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开展中小学生发明创造活动讲座

创新需要人才，人才需要培养。培养具有创新意识和创造潜能的高素质人才是新世纪实现民族复兴大业的前提。
　　生活中，人人都具有创造潜能，人人都能够创造，关键在于如何发掘和发挥这种潜能。本讲座介绍创造性思维和发明技法的基础知识，旨在给青少年朋友们一把开启创造发明大门的钥匙，使之能在这片广阔的天空中自由翱翔。
　　一、创造发明的思维方式 　　人们考虑问题，都应有一条正确的思路以有利于寻找、发现、分析、解决问题。然而，一般情况下，人们通常总是试图采用过去的办法来解决新问题，即按固定思维进行思考。 发明创造活动中除了有按常规的逻辑思维活动外，还有一些与人们日常思维有异的特殊思维方式，即所谓创造性思维。创造性思维使人能突破思维定势思考问题，从新的思路去寻找解决问题的方法。通常使用的有逆向思维、侧向思维、求异思维、类比思维、综合（集中）思维、发散（扩散）思维、顿悟（灵感）思维等方式。
　　逆向思维
　　有这样一个例子，有位作家每天早上沿固定路线散步一圈，天天如此，从无变化。有一天，因修路只好沿反方向散步，结果，刚拐弯就看到一排盛开着蔷薇花的墙，心底一阵激动，“好漂亮的蔷薇花，谁家栽的呢？”再往前，有家卖烟的小店，往里一瞧，里面坐着一位漂亮的妙龄女郎，心想：“想不到附近还有这么漂亮的卖烟姑娘” ，边走边回头看时突然发现，根本不是那么回事，还是天天路过的烟店，坐在里面的还是原来那个姑娘，再顺着刚才的路往回走，这时，刚慈爱还觉得漂亮无比的蔷薇花墙也变得平淡无奇了。
　　这个例子说明，如果偶尔打破平时的行动常规和思考模式，从相反方向走一走、想一想，往往可以获得意想不到的新鲜思路。
　　所谓逆向思维，就是指有突破常规考虑问题的固定思维模式，采用与一般习惯相反的方向进行思考、分析的思维方式。通俗地讲，就是倒过来想问题。
　　比如，水总是由高向低流动，有什么办法能使其由低向高流动呢？由此发明出各种类型的泵。日常生活中圆珠笔的漏油是一直难以解决的难题，人们认为是由于钢珠的磨损造成的，因而许多科学家、工程师、发明家都在考虑强化钢珠硬度、耐磨性上花费极大精力，但处于当时条件下，材料上难以突破。难道除了提高钢珠硬度、耐磨性之外就别无他法了吗？日本一位发明家想了一条与常人不同的思路——钢珠磨损后笔要漏油，但如果钢珠磨损后笔管中已没有油可漏了，这个问题不就解决了吗？他买来大量圆珠笔，反复使用，统计出常用圆珠笔写了多少字、用了多少油开始漏油的规律，采用在管中定量灌油的方式解决了圆珠笔的漏油问题。不从常人强化钢珠的方向思考，而是从油上动脑筋，使难题得以解决，这就是所谓逆向思维。
　　在小学大家都学过“司马光砸缸”的故事。小孩落水会淹死，要救出落入水缸的小孩，常规方法是把人拉出水面。把一个小孩拉出水缸，对大人不成问题，但对还是少年的司马光来说，要把同伴从水缸中拉出来却不是一件易事，弄不好自己还可能被对方拉下水，司马光考虑的不是常人想的“人离水能活”这一条方法，而是反过来“水离人，人也能活”这种思维方法，结果砸破水缸救出小孩，这就是一种逆向思维。
　　在日常生活中有许多用具的“缺点”往往是大家主攻的目标，但在不同使用场合，这些缺点有可能成为“优点”，想方设法扩大缺点，使之逆用，这也是逆向思维。
　　德国一工厂生产的一种纸因严重化水无法使用，按常规只能打浆返工。有个工程师考虑到化水原因是吸水性太强，能否专门用这种纸来吸水呢？经过进一步“扩大缺点”制成了专用吸水纸，并申请了国家专利，增加了工厂收益。像这种“缺点逆用法”也是逆向思维的成果。
　　逆向思维可分为功能反转、结构反转、因果反转、状态反转等几种。
　　从已有事物的相反功能去设想和寻求解决问题的新途径，获得新的创造发明的思维方式即为功能反转。如上述德国造纸厂发明制造的吸水纸。
　　从已有事物的相反结构形式去设想和寻求解决问题的新途径的创造性思维方式属结构反转。如一般的门锁锁舌有斜口，这样关门比较方便，但如果朝门缝中塞入硬片等却容易把门撬开，防盗功能差，有一同学发明了“简易防盗锁”，把门框上锁孔内侧焊个斜片，而锁舌却改成方形，这样从结构上与原锁反转，关门照样方便，但由外往里撬门，由于锁舌是方形的就不易被撬开了，从而使防盗性能大大增加。
　　从已有事物的因果关系，反过来由“果”去发现新的“因”（现象、规律），寻找解决问题的方法就是因果反转。例如磁生电（发电机）←→电生磁（电磁铁），声转电（话筒）←→电转声（听筒）。
　　从已有事物的另一属性，反转过来，发现或创造一种新的产品或技术的方法称作状态反转。例如，前面提到的“司马光砸缸”、圆珠笔的改进等。
　　总之，当思考的问题用常规方法得不到解决时，应考虑转换思考角度，缺点逆用等思维方式来重新思考，这是人们在发明创造时常用的方法。
　　【思考题】
　　1．什么是逆向思维？列举常用的几种类型。
　　2．试列举生活、学习、工作中寻找利用逆向思维方式解决问题的一两个例子。
　　第二节 侧向思维
　　有位心理学家做过这样一个实验，把狗和鸡关在两堵短墙之间，在狗和鸡的前面用铁丝网隔开放了一盆饲料，鸡一看到饲料马上直冲过去，结果左冲右突就是吃不到食。狗先是蹲在那儿直盯盯看着食物和铁丝网，又看看周围的墙，然后转身往后跑，绕过墙来到铁丝网的另一边，结果吃到了食物。我们人类在考虑某个问题时也有类似现象，有人总是死抱正面进攻的方法一味蛮干，丝毫不能解决问题，而有人则采用迂回战术，用意想不到的方法，轻而易举地获得成功。这就是侧向思维。
　　侧向思维与逆向思维一样，都是相对常规思维活动而言的。它们的区别在于：逆向思维在许多场合表现为与他人的思维方向相反，但轨迹一致，而侧向思维不仅在方向上，而且在轨迹上也有所不同，偏重于另辟溪径。
　　侧向思维的关键是能否摆脱他人常规的思维方式或习惯思维（思维定势）的束缚，换一种新的观察角度去思维的途径，主动寻求“柳暗花明又一村”。这种新角度应是不引人注目的侧路。
　　有一个故事，一人想过河，便大声问到：“哪位船老大会游泳？”话音刚落好几个船老大围了过来，只有一位没有过来，他便问那人：“你水性好吗？”，“对不起，我不会游泳！”，“好，我坐你的船！”。人们要问，为什么偏选不会游泳的船老大呢？原来，他运用了侧向思维，船老大不会游泳，必然会小心划船，比较安全。
　　侧向思维一般在下述两种情况下常用：
　　第一种情况是实现目标的途径相当明确，原有各种思维方式、思路、方法均可达到既定目标，但由于人的习惯思维，尽管原方法有优有劣，但往往总是死抱住一条路不变，在这种情况下就必须果断寻找新途径。
　　例如要剪一圆纸板，通常先在纸板上画出一个相应直径的圆，再用剪刀仔细剪下，花费时间较长。有同学想到用圆规画圆，把圆规的笔尖改装为小刀片，则成为一个很好的切圆片专用工具，不同方法解决了同一问题，还节省了时间。
　　第二种情况更为多用，为解决某一问题孜孜以求，朝思暮想，但按常规方法却难以完美解决，这时不妨转换一下思路，从与自己研究无关的领域中寻找解决的方法，或者请“外行”来参谋，出点子，或许很容易就能解决问题。例如．大家比较熟悉的鲁班发明锯、莫尔斯发明电报就是这种思维的典范。
　　侧向思维是进行发明创造的有效思维方式，所谓侧向思维是指相对已有思维而言的。尽量利用已有新技术及邻近领域的成熟技术以图从别人想不到的角度观察、分析，达到解决问题的目标。
　　【思考题】
　　1．什么是侧向思维？它与逆向思维有何不同？
　　2．在日常生活中寻找一个能用侧向思维解决的问题。
　　第三节 求异思维
　　发明创造的灵魂在于创新，善于“标新立异”是发明家的共同之处。这就需要我们有一种求异思维，在常人习以为常的工具、用具、方法中标新立异，创出新品。
　　求异思维的关键在于人不受任何框架、任何模式的约束，能够突破、跳出传统观念和习惯势力的禁锢，使人们从新的角度认识问题，以新的思路、新的方法创造人类前所未有的更好、更美的东西。
　　可以说求异就是使“圆变方，纵变横，平面变立体，飞机入水，船上天”。
　　求异思维的主要规律和方法是对比联想。
　　对比联想常常与客观事物之间的对比、语言学中的反义词有关系，正如上面所说的方与圆、纵与横、平面与立体、红与蓝、黑与白、天与地、大与小、长与短、宽与窄、厚与薄、高与矮、多与少、导体与非导体、金属与非金属、正与负、强与弱、少与多、加与减、乘与除、交流与直流、脚与手，以及名词、动同、形容词等都是对比联想的素材，开启求异思维的思路。
　　日常所说的“出奇制胜”，就是种求异思维。在战场上、在工业、商业竞争中，这样的例子不胜枚举。例如彩电制造，屏幕越来越大、功能越来越强，按键越来越多，成本越来越高，使用越来越复杂，有厂家及时推出功能减少、使用方便、价格低廉的大屏幕电视，销售量大增，就是求异思维的结果。
　　又如，可当帽子用的伞，分脚趾的袜子，别出心裁、别有趣味的文化衫，只有两个半轮运动的自行车，冷冻室在下方的冰箱等也都是求异。
　　1981年英国王子查尔斯和王妃在伦敦举办耗资10亿英磅的世纪婚典，商家在包装盒上印上了王子和王妃的照片、在各类产品上设计、印制了许多纪念图案、报刊杂志大做宣传广告等大发横财，而这其中最出色的应首推一家经营望远镜的公司。盛典之际，人山人海，当后排的人们正为无法看到王妃风采而着急时，该公司及时推来一车车“观礼潜望镜”，人们蜂拥而上，不一会就抢购一空。按理说婚礼与潜望镜之间并没有什么直接联系，但精明的商人硬是从中找到了两者的内在联系，从而获取了丰厚的利润。这就是“求异”带来的成果。
　　【思考题】
　　1．求异思维的要点是 ，关键是 。
　　2．你能否在日常生活、工作、学习等用品上标新立异创造出一些新的产品？
　　第四节 类比思维
　　类比思维是一种或然性极大的逻辑思维方式，它的创造性表现在发明创造活动中人们能够通过类比已有事物开启创造未知事物的发明思路，其中隐含有触类旁通的涵义。它把己有的事和物与一些表面看来与之毫不相于的事和物联系起来，寻找创新的目标和解决的方法。
　　发明创造中的类比思维，不受通常的推理模式的束缚，具有很大灵活性和多样性。在发明创造活动中常见的形式有：形式类比、功能类比和幻想类比等多种类型。
　　形式类比包括形象特征、结构特征和运动特征等几个方面的类比，不论哪个形式都依赖于创造目标与某一装置或客体在某些方面的相似关系。如飞机与鸟类、飞机与蜻蜒，由鸟的飞行运动制成了飞机，飞机高速飞行时机翼产生强烈振动，有人根据蜻蜒羽翅的减振结构设计了飞机的减振装置。天津一个学生根据小狗爬楼的运动方式创作了狗爬式上楼车等都是类比的结果。
　　功能类比是根据人们的某种愿望或需要类比某种自然物或人工物的功能，提出创造具有近似功能的新装置的发明方案，这种方法特别在仿生学研究上有广泛应用，例如各种机械手、鳄鱼夹等。
　　根据幻想中的某种形象、某种作用、运动装置进行发明创造思维，这种思维是幻想类比。例如《海底两万里》的作者幻想了一种能长时间在海底活动的潜艇，经过几十年的努力后制成的现代潜艇即是这种幻想的实施。当然，一项成功的发明也可以是以上多种类比的综合，如各种机器人的出现绝非是一种单纯的创造性思维所能奏效的。
　　英国的培根有一句名言：“类比联想支配发明”。他把类比思维和联想紧密相联，只有有了联想才能有类比思维，不论是寻找创造目标，还是寻找解决的办法部离不开联想的作用。
　　人们要用好类比思维，就必须提高联想能力，学会联想方法，特别是掌握相似联想，是运用类比思维的重要条件。
　　【思考题】
　　1、类比必须和 结合才能有广阔的用武之地？ 它的常见形式有 、 、 。
　　2．仿生学把人类在生活、学习、工作中碰到的一些问题与自然界一些生物功能结构进行类比，创造出诸如飞机、轮船、雷达等一系列产品。你能否在这方面下一番功夫，完成几件小发明提案？
　　第五节 综合思维
　　在日常生活中经常会遇到这样的情况：由两个或更多的人 拉一辆车或划一条船，尽管各人用力的方向各不相同，但车或船往往能走一条正确的方向——即合力的方向前进。

在发明创造中，同样可以把几个不同的主意合起来，或者相互补充取其长处重新组合起来，就能解决同一个难题或完成同一件作品，这就是综合思维，又称集中思维。
　　综合思维往往可综合多种方法，对其设计、结构、原理的优点进行合理综合、改进、互补，形成一个合力，达到理想目标。
通常所讲的“诸葛亮会议”、“三个臭皮匠、抵个诸葛亮”等就是这个目的。
　　普通门锁锁舌前部是一个斜面，关门时能自动锁上，的确很方便，但因前部是斜面，防撬方面不那么如意，若再加一方舌门锁，锁上后有一定的防撬作用，但关门时必须锁两次，很不方便。能否把两个看似矛盾的方法综合一下，去除双方的弊端取其所长重新设计呢？由此诞生了一种新型防盗门锁，上部有一斜舌，用其方便，下部有一方舌，用其可靠，两者合一，锁门时只要操作一次即可。还有一种锁，其锁舌有一个斜口，与平常锁差不多，平时斜面刚好伸出锁体，便于关门，一但门关上，锁舌又自动伸出一段，方舌部分对着门缝这一段，在外用力撬锁舌它也不会缩入锁体。
　　综合思维可在下列两种情况下使用，第一种情况是几个设想并无矛盾，分别可用在作品的不同部位，只需简单组合即可。另一种情况是几个设想集中在同一部位，相互之间各有长短，这时你就必须下一番功夫把它们各自具有的长处结合而消除弊端，就好像是几个分力使它们作用在同一直线上，你必须把它们合理安排，使它们能最大程度地达到你所想得到的效果。

【思考题】
　　1．综合思维是把几种 、 、 、 、 、 重新结合在起，创造一种完美的产品。
　　2．在日常生活中，你能否在各种生活、学习、用品中找到可供综合的因素，搞一份完善的发明提案？
　　第六节 发散思维
　　通常人们考虑问题，由起点（提出问题）到终点（解决问题）总喜欢按一条思路进行，走不通就打住。
换一种方式，从多个不同角度换一个思路去考虑却很容易就能解决问题，这种围绕一个问题，突破常规思维的束缚，沿不同方向去思考、探索，寻求解决这一问题的各种可能性，由一点到多点的思维形式就叫做发散思维，又称扩散思维、多向思维、辐射思维。
扩散的范围愈广，产生的设想就愈多，解决问题的可能性就愈大。面对一个新方法、新技术、新规律、新产品、新现象，对一个训练有素的发明者，他会考虑能否有其他更多的用途，制作更多类型的作品，设计新的装置，开创一个个新的技术种类，一项项新的系列化产品，一片片新的应用领域。
　　发明活动中发散思维的常用操作方式有以下几类：
　　1．材料发散
　　用某种材料为基点，设想它的多种用途，并对材料的各种专用特性进行研究、改进，达到要求的目标。如纸：可写字、包装、制作玩具、引火等。
　　2．功能扩散
　　以某种事物（品）功能为扩散中心，设想这种功能的其他用途。如：灯——发热、发光、取暖、烘烤、印相、发信号等。
　　3．形态扩散
　　以某种事物形态（颜色、形状、声音、气味等）为扩散中心设想出能被利用的各种可能性。如钉子：可钉木板（把两种材料连结，挂物体）、钉墙面（水泥钉）、钉塑料（热固化材料，补洞等用）、钉鞋（防滑）、做钉耙（工具）等。
　　由此可见，发散思维实际上与前述综合思维是相反的思维方式，综合思维由多点集中到一点，而发散思维是由一点扩散到多点。
　　1898年，居里夫妇发现了放射性元素，自此以后，许多科学家采用他们的方法，又发现了一系列放射性元素，又有人在用途上动脑筋，使放射性由实验室走到工业、农业、医药、科研等领域，现在在育种、消毒、杀菌、治病、食品保鲜等方面都得到了广泛应用。
　　应用发散思维，首先应寻找合适的发散源，掌握发散源的科学原理、技术基础，运用发散思维，寻找新的应用领域去创造、去发明、去制造社会所需要的新产品。
　　当然，要正确掌握发散思维需要大家认真学习，真正理解和掌握各学科的基本知识，并能仔细观察生活，做发明的有心人，才可能应有成绩。
　　第七节 创造性思维的特征
　　创造性思维具有哪些特征呢？灵活性、流畅性和独创性是创造性思维三个最重要的特征。
　　灵活性反映思维的广度。敢于突破固定思维，善于从不同侧面考虑问题，就容易找到解决问题的方法。
　　流畅性指思维的速度（敏捷性）。由于重视思维的发散，重视联想和想象，重视从不同角度思考问题，因而思维过程中少有阻滞善于扩散，在很短时间内就能产生大量新的观念、设想和方案。
　　独创性（新颖性）反映了思维的深度，它是创造性思维最重要的特征，也是创造性思维的最高层次。由于能突破传统思维的束缚，不重复使用过去的方法解决问题，也就能获得过去未有的新成果，表现出独创性。思维的独创性常能导致新颖产品的出现。玩具中的变形金刚，能将自来水变成矿泉水的矿泉壶，不用胶卷的一次成像照相机的设计、制造都是独创的典型实例。
　　要提高创造思维水平，必须要善于学习，具有广博的知识，还要勤于思考，灵活运用，有意识培养、锻炼自己的思维能力，并能积极参加实践，努力把各种设想付诸实施，这样在动手动脑过程中，创造思维水平才能不断提高。