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1、科技创新案例分析,科技创新系列讲座之八,曹 辉 二 O O 八年十一月 佛山市,创新活动特点,1.在创新活动中，需要打破常规，积极向上，寻求获得新成果，就需要创造性思维，因此它具有非常规性和积极主动性的特征。 2.逆向思维和侧向思维就能够体现上述的两个显著特征。为了使同学们进一步了解创造性思维的特点和思维方法的运用，通过一些典型小发明来进行说明。,创意,人是能够思维的动物，思维能产生创意。创意，顾名思义，就是创造性的意念，实质上就是点子。创新思维就是大脑构思创意的过程，开动脑筋去想点子。没有创新思维训练，就没有点子，就不能构思小发明,进行创新思维训练,进行创新思维训练，其目的是开发同学们的创造
2、潜力，利用创造性思维去解决生活当中所遇到的问题，产生一些有价值的小设想和小发明。 当然，能够获得创新成果的同学只是极少数，但绝大部分同学通过这种训练能够有效地提高他们的创造性思维能力。现在，根据上面讲述过的逆向思维和侧向思维，看一看它们在实际当中是怎样应用的。,绣花针,1.王帆同学的小发明，他原是湖北省武汉市烈巷小学的学生，当时年仅十岁。 2.他仔细观察了湘绣绣花过程，看到绣花针刺到布下面，针尖冲下，需要掉转针头，才能再刺到布的上面来，又需要再次掉转针头刺下去，如此反复操作，非常麻烦。 3.能不能不掉转针头进行刺绣呢？ 4.看来绣花针需要改进，但是怎样进行改进呢？,启发,1.他偶然看见渔民织网
3、的核子，两头是尖的，网线穿在核子的中间，受到启发。 2.他想：既然不需要掉转绣花针进行刺绣，绣花针必需对称：两端都是针鼻，无法刺透布；两端都是针尖，虽然可以刺透布，但是没有针鼻也不行，针鼻只能在针的中段位置了。 3.这样双尖绣花针刺绣时绣花针直立时，下面有针尖，可以刺透绣花布，从下面拔出针，上面也有尖，不再需要掉转绣花针就可以继续刺绣了，减少了刺绣操作的步骤，提高了刺绣的速度。,双尖绣花针,1.双尖绣花针虽然简单，却非常新颖和具有实用性，因而获得第四届全国青少年发明创造比赛一等奖 2.中国发明协会认为该项作品最能体现创造性思雄的特征，特授予专项发明奖。 3.王帆同学把不对称的绣花针颠倒为对称，
4、发明了双尖绣花针，利用的就是颠倒思维方法，实质上是一种逆向思维方法，是一种典型的创造性思维方法，出人意外地使问题得到解决，使他的小发明具有新颖性。,水瓢,1.在农村，把匏po瓜果实和胡芦相似，但体积比它大，一剖两半做成水瓢，用来舀水或撮米等。 2.这种水瓢有一个缺点,就是把它放到水面上时，由于不平衡，水瓢的把儿浸在水中，水瓢把儿上粘的脏东西带进水中，污染了饮用水； 3.同样，用水瓢舀取农药药水时，浸在药水中的水瓢把儿沾上了农药，也会带到人的手上，危害健康。 4.有什么简单的办法能够使水瓢把儿不浸在水中呢？,配重水瓢,1.根据逆向思维，把不平衡变成平衡，在水飘把儿的另一端，也就是原来的瓜的底部，
5、加一个配重，把18克铅块镶嵌在水部底部，使水部平衡。 2.经过改造的配重水瓢，再放任侧面上，就会像小船一样，水瓢面水平地浮田始面，水瓢的把儿再也不会浸入液体中了。该发明获得第五届全国青少年发明创造比赛一等奖。 3.这也是一种变不平衡为平衡，典型的逆向思维方法。看来创造性思维方法在小发明的设计、实现过程中起到了关键性的作用。,被动式光电打靶,1.通常光电打靶，扣动扳机，枪发射出一束光线，照射在靶面中心的光电接收装置上，显示出击中的效果。当环境光线较强时,将会干扰枪发出的光线，使光电接接收装置无法正常工作，造成光电打靶失控。 2.在庆祝建国四十周年时，北京市宣武区青少年科技馆电子组接受了陶然亭公园
6、露天光电打靶的游艺项目，在太阳光下进行光电打靶，其设计难度是可想而知了。 3.宣武区青少年科馆刘春华同学利用逆向思维，进行光电打靶因果关系的颠倒，一反常规的,被动式光电打靶,1.一反常规的让枪发射光，靶作光电接收的原理，改为让靶发光，枪作接收。 2.具体是：在靶面中心安装一盏100W的电灯泡，扣动枪的板机时，这盏灯闪亮，发出的光线，如果正好射入瞄准的枪筒内光电接收装置上，就显示出击中的效果，这就是被动式光电打靶。 3.采用被动式光电打靶的方法，创造性地解决了太阳光干扰的难题，而且还有很高的分辨率，只有“枪口”指向靶心的角度在正负0.3度的范围内，才能显示出击中的效果。,1。李培合同学根据被动式
7、光电打靶的原理进行了理论计算，验证了被动式光电打靶的特点撰写高分辨率被动式光电打靶的研究科学小论文，获第五届全国青少年科学论文讨论会二等奖。 2。利用被动式光电控制的原理，冯剑同学发明了被动式光控五线谱板，获得第二届北京国际发明展览会银牌奖。这是一种“会唱歌的黑板”，只要用手指或教鞭，指中五线谱任一位置上的音符，就会发出相应音名的乐音来。 3。根据用手指演奏乐曲的启发，王志明同学发明了光控电子竖琴，获得了第七届全国发明展金牌奖。 4。李小宇同学根据上面的两项小发明，综合在一起，又发明了激光舞琴，这是一种放大了的被动式光控五线谱板，用人的肢体遮断光线，把舞蹈和演奏融为一体。该发明获得了第三届北京
8、国际发明展览会银牌奖。,系列发明,共振式多用调音器,1.该发明是北京市宣武区青少年科技馆刘春华同学发明的，获第五届全国青少年发明创造比一等奖。 2.利用电子仪器对钢琴进行全部音域内所有键音调律，是国际一大难题，这是因为低音音域的钢琴弦在振动时产生强烈的谐波，电子仪器无法准确测出基音频率，高音音域的钢琴弦振动衰减很快，并且夹杂着较强的噪音，电子仪器反应不及和无法避免干扰。因此，通常的商品电子校音器，只能检测钢琴中音音域键音误差音分，不能实现对钢琴全音域校普。 3.这一“国际难题”如何获得突破性地解决呢？ 4.刘春华同学联想到电吉它的原理：。,吉它,电吉它的原理,1.在电吉它钢丝弦的下面，放置有一
9、个带有铁心的拾振线圈，铁心下面放置有磁铁。当钢丝弦振动时，线圈内的磁通量发生变化，由于电磁感应，在线圈两端产生出电信号来，经过扩音机放大，由扬声器放出吉它音来。 2.能不能把电吉它发音原理的因果关系颠倒过来，用在钢琴校音器呢？,1.刘春华同学用一个音频信号发生器，产生出某一频率的电信号，经过扩音机放大，输出的音频电流通入电磁铁线圈，再把电磁铁放到所要校音的钢琴弦下面。 2.这样，音频电流使电磁铁的磁性强弱发生变化，吸引钢琴弦发生相应的振动，当音频电流的频率恰好调节到与钢琴弦固有振荡频率一致时，就会发生共振现象，使钢琴弦发出响亮的声音来，这时音频信号发生器频率数值就是这限弦发音频率。 3.利用电
10、吉它这种因果关系的颠倒，导致了“共振式多用调音器”的发明。,单片机示波式钢琴调律仪,1.后来，还是利用逆向思维，把常规的利用耳朵听音对钢琴进行校音，颠倒成利用视觉观看跑动的波形，对钢琴进行校音，发明了“单片机示波式钢琴调律仪”，有可能使非专业人员利用视觉调音，取得和专业调律师一样的谐和纯正的钢琴音律。该发明获得第三届北京国际发明展览会银牌奖。 2.对钢琴进行调律是国际一大难题，宣武区青少年科技馆电子组的同学们提出了那么多利用电子手段，有共振的方法、有不靠听觉靠视觉的示波法，对钢琴进行调律，取得了可喜的成果。 3.这些有效解决方案的思维方法，应该令一些专用电子厂设计师深思，要用创新思维来开发新产
11、品，一定会取得事半功倍的效果。,由于逆向思维具有非常规性、离奇胜和挑战性，常常使产生的发明取得意想不到的结果,1。 “可吃的碟子”用淀粉原料做成，从不能吃变成可以吃，成为没有无白色污染的一次胜餐具。据此可以做成一次性快餐盒。 2。老鼠磨牙常常把电缆咬坏，怎样让老鼠从爱咬到不爱咬？ 制造出发苦的电缆，老鼠咬一口比黄连还苦，就不再咬了。 3。打高尔夫球，需要宽阔的草地，在室内能不能打呢？在光滑的水磨石地面上能打吗？ 提示：室外高尔夫球，是利用光滑的高尔夫球面和草地之间相互摩擦，使得高尔夫球逐渐停下来；如果做成室内高尔夫球，地面上就要铺上纤维毛的地毯。不用地毯可以吗？请利用逆向思维法！ 4。史是丰速
12、算法，一反常规的乘法从低 向高位算起，而是从高位往低位算,得数就可以随算随说了。,1.上面讲了这么多有关逆向思维的应用，同学们是否能从中受到启发？ 2.了解什么是逆向思维比较容易，说着容易做着难，能够灵活运用逆向思维方法，还要在实践中进行磨合。,逆向思维的检测,1.下面做一个逆向思维的检测。网球和足球、篮球不一样，足球有打气孔，可以用打气针头充气，网球没有打气孔，用久了有一些漏气，球就软了、瘪了。想一个办法，如何使瘪了的网球充足气？ 2.提示下：网球为什么会漏气？气从哪里漏到哪里？ 3.网球内部气体压强高，外部大气压强低，气体就会从压强高的地方往压强低的地方扩散，也就是从网球内部向外部漏气，最
13、后网球内外压强一致了，就没有足够的弹性了。怎么让球内压强增加呢？根据逆向思维，让气体从球外往球内扩散，怎么做呢？,侧向思维在创新实践中是怎样应用的,手风琴,1.它是由北京市宣武区青少年科技馆杨涛同学发明的，荣获第四届全国青少年发明创造比赛一等奖。首届北京国际发明展览会铜牌。 2.手风琴是普及最广的一种常规键盘乐器，但音色单调。 3.如何改进它，丰富它的音色呢？,1。利用侧向思维，要想改进传统手风琴音色单一的缺点，就把注意力转向手风琴的的外面. 2。侧向移植电子琴音色优美多变的优点，把手风琴和电子琴两者优点的组合成起来，发明一种创新电子乐器：电子手风琴， 3。沿用传统手风琴的外形及演奏形式，但用
14、电路产生音阶、音色和发声。把电子音乐技术引入到手风琴中来，实现传统手风琴的创新，这种思考方法就叫做侧向移植。 4。杨涛同学发明的电子手风琴，不仅保留了传统手风琴演奏灵活方便，特别是强劲的各种低音和弦的特点，还吸收了电子琴音色优美多变，特别是自动电子打击乐伴奏的优点，并能够象传统手风琴一样利用风箱控制音量，成功地解决了电子乐器力度控制这一世界性难题。,全反射式波动演示装置,1.一些较复杂的发明，往往需要综合各种发明方法和知识，去解决在创新实践中所遇到的问题。 2.全反射式波动演示装置。刁为民同学发明的，荣获第三届北京国际发明展览会金牌奖及王丹萍青少年发明专项奖。 3.一天，刁为民同学在地摊上看一
15、个透明的小方盒子，在银光闪闪的“水面上”漂浮着几条小帆船，摇动小方盒子，就会泛起层层涟漪，引起他极大的兴趣。 4.他想，在这么小的方盒子里，就能得到缓慢传播的波，而且还是实实在在的波，利用这项技术制作成一个物理教具，应用到波的演示实验中多好，既形象又逼真。,小方盒子里的秘密,1。刁为民同学揭开了小方盒子里的秘密，原来里面装有蓝色的水和航空煤油，在水和油的交界面发生全反射现象，形成银光闪闪的反射面，小帆船的比重比水小比油大，因此刚好悬浮在水、油界面上。 2.利用这个技术，刁为民同学制作了一个大玻璃水槽，装上水和航空煤油，并放入一个下面粘有小磁铁的波源振子，它就像钓鱼用的渔漂一样，笔直地悬浮在水油
16、的界面上，在玻璃水槽底部外面有一个电磁铁，通有交变电流，产生交变磁场，吸引波源振子上下作简谐振动，激发水和油的界面液体产生波动，用来演示各种波动现象。,发明特征,该发明运用了逆向思维，把常规的水波投影演示实验由透射变为全反射，由水的表面波变为两种液体内部界面的波动演示，使得该发明具有鲜明的发明特征，是评为国际发明金奖的重要原因之一。,1.用侧向思维导致的发明作品，往往是组合发明！ 2.组合发明即把两种或两种以上发明物体、技术、原理、现象等组合起来，形成一件发明作品。 3.这种发明方法产生的发明，占发明总数的60。 4.组合法非常重要，成为创造发明的主要方法。 5.怎样利用组合法进对发明呢,实例
17、,1.多功能系列，如多功能起子，多功能尺子、多功能课桌、多功能伞、多功能拐杖、多功能笔、多功能地球仪 、 2.多功能地球仪台灯 、 3.还有一种地球仪和饮水机相结合的地球仪饮水机,强迫组合法,1.比如，想发明一个新的文具用品。那么你可以利用强迫组合法，把文具盒中的文具一一列举出来，然后将文具两两组合起来，看一看能否得到有价值的文具小发明。 2.把铅笔和橡皮组合起来，就是我们常见的橡皮头铅笔。 3.把一只铅笔和另一支铅笔组合起来，能否导致一个新的铅笔小发明？,1.从铅笔的铅的特性来看，比如颜色，一枝红铅笔和一只蓝铅笔组合起来，就是我们常见的红蓝铅笔。 2.如果从铅的粗细、软硬、长短、方圆等等，是
18、否会产生一系列新的铅笔呢？ 3.一支0.7毫米粗铅心的铅笔和一只0.5毫米细铅心的铅笔组合起来，就是一支粗细铅芯的铅笔； 4.把一支6B软铅笔和一支2H硬铅笔组合起来就是一支软硬铅芯的铅笔。,铅笔和尺子相组合,1.铅笔和尺子相组合起来，会产生什么新式文具呢？ 2.仔细分析一下，铅笔和尺子都有直的属性，利用这一点，可以做成比例尺铅笔：把铅笔制成三棱柱形，它有三个面，其中一面按一厘米为一格刻度，第二面按1.5厘米为一格进行刻度，第三面按2.5厘米为一格进行刻度，铅笔的整体利购成了一支比例尺，用旧了，不用扔掉，可以当铅笔继续使用。如此下去，就容易设想出一系列新的铅笔小发明。,缺 点 列 举 法,敢于
19、质疑，敢于提出与众不同的创意，是科技创新型人才最可贵的品质。缺点列举法就是通过发现有事物的缺陷，把各种缺点一一列举出来，然后提出改革或革新的一种创新技法，缺点列举法就是发现问题，而创造发明就是要解决现存的问题，每发现一个缺点，提出一个问题，就找到了一个创造发明的课题。,一、选 定 课 题,世界上没有尽善尽美的东西，现在没有，将来也不会有，金无足赤，人无完人。在科技创新中，要善于发现一些日常生活中常见事物的缺点。所选的课题要相对小些、简单些，这样容易成功。如果课题过大，可以把它分解开来，我们可以该课题的局部进行考虑。如组装电子音乐门铃如果存在困难，我们就选取操作中需要的螺丝刀作为研究对象。,二、
20、分 析 事 物,要确定与课题相关的信息种类，如材料、功能结构等，对事物进行了系统分析。如我们可以从螺丝刀材料、结构、用途等方面进行分析，常用螺丝刀是由木柄和金属杆组成，功能是旋松紧螺钉。,三、列 举 缺 点,青少年要善于观察事物，发现缺点，找出缺点，抓住不放。其次青少年不能迷信权威，冲破思想束缚，敢于全面地发掘事物的缺陷，要尽可能详细地把缺点一一列举出来。如对螺丝刀，某班同学就提出以下缺点：（1）普通型：修理电视机等器具时，经常使小螺丝掉入机内；（2）夹头式不掉螺钉型，光线暗，看不清螺钉；（3）照明式小手电筒型，测定有否强电不方便；（4）试电笔型，气管寿命不长；（5）高压电不能测量；（6）携带
21、不方便；（7）使用不方便；（8）不能适用不同场合；（9）更换螺丝刀头不方便；（10）不方便长度测量等等，在小组合作研究中，螺丝刀的缺点喷涌而出，为改进螺丝刀奠定了基础。,四、激 励 改 进,针对一个或几个缺点设计并提出方案进行交流时会产生互激共振连锁反应的客观规律，可以通过一种特殊会议，使参加的青少年围绕一个课题发散思维，互相启发，填补知识空隙，引起创造性设想的连锁反应以产生众多设想然后综合集体创造力，改进缺点进行创新。它要求每个参加者都要像突出队员那样，勇敢地向共同目标空进。,针对现有“螺丝刀”存在不足，进行设计改进出：（1）夹头式不掉螺丝型；（2）照明式小手电筒型；（3）试电笔型；（4）子
22、弹头式；（6）磁性式；（7）直角型；（8）左轮手枪式；（9）带卷尺式,巧妙地使用缺点例举法，能让你在不断完善事物的同时，不知不觉地掌握了一种创新的技巧，体验到成功的乐趣。,立 体 发 明 法,人们进行思维活动时总会受到过去的生活经验和已有思维方法的束缚和影响。立体思维要求人们跳以出点代面的限制，有意识地从上下左右、四面八方各个方向，立体地去考虑问题，也就是要求立起来思索.,1. 加法（主体附加法） A. 加一点 例 带星座的雨伞、带橡皮头的铅笔、新型油漆扫 B. 同物相加 例 双头钉书机、多插头插座、自行车脚轮 C. 异物相加 例 自行车水泵、除臭味鞋垫 、带放大镜的指甲钳,介绍科技创新的常用
23、简单技法,2. 减法（主体减去一部分） 例 圆珠笔的改进 3. 乘法（主体放大；主体叠加） 例 电器拖板的改进 大屏幕投影器 多篮圈升降篮球架 新型衣架,4. 除法（主体缩小） 例 保温瓶缩小为保温杯 折叠式家具（含脚架、梯子）、卷缩自动纱窗 5. 四则方法（综合方法） 例 卡拉的出现 光针电流表 光电警示书包,6. 联想法（由此及彼） 例 盲人手秤 盲人电话 盲人服药器 盲人电 脑 盲人电梯（控制板）盲人正向书写板 7. 迁移法（功能迁移） 例 超导的发现 超导现象最早是由荷兰科学家H .K.Annes于1911年发现的。他用液氦冷却水银，在测量水银的低温电阻时发现电阻随温度降低而下降，然后突然降为零，并将这种电阻为零时的温度（4.2 K）称为临界温度，用Tc表示。后来把这种电阻为零的现象称为“超导”。,返回,五、思维训练,扩散思维训练 例 空牙膏管的用途： 回收作原料，显微镜，书角， 刀片护手 头脑风暴法 例 砖头的用途： 建筑类有建房、建桥、修房，其它有停车、书架、枕头、写字、代尺,由此可见，只要掌握了小发明的方法，也就是科学的思维方法，同学们就不会感觉到小发明很困难了，你的创造性思维由此会得到提高，创造潜力就会得到开发。怎样开发同学们的创造潜力，在下一次讲座将介绍一些具体的培养创造性思维的方法。,