開展中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造活動講座.doc

開展中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造活動講座創(chuàng)新需要人才，人才需要培養(yǎng)。培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)造潛能的高素質(zhì)人才是新世紀(jì)實現(xiàn)民族復(fù)興大業(yè)的前提。 生活中，人人都具有創(chuàng)造潛能，人人都能夠創(chuàng)造，關(guān)鍵在于如何發(fā)掘和發(fā)揮這種潛能。本講座介紹創(chuàng)造性思維和發(fā)明技法的基礎(chǔ)知識，旨在給青少年朋友們一把開啟創(chuàng)造發(fā)明大門的鑰匙，使之能在這片廣闊的天空中自由翱翔。 一、創(chuàng)造發(fā)明的思維方式 人們考慮問題，都應(yīng)有一條正確的思路以有利于尋找、發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題。然而，一般情況下，人們通?？偸窃噲D采用過去的辦法來解決新問題，即按固定思維進(jìn)行思考。 發(fā)明創(chuàng)造活動中除了有按常規(guī)的邏輯思維活動外，還有一些與人們?nèi)粘Ｋ季S有異的特殊思維方式，即所謂創(chuàng)造性思維。創(chuàng)造性思維使人能突破思維定勢思考問題，從新的思路去尋找解決問題的方法。通常使用的有逆向思維、側(cè)向思維、求異思維、類比思維、綜合（集中）思維、發(fā)散（擴散）思維、頓悟（靈感）思維等方式。 逆向思維 有這樣一個例子，有位作家每天早上沿固定路線散步一圈，天天如此，從無變化。有一天，因修路只好沿反方向散步，結(jié)果，剛拐彎就看到一排盛開著薔薇花的墻，心底一陣激動，“好漂亮的薔薇花，誰家栽的呢？”再往前，有家賣煙的小店，往里一瞧，里面坐著一位漂亮的妙齡女郎，心想：“想不到附近還有這么漂亮的賣煙姑娘” ，邊走邊回頭看時突然發(fā)現(xiàn)，根本不是那么回事，還是天天路過的煙店，坐在里面的還是原來那個姑娘，再順著剛才的路往回走，這時，剛慈愛還覺得漂亮無比的薔薇花墻也變得平淡無奇了。 這個例子說明，如果偶爾打破平時的行動常規(guī)和思考模式，從相反方向走一走、想一想，往往可以獲得意想不到的新鮮思路。 所謂逆向思維，就是指有突破常規(guī)考慮問題的固定思維模式，采用與一般習(xí)慣相反的方向進(jìn)行思考、分析的思維方式。通俗地講，就是倒過來想問題。 比如，水總是由高向低流動，有什么辦法能使其由低向高流動呢？由此發(fā)明出各種類型的泵。日常生活中圓珠筆的漏油是一直難以解決的難題，人們認(rèn)為是由于鋼珠的磨損造成的，因而許多科學(xué)家、工程師、發(fā)明家都在考慮強化鋼珠硬度、耐磨性上花費極大精力，但處于當(dāng)時條件下，材料上難以突破。難道除了提高鋼珠硬度、耐磨性之外就別無他法了嗎？日本一位發(fā)明家想了一條與常人不同的思路鋼珠磨損后筆要漏油，但如果鋼珠磨損后筆管中已沒有油可漏了，這個問題不就解決了嗎？他買來大量圓珠筆，反復(fù)使用，統(tǒng)計出常用圓珠筆寫了多少字、用了多少油開始漏油的規(guī)律，采用在管中定量灌油的方式解決了圓珠筆的漏油問題。不從常人強化鋼珠的方向思考，而是從油上動腦筋，使難題得以解決，這就是所謂逆向思維。 在小學(xué)大家都學(xué)過“司馬光砸缸”的故事。小孩落水會淹死，要救出落入水缸的小孩，常規(guī)方法是把人拉出水面。把一個小孩拉出水缸，對大人不成問題，但對還是少年的司馬光來說，要把同伴從水缸中拉出來卻不是一件易事，弄不好自己還可能被對方拉下水，司馬光考慮的不是常人想的“人離水能活”這一條方法，而是反過來“水離人，人也能活”這種思維方法，結(jié)果砸破水缸救出小孩，這就是一種逆向思維。 在日常生活中有許多用具的“缺點”往往是大家主攻的目標(biāo)，但在不同使用場合，這些缺點有可能成為“優(yōu)點”，想方設(shè)法擴大缺點，使之逆用，這也是逆向思維。 德國一工廠生產(chǎn)的一種紙因嚴(yán)重化水無法使用，按常規(guī)只能打漿返工。有個工程師考慮到化水原因是吸水性太強，能否專門用這種紙來吸水呢？經(jīng)過進(jìn)一步“擴大缺點”制成了專用吸水紙，并申請了國家專利，增加了工廠收益。像這種“缺點逆用法”也是逆向思維的成果。 逆向思維可分為功能反轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)、因果反轉(zhuǎn)、狀態(tài)反轉(zhuǎn)等幾種。 從已有事物的相反功能去設(shè)想和尋求解決問題的新途徑，獲得新的創(chuàng)造發(fā)明的思維方式即為功能反轉(zhuǎn)。如上述德國造紙廠發(fā)明制造的吸水紙。 從已有事物的相反結(jié)構(gòu)形式去設(shè)想和尋求解決問題的新途徑的創(chuàng)造性思維方式屬結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)。如一般的門鎖鎖舌有斜口，這樣關(guān)門比較方便，但如果朝門縫中塞入硬片等卻容易把門撬開，防盜功能差，有一同學(xué)發(fā)明了“簡易防盜鎖”，把門框上鎖孔內(nèi)側(cè)焊個斜片，而鎖舌卻改成方形，這樣從結(jié)構(gòu)上與原鎖反轉(zhuǎn)，關(guān)門照樣方便，但由外往里撬門，由于鎖舌是方形的就不易被撬開了，從而使防盜性能大大增加。 從已有事物的因果關(guān)系，反過來由“果”去發(fā)現(xiàn)新的“因”（現(xiàn)象、規(guī)律），尋找解決問題的方法就是因果反轉(zhuǎn)。例如磁生電（發(fā)電機）電生磁（電磁鐵），聲轉(zhuǎn)電（話筒）電轉(zhuǎn)聲（聽筒）。 從已有事物的另一屬性，反轉(zhuǎn)過來，發(fā)現(xiàn)或創(chuàng)造一種新的產(chǎn)品或技術(shù)的方法稱作狀態(tài)反轉(zhuǎn)。例如，前面提到的“司馬光砸缸”、圓珠筆的改進(jìn)等。 總之，當(dāng)思考的問題用常規(guī)方法得不到解決時，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)換思考角度，缺點逆用等思維方式來重新思考，這是人們在發(fā)明創(chuàng)造時常用的方法。 【思考題】 1什么是逆向思維？列舉常用的幾種類型。 2試列舉生活、學(xué)習(xí)、工作中尋找利用逆向思維方式解決問題的一兩個例子。 第二節(jié) 側(cè)向思維 有位心理學(xué)家做過這樣一個實驗，把狗和雞關(guān)在兩堵短墻之間，在狗和雞的前面用鐵絲網(wǎng)隔開放了一盆飼料，雞一看到飼料馬上直沖過去，結(jié)果左沖右突就是吃不到食。狗先是蹲在那兒直盯盯看著食物和鐵絲網(wǎng)，又看看周圍的墻，然后轉(zhuǎn)身往后跑，繞過墻來到鐵絲網(wǎng)的另一邊，結(jié)果吃到了食物。我們?nèi)祟愒诳紤]某個問題時也有類似現(xiàn)象，有人總是死抱正面進(jìn)攻的方法一味蠻干，絲毫不能解決問題，而有人則采用迂回戰(zhàn)術(shù)，用意想不到的方法，輕而易舉地獲得成功。這就是側(cè)向思維。側(cè)向思維與逆向思維一樣，都是相對常規(guī)思維活動而言的。它們的區(qū)別在于：逆向思維在許多場合表現(xiàn)為與他人的思維方向相反，但軌跡一致，而側(cè)向思維不僅在方向上，而且在軌跡上也有所不同，偏重于另辟溪徑。側(cè)向思維的關(guān)鍵是能否擺脫他人常規(guī)的思維方式或習(xí)慣思維（思維定勢）的束縛，換一種新的觀察角度去思維的途徑，主動尋求“柳暗花明又一村”。這種新角度應(yīng)是不引人注目的側(cè)路。 有一個故事，一人想過河，便大聲問到：“哪位船老大會游泳？”話音剛落好幾個船老大圍了過來，只有一位沒有過來，他便問那人：“你水性好嗎？”，“對不起，我不會游泳！”，“好，我坐你的船！”。人們要問，為什么偏選不會游泳的船老大呢？原來，他運用了側(cè)向思維，船老大不會游泳，必然會小心劃船，比較安全。側(cè)向思維一般在下述兩種情況下常用： 第一種情況是實現(xiàn)目標(biāo)的途徑相當(dāng)明確，原有各種思維方式、思路、方法均可達(dá)到既定目標(biāo)，但由于人的習(xí)慣思維，盡管原方法有優(yōu)有劣，但往往總是死抱住一條路不變，在這種情況下就必須果斷尋找新途徑。 例如要剪一圓紙板，通常先在紙板上畫出一個相應(yīng)直徑的圓，再用剪刀仔細(xì)剪下，花費時間較長。有同學(xué)想到用圓規(guī)畫圓，把圓規(guī)的筆尖改裝為小刀片，則成為一個很好的切圓片專用工具，不同方法解決了同一問題，還節(jié)省了時間。 第二種情況更為多用，為解決某一問題孜孜以求，朝思暮想，但按常規(guī)方法卻難以完美解決，這時不妨轉(zhuǎn)換一下思路，從與自己研究無關(guān)的領(lǐng)域中尋找解決的方法，或者請“外行”來參謀，出點子，或許很容易就能解決問題。例如大家比較熟悉的魯班發(fā)明鋸、莫爾斯發(fā)明電報就是這種思維的典范。 側(cè)向思維是進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的有效思維方式，所謂側(cè)向思維是指相對已有思維而言的。盡量利用已有新技術(shù)及鄰近領(lǐng)域的成熟技術(shù)以圖從別人想不到的角度觀察、分析，達(dá)到解決問題的目標(biāo)。 【思考題】 1什么是側(cè)向思維？它與逆向思維有何不同？2在日常生活中尋找一個能用側(cè)向思維解決的問題。 第三節(jié) 求異思維 發(fā)明創(chuàng)造的靈魂在于創(chuàng)新，善于“標(biāo)新立異”是發(fā)明家的共同之處。這就需要我們有一種求異思維，在常人習(xí)以為常的工具、用具、方法中標(biāo)新立異，創(chuàng)出新品。 求異思維的關(guān)鍵在于人不受任何框架、任何模式的約束，能夠突破、跳出傳統(tǒng)觀念和習(xí)慣勢力的禁錮，使人們從新的角度認(rèn)識問題，以新的思路、新的方法創(chuàng)造人類前所未有的更好、更美的東西。 可以說求異就是使“圓變方，縱變橫，平面變立體，飛機入水，船上天”。 求異思維的主要規(guī)律和方法是對比聯(lián)想。 對比聯(lián)想常常與客觀事物之間的對比、語言學(xué)中的反義詞有關(guān)系，正如上面所說的方與圓、縱與橫、平面與立體、紅與藍(lán)、黑與白、天與地、大與小、長與短、寬與窄、厚與薄、高與矮、多與少、導(dǎo)體與非導(dǎo)體、金屬與非金屬、正與負(fù)、強與弱、少與多、加與減、乘與除、交流與直流、腳與手，以及名詞、動同、形容詞等都是對比聯(lián)想的素材，開啟求異思維的思路。 日常所說的“出奇制勝”，就是種求異思維。在戰(zhàn)場上、在工業(yè)、商業(yè)競爭中，這樣的例子不勝枚舉。例如彩電制造，屏幕越來越大、功能越來越強，按鍵越來越多，成本越來越高，使用越來越復(fù)雜，有廠家及時推出功能減少、使用方便、價格低廉的大屏幕電視，銷售量大增，就是求異思維的結(jié)果。 又如，可當(dāng)帽子用的傘，分腳趾的襪子，別出心裁、別有趣味的文化衫，只有兩個半輪運動的自行車，冷凍室在下方的冰箱等也都是求異。 1981年英國王子查爾斯和王妃在倫敦舉辦耗資10億英磅的世紀(jì)婚典，商家在包裝盒上印上了王子和王妃的照片、在各類產(chǎn)品上設(shè)計、印制了許多紀(jì)念圖案、報刊雜志大做宣傳廣告等大發(fā)橫財，而這其中最出色的應(yīng)首推一家經(jīng)營望遠(yuǎn)鏡的公司。盛典之際，人山人海，當(dāng)后排的人們正為無法看到王妃風(fēng)采而著急時，該公司及時推來一車車“觀禮潛望鏡”，人們蜂擁而上，不一會就搶購一空。按理說婚禮與潛望鏡之間并沒有什么直接聯(lián)系，但精明的商人硬是從中找到了兩者的內(nèi)在聯(lián)系，從而獲取了豐厚的利潤。這就是“求異”帶來的成果。 【思考題】 1求異思維的要點是 ，關(guān)鍵是 。 2你能否在日常生活、工作、學(xué)習(xí)等用品上標(biāo)新立異創(chuàng)造出一些新的產(chǎn)品？ 第四節(jié) 類比思維 類比思維是一種或然性極大的邏輯思維方式，它的創(chuàng)造性表現(xiàn)在發(fā)明創(chuàng)造活動中人們能夠通過類比已有事物開啟創(chuàng)造未知事物的發(fā)明思路，其中隱含有觸類旁通的涵義。它把己有的事和物與一些表面看來與之毫不相于的事和物聯(lián)系起來，尋找創(chuàng)新的目標(biāo)和解決的方法。 發(fā)明創(chuàng)造中的類比思維，不受通常的推理模式的束縛，具有很大靈活性和多樣性。在發(fā)明創(chuàng)造活動中常見的形式有：形式類比、功能類比和幻想類比等多種類型。 形式類比包括形象特征、結(jié)構(gòu)特征和運動特征等幾個方面的類比，不論哪個形式都依賴于創(chuàng)造目標(biāo)與某一裝置或客體在某些方面的相似關(guān)系。如飛機與鳥類、飛機與蜻蜒，由鳥的飛行運動制成了飛機，飛機高速飛行時機翼產(chǎn)生強烈振動，有人根據(jù)蜻蜒羽翅的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計了飛機的減振裝置。天津一個學(xué)生根據(jù)小狗爬樓的運動方式創(chuàng)作了狗爬式上樓車等都是類比的結(jié)果。 功能類比是根據(jù)人們的某種愿望或需要類比某種自然物或人工物的功能，提出創(chuàng)造具有近似功能的新裝置的發(fā)明方案，這種方法特別在仿生學(xué)研究上有廣泛應(yīng)用，例如各種機械手、鱷魚夾等。 根據(jù)幻想中的某種形象、某種作用、運動裝置進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造思維，這種思維是幻想類比。例如海底兩萬里的作者幻想了一種能長時間在海底活動的潛艇，經(jīng)過幾十年的努力后制成的現(xiàn)代潛艇即是這種幻想的實施。當(dāng)然，一項成功的發(fā)明也可以是以上多種類比的綜合，如各種機器人的出現(xiàn)絕非是一種單純的創(chuàng)造性思維所能奏效的。 英國的培根有一句名言：“類比聯(lián)想支配發(fā)明”。他把類比思維和聯(lián)想緊密相聯(lián)，只有有了聯(lián)想才能有類比思維，不論是尋找創(chuàng)造目標(biāo)，還是尋找解決的辦法部離不開聯(lián)想的作用。 人們要用好類比思維，就必須提高聯(lián)想能力，學(xué)會聯(lián)想方法，特別是掌握相似聯(lián)想，是運用類比思維的重要條件。 【思考題】 1、類比必須和 結(jié)合才能有廣闊的用武之地？ 它的常見形式有 、 、 。 2仿生學(xué)把人類在生活、學(xué)習(xí)、工作中碰到的一些問題與自然界一些生物功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行類比，創(chuàng)造出諸如飛機、輪船、雷達(dá)等一系列產(chǎn)品。你能否在這方面下一番功夫，完成幾件小發(fā)明提案？ 第五節(jié) 綜合思維 在日常生活中經(jīng)常會遇到這樣的情況：由兩個或更多的人 拉一輛車或劃一條船，盡管各人用力的方向各不相同，但車或船往往能走一條正確的方向即合力的方向前進(jìn)。 在發(fā)明創(chuàng)造中，同樣可以把幾個不同的主意合起來，或者相互補充取其長處重新組合起來，就能解決同一個難題或完成同一件作品，這就是綜合思維，又稱集中思維。 綜合思維往往可綜合多種方法，對其設(shè)計、結(jié)構(gòu)、原理的優(yōu)點進(jìn)行合理綜合、改進(jìn)、互補，形成一個合力，達(dá)到理想目標(biāo)。通常所講的“諸葛亮?xí)h”、“三個臭皮匠、抵個諸葛亮”等就是這個目的。 普通門鎖鎖舌前部是一個斜面，關(guān)門時能自動鎖上，的確很方便，但因前部是斜面，防撬方面不那么如意，若再加一方舌門鎖，鎖上后有一定的防撬作用，但關(guān)門時必須鎖兩次，很不方便。能否把兩個看似矛盾的方法綜合一下，去除雙方的弊端取其所長重新設(shè)計呢？由此誕生了一種新型防盜門鎖，上部有一斜舌，用其方便，下部有一方舌，用其可靠，兩者合一，鎖門時只要操作一次即可。還有一種鎖，其鎖舌有一個斜口，與平常鎖差不多，平時斜面剛好伸出鎖體，便于關(guān)門，一但門關(guān)上，鎖舌又自動伸出一段，方舌部分對著門縫這一段，在外用力撬鎖舌它也不會縮入鎖體。 綜合思維可在下列兩種情況下使用，第一種情況是幾個設(shè)想并無矛盾，分別可用在作品的不同部位，只需簡單組合即可。另一種情況是幾個設(shè)想集中在同一部位，相互之間各有長短，這時你就必須下一番功夫把它們各自具有的長處結(jié)合而消除弊端，就好像是幾個分力使它們作用在同一直線上，你必須把它們合理安排，使它們能最大程度地達(dá)到你所想得到的效果。 【思考題】 1綜合思維是把幾種 、 、 、 、 、 重新結(jié)合在起，創(chuàng)造一種完美的產(chǎn)品。 2在日常生活中，你能否在各種生活、學(xué)習(xí)、用品中找到可供綜合的因素，搞一份完善的發(fā)明提案？ 第六節(jié) 發(fā)散思維 通常人們考慮問題，由起點（提出問題）到終點（解決問題）總喜歡按一條思路進(jìn)行，走不通就打住。換一種方式，從多個不同角度換一個思路去考慮卻很容易就能解決問題，這種圍繞一個問題，突破常規(guī)思維的束縛，沿不同方向去思考、探索，尋求解決這一問題的各種可能性，由一點到多點的思維形式就叫做發(fā)散思維，又稱擴散思維、多向思維、輻射思維。擴散的范圍愈廣，產(chǎn)生的設(shè)想就愈多，解決問題的可能性就愈大。面對一個新方法、新技術(shù)、新規(guī)律、新產(chǎn)品、新現(xiàn)象，對一個訓(xùn)練有素的發(fā)明者，他會考慮能否有其他更多的用途，制作更多類型的作品，設(shè)計新的裝置，開創(chuàng)一個個新的技術(shù)種類，一項項新的系列化產(chǎn)品，一片片新的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)明活動中發(fā)散思維的常用操作方式有以下幾類： 1材料發(fā)散 用某種材料為基點，設(shè)想它的多種用途，并對材料的各種專用特性進(jìn)行研究、改進(jìn)，達(dá)到要求的目標(biāo)。如紙：可寫字、包裝、制作玩具、引火等。 2功能擴散 以某種事物（品）功能為擴散中心，設(shè)想這種功能的其他用途。如：燈發(fā)熱、發(fā)光、取暖、烘烤、印相、發(fā)信號等。 3形態(tài)擴散 以某種事物形態(tài)（顏色、形狀、聲音、氣味等）為擴散中心設(shè)想出能被利用的各種可能性。如釘子：可釘木板（把兩種材料連結(jié)，掛物體）、釘墻面（水泥釘）、釘塑料（熱固化材料，補洞等用）、釘鞋（防滑）、做釘耙（工具）等。 由此可見，發(fā)散思維實際上與前述綜合思維是相反的思維方式，綜合思維由多點集中到一點，而發(fā)散思維是由一點擴散到多點。 1898年，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性元素，自此以后，許多科學(xué)家采用他們的方法，又發(fā)現(xiàn)了一系列放射性元素，又有人在用途上動腦筋，使放射性由實驗室走到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、科研等領(lǐng)域，現(xiàn)在在育種、消毒、殺菌、治病、食品保鮮等方面都得到了廣泛應(yīng)用。 應(yīng)用發(fā)散思維，首先應(yīng)尋找合適的發(fā)散源，掌握發(fā)散源的科學(xué)原理、技術(shù)基礎(chǔ)，運用發(fā)散思維，尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域去創(chuàng)造、去發(fā)明、去制造社會所需要的新產(chǎn)品。 當(dāng)然，要正確掌握發(fā)散思維需要大家認(rèn)真學(xué)習(xí)，真正理解和掌握各學(xué)科的基本知識，并能仔細(xì)觀察生活，做發(fā)明的有心人，才可能應(yīng)有成績。 第七節(jié) 創(chuàng)造性思維的特征 創(chuàng)造性思維具有哪些特征呢？靈活性、流暢性和獨創(chuàng)性是創(chuàng)造性思維三個最重要的特征。靈活性反映思維的廣度。敢于突破固定思維，善于從不同側(cè)面考慮問題，就容易找到解決問題的方法。流暢性指思維的速度（敏捷性）。由于重視思維的發(fā)散，重視聯(lián)想和想象，重視從不同角度思考問題，因而思維過程中少有阻滯，善于擴散，在很短時間內(nèi)就能產(chǎn)生大量新的觀念、設(shè)想和方案。 獨創(chuàng)性（新穎性）反映了思維的深度，它是創(chuàng)造性思維最重要的特征，也是創(chuàng)造性思維的最高層次。由于能突破傳統(tǒng)思維的束縛，不重復(fù)使用過去的方法解決問題，也就能獲得過去未有的新成果，表現(xiàn)出獨創(chuàng)性。思維的獨創(chuàng)性常能導(dǎo)致新穎產(chǎn)品的出現(xiàn)。玩具中的變形金剛，能將自來水變成礦泉水的礦泉壺，不用膠卷的一次成像照相機的設(shè)計、制造都是獨創(chuàng)的典型實例。 要提高創(chuàng)造思維水平，必須要善于學(xué)習(xí)，具有廣博的知識，還要勤于思考，靈活運用，有意識培養(yǎng)、鍛煉自己的思維能力，并能積極參加實踐，努力把各種設(shè)想付諸實施，這樣在動手動腦過程中，創(chuàng)造思維水平才能不斷提高。