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青岛宁夏路小学六年级三班

 
 
 

日志

 
 

发明方法——7  

2014-12-05 13:58:55|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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发明方法:洞察奇异法

大千世界,无奇不有。如果你能随时留心洞察各种新颖奇特的异常现象,就有可能碰到机遇女神前来敲门而你恰好在家的好运气。
  一天早晨,化学家波义耳正要照例会实验室巡视,一位花匠走进他的书房,在屋的角落摆下一篮美丽的深紫色紫罗兰。波义耳随手拿起一束紫罗兰,它那艳丽的色彩和扑鼻的芬芳使人感到心旷神怡。他一边观赏着一边向实验室走去。
  “威廉,有什么新情况吗?”波义耳问一个年轻的助手。
  “昨天晚上运来了两大瓶盐酸。”
  “我想看看这种酸,请从烧瓶里倒出一点来。”
  波义耳把紫罗兰放在桌子上,去帮助威廉倒盐酸。盐酸挥发出刺鼻的气体,像白烟一样从瓶口涌出,倒进烧瓶里的淡黄色液体也在冒着白烟。
  “威廉,这盐酸好极了。”波义耳高兴地说,他从桌上拿起那束花,要回书房去。这时,他突然发现紫罗兰上冒出轻烟。原来盐酸的飞沫溅到花朵上了。他赶紧把花放进水盆中清洗。令人奇怪的是,紫罗兰的颜色变红了。
  这个偶然的奇异现象引起了波义耳的兴趣。他走回书房,把那个盛满鲜花的篮子拿到实验室,对威廉说: “取几只杯子,每种酸都倒一点,再拿起水来。”
  年轻的助手按照波义耳的吩咐,一个杯子倒进一种酸,再往每个杯子里放进一朵花。波义耳坐在椅子上观察着。深紫色的花朵逐渐变色了,先是带点淡红,最后完全变成了红色。
  “威廉,看清了吗?不仅是盐酸,其他各种酸,都能使紫罗兰由紫变红”波义耳兴奋地说:“这可太重要了!要判别一种溶液是不是酸,只要把紫罗兰的花瓣放进溶液就清楚了。”
  “紫罗兰不是一年四季都开花的!”威廉带着惋惜的口气说。
  “你学会动脑筋了。为了方便鉴别溶液的酸性和碱性,我们该做些什么呢?”波义耳向助手提出了新的问题。
  不久,他们研制出一种用石蕊浸泡过的指示纸,很方便地就能分辨出什么是酸什么是碱。这对化学研究工作具有重要的意义。
  这个发明故事离我们或许较远,那就再看一个不久前发生在我国的发明传奇吧。
  有一天,山西榆社县农民赵跃荣下地察看菜地时,偶尔发现一个奇异的现象:一株被篱笆弄弯头的西红柿,果实结得特别好,一层一层。红到顶部,而地里的其他植株,尽管株株挺直,但在采摘第三果穗后,余下的果子很难成熟。
  这是为什么?好奇心强的赵跃荣眼睛一亮,觉得弯头西红柿中可能隐藏着某种丰产的秘密。于是,他开始对西红柿进行弯头处理试验。结果发现经过弯头处理栽培出来的西红柿的确出类拔苹。这是什么原因呢?据他分析,经弯头处理过的植株能扼制顶端优势,促进营养供给均衡和刺激植株生长。
  由于经弯头处理后的植株呈V字形,所以赵跃荣将他的发明称为“V型栽培法”。这种有利西红柿大面积丰产的栽培技术,很快引起科技部门的重视,被国家科委列为投资少、见效快的科技兴农星火计划项目,在全国不少省、市、自治区推广。此外,该项技术还被拍成科教片(西红柿V型栽培法》,发行到世界100多个国家和地区。
  类似的发明创造例子举不胜举。只要有奇异现象存在,就有发明创造的机遇。独具慧眼,善于“搜尽奇峰打草稿”,巧遇机遇女神的机会要比一般人多得多。因此,洞察奇异也是发明创造技法宝库里的一件利器。
  洞察奇异作为发明创造方法之一,其内涵在于分析思考偶然发现的效应奇异现象,并以此为基础去创造前所未有的新技术或新产品。运用此法从事发明创造,要注意哪些要点呢?
  首先,要具备好奇心。好奇,是创新者应有的一种心灵。科学巨匠爱因斯坦说:“我没有特殊的天赋,只有强烈的好奇心。”发明大王爱迪生则说:“谁丧失了好奇心,谁就丧失了最起码的创造力。”上面列举的发明创造实例,也说明,一个人对各种事物的好奇心愈强烈,探索的目光就愈明亮,许多自然界的秘密就会暴露在好奇心的巨大视野之内。相反,一个人如果对周围发生的新奇现象熟视无睹或习以为常,那么他的目光就会短浅,什么样的发现都做不到,甚至连发明创造的机遇碰在鼻尖上,也不知是什么东西。因此,具备强烈的好奇心是运用洞察奇异法的心理基础。
  其次,要培养洞察力。善于洞察,才会有新的发现,才会捕捉到发明创造的契机。所谓善于洞察,就是要善于用敏锐的眼光去看,用科学的思维去想。一个成功的创造者,在常人的心目中,似乎是因为他有什么起人的洞察力,其实,“超人”的东西是没有的,有的只是对观察的深刻理解和不断地将“观”与“察”有机结合的能力。
  再次,就是要把握住对效应的分析。所谓效应,是指自然界的某种作用产生的效果或反应,如电磁效应、光电效应、磁场效应、温室效应、臭氧层效应等。一事物潜在的、未被发现的重要事实和发展趋势,总是要通过其现象凸显出来。如果说形态奇异是事物的外在特征的话。那么,效应奇异的现象便涉及到事物内部作用机制了。运用洞察奇异法时,我们首先要观察发现形态奇异的事物或现象,进而去分析其与常规效应不同的奇异效应,因此只有这种深入的洞察,才有可能剖析出鲜为人知的知识,悟出启动发明创造的思路。
  据报载,英国一猎人举枪向一只雉鸡射击,枪弹明明击中雉鸡,它竟然大摇大摆地从猎人眼皮底下飞走,留下的只是几根鸡毛!雷丁大学的科研人员听到这一新奇趣闻后,产生了浓厚的兴趣,高价买下了那几根鸡毛,开始了新的研究。想想看,他们究竟想发明创造什么?


发明方法:变换视角法

宋朝大文学家苏东坡在咏庐山时吟道:“横看成岭侧成峰,远近高低各不同。不识庐山真面目,只缘身在此山中。”这首诗寓意深刻,单从观察技巧的角度讲,也值得仔细品味。“横看”和“侧看”,会得到不同的观感,假如人们习惯了横向获得的印象,那么换成侧看,岂不是另有一番新景?这种看山之法,对发明创造,也是一种启迪。善于应用,则不失为创新一招。
  生活在地球上的人们,天天看到太阳东升西落,因此,远在古代就直观地形成了“地球中心说”。在近代以前,人们感到这种认识同自己的经验是吻合的,因此十分虔诚地信奉这种学说。哥白尼在长期的天文观察中,所看到的观察对象及现象与一般人并无不同,然而他并未就此止步。他借鉴前人关于地球绕日公转的猜同,变换视角,设想自己从恒星上来观察地球和其他天体。他以运动的相对性原理,比“地球中心说”更合理地解释了天体的运动和地球上自然现象的周期性变化,从而为提出划时代的“太阳中心说”扫除了观察上的障碍。
  过去,人们抬头观看天象,获得的气象资料既不全面又不可靠。现在,人们借助人造气象卫星俯视地球,全球风云尽收“眼底”,从而提高了气象预测的准确性。
  变换视角,除了采取改变观察位置或变更参考系的方式外,还可以采用改变观察对象的方式,即在间接观察中达到预期的目的。
  例如,在研究埃及金字塔巨石成因时,人们各持己见。这些巨石到底是天然石块加工制成还是别的方法造就的呢?人们长期观察仍无定论。后来,有人改变视角,改从古代埃及文化、法老陵墓中的随葬品等方面去观察分析,最后得出结论:建造金字塔的巨石是人工浇注而成的。后来的科学化验证明,情况的确如此。这项观察成果不仅回答了有关金字塔的一个疑问,而且导致了一种“金字塔水泥”的发明。
  所谓金字塔水泥,是发明者在分析金字塔巨石成分的基础上,进行反求而获得的成果。据说这种水泥具有强度高、耐腐蚀、易凝固等优点,问世后受到建筑界的瞩目。
  再如,为了观察汽车发动机运动部件的磨损情况,传统的办法是先拆卸发动机,然后对零部件的磨损部位进行直接观察和用量具测量,根据发现磨损部位和磨损量确定维修方式。这种作法费时费力,且需停车拆卸后才能实施。能不能发明一种不需拆卸机器就可发现零部件磨损程度的方法呢?有人借鉴人体验血看病的原理,提出了“验油测磨损”的新技术,即先从发动机油底壳中取出小量机油,然后通过铁谱分析技术或光谱分析技术,观察机油中金属微粒的变化情况,间接发现磨损的程度。这种新方法由于不需拆卸机器,具有快速、高效、低耗的优点,因此引起人们的重视。
  在工业生产中,应用越来越广泛的无损检测技术,也闪烁着改变视角法的智慧之光。
  变换视角作为发明创造一招,其基本机理在于有意识地突破传统的观察方式,改用新的观点或观察方式去审视被观察的客体,力图在新的发现中有所创新。
  运用此法,首先要了解什么是传统视角或常规视角,在此基础上进行观察基点位置的改变或观察方式(直接观察还是间接观察)的改变。一般来说,改变观察位置并不困难,但从不同视野中悟出新的创意则不容易。尤其是要采取间接观察方式时,如何合理地选择间接观察对象并证明这种观察能达到事先观察所确定的目标,更需要观察者“观”的艺术和“察”的水平。
  假如有人对人体早期恶性肿瘤的诊断技术情有独钟,除了继续沿用取样切片检查法外,从改变视角法的观点看,还会有什么新方法呢?


发明方法:缺点改进法

俗话说:“金无足赤,珠无完圆。”世界上的任何事物都不可能十全十美,总存在这样或那样的缺点,如果有意识地针对缺点进行创造性思考,是不愁没有发明创造课题的。
  分析一下家中的保温瓶吧,看看列举出哪些缺点。从使用上看,它怕碰撞,稍不小心就会使它“肝胆破裂”;它倒水时需要提把、揭盖、拔塞和倾倒,多不方便;它里面的热水还得靠壶烧煮,万一燃料中断,保温瓶毫无办法可施。针对这些缺点去蓄意改进或改变,难道就没有新品出世?
  有人针对保温瓶胆易破损的缺点,提出不怕碰撞的热水瓶的新设想。据有关信息报道,这一设想已变成现实。在国际市场上,一种不锈钢胆保温瓶已经露脸。这种新产品用薄不锈钢板冲制成型,抽成真空后便具有保温功能,其保温效果与玻璃镀银瓶胆没有多大差别。由于采用了金属做瓶胆,因此可以不用外壳,直接在瓶胆上喷涂漆色图案。此外,这种新型保温瓶在造型上突破了传统保温瓶都是圆柱形的模式,可以根据消费者的偏好制作成方形、椭圆形等新形状。用商业的眼光看,这种不锈钢胆保温瓶及其派生的保温饭盒、保温军用水壶等新产品,销售前景极为远大。
  有人针对传统保温瓶使用不便的问题,开发出气压式保温瓶,只要用手轻按一下顶盖,热水便从“象鼻子”里流出来,老人和小孩再不必为提不动大磅的保温瓶而发愁。
  对于事先要用壶烧水的问题,人们很自然地想到用电来解决,于是电热水瓶来到了千家万户。
  保温瓶创新到这步,是不是不再有新品出现了呢?回答是否定的。当你善于对市场上再新的保温瓶去“吹毛求疵”,有关新保温瓶的创意将脱颖而出。
  世界上的事物不可能至善至美,但是,人们总想事物变得完善无缺,这种客观存在与主观愿望之间的矛盾,就孕育着创新的种子。列举缺点后分析缺点和进行改进设计,就可以获得发明创造成果,这就是缺点改进法的基本原理。
  运用此法从事发明创造,首先要做好心理准备。尽管任何事物都有缺点,但并不是所有的人都乐于去寻找。人的心理惰性往往造成一种心理障碍,既然对现有事物比较满意,也就不愿去发现缺点,更不用说通过吹毛求疵去搞发明创造了。因此,首先树立起不相信世间有完美事物的观念和追求更完美的动机,对发明创造者来说是十分必要的。
  改进缺点,需要创造性观察与思考。对一种事物列举几项缺点并不困难,但要从发明创造的要求出发,找到潜伏着的、不易被人察觉,但又产生不良后果的缺点并非易事,因为抓住这种缺点从事发明创造更能实现创新的价值。
  例如,针对空调器、复印机、计算机等产品进行吹毛求疵,是很容易列举出它们在功能、性能、结构、造型等方面的缺点。除了列举一些显露式缺点外,你还能列举出鲜为人知的潜伏式缺点吗?
  现在,许多地方都装上了空调器,它在为人们带来凉爽的同时,也会使人得上“空调病”。长时间处于空调环境的人,往往会感到头痛、头晕、眼干、疲倦,经常发生呼吸道感染和咳嗽,严重的还会感染致人于死命的“军团病”。据研究,“空调病”的起因,就在于空调环境的密封化和通风不良。在密封的空调环境中,像氡和甲醛等有害化学气体的浓度高,各种致病细菌也多。另外,在空调器的冷凝器上,由于温度湿度适宜,且有各种污尘,往往有大量霉菌繁殖,这些霉菌的孢子又随风从空调器中吹出来,与各种有害气体、细菌和尘埃等一同侵害人体,从而使人患病。
  复印机在工作时会产生大量臭氧,当臭氧浓度超过一定限度时,会严重危害人的呼吸系统和神经系统。
  长期操作计算机键盘,往往会造成手臂肌肉损伤,并导致颈椎病;计算机荧光屏对视力也有影响。前不久,德国专家又发现一种“荧光屏霉气——溴化二苯并呋喃”,这是一种致癌物质。
  面对这些电子污染,你想到那些解决的办法?除了建议人们注意工作期间多开窗换气外,从发明创造角度想又有什么创意呢?开发室内换气机、室内空气清新器、专用保健品……,都是值得思考的对策。此外,从正本清源出发,思考一下有没有开发“绿色”家电的创意呢?


发明方法:缺点逆用法

 1974年一个星期天的上午,阿瑟·弗赖伊又准时来到教堂的唱诗班唱歌。
  唱诗班的歌声乍起,弗赖伊急忙拿出唱本,寻找今天所要学唱的那首。这位讲究效率的化学家,为了在唱诗时能尽快找到指定的圣职,就在唱本中央夹一张小纸条作记号。但不知怎么回事,今天唱本中的小纸条不见了。
  弗赖伊急匆匆地翻找指定的圣歌。越是着急,越是难找,他感到有点狼狈。
  回家路上,弗赖伊一边埋怨自己粗心大意丢失作记号的纸条,一边冒出一个念头:要是有一个能固定在原处不易失落的书签该多好!
  有了这个念头,弗赖伊果真动起脑子来。开始,他想到邮票背面涂上胶,用舌头一舔就能贴在信封上的方法,但仔细一推敲,就觉得这种方法用在书签上不行,因为一粘上书页就揭不下来了。后来,他又想起贴伤口的胶布,再一想也觉得不妥,因为用胶布贴上后再揭下来,书上会留下难看的痕迹。
  他一时找不到能贴能揭的好办法。
  有一天,他听朋友说起明尼苏达矿业公司的斯彭恩·西尔弗正在研制一种强力粘结剂,可是研制的新东西有一个明显的缺点,即它只在一段时间内粘得住,过不了多久就粘性减弱,变得毫无用处。西尔弗正在为克服这个缺点加紧研究。
  真是天赐良机,弗赖伊马上想到西尔弗发明的粘结剂的缺点正是自己想象中的方便揭贴纸所需要的特性。
  于是,弗赖伊在别人“失败”的基础上获得了自己的成功。尤为可贵的是,富有商业头脑的弗赖伊并不满足自己发明的书签在唱诗班上让人称赞,他想到了这种方便揭贴纸广泛的商业用途:印作产品商标、剪制商店橱窗文字广告、封贴包装纸箱,等等。
  果然,弗赖伊发明的方便揭贴纸——现在叫做“不干胶纸”很快成为畅销商品。昔日寒酸的化学家一跃成为显赫的百万富翁。
  利用缺点搞出重大发明创造,在当代中国也不乏其例。
  例如,本世纪40年代发明出半导体三极管后,电子学发生一场深刻变革,但同时也留下一个令人头痛的问题,即晶体管的特性会随着温度变化而变化,严重影响测量仪器和控制系统的正常工作。电子学研究者为矫正此缺陷颇费心机。然而,我国发明家张开逊巧用缺陷,利用晶体管物理特性随温度变化而波动的规律去测定温度,结果发明出“PN结温度传感器”,并成为获得日内瓦发明大奖的第一个东方人。
  世界上的事物都有优点和缺点,有时缺点还是优点的“影子” 呢!列举缺点搞发明可以有两条途径:其一,是睁开双眼找缺点,然后想办法去克服缺点,用改进设计去获得性能更优的新事物;其二,是反其道而行之,睁开创造性思维这“第三只眼睛”,看看事物的缺点能否在别的场合变成优点,进而思考能否开发出满足人们某种需求的新事物。前者为缺点改进法;后者是缺点逆用法,它的思维基础是逆反思维。
  运用缺点逆用法时,首先是要发现事物可利用的缺点。一般来说,发现事物的缺点并不太困难,而找到可以利用的缺点却不容易。因为缺点多是要遭排斥的,人们习惯于思考如何去排斥缺点而很少去运用它。在发现可利用的缺点后,紧接着是分析缺点,认清其本质,即抽象出某种被认定为缺点的现象背后所隐藏着的原理或特性。当找不到缺点的原理或本质时,则要跳出缺点本身,思考与此相关的东西,依靠创造性想象使缺点成为灵感的激发素。


发明方法:互为补偿创新法

生活中常发生这样的趣事:当某物的缺点移用到别一物时,有可能成为该物的优势;将两物的缺陷进行叠加,也会产生出一个很有特点的事物。有这样两个伤残朋友,一跛一盲。两人同住一屋,相依为命。一天屋内突然失火,转眼间火势甚猛,两人危在旦夕。盲人欲逃,无奈看不见路,跛子欲出,无奈脚不能行。忽然,盲人急中生智,背起跛子就跑。跛子不盲,盲人不跛,两者互为补偿,终于突破大火的包围。
  医学上的无影灯就是这种原理的创新。我们知道,光会产生影子,一盏灯会使一个物体产生一个影子。假如灯光从一个人的右边射来,那么他的左边就会出现一个影子。如果在他的左边再加一盏灯呢?如果两盏灯、三盏灯……多盏灯从多个角度同时照射,影子不就无处显身了?医院手术过程中用的无影灯就这样诞生了。
  盖伯运用互为补偿创新法发明了全息相,将科学研究的手段推上了一个更高的层次:普通镜子里的像是反像。如果你在纸上写一个“人”字,镜子里映出的像却是个“入” 字。当初的显微镜成像也是这样。能否让镜子成正像而不成反像?盖伯在研究如何改善电子显微镜成像问题时,运用互为补偿创新法进行设想,他的出发点是两步成像:第一步,用不佳的成像系统得到一个失真的像;第二步,让此失真的像第二次通过这同一个不佳成像系统。将倒转的像再倒过来,于是得到一个质量较好的图像。
  盖伯消除图像失真的思路,即两次通过“失真黑箱”的方法,后来成了科学家研究相关问题时后人借鉴的源泉。

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