书城童书科学知识大课堂——创造新思维
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第9章 智能训练(2)

我们少年儿童搞小创造、小发明时,“放大”也是一种可供选择的途径。如有一个小朋友在雨天和人合用一把雨伞,结果两人各淋湿了一个肩膀。他想到了“放大”,就设计了一把双人伞,扩大了伞面的遮雨面积。还有一个小朋友看书时爱摘录好词好句,但在摘抄时,书页容易被风吹乱。他先是用回形针去夹书,后来他想到了“放大”,就利用回形针的原理,把回形针扩大,制成了一个又能搁书,又能夹书的压书器。

有一位小朋友,视力有障碍,在测量较短的线段时,在尺上读毫米数很吃力。后来,他利用“放大”的思路,发明了一把放大的尺,形状像两只有对顶角的相似三角形,一只小,一只大。测量时,利用小三角形去量线段,但量出的数据被大的三角形“扩大”了几倍,在大的三角形上读数就方便得多了。

“放大”的用处很多,你也可以试试。

越小越好

我们常常可以在警匪片中看见这样一组镜头:一个A国的间谍乔装成旅游者潜入B国。他驾车在重要的军事设施旁边路过。他被那迷人的景色吸引住了,于是就驻足观赏,流连忘返。后来,他叼上一支烟,从口袋里掏出打火机,打火点烟。奇怪的是接连打了好几次都没点着。

他换了一个方向,又打了几次,还是没点着,他摇了摇头,无可奈何地把烟扔掉,上了车开走了。

在一家豪华的咖啡馆里,这个间谍与同伙接头,低声地用暗语密谈,又偷偷地将打火机交给对方,相视一笑,扔下几张钞票就向门外走去。

门口,B国的保安人员早已守候在那里,两个被带到了保安机关。在审讯室里,A国间谍矢口否认。B国的警察拿出一个烟缸——那烟缸正是放在那咖啡馆桌上的,从底部取出一个微型录音机。一按,录音机传出了熟悉的声音。A国间谍一下子瘫倒在椅子上。警察又从他同伴的衣袋里掏出打火机,不无嘲弄地说:“我可要见识见识贵国制造的微型照相机喽。”原来,那不是打火机,而是特制的照相机。

电影里的微型录音机、微型照相机都是“缩小”的结果。缩小体积之后,它们的用途就起了变化。

“缩小”的思路是这样的:

把某件东西压缩、折叠、缩小,它的功能、用途会发生什么变化?

在我们日常生活中随处可见用“缩小”的方法生产出来的产品。

凡是到过黄山的人都知道,由于黄山浓雾弥漫,上山时要穿雨衣。但黄山山势陡峻,登攀十分费力,身上携带的东西越少越好,越轻越好。于是,人们使用“缩小”的办法制造出一种袖珍雨衣。这种雨衣折叠起来只有一包香烟那么大,重量只有50克左右,价钱也十分便宜,深受旅游者的欢迎。

还有如袖珍收音机、微型电视机、袖珍手电筒、手掌式游戏机、浓缩酱油、压缩饼干、浓缩鱼肝油等等,都是“缩”出来的。

信息化时代离我们越来越近的今天,电脑已开始进入千家万户,成为人们生活中日益重要的电器。电脑的演变也有一个“缩小”的过程。据说,科学家最早研制出来的电脑有两间屋子那么大。后来,随着集成块的出现,电脑体积逐步缩小,成为“微机”进入了办公室与家庭。现在,为了方便人们接受与传播信息,又缩成了手提式笔记本电脑,可以随身携带。

有时某一件东西缩一缩后就成了一件新东西。如把一般的保温瓶缩小,就成了新东西——保温杯。

我国独步世界的微雕艺术的实质也是“缩小”。它缩小的程度是惊人的,在头发丝上可以刻出伟人头像、名人诗句等等,成为一件件价值连城的艺术珍品。

在我国深圳有一个风景区,叫做“锦绣中华”,又名深圳小人国。它就是用“缩小”的办法,把我国的许多景物,照原型缩小后,安排在30公顷大小的地方。这里有名列世界八大奇迹的万里长城、秦陵兵马俑;有最大的宫殿(故宫)、最大的佛像(乐山大佛)、最宏伟的建筑(布达拉宫)、最奇的景观(石林)、最奇的山峰(黄山)、最大的瀑布(黄果树瀑布);有庄严肃穆的黄帝陵、金碧辉煌的孔庙;还有雄伟壮观的泰山、如诗如画的漓江、小巧玲珑的江南园林及具有各种民族风格、民族特点的民居。总之,你可以在一天之内领略中华五千年文化,畅游大江南北锦绣河山。

最近几年,“缩小”在医学上得到了广泛的应用。如腹腔镜手术,只需在病人腹部划上能插进一把钥匙大小的小孔,然后将微型器械伸进腹腔内进行手术。这种手术又称为“钥匙孔外科”,可以进行胆囊切除等较复杂的手术。病人损伤小、痛苦少、康复快,一般三四天就能出院,并且不会在病人身上留下长长的刀疤。手术中的微型器械就是“缩小”的成果。

最近,在报纸杂志上常常可以看到科学家用“缩小”的思路发明的产品。如细菌电池,缩得只有针尖那么大小,电池内的细菌能把特别的糖浆转化为氢,再通过一系列化学反应后产生出电流来。又如在德国的帕德博思市计算机博物馆里展出的微型机器人,只有4.3克重,比人的拇指还要小。

当然,“缩小”也是我们少年儿童搞小创造、小发明时常用的思考方法之一。

如有一个小朋友发明的简易旅行折凳就是一个例子。这折凳主要有4个部件。长方形木板一块,用作凳面。两块相同的木板作凳脚,用铰链铰合,可以折叠。在凳面的反面装上一根能转动的木棍。使用折凳时,将两凳脚伸开,把木棍转90度与凳脚垂直,撑住凳脚;不用时,把木棍再转90度与凳脚平行,凳脚就可以折叠在凳面上,再把木棍转90度与凳脚垂直,压住凳脚,不让凳脚散开,就便于携带了。

还有一个小朋友发明的便于携带的昆虫笼也是一个例子。这种新式的昆虫笼实际上是只盒子,但在盒子的底与盖之间用蚊帐布连接。不放昆虫时,蚊帐布可以折叠,盒子底盖相合,能缩得很小。

再如贝明纲同学,运用“缩小”的办法,发明了手表式太阳钟。他在制成太阳钟(日晷)模型后,就想把它缩小到可以随时带在身边使用。于是他把日晷的指针和平板都设计成可以折叠的。只要把指南针对准方向,在太阳底下看日晷上指针的影子,就能读出当时的时间。这就成了最经济的自制手表。

二年级小朋友沈冰心同学发明的小鸟喂食器也是成功的“缩小”的例子。她模仿粮食店里的售米器,对其加以缩小、改进,利用一只废弃的塑料药瓶,下端开一个圆洞,用一个锥体形的软木塞顶住,瓶盖上打一个小洞用小铁丝插入与瓶底的软木塞连接。瓶内装满小米,用手一按小铁丝,软木塞向下松开,小米就漏下来,顺着一个小漏斗“流”进鸟笼。手一松,一根弹簧将铁丝往上拉,带动软木塞顶住圆洞,小米就停止下漏。沈冰心同学凭这件作品在和田路小学的小发明擂台赛中得到第一期擂主的称号。

当然,并不是所有的物体都需要“缩小”,也不是缩得越小越好,还要看生活与生产的需要,需要缩到多大就缩到多大。缩的过程也并非简单地、原封不动地把形体缩小,可以通过换材料、换部件、换工艺等方法来达到缩小形体、扩大功能的目的。

仔细观察一下自己的周围,哪些东西是应该缩,又是可以缩的?

学习先进

“模仿”是人们进行创造发明的一条有效的途径。什么叫做“模仿”呢?

古时候,人们看见鸟能自由自在地在空中飞翔,就萌发了向鸟学飞的念头。看过电视剧《封神榜》的同学一定会记得那个雷震子吧,他就有一双肉翅,能随心所欲地飞翔,这正是人们想像鸟一样飞翔的美好愿望的体现。于是对鸟的飞行动作进行了模仿。人们开始设想在自己身上装两张能动的翅膀或装上一张特大的风筝,想利用风力将人送上天空,但都没有成功。

后来,科学家对鸟类飞行的原理进行了反复研究,终于在1903年发明了飞机,实现了人类上天的愿望。在以后的几十年间,经过不断改进,飞机的飞行速度越来越快。但也带来了另一个问题,由于速度太快,经常发生机翼剧烈的抖动,造成机翼破碎,多次发生机毁人亡的惨祸。许多科学家为解决这个问题而煞费苦心。过了好久好久,人们发现蜻蜓的形状极像当时的飞机。蜻蜓的翅膀又薄又脆,但它快速飞行时为什么没有出现剧烈抖动、翅膀破碎的现象呢?科学家发现,每只蜻蜓的翅膀末端,都有一块比周围略重一些的厚斑点。这就是防止翅膀颤抖的关键。科学家按这个方法改进了机翼。果然,机翼就不再抖动了。这一成功极大地引起了科学家的兴趣,以后,他们注意研究苍蝇、蚊子、蜜蜂等飞行方法及原理,造出了许多具有各种优良性能的新式飞机,在军事、科技、民用等方面发挥了很大的作用。

工程技术上的“盾构施工法”据说也是运用“模仿”的思路发明的。过去开掘地下隧道时一般都用“支护开掘法”。但一旦遇到土质松软的地方就困难重重。一位工程师在一筹莫展时,偶然发现有一只小虫正使劲地往坚硬的橡树皮里钻。工程师仔细一看,那只小虫是在硬壳的保护下往树皮里钻的。这时,这位工程师想到了“模仿”,能不能模仿小虫钻洞的样子去开凿隧道呢?后来就逐步发明了“盾构施工法”,到现在,我们建造地铁、开凿越江隧道时,普遍使用这种“盾构施工法”。

这些生物成了人类的“老师”的例子还可以举出许多许多。如科学家研究了蝙蝠的飞行,学习其中的原理发明了雷达;研究了鱼在水中的行动方式,发明了潜水艇;研究了大袋鼠跳跃的方式,造出了会跳跃的越野汽车;研究了大鲸在海中游动的情形,把轮船船体改成流线型,大大地提高了航行的速度。人们还模仿某些贝壳制成了坚固的坦克,模仿一些大树、麦秆的性能建造了高耸入云的塔与摩天大厦。

由此可见,所谓“模仿”可以这样想:

有什么事物可以让自己模仿、学习一下?模仿它的某些形状、结构或学习它的某些原理、方法。这样做,会有什么良好的效果?这样会创造出什么新的东西?

当然,我们不仅可以模仿生物,向生物“学习”,还应注意不要放过“学习”别的现象的机会。从这个意义上来说,无数“老师”就在我们身边向我们点头微笑,就看你有没有一双慧眼,一个智脑,去发现它们,去“学习”它们。

日本有一位工程师看到一位清洁工人用玻璃刮去木板上的油漆,当玻璃的锋面变钝时,就再把玻璃敲碎,用新碴口接着刮。这位工程师模仿这个方法,设计了一种美工用刀,把薄长的钢片楔入刀夹内,可根据需要把用钝了的部分掰掉,露出有新刀刃的刀子,这样使用起来方便多了。

当然,模仿不是照搬,而是从现象中寻找规律,模仿中有创造。下面三个事例可以说明这一点。

伽利略年轻的时候,有一次到教堂去做礼拜。教徒们祈祷、唱诗十分虔诚。伽利略却觉得无聊,便东张西望。忽然,一盏悬挂在教堂半空的铜吊灯引起了他的注意。只见吊灯被门洞里进来的风吹得来回摆动。他看了好久,慢慢地发现了一个规律:不管吊灯摆的幅度大小,来回摆动一次的时间都是相等的。

回到家里,伽利略找来一根绳子,吊上一个重物,让它像教堂里的吊灯一样来回摆动。实验结果证明,摆动一次所用的时间跟所吊物体的重量没有关系,而与摆长有关系。这就是摆的等时性定律。后来,有些能工巧匠运用这个定律制造出各种走时准确的机械摆钟。

你想不到吧,我们使用的摆钟竟是向随风摇摆的吊灯“学”来的!

医生常用的听诊器的发明,也是“模仿”的结果。

1816年,法国医生雷奈克为一个年轻的姑娘看病。这姑娘非常胖,要诊断她心脏与肺是否有病十分困难。怎么办呢?这时,雷奈克抬头看见窗外有两个小孩在玩耍,一个孩子用钉子刮擦木板的一头,另一个孩子把耳朵贴在另一头,兴致勃勃地倾听着。雷奈克感到奇怪,就走过去听了一下。呀,那一头小孩用钉子刮木板的声音通过木板清晰地传到了耳朵中。雷奈克马上回到屋里,用一叠纸紧紧地卷成圆筒形,把纸卷的一端按在姑娘的胸部,另一端放在自己的耳朵边。顿时,心脏的“通通”声,听得清清楚楚。后来几经改进,就成了目前医生常用的听诊器。

英国人邓禄普发明充气轮胎也是同样。有一次,他看到儿子骑着硬轮自行车在卵石道上颠簸行驶,非常危险。他想,能否做一种新的可以减少震动的轮胎呢?在花园里,他看到了浇水的橡皮管,脚踩上去很有弹性。于是,他运用这个原理,发明成功了充气轮胎。

我们少年儿童掌握了“模仿”的技法,就能在小创造、小发明中一显身手。

如小学生徐琛、贝明纲发明的防触电插座曾获世界青少年科技作品展览最佳奖。这件小发明的关键部件——四片活门的巧妙组合,就是受到工厂里恒温车间的双层玻璃窗的启发而设计出来的。

再如另一位小同学张军发明的拔毛器,曾获全国小发明三等奖。他也是从爷爷的电动剃须刀的构造得到启发,才设计出来的。

睁开你的双眼,在身边寻找值得自己模仿的事物吧!

不断改进

“改进”也是创造发明中常用的方法。所谓“改进”就是这样思考:

某件东西在使用过程中,还有哪些缺点或不足?把这些缺点与不足排一排,再分析一下,看看哪个缺点是主要的或必须马上解决的,怎样改进才能克服或尽量减少缺点,给人们带来方便。

方黎、任勇勤、程贝斌等同学发明革新系列篮球架的经过可以说明这一思考过程。

一般的篮球架是为了比赛用的,所以只设一个篮圈。用这种比赛的篮球架在体育课上练习投篮,缺点就暴露出来了。方黎针对这个缺点进行改动,发明了有4个篮圈的篮球架。可是篮圈少的矛盾解决了,另一个矛盾又上升为主要矛盾了。篮圈的高度是固定不变的,如果定得高,低年级小朋友投不到,如果装得低,高年级同学没有兴趣。方黎又开动脑筋,把篮球架做成可升可降的。于是,一个专供练习投篮用的多用升降篮球架诞生了。多用升降篮球架用“改进”的办法,避免了两个缺点。但任何事物都不是尽善尽美的。任勇勤同学又发现了它的不足:如果同时有高年级和低年级学生在练习投篮,一个要升高,一个要降低,不是要“打架”吗?怎么解决呢?任勇勤同学经过反复琢磨,创造出一种如意篮球架,即把4个篮圈,按不同高度装在一根柱子上。高年级同学投高的篮圈,低年级同学投低的篮圈,各得其所。但“改革”并没有到此为止,程贝斌同学又设计了智力升降篮球架。在可升降的柱子上装上一个圆桶,圆桶的下端装4个通道,同学把篮球扔进去后,要动脑筋想一想,球会从哪个通道里滚出来。这种投篮又要动手又要动脑,会使同学练习投篮的兴趣更浓。这3个同学,在“改”字上着手,不断地发现缺点,克服缺点,搞出了一件件有新意的小发明。这3件作品都获得了市级以上的创造发明奖。

在社会生活、生产活动中,人们也常常用“改进”的方法搞创造发明。