书城童书科学知识大课堂——创造新思维
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第23章 发明创造技法(11)

人们想象鸟儿飞,莱特兄弟向前闯,发明飞机上蓝天,谱写历史新篇章;电视机、折叠伞,爬楼小车充气床。

“希望”发明真不少,生活天天大变样!

二十、缺点列举创造法

拉链的启示

拉链给人们带来了方便。“一拉,它就开了,再一拉,它就关了。”人们都很喜欢用它。云南省昆明市铁路三中的蒋知非同学,很爱穿夹克。一天,他又准备穿上那件夹克外套上学,可拉链被卡住拉不动了。随后,他抓住拉链的这一缺点,决心进行拉链的改进发明。于是,蒋知非同学仔细观察分析拉链被卡住的过程,发现拉链被卡住是由于衣服的毛边在拉链扣开合运动时被带入拉链扣里所致。为此,他又反复有意识地让绒毛细条之类物品进入拉链扣,发现链扣与链齿之间有一定距离,衣服毛边很薄,容易被夹带进入链扣的缝隙中,致使链扣被卡死。怎样解决这一问题呢?

有一天,蒋知非同学在建筑工地上,看见推土机把泥土砖头推走,联想到如果在拉链扣前端附加一推挡板,使毛边异物未接触扣齿就被挡开推走,不就避免了卡塞吗?

根据以上设想,蒋知非同学先后设计试制作了一种防异物卡塞最有效的拉链机构,并把它取名为“新型拉链扣”。该拉链扣有两个显著特点:一是一切异物不论其粗细软硬,只要进到拉链凹形边内,当拉链向前拉动时,都将沿着凹边向中心汇集,同时被向前推移开;二是拉链扣鼻梁安装在扣的面板前缘稍内,异物在拉链开合过程中避免了跟扣齿接触,从而保证开合顺畅。

世界上的万事万物都不可能是十全十美的,任何产品或事物总存在缺点或不足之处。通过观察分析,将这些缺点和不足列举出来,并提出改进的方案,就可以形成有创意的新设想,产生新发明。人们把这种发明创造技法称之为缺点列举法,青少年称之为“挖缺点”。

缺点列举创造法的应用要领

我们在日常生活中,也会接触到很多有缺点的事物,如不顺手、不方便、不省力、不节能、不美观、不耐用、不轻巧、不省料、不安全、不省时、缺某种功能……都可加以改进克服,从而发明创造出受人们欢迎的新产品来。

贺沁铭是内蒙古自治区包头市第九中学的学生,他发明了一种能防止热水瓶碰倒后瓶胆易破碎的椭圆保温瓶壳。

贺沁铭改进保温瓶的想法是一次偶然事件引起的。有一天,他们科技小组正在活动,有位同学不小心把保温瓶碰倒了,“砰”的一声,瓶胆碎了,热水流了一地。那位同学吓坏了,站在那里一动不动。科技辅导员汪老师并没有批评指责,先让同学们把碎碴打扫干净,然后启发大家想些办法,把保温瓶改进一下。

怎样克服保温瓶易倒易碎的缺点呢?

有一天吃饭的时候,他拿起一个鸡蛋,想把它竖立在桌子上,可是鸡蛋倒了,在桌上滚来滚去……鸡蛋那么容易碎,它摔倒了为什么不破碎呢?噢,原来是椭圆形的外壳起了缓冲作用。

对,就把热水瓶做成椭圆外壳!想到这里,他高兴得差点跳了起来。

贺沁铭在保温瓶外壳上粘了几条中间厚两端薄的泡沫塑料,使外壳成了椭圆形。做好一试,瓶胆果然不碎了。可是,这东西看起来太臃肿,不美观,要是向提把儿的方向倒下去,冲击的力量还是很大,不安全。这个办法又被他否定了。他又想:把泡沫塑料垫在瓶胆和外壳之间行不行呢?试试看——不行,这办法很麻烦,没起到多大保护作用。最后,他用薄铁条做了一个椭圆形外壳,周围是一条一条的中间鼓起的铁条,每一条都可以当提把儿用,省去了原来的提把儿,使整个外壳形成一个椭圆形。

效果如何呢?同学们做了对比实验:把椭圆外壳的保温瓶和一个普通保温瓶都装满水,均匀用力,一齐推倒。普通保温瓶“砰”的一声,碎了;椭圆壳保温瓶摇晃了几下,却安然无恙。师生们都非常高兴。这项发明受到专家的好评,获得了全国青少年发明比赛一等奖。

李保强是新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市建工中学的学生,他发明了一种探针式颜料筒盖。

李保强是一个美术爱好者,常要用到牙膏筒式包装的水彩颜料和广告颜料。实践中,他发现这种包装有严重缺点:筒盖密封不严,筒口附近的颜料容易干结。硬结的颜料把筒口封死,再次使用时,必须先把硬结的颜料用针或小刀抠掉。随后,针对牙膏筒式包装的这一缺点,李保强进行了改进发明。他在筒盖的轴心部位加装了一根探针,拧上筒盖时探针插入颜料筒内。拧下筒盖时,探针拔出来,同时打通了颜料出口。这时稍挤压颜料筒,颜料就会沿针孔流出来,十分方便。

几位青少年的成功发明告诉我们:挖缺点、挑毛病并不是谁都能做好的事情。在有些人眼里,总认为现有的东西就是合理的,习惯于按常规思考问题,看不到事物的缺点;也有的人即使看到了现有事物的缺点,也不太愿意去改变它。这些容易满足于现状,缺乏创新意识的人,是不可能有什么发明成果产生的。只有要求改变现状,善于挖缺点的人,敢于打破常规,才能够不断创新,有所收获。

对于“挖缺点”的发明创造技法,有一首歌谣是这样概括的:

小鸟叫,跳林间,小鹿跑,向清泉;发明创造选好题,你我莫忘“挖缺点”。

甘蔗没有两头甜,事物总有不完善。

不省力,不方便,不省料,不安全,不省时,不价廉,不耐用,功能贱,挖缺点,心莫闲,发明创造在身边!

二十一、U型发明创造法

扣子的启示

谭忆是长沙市九中初三年级的学生。一天早晨,他急急忙忙去上学。到了教室,他像往常一样和几个同学打打招呼。当时他是站着的,只见同学低着头望着他笑。他悄悄地往下一看,不禁脸红了。原来是他自己把衬衣的扣子扣错了位。这么大的男孩子,扣衣服还像小孩子似的扣错,他感觉特没面子,心里很不好受。可事情已经发生,再懊恼也无济于事。随后,他回想起来自己小的时候和许多小朋友一样,常扣错扣子,便决心解决这个问题。通过一段课余时间的努力,他将扣子和扣眼配成相同的颜色,每粒扣子的颜色都各不相同,这样小孩就可根据颜色判别,不会扣错扣子了。想到小朋友喜爱小动物,他又把扣子和扣眼设计成不同的动物图案,效果好极了。三四岁的幼儿穿上后便争着自己动手扣衣服。这项发明取名为扣子与扣眼易对位的童服,不仅获得了国家专利和全国第十一届发明展览会的新技术产品金奖,而且有来自全国各地10多个厂家要求专利技术转让。

这种遇到麻烦的事后,从情绪低落转向积极思考,怎样避免这类事件再次发生的发明创造的技法叫“U型”发明法。青少年称之为“巧转弯”。

U型发明创造法的应用要领

塞翁失马,焉知祸福。在某些事情上遇到麻烦,实际上正是机遇来叩你的大门。许多用品都存在这样或那样的缺点和不足,一时半会儿找不出,常常是在使用过程中才能暴露出来,这就是提醒人们去改进创新的信号。

张桂杰是山东省阳谷县柿子园联中的女学生,家里有十亩三分地的棉田。正在棉花现蕾的时候,棉铃虫繁生,她只得请假回家帮父母治虫。她背着药桶打药,一天干下来,累得筋疲力竭,想起同学们都在学校里学习,感到非常委屈,两眼泪汪汪的。常言说得好,再生气也解决不了问题,她冷静地想:“我怎么不发明一种效率高于现在喷雾器两倍的新型喷雾器呢?

”当头脑中萌发这个念头,她高兴极了。后来,她把单喷杆改成双喷杆,喷杆的张角可以调节,喷头的方向也可以调节,可以喷一垄,也可以喷两垄,也可以将叶片上下对喷。使用它,一个人操作的功效是原来的两倍。棉农欢喜地叫它多功能两用喷杆,并获得了全国第六届青少年发明比赛的一等奖。

上述几位青少年发明成功的经验告诉我们,这种遇事思考“如何避免”的思维方法,实际上是解决一些意外情况的最好办法。这种思维方法使情绪和思路都呈U字形状,从而也常常产生一些事先料想不到的意外发明。

对于“巧转弯”的发明技法,有一首歌谣是这样概括的:

想看景,上苏杭,想捉鳖,下五洋;发明创造选好题,生气莫忘“巧转弯”。

山东学生张桂杰,家有棉田十亩三;每当病虫高峰期,回村喷药日夜干;误学习,体力伤,生气跺脚泪汪汪!

哎,立马转弯想一想,双头喷杆可帮忙。

新的发明诞生了,一个顶俩俏四方!

二十二、类比创造法

类比创造法的原理

类比创造法是建立在类比推理基础上的一种发明创造技法,也叫类比发明法,是把两个或两个以上同类、不同类,相似、部分相似,乃至差别很大的事物进行对比,找出它们的类比之处,从而启发思路,构想新产品、新方案的方法。

类比是一种思维方法。这种思维方法在人们的生产、生活中广泛而经常采用。但是,有意识地运用于人们的创造发明活动中,并作为一种发明技法创立起来,则是美国人威廉·戈登的功劳。戈登在美国国防部、麻省理工学院、哈佛大学和洛克菲勒财团等机构的资助下,搜集4000余项有关物理、化学、机械、生物、地质、市场等学科方面专家的发明创造,以及文学艺术领域中的重大创造,加以分类编组,深入研究,发现这些科学家、艺术家们的创造活动和导致他们创造成功的过程中,存在着共同的规律和技巧,这就是将两个或两个以上乍看起来彼此无关的、不同的事物或概念巧妙地联系了起来。而帮助他们实现这种巧妙联系的方法,就是类比的方法。戈登将他总结的这种类比方法称之为“综摄法”,即广为吸收、综合摄取的意思。这一类比方法于1959年发表后,当即受到各界重视,很快推而广之。

戈登在他的研究中,总结提出了类比法的两个要点,也是类比法的重要原则,即异质同化和同质异化。所谓异质同化,就是异中求同,把陌生的事物变为熟悉的事物。所谓同质异化,就是同中求异,把熟悉的事物变为陌生的事物。这两个变化实际上就是创造性思维在创造过程中所必然经历的两个阶段。

类比创造法的应用类型

类比创造法可分为:直接类比法、拟人类比法、因果类比法、对称类比法、综合类比法及象征类比法等多种形式。

(1)直接类比法即从自然界或已有成果中寻找出与创造对象相类似的现象和事物,从中获得启示。这要比凭空想象来设计一种物品更易取得成功。

水下飞机的发明完全是按照同空中飞机的直接类比中所得到的启示发明出来的。水和空气都是物体,机翼的物体动力学特性是两者的共性,都可以由机翼产生升力,所不同的是水的浮力和阻力都比较大而已。

(2)拟人类比法(仿生类比)进行创造活动时,人们常常将发明革新的对象“拟人化”,即模仿人的各种特征,制成新型机械。如模仿人的双腿迈步的方式,制成“步行机”,可以跳沟跨壕,在沼泽地带负重搬运;模仿人的手臂动作设计成新式掘土机,它的主臂如同人的上下臂,有活动“关节”,可以前后左右上下弯曲,而挖斗恰似人的手掌,可以插入土中,将土挖起;模仿人体还可以制造广泛使用的机械手、机械人等等。这种拟人化的设计,都是从人体的某一部分的动作中得到启示,常常会使人收到意想不到的效果。模仿生物就是仿生类比法。

(3)因果类比法两种物品的各个属性之间,可能存在着同一种因果关系,因而,我们可以根据一个事物的因果关系,推出另一事物的因果关系,从所得的启示进行创造。

例如,面包的疏松多孔,是由于面团在烤制过程中,释放的气体在面团中形成的无数小气泡造成的。根据这一现象,日本一位发明家应用因果类比,在熔化的金属中加入起泡剂,迅速冷却后,就形成了包含无数微气泡的轻质泡沫金属材料。

(4)对称类比法许多事物都具有对称性,我们可以通过对称关系的类比,发明出新的东西来。

现在有一种使司机头脑清醒的新产品,实际上就是把一只半导体致冷器贴在前额上。这种半导体致冷器就是根据对称类比法发明出来的。原来半导体PN结一端受热产生温差时就会产生电流。后来有人给PN结通上电流,那么PN结两端会出现什么现象呢?根据对称类比的观点,PN结的一端应当放热,另一端吸热而产生温差。吸热的这端就成了半导体致冷器。

(5)综合类比法事物众多属性之间的关系虽然十分复杂,但是,我们从综合它们相似的特征进行类比,可以得到新的发明启示。

利用电子计算机对现有各种产品的相似特征进行类比,可以设计出样式新颖、性能更加优异、价格低廉的新产品。如在飞机、汽车、轮船及其他各种产品设计上,都已采用了这种方法,实际上就是利用计算机进行模拟设计,综合后选出博采众长的方案。

(6)象征类比法用具体事物来表示某种抽象概念,或赋予其某种思想感情,使其具有独特的风格,即寓意其中,这就是象征类比法。

例如,在建筑设计中物质功能和精神功能是不可分割的,提倡精神功能的设计思维,就要求建筑设计以满足感情等心理需求为目标。

长城象征伟大的中华民族,紫禁城象征神秘的皇权,纪念碑的宏伟,纪念馆的庄严,音乐厅的典雅,园林建筑的古朴幽深,高楼的时代感等等,以及历史上许多名垂千古的建筑,就在于它们格调迥异,具有各自的特征。

在日用品设计中,不但应具有各国鲜明特性,而且更强调意境。日本名瓷“诺来蒂克”的怀旧造型,形似古典,又追求装饰花卉要“花能解语”,象征着一位女主人在向客人诉说什么。