材料創(chuàng)造發(fā)明學3

3.

邏輯方法－

三大材料發(fā)展的共性與個性創(chuàng)造思維－挑戰(zhàn)方法與前瞻性思維03/02/20231材料創(chuàng)造發(fā)明學－3愛因斯坦：“我想念直覺和靈感”3.1求異思維求異思維的要訣是：不受任何框架、模式的約束，突破傳統(tǒng)觀念、理論和規(guī)范的禁區(qū)，從新的角度、以新的思路、用新的方法，創(chuàng)造出前所未有的知識/理論/技術(shù)。不求異就不能標新，它是從現(xiàn)實出發(fā)的一種有針對性的創(chuàng)新活動舉例1：18世紀初期，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了尿素，但認為只可能在人體內(nèi)合成。因為無機物和有機物之間不能互相轉(zhuǎn)化。德國化學家維勒用氰氫酸和氨水進行化學反應，獲得了尿素。這一轟動性發(fā)現(xiàn)遭到不少人嘲笑，連他的老師也挖苦他。維勒的《論尿素的人工合成》動搖了當時生命理論的基礎，填平了無機物和有機物之間的鴻溝，推動了有機化學的突飛猛進發(fā)展。03/02/20232材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.2同中求異與異中求同這是應該自覺遵循的創(chuàng)新活動的兩條基本原理同中求異：指在兩個或兩個以上的相似事物中，尋找他們的相異之處。舉例2：近代通訊技術(shù)—長城烽火臺（狼煙）==光信號傳播技術(shù)->有線電話->無線電通訊（長波、短波、超短波）->激光通訊-光導纖維與互聯(lián)網(wǎng)->量子通訊方式、水平迥異，互相之間采用完全不同的技術(shù)03/02/20233材料創(chuàng)造發(fā)明學－3舉例3：高分子材料—人類歷史數(shù)千年中，只會使用天然高分子材料：棉、麻、竹、木、骨、毛皮、天然橡膠等。19世紀中葉，發(fā)現(xiàn)了硫化橡膠、硝化纖維等高分子材料，現(xiàn)已發(fā)展成為合成塑料、合成橡膠、合成纖維三大類，成為現(xiàn)代生活的基本保證。應用有機/高分子化學和物理學的基本原理，通過對高分子結(jié)構(gòu)和功能的不斷認識，同中求異，異中求同的創(chuàng)造過程。D-二羥丁二酸（HOOCCH(OH)CH(OH)COOH）和L-二羥丁二酸，同是C4O6H6，由于結(jié)構(gòu)不同導致性能完全不同，前者易被真菌同化，后者則不會。03/02/20234材料創(chuàng)造發(fā)明學－303/02/20235材料創(chuàng)造發(fā)明學－3異中求同：在兩個或兩個以上不同事物之間，找到他們的相同/相似之處，從而獲得創(chuàng)新的靈感。舉例4：細胞與細胞學—動物與植物存在巨大差異，但是他們具有共同的組織結(jié)構(gòu)單元—細胞。1838年德國生物學家施萊德和施旺發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，從而奠定了細胞學基礎。舉例5：能量轉(zhuǎn)化和守恒—赫爾姆霍茨發(fā)現(xiàn)機、熱、光、電、磁、化學力等運動形式都可以產(chǎn)生動能與位能的相互轉(zhuǎn)化，論證了各種運動形式之間能量是可以互相轉(zhuǎn)化的，但是總能量是守恒的。后來又論證了生物機體也遵循能量守恒定律。03/02/20236材料創(chuàng)造發(fā)明學－3求同思維與求異思維相結(jié)合事物的復雜性和相互之間差異的隱蔽性，以及認識手段的限制，給人們探尋差異的工作造成困難。將求同思維與求異思維相結(jié)合，可為我們提供把握事物之間相似現(xiàn)象，正確而深刻認識事物，以獲取新知識，孕育創(chuàng)造思維。求同與求異是對立統(tǒng)一規(guī)律在認識客觀世界過程中的具體表現(xiàn)。求同尋找事物之間的本質(zhì)聯(lián)系，找到了一個事物和其他事物之間轉(zhuǎn)換或替代的途徑；找到相似事物之間的“異”，就是找到不同事物的區(qū)別，找到了不同事物的適應條件。求同與求異的結(jié)合可開拓新思路，為創(chuàng)造性解決問題提供新途徑。舉例6：仿生學—誕生于20世紀60年代，涉及生物學、生理學、神經(jīng)學、電子學、數(shù)學、控制論、信息論、材料學等諸多新舊學科研究自然界生物的結(jié)構(gòu)、性能、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞的過程運用于人類工程技術(shù)中。03/02/20237材料創(chuàng)造發(fā)明學－3舉例7：C—金剛石與石墨都是單質(zhì)碳的結(jié)晶體，但結(jié)構(gòu)迥異，性能完全不同。異中求同：同是由碳元素組成的。在高溫高壓下處理，石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸l(fā)明了人造金剛石03/02/20238材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.3質(zhì)疑思維質(zhì)疑思維就是對現(xiàn)有事務持懷疑態(tài)度，促使更深入地思考、分析、研究改進和創(chuàng)新英國皇家學會會徽上：“不要迷信權(quán)威，人云亦云”舉例8：亞里士多德權(quán)威論斷—物體的下落速度與其質(zhì)量成正比，越重的物體下落越快。伽利略懷疑這個結(jié)論—通過實驗證明了物理學上著名的自由落體運動定律：物體下落速度與物體質(zhì)量無關，而與物體的高度有關舉例9：柯尼卡傻瓜相機—傳統(tǒng)照相機的閃光燈是和相機分離的。拍照不方便。日本小西九公司的一個小職員提議：將閃光燈安裝在相機之內(nèi)。結(jié)果被所有人嘲笑，認為會增大相機體積和重量，沒有市場。他通過自己反復試驗，終于研制成功，在市場上大受歡迎03/02/20239材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.4逆向思維逆向思維（反向思維）--從常規(guī)思維相反的角度、過程出發(fā)來思考問題的一種創(chuàng)新思維方法。出奇制勝逆向思維的類型原理反轉(zhuǎn)—有意識顛倒已有的事物間因果關系或已有的原理規(guī)律，去發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象和規(guī)律，從而尋找解決問題的途徑的思維方法。舉例10：丹麥：奧斯特—發(fā)現(xiàn)電場周圍存在感生電磁場。英國：法拉第—”磁場能否產(chǎn)生電流？“經(jīng)過反復試驗于1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，并發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機的原理和構(gòu)型，為整個世界帶來動力和光明。功能反轉(zhuǎn)—從現(xiàn)有事物的相反功能，去設法尋求解決問題的新途徑。舉例11：電解水得到氫和氧。逆向思維：氫和氧合成水的同時發(fā)電—發(fā)明了氫燃料電池03/02/202310材料創(chuàng)造發(fā)明學－3結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)和顛倒思維3.5發(fā)散思維或稱擴散思維，針對具體問題，由一點展開，向四面八方想開去，沿著各種不同的方向進行思考，通過知識、概念、技術(shù)的重新組合，尋求各種解決辦法中的最佳方案。開放式思維舉例11：愛迪生發(fā)明白熾燈—發(fā)現(xiàn)當時所有的燈絲材料不耐用經(jīng)過一年多努力試驗了1600多種材料最后采用棉線碳化，并將燈泡抽真空，才發(fā)明了具有工業(yè)應用價值的真正的電燈3.6收斂思維或集中思維，以某個思考對象為中心，從不同方向和角度，將思維的方向指向這個中心點。常用的思維方式之一抽象概括是基本內(nèi)容舉例12：制備金屬鈦納米粉—先經(jīng)過分散思維，尋找各種可能的方法；繼續(xù)發(fā)散找到幾種具體方法，分析這種方法制備納米分的特點，經(jīng)過由表及里去偽存真的分析和驗證，最后集中到等離子體蒸發(fā)-冷凝法制備金屬鈦粉。03/02/202311材料創(chuàng)造發(fā)明學－303/02/202312材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.7形象思維科學研究過程中的想象形象思維的具體過程。圖形、圖表、物體、空間構(gòu)造等等。思維的形象性有助于人們開辟新思路、進行新構(gòu)思、產(chǎn)生新設想等。草圖形象思維也是文學藝術(shù)創(chuàng)造中主要的思維方式舉例13：盧瑟福的原子模型，就是根據(jù)太陽系行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的形象提出的。舉例14：苯的結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)：夢中的形象思維成就（頓悟）舉例15：法拉第“力線”的概念-磁力線（來自磁場周圍鐵屑的線型排列）、電力線等等電磁場的概念03/02/202313材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.8直覺思維直覺思維-未經(jīng)演繹推理的直觀性思維在現(xiàn)有資料基礎上調(diào)動已有知識和經(jīng)驗擺脫習慣對新事物、新現(xiàn)象、新問題進行直接、迅速的判斷整體性、功能性、猜測性、跳躍式偉大成果的直覺特點舉例16：“外行”能快出成就舉例17：太空筆03/02/202314材料創(chuàng)造發(fā)明學－3舉例18：鐳—19世紀末，法國物理學家貝勒爾發(fā)現(xiàn)了放射現(xiàn)象?；瘜W家居里夫人立即決定研究放射性的起源問題初步試驗表明，放射性似乎同化合物的狀態(tài)、溫度以及光線無關她于是大膽預測：放射性不是化合物的特性，而是其中某個原子特性的反映；這種放射性不一定只有鈾才有。釷，但是更強的放射性發(fā)現(xiàn)了經(jīng)過四年的艱苦努力鐳終于被發(fā)現(xiàn)確認了03/02/202315材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.9靈感思維靈感思維簡稱靈感，或稱為頓悟思維，屬于超越邏輯推理的非常規(guī)思維“百思不得其解”、“山重水復疑無路”的境界外界的適時刺激茅塞頓開，豁然開朗，取得爆發(fā)式思維飛躍錢學森：“靈感思維就是信息、機遇、聯(lián)想、直覺依次矛盾運動，最終達到高度統(tǒng)一，即聯(lián)想的結(jié)果被直覺因素肯定時突然呈現(xiàn)的一種理智和情感異常活躍狀態(tài)”舉例19：德國化學家凱庫勒發(fā)現(xiàn)苯分子環(huán)形結(jié)構(gòu)—在半睡眠狀態(tài)的夢境中—圍成環(huán)形的蛇咬住自己的尾巴舉例20：氨基酸分離方法—英國化學家馬丁博士喝咖啡的發(fā)現(xiàn)03/02/202316材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.10想象思維亞里斯多德：“想象力是發(fā)明、發(fā)現(xiàn)等一系列創(chuàng)造性活動的源泉”普朗克：“每一個假說都是想象力發(fā)揮作用的產(chǎn)物”想象思維是原創(chuàng)性科學理論形成的源泉。舉例21：愛因斯坦相對論：想象以光速飛行、想象乘自由落體的電梯、。。。舉例22：奧森和可立克發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)科學幻想是科學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)明的先導：科學技術(shù)的發(fā)展，往往是從科學幻想開始的；科學幻想給人啟迪，促使“茅塞頓開”，推動發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新事物03/02/202317材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.11超前思維超前思維又稱為前瞻性思維，通過預測未來可能出現(xiàn)的發(fā)展方向，及前瞻性問題進行超前研究，往往取得突破性創(chuàng)新獨具慧眼，敢為人先放射性同位素應用于人體探測舉例22：王選和激光照排系統(tǒng)1975年高瞻遠矚，著眼未來不宜以一時一事論英雄，及時預測未來可能發(fā)生的意外，尋找超常規(guī)應變策略舉例23：日本人發(fā)明傳真機美國人沒有跟蹤，而是發(fā)明了電子郵件系統(tǒng)前瞻性預斷超前BillGates&Microsoft極端條件下的材料/結(jié)構(gòu)行為研究03/02/202318材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.12挑戰(zhàn)思維向科學和技術(shù)難題挑戰(zhàn)，勇攀科學技術(shù)高峰《探索未知世界—世界科技疑團》的8個問題：存在4維空間？超導的微觀機理？為何會產(chǎn)生磁浮現(xiàn)象？“反引力”？混沌現(xiàn)象有多少種元素？有超重元素嗎？有序與無序之謎生物芯片可否取代硅芯片？03/02/202319材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.13混沌與非線性思維混沌理論被認為是和相對論、量子力學齊名的震撼世界的三大理論。混沌現(xiàn)象無處不在：高速公路上的汽車擁擠狀態(tài)、輸油管道中的油流動、血管中的血液流動、氣候變化、股票市場、輿論傳播、金屬的熔化和凝固等。--〉世界的本質(zhì)是非線性的非線性系統(tǒng)的自組織、宏觀混沌、微觀有序非線性的普遍性與本質(zhì)性、線性系統(tǒng)的非本質(zhì)性和次要性自然界是線性和非線性的辯證統(tǒng)一大量涌現(xiàn)的非線性科學03/02/202320材料創(chuàng)造發(fā)明學－33.14綜合思維并非每一個創(chuàng)新都要求完全標新立異，創(chuàng)新在許多情況下是舊元素的新組合若干領域的多種技術(shù)成果綜合在一起，產(chǎn)生新技術(shù)對1900年以來的重大技術(shù)成果統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，由綜合導致發(fā)明成為當代發(fā)明創(chuàng)造的主要途徑舉例24：美國：航天飛機—代表了人類空間技術(shù)的最高點—但是沒有應用一項新材料或新技術(shù)！綜合創(chuàng)新—技術(shù)、概