创新思维与机械创新设计.ppt

创新思维与机械创新设计,刘继光 教授 2011.05,第一讲 创造性思维与技法,思考几个问题,胶带用起来很不方便，你有什么好办法？ 房间中央悬挂着一段铅丝，给你一个錾子和榔头，你能錾下来一小段铅丝吗？ 圆珠笔使用一段时间就出现漏墨，污染纸张，有什么好办法解决这个问题？ 下雨天走路，鞋底上的水容易甩上来打湿裤子,有什么好办法让水不甩上来？ 高速公路中间的隔离绿化带，有什么既安全又不影响汽车行驶的好办法对绿化带进行修枝？ 生活垃圾成为世界各国的难题，你有什么好办法处理它？ 塑料废弃物造成的白色污染危害我们的生存环境，有什么好办法能让它迅速降解？ 淡水资源日益匮乏，你有什么好办法很容易让海水淡化 ？,内容提要,什么是创新 创新的重要意义 创新成果 创新人才 创造性思维与技法 创造性思维训练,一、什么是创新,一般说来，创新就是创造，创新就是首创前所未有的事物和理论。 创新就是有目的地根据已知去发现未知的活动，即发现新的规律、新的物质、建立新的理论,发明新的技术与方法,设计并制造出新的产品的总称。,二、创新的重要意义,创新是人类文明进步的原动力； 创新是技术和经济发展的源泉； 创新更是一个国家国民经济可持续发展的基石； “创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力”。“一个没有创新能力的民族，难于屹立于世界民族之林”。 创造发明和创新人才问题早已引起世界各国的高度重视。,三、创新成果,创新过程：就是创造者解决问题的过程，即创造者应用知识、使知识活化的过程，也就是创造者艰苦劳动的过程。 创新成果：即创新活动的结果。创新成果取决于创造者的创新动机和创新才能，以下面公式表示： 创新成果=创新动机创新才能 创新动机：有了强烈的创新动机，才能产生强大的创新动力、持之以恒的创新积极性和主动性、才能具有高度责任感和坚持不懈的牺牲精神。 才能=智能：是具有知识和对知识活化与应用水平的高低。智能包括智力和能力。,智力对客观事物的认识能力。智力与学历关 系密切。 能力就是人（们）能胜任某项任务的本领。 个人能力与个人经历关系密切，经历事物能产生经验， 经验多了能力就强了，本领就大了。 创新能力创造者产生平常人所难以预见的新 的想法和新的事物的 能力。 影响创新能力的因素如下式： 创新能力=K创造性要素（人格+思维+方法） 知识量 式中，K影响创新能力发挥的环境因素。,创造性因素之间的关系如下： 知识（信息）为创新提供原料 创新活动 创新成果 能力（特别是思维能力）为创新提供手段 创新环境 创造者非智力要素、个性 促进创新思维+创新动力 创新技法,四、创新人才,创新人才就是具有创新才能的一种综合型人才。即有理想、知识面广、实践能力强、体格健全、思维灵活、（人格）素质优秀的人。也可以说是德、智、体全面发展，能灵活应用理论知识和实践经验去解决问题，取得创新成果，达到创新目的的人。,虽然各种类型创新人才的才能结构是不完全相同 的，但他们都具有较强的观察能力、记忆能力、思维 能力、想象能力和完成能力，因为： 观察能力是才能结构的“眼睛”； 记忆能力是才能结构的“存储器”； 思维能力是才能结构的“中枢”； 想象能力是才能结构的“翅膀”； 完成能力是才能转化为物质力量的 “转换器”。 其中，思维能力和想象能力更是创新才能结构的 “灵魂”。,五、创造性思维与方法,创造性思维：就是平常人不常用的、灵活的思考问题的方式方法。 创造性思维的外在表现：外在表现形式为灵活、多变、思路开阔。 创造性思维的特点：独创性、联动推理性、多向性、跨越性、综合性。 创新方法：就是创新的技巧与方法。并在创造性构思过程中促进思维富有变化、提高思维灵活性的技巧与方法。创新方法与创造性思维密不可分。 常用创造性思维与方法：,1、思维的基本类型： 形象思维 是借助于形象化客体，通过选择、分析、综合，由 形象和图画来显示事物的形态。是靠经验解决问题的思维方式。 逻辑思维 是借助抽象概念，进行分析、综合、演绎、推理和 判断来揭示事物本质的思维活动。是靠概念和推理解决问题的一 种思维方式。 灵感思维 是人类对问题长期苦苦思索之后，借助直觉启示而 对问题得到突如其来的顿悟或理解。 灵感思维是创新思维中最重要的形式之一。而形象思维和逻辑 思维在创新过程中也是经常应用的。 例如，高歌在研究发动机燃烧时，发现气体喘流紊乱是燃烧不 稳定的原因。怎样才能稳定呢？他想到在西北地区劳动时观察到沙 漠里气流吹过沙丘很稳定，因此他将燃烧器表面改为沙丘表面果然 克服了紊乱状态，由此发明了“沙丘驻涡火焰稳定器”。,又如，前苏联车工邱吉柯夫一天正在高速车削时突 然停电，工件与刀具牢牢粘在一起。邱吉柯夫对这一现象深入分析，是因工件与刀具剧烈摩擦生热使金属表面熔化而粘结，由此受到启发发明了“摩擦焊接法”。 再如，法国魏格纳卧病在床休息，望着墙壁上的世界地图发呆，他发现两条奇特的曲线南美巴西东海岸突出部分曲线与非洲哈麦隆西海岸凹进部分曲线非常相似（如图），这一直观感觉使他产生一个突如其来的顿悟莫非这两块土地过去是一块大陆？后来经过地质考证，创立了“大陆板块漂移学说”。,世界地图,2、理论思维,遵循或应用科学技术原理进行萌发式发明创造的创新思维形式。即把科学技术原理直接物化的思维形式。 例如，法拉第用他的电磁感应原理发明并制成了世界上发电机。 又如，大型球面的圆筒刀具对心铣削加工法的发明。,3、逆向思维,案例：1820年，法拉第在作电生磁的实验时，提出了磁 能否产生电的设想。正是这样一个逆向思维，敲响了通向“电磁转换量 论”重大发现的大门，导致了发电机的产生，为人类通往光明和电气化 时代 奠定了基础。 逆向思维是针对现象、问题或结论，采用与通常思考问题相 反的思路，进行反向推断的思维方式。 逆向思维虽然超常，但不反常；虽然奇特，但不荒唐。有些 创新如果按前人的方法和经验进行重复试验时，往往不容易 取得成功，而用逆向思维常常能出奇制胜，做出突破性的发 明创造。,4、发散与收敛思维,案例：食品厂需要大量核桃破壳，你有什么好办法？ 发散思维（又叫扩散思维、辐射思维或求异思维），就是以某一思考对象为中心，创造者（们） 充分利用已有的知识和经验，通过类比、联想等，使思维沿着不同方向、多角度、多层次地扩散思考，产生大量设想的一种思维方式。对解决那些多答案的问题很用于。 收敛思维（又叫集中思维、定向思维或求同思维）就是利用已有许多解决问题的答案，针对每一思考对象，经过分析、评价、寻找解决问题的最佳答案的思维方式。 采用A. F. 奥斯本的“头脑风爆法”进行多人集体发散，以激励群体产生思维共振的创新活动是最通用的创新方法之一。,5、分离与合并思维,例：解决四棱台凹坑模辊的加工。 分、合思维是将思考对象的有关部分从思 想上将它们分离或合并。 马克思的唯物辩证法、曹冲称象、中西医结合、机电一体化等都是分、合思维创新的事物。 分离思维可以“化腐朽为神奇”，合并思维可以由交叉组合而创新。,组合创新法：通过功能、原理、结构等方面组合变化，获得解决问题的新颖设计和独特功能的方法。,阿波罗宇宙飞船技术，其中没有一项是新的突 破，都是现存技术。问题的关键在于组合成为新的系统后，实现精确无误的系统管理，成为当代最大型的发明创造结晶。 数控机床是电子计算机和机械技术的组合。 摩擦焊接是由摩擦生热同焊接方法组合而成。 组合创新法基于合并思维，是常用的重要创新方法，“组合”代表着技术发展的趋势。组合可以是任意的，各种各样的事物要素都可以进行组合。 这里的组合可以是联合、混合或结合，也可以是综合或化合。但是，组合后必须产生新的效果。,6、联想思维,案例：1.鲁班发明锯子的故事。 2.矿井中作业通道需要通风，不用的通道必须堵 风，你有什么好办法堵风？ 联想思维由某一事物联想另一事物而产生认识的思维 方式。 联想思维能力就是转移经验的能力，就是发现两类事 物之间的类似点，把已有解决问题的经验（原型）转移到 要解决另一类问题上去。 在遇到一个问题，或萌发一个创造性设想时，怎样才 能想得巧妙呢？灵活的发散和巧妙的联想是获得成功构思 的重要方法和捷径。,联想创新法：在创新过程中，大脑的思维往往处于积极的定向联想状态，寻找相近、类似的事物，触发联想，进行类比，转移经验，解决问题。,7、侧向思维,案例：1.圆珠笔使用一段时间漏墨，怎么解决？ 2.如何设计卫星天线？ 侧向思维是将常人思考问题的思路稍加扭转，另劈蹊径，换一个角度，采用被人忽视的 方法、或利用其他领域解决问题的经验，针对 思考对象，从侧面寻求解决问题的思路的思维 方式。,练习：,1. 海洋上空飞着的一只热气球漏气了，需要推下去一个人减轻一些重量，热气球才能安全飞达彼岸，而上面三个人都很重要，一个是科学家，他可以为人们解决难题；一个是粮食专家，他可以使人们不饿肚子；一个是医生，他可以为人们解除病痛。你说该推下去哪一个？ 2. 一个酒鬼一口气喝了24瓶啤酒，还不够，而他身上再没有钱买了。好在4个啤酒瓶可以换1瓶酒，最后他把空酒瓶都用来换酒喝了，请问他一共喝了多少瓶酒？,8、颠倒思维,案例：1.珍妮纺织机发明的故事。 2.诸葛亮的空城计。 颠倒思维是将思考对象的整体、部分或有 关性能颠倒过来，以求得到新的思考途径的思 维方式。 颠倒思维包括：上下颠倒、左右颠倒、前后 颠倒、大小颠倒、动静颠倒、快慢颠倒、有无颠 倒、是否颠倒、正负颠倒、内外颠倒、长短颠倒、 主次颠倒、好坏颠倒、等等。,但是，颠倒不能简单化，绝对化，是非不分，糊乱颠倒。简单化不能有创造，绝对化只能产生荒谬。“此地无银三百两”、“隔壁小二不曾偷”不正是傻瓜糊乱颠倒的荒谬吗？,9、质疑思维,案例： “东方魔稻”、 “杂交水稻之父”袁隆平院士敢于 质疑美国经典理论“稻麦自花授粉作物没有杂交优势” 。 质疑是一种独立性的思维方式，是一种 不迷信书本和权威，不受传统观念的束缚， 敢于提出问题和大胆质疑，并在客观实践的 基础上推翻旧理、创立新说或作出发明的思 维方式。,中科院院士钱钟韩老人的一生就是质疑的一生，大凡小事他都要问个为什么。正是他的质疑人格，在数学领域有所建树。 质疑思维的科学态度是既尊重名人和权威，虚心学习他们丰富的知识和经验，又以科学和事实为依据对已有的理论提出质疑，还要敢于超过前人，再进行新的创造，使人类认识世界和改造世界的能力不断增强。,英国物理学家托马斯.杨敢于站出来，以微观粒子二象性打破了科学泰斗牛顿的“微粒才使得停顿了100年的光学理论得以发展。 德国化学家安东尼.罗朗.拉瓦锡敢于质疑，用自己的经验和理论打破著名化学家史塔尔创立的、统治化学界百年之久的“燃素说”。,爱因斯坦在牛顿墓前阐明了质疑思维的必要性，他说：“牛顿啊！请原谅我，你所开发的道路，在你那个时代，是一条具有最高思维能力和创造能力的人所能发现的唯一道路。你所创造的概念，甚至至今仍然指导着我们的物理学思维。但是我们现在知道，如果更深入地理解各种联系，那就必须用另外一些直接经验领域较远的概念来代替这些概念”。,10、克弱思维,一个成功人士，无一不是在克服自身弱点，战胜一个又一个困难而取得成功的。 李政道在听一位同事演讲，才知道非线性方程有一种叫孤子的解。他找来了有关孤子的文献，学习的同时还挑别人的弱点，果然发现文献都是研究一维的孤子，而物理学有广泛意义的三维空间，这显然存在弱点。他瞄准这个弱点，经过几个月的潜心研究，找到一种新的孤子理论，适用于处理三维空间的亚原子过程，取得了新的科研成果。,爱因斯坦是一位不大喜欢抽象数学的直观型物理学家，他在创建广义相对论过程中，头几年几乎没有多大进展。数学家G.比克的提醒，使他注意到了自己数学上的弱点，并刻苦学习了非欧几何的黎曼几何和张量分析等数学理论，弥补了自己的不足，不久完成了广义相对论的研究，创造了运用数学方法解决物理学问题的一个奇迹。 可见，如果爱因斯坦早掌握这一数学工具，广义相对论完全可能早几年问世。 另外，高斯、黎曼等数学家早已期待非欧几何在物理学的体现，但他们因为没有去克服自己在物理思想方面的弱点而未能创立广义相对论。,在创新研究过程中遇到困难时，悉心寻求有 关事物（包括自己的知识和能力）的弱点，并作 为新的研究的瞄准点，攻克了弱点而获得创新成 果的思维方式叫克弱思维。 世界上没有十全十美的人，也没有十全十美 的事物。 在创造发明过程中，首先要善于分析现有事 物存在的问题，这可能成为自己的创新点；研究 过程中遇到困难，要善于克服自身的弱点或善于 与他人合作去克服困难，成功志在必得。,世上没有十全十美的方法和产品。,指南针的发明先后经过了“水游法”、“指甲旋定法”、“碗虎旋转法”、“绫旋法”到罗盘多次克弱改进。 太原干休所谢老太离休后执意要在黄河岸边植树绿化祖国大好河山，可是她辛苦的结果是“年年栽树年年死，年年栽树栽原处”。她百思不得其解，一天她突然发现随意埋在墙脚下培上土的剩余树苗却都活了。她通过观察分析，克服过去植树踩实土壤破坏了树的根毛的弱点，发明了虚土植树法，申请了专利，在黄河流域植下了五遍大树林。 只要我们自觉运用克弱思维去找到事物的不足之处，并去克服这些不足，便是创新成功的到来。,缺点列举创新法：是通过对事物“吹毛求疵”、发掘事物的缺陷，把缺点列举出来，针对问题找到改进方案，进行创新。通过缺点列举训练，可以逐步树立创新意识，甚至直接导致发明创造。 希望点列举创新法：是对某个事物的更高需求开展纵向、横向推理把愿望和想法都列举出来，以导致新的设计思路和设计方案的产生。,11、小结：,1. 创新成为时代的主旋律，无论对民族、国家、单位、企业和个人都具有重要意义，应该加强培养自己的创新意识。 2. 创新动机和兴趣是创新行为的内驱动力，使追求创新目标成功的行动更加积极主动。 3. 以上介绍了常用的9种创造性思维和5种创新方法。大家可以看出，创造性思维不外乎就是平常人不常用的、灵活的思考问题的方式方法。创新方法是促使创造性思维发挥的技巧与方法。 4.创造性思维的培养首先在于科学素质的培养，同时可以通过思维（训练）体操克服影响我们灵活思维的知觉性障碍、定势障碍、刻板性障碍、抑制性障碍和思维懈怠等。,同学们： 21世纪知识经济时代的制胜法宝就是具有创新意识和创新能力的人才。现代教育观和人才观已经由重知识向重能力和素质转移，以能力和素质统帅知识。学习知识固然重要，但掌握、理解、消化知识，创造性应用、发展知识的能力更为重要。所以，我们在努力学习知识的同时，要重视自己科学素质和创新能力的培养。通过参加课外科技活动，激励我们的创新意识，拓展我们的创新思维，提高我们的创新实践能力，为逐步成为创造性人才打下基础。,谢 谢 ！,