。

總結金句：

1. 不是學生沒創意，是入口太難、出口不清楚。
2. 先分三類，再挑五招，創新就不再是背誦，而變成可複製的習慣。
3. 先拆改、再換時、最後借力：學得少一點，用得多很多。

在下一篇文章中，我們將再進一步探討「發明原理」的其他分類，讓讀者更瞭解工具的運用。

延伸閱讀：TRIZ理論

TRIZ理論與實務：讓你成為發明達人（2版）https://reurl.cc/k83VVx

TRIZ(萃思) 八大工具一次看！激發系統化創新的 8個方法、案例分享 (1-0) https://reurl.cc/VmERlR

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