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怎样指导学生开展“小发明、小创造”活动
日期:2015-12-07 作者: 阅读次数:1640

怎样指导学生开展小发明、小创造活动

 

一、小发明四性的衡量标准把握

一项优秀的小发明应当具备新颖性、先进性、实用性和科学性。这“四性”就是小发明的质量标准。

1 新颖性——小发明的实质

    一个优秀的发明,应具备新颖性。新颖性是小发明质量标准中最重要的一条。

(1)什么是新颖性呢?

    新颖性指的是在提出这项小发明以前,或是在申请专利以前,没有出现过同样功能、构思、技术的东西,或同样的制作方法。而且这项小发明并没有以任何形式向公众公开过。这就叫做具备新颖性。

    譬如,1879年,美国发明家爱迪生发明了白炽灯,从此,在黑夜里,人们可以不再使用蜡烛、油灯了。白炽灯具有新颖性,是一项大发明。1901年,法国发明家克劳特根据莫尔的实验,在抽掉空气的玻璃灯管中,改用充氖、氩、氦各惰性气体进行实验,从而发明了“霓虹灯”。霓虹灯也是电灯,但它同白炽灯,也有新颖之处,它使人们相信,可以不走爱迪生的使电转化为热,然后再转换为光的道路。1938年,美国通用电子公司的伊曼发明了节电的荧光灯(日光灯)。这只荧光灯是一根玻璃管,管内充进一定量的水银,管的内壁有荧光粉。在灯管的管两端各有一个灯丝做电极。当通电后,首先是水银蒸汽放电,同时产生紫外线,紫外线激发管内壁的荧光物质而发出可见光。因为这种的成分和日光很相似,所以,荧光灯也称日光灯。日光灯比霓虹灯又有新颖之处。霓虹灯只能用它五彩缤纷的灯光做广告使用。而它的亮度远不足为人们提供照明之用。而日光灯则可用作照明。霓虹灯是高压荧光灯,日光灯是低压荧光灯,日光灯又有它的新颖性,第二次世界大战后,日光灯作为新的照明灯具迅速进入家庭、学校、工厂、医院……

(2)怎样判断一项小发明有没有新颖性呢?

    第一、以时间为标准来判断。在时间上,只要发明者在提出这项发前,没有出现过功能、构思、制作、技术相同的作品或制作方法,它就具备了新颖性。

譬如,计算器的发明。1642年,法国一位只19岁的、后来成数学家的帕斯卡看到当税务官的父亲计算税务很辛苦,便决心研制计算的机器,他发明的计算器是利用齿轮转动的原理制成的,不过只是一台原始的加法器。

1671年,德国数学家莱布尼兹在帕斯卡计算器的基础上进行改进,历经23个年头,但不能准确完成计算。1802年,英国人托纳斯发现莱布尼兹的样机很符合科学要求,经过仔细研究分析,又增加了新内容,终于制成了可以进行加、减、乘、除的计算器。

19世纪末,英国的波德文和瑞典的奥德纳又发明计算器,并先后取得计算器的专利权,于1892年在德国成批生产,并在市场公开出售,这些计算器的发明,时间上有先后,但是,它的结构和性能都不同,因此,在当时都认为是新颖的。

第二、以公开的方式来判断。

公开的方式是指:

(1)尚未在国内或国外的生产、生活实践中公开使用过,尚未在商店中作为商品销售过;

(2)没有通过国内外的报刊、书籍、广播、电视、电影公开过,没有在展览会上以公开或内展的方式展出过;

(3)没有任何人申请专利,并已被批准授予专利权而公开了的技术。凡是在这些公开方式上没有公开过的都是新颖的。

十九世纪四十年代,美国一所医学院的学生莫顿,在一个偶然的机会,他听到化学教授杰克逊说,有一次在做化学实验时,不慎吸入一大口氯气,为了解毒,他当即又吸了一口乙醚。不料,他感到浑身轻松,不一会便失去了知觉。听了杰克逊的叙说,引起了莫顿的深思。他大胆设想,能否用乙醚来做一种理想的麻醉剂呢?于是,他便动手在动物身上作试验,以后又在自己身上试验,试验结果,证明了乙醚是一种理想的麻醉剂。

1849年10月的一天,世界上第一次使用乙醚进行麻醉外科手术的公开表演成功了。从此,这位医学院二年级的学生莫顿出名了。当莫顿以乙醚麻醉剂发明者的身份向美国政府申请专利时,他的老师维尔斯和曾经启发他发明的化学教杰克逊都起来与莫顿争夺专利权。

但是,从公开的方式看,维尔斯只是用笑气(一氧化二氮)成功地做过拔牙手术。1844年在美国波士顿城公开进行拔牙表演时,手术又没有成功。而杰克逊的发现,也没有公开使用过,或者在报刊上发表过,也没有申请过专利。该项发明只好属于莫顿了。后来,三人把官司打到法院,一直没有结果。

第三、以“公众”是否知道来判断。

一项小发明要具有新颖性,必须是以前还没有向“公众”公开过的。“公众”是指那些人呢?“公众”是指被允许知道的一定范围以外的人。不论这些人的人数是多还是少,它却已失去了小发明的新颖性。这里说的被允许知道的一定范围,指的是小发明比赛的评审人员和申请专利过程当中必须经手的工作人员等等。只要发明作品仅仅属限于这个范围以内的人知道,不论其人数多少,该小发明作品仍被认为没有失去新颖性。

第四、从“个体”来判断。

判断一项发明是否具有新颖性,限于以现在的一个小发明的“个体”同过去已有的同类东西的“个体”相比,而不能同把过去已有的许多“个体”拼凑起来比,即不能用过去的众多个“个体”同现在的一个“个体”相比。

    例如,过去护士切割安瓿瓶要用一个工具“砂轮”,开启安瓿瓶又用另一个工具“瓶开”。而护士手中三用器的发明者,在开启安瓿瓶(可熔封的硬质玻璃容器,用以盛装注射用药或注射用水)时遇到了困难,联想到护士阿姨每天要开多少瓶盖,很不方便,于是便把砂轮夹在木柄里,作为切割安瓿瓶用。再把开启药瓶、输液的三种小工具集中在一个手柄上,发明了构思新颖的“护士三用开瓶器”。这件工具给护士工作带来很大的方便。这项发明把几个“个体”组合在一起。形成一个新的项目、一个新的“个体”,产生了的新的功能。这样,它就具备了新颖性。

第五、从“主体”来判断。

看这项小发明的主体部分同过去已有的东西进行比较,是不是具有新的功能,是不是有新的使用方法。假如,它们只在外形上作些改变,而主体结构和功能同过去已有的东西基本相同,就称不上具有新颖性。

例如,农业科学家把圆溜溜的桃子、西红柿、西瓜等农作物,培养成为方形桃子、方形西红柿、方形西瓜,使它们在运输中不易滚动,容易装卸。这些水果的外形变化,增加了新的功能,它可称具有新颖性。

再如,改变墨汁的配方成份,在普通墨汁中加入一定量的洗洁精和洗发精,不仅保持原有的墨汁的特性,并且适用于在有油腊的纸上和塑料制品和陶瓷制品上书写。这使“主体”功能起了变化,也具新颖性。

    再如,假使把铅笔只作长度上的改变,变长些,或变短些,这种外形变化没有引起主体功能的变化,它就不具有新颖性。

    新颖性是小发明的实质,是衡量小发明质量的决定性的一条标准。只有先确认一个项目是否具有新颖性,才能确定它是不是一项小发明。

(3)如何使你的小发明具有新颖性呢?

    通常,解决这个问题的途径有以下几条:

    第一、发明是为了满足人们生活和生产的需要,社会需要什么新用品,你就发明什么,这样的发明就有可能具有新颖性。

    例如,西瓜是盛夏消暑的佳品,人们往往凭经验和听声音来判断它的生熟程度。如果你能发明一种结构独特、使用简便、价廉物美的“西瓜测熟计”,这样的发明就具有新颖性。

    第二、大多数发明是对已有发明进行与完善所做出的一种“补充发明”即对某项已有发明进行了有成效的改造工作,这样发明也具有新颖性。

    例如,我国第一号实用新型专利“杯式感冒理疗器”,就是发明者针对法国已有发明“伤风治疗速效器”进行简化、改进、从而制造出一种结构简单、性能良好、价格低廉的新型感冒理疗器具。这样的改进发明也是新颖的。

    第三、使老产品扩大功能,变成别的领域里的新产品。这就是要求从某种产品的功能用途上动脑筋,能有所发现,有所发明。

    例如,“杀虫电风扇”的发明。在电风扇领域里,它的构造与普通台扇相同,无新颖之处,可在杀虫领域里,由于它是新式的杀虫器具,这就有新颖性了。

    第四、在没有任何已有发明的借鉴下,完全凭个人的知识和经验,运用各种发明技法进行独创,由此做出的首创发明就具有绝对的新颖性。

例如,我校发明的世界上第一把直接度量圆弧长度的工具——弧长尺。突破了“曲线不可直接度量”的禁区,是一项首创新发明。

2、先进性——小发明的技术要求

    假如一项小发明具备了新颖性,是不是就是一项优秀的小发明呢?不一定。因为,对小发明有新颖性的要求外,还要对它的使用、技术有所要求,即使用起来是否方便又省力,是否提高了工作效率,技术上是否比已有的东西先进?因此,先进性是小发明的又一个重要质量标准。

(1)什么是小发明的先进性呢?

    小发明的先进性是指一项小发明在和用途、性能类似的东西相比较,技术上有所进步,解决了以前没有解决的难题。或者,在制作上使用了新的方法、工艺,提高了性能,这就是具备了先进性。

    譬如,我校学生发明的恒温电烙铁。通常用以焊接电子管器件的电烙铁,由于温度逐渐升高,用它来焊晶体管有可能烧坏管子。而恒温电烙铁,虽然在用途上、性能上与通常的电烙铁类似,但是它在恒温上却先进得多。它的做法也很简单,只是在普通电烙铁的前端安装上一个双金属片温度调节装置,这样的作品就具有先进性。

(2)怎样衡量一项小发明的先进性呢?

    主要采取比较的方法。将小发明作品与用途相同、性能类似的东西进行比较,看一看发明作品在技术上是否先进一些。

    例如,优秀小发明“新型胶水瓶”,它是利用直角三角形斜边大于直角边的原理,改变原有胶水瓶不合理的结构。使用时可以用刷子蘸胶水,一直到把胶水用干净为止,克服了普通胶水瓶胶水快用完时,小刷蘸不着胶水,有些胶水就不得不浪费掉。所以这种“新型胶水瓶”比起其他胶水瓶来,就先进多了。

3、实用性——小发明的社会效益。

    需要是发明之本。我们搞小发明是为了满足社会和人们的各种需要。因此,一项优秀的小发明不但应具备新颖性和先进性,还应该具备实用性。实用性也是小发明的一条重要的质量标准。有些小发明,虽然结构新颖,技术也比较先进,但是不实用,制作上难度很大,或者不能投入生产。或者,即使生产出来,使用起来却极为不便。也就是,这些作品社会效益很差。这样的小发明就不具备实用性。因此,在搞一项小发明的时候,一定要认真想一想,这项小发明有没有实用性。

    (1)什么是实用性?

实用性是指这项小发明能制成产品供人们使用,使用起来方便,价值大。

    爱迪生在发明电灯的过程中,详细分析了弧光灯等各类灯的全部资料。他根据“不管哪种发明,必须首先考虑实用价值,既要适合大众需要,又要经济实惠”的原则,认为:白热电灯光度虽弱,但比较经济,只在玻璃泡里装上一个小段耐热材料,电流把它烧到白热化时便会发光,是一种理想的灯泡。但是,关键是必须为白热灯找到一种理想的耐热材料。为此,他研究了煤气灯的全部历史,分门别类试验了1600种耐热材料、6000余种植物纤维,试验一次一次失败,但他不气馁,最后终于发明了经验实用的电灯。

(2)怎样衡量一项小发明是否具有实用性?

    首先,看这项小发明是不是可以做成实物。任何一项小发明不能只有想法、构思,画出几张设计图纸,制作了象征性的模型,而必须做成实物。因为只有实物,才可能经过检验,证明这些想法、设计是合理的、可行的,证明确实能够使用。任何一项小发明只有经得起实践的检验,才能说具有实用性。有些小发明虽然构思新颖,但是在实施、制作的时候,不能达到预想的效果,显示不出它的使用价值。

    例如,有几个同学看到住在高层建筑的住户往楼上运东西的时候,都感到十分不便。于是提出了发明“阳台小吊车”的设想,把一些笨重的东西吊到阳台上来。他们只用三合板做了高层楼房的小模型,把一个玩具电动机、木制吊车杆用螺丝夹在用三合板做成的“阳台立墙”上。因为没有做成实物,就无法通过实际应用的检验。他们设计的时候,也没有考虑到阳台立墙的承受力。如果这种“阳台小吊车”真正做成实物交付使用,很可能会由于多次提升重物,使阳台立墙受力的一面发生断裂、倒塌。所以这个只限于模型的“阳台小吊车”是没有实用性的。

    其次,要看小发明能不能解决生产、工作、生活中的实际问题,产生良好的社会效益。

    例如,平时人们空的拖鞋只能朝一方向穿进去,如果脱拖鞋的时候,把拖鞋放倒了,那么到穿的时候还需把它摆正才能穿。日本一位退休妇女横山康子想到,要是能发明一种两面都能穿的拖鞋该多好。不管顺放倒放,只要脚一下地就能很快地穿上。她经常思考着这个问题,终于想出了一个办法,发明了两面都可穿的鞋。她的发明很简单,只是将拖鞋的十字搭攀移到中央就成功了。这一项发明很快得到了日本厂商的注意,制造出新式的拖鞋,供应市场。这种发明的实用性就很强。

    总之,在衡量一项小发明是不是解决实际问题的时候,应考虑一下:

(1)是不是使人们原来使用过的工具、用具,增加了新的功能;

(2)是不是让人们省了力,省了时间,节约了原材料;

(3)这项小发明制作和生产起来,是不是简单易行;

(4)使用方法是不是简便;

(5)是不是容易推广普及。

    这五个方面衡量,如果它是符合的,那么,就可以认为这项小发明具有实用性。

应该明确:实用性体现着小发明的社会效益。判断一项小发明是不是实用,真正的、最高的权威不是发明者本人,而是使用这项发明成果的人。

4、科学性——小发明的决定因素

    衡量小发明的质量,还有一个重要的标准,就是科学性。

(1)什么是小发明的科学性呢?

    科学性指的是小发明的性能、原理、构造、方法等要有科学依据,不违背科学原理,没有科学性错误,不损害人们、社会的整体、长远的利益。

    譬如,曾经有人设计过永动机。这种机器不消耗任何能量和燃料,却能源源不断地对外做功。

    先进性是技术革新的体现,是鉴别小发明质量高低的重要标准,小发明应当越搞越先进。

有个“永动机”的设计方案。轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆上的一端装有一个铁球。方案的设计者认为,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。这样,轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动。你认为它真会那样吗?

    我们仔细分析一个就会发现,虽然右边每上球产生的力矩大,但是球的个数少,左边的每个球产生的力矩虽然小,但是球的个数多。于是,轮子不会持续转动下去而对外做功,只会摆动几个,便停在图中所画的位置上。

    永动机的设计违反了能量转换和守恒定律,因此,它是不科学的,也是不会成功的。

(2)如何判断一项小发明是否有科学性呢?

    这是一项比较复杂的工作。一般要经过认真的实验检查、分析、鉴定。这些工作除了有些项目发明者可以自己做以外,有不少项目需要有关科研单位帮忙解决,才能对它科学性做出结论。

    例如:“多功能生态灯具”是一项引人注目的小发明。它的灯罩是一个密封的玻璃球,里面装有水,小热带鱼在水草丛中游来游去,柔和的灯光透过水和玻璃球灯罩射出来,灯具下还附加时间显示、定时喷香、放出电子音乐、收听广播和兼作文具盒等多种功能。设计别具一格,是一个新颖实用的灯具。这个密封的灯罩里不透空气,能够养鱼,鱼能存活好几个月,即不用换水,也不用喂食,草总是那样的绿,水总是那样的青。这是什么原因呢?有没有科学道理呢?经过国际上的查新检索,证明它是前所未有的。经过对水的配方实验及较长时间的使用验证,证明它确实能在特定造型密封容器的小环境中保持鱼、水、草、空气的平衡。因此,这种“多功能生态灯具”是符合科学性的。

    在鉴定一项小发明的科学性时,不仅考虑作品本身,还要注意考虑其它因素,如环境因素、安全因素等。有一位同学发明一种无泪蜡烛,是用几层塑料薄膜把普通蜡烛包起来,使蜡烛亮度增大,不流泪,耐燃。但是,这种蜡烛在燃烧过程中,周围的塑料也跟着燃烧,塑料燃烧时放出有毒气体,造成了环境污染,危害人们的健康。所以,这项小发明不具有科学性。因此,在创造发明过程中,一定要按照一定的科学道理进行构思、设计与制作,决不能盲目行事。

    优秀的小发明应具备新颖性、先进性、实用性和科学性,这是小发明的质量标准。这“四性”是互相联系、相辅相成的,没有新颖性就不成为创造发明;有了新颖性,但不先进,不可能促进科学技术的进步,就没有实际意义;没有实用性,不会被人们承认,缺乏使用价值,起不到提高经济效益和社会效益的作用;没有科学性,在科学原理上站不住脚,或者发明不了,或者即使发明了但没有使用价值,也就没有发明的必要。因此,鉴定一项小发明要以“四性”综合起来进行分析。按照“四性”的要求去选题、去构思、去设计、去制作。这样,才有可能搞出比较好的发明来。

二、小发明成功的因素

 

在明确了新颖性、先进性、实用性、科学性是衡量小发明的质量标准以后,大家一定会跃跃欲试,希望自己能搞出优秀的小发明来。但是,步入小发明的成功之路,还要懂得小发明的成功要素。下面谈谈小发明成功的五个要素。

1 善于学习 勤于思考

知识和动手能力是创造发明的两个轮子,任何创造发明都需要知识。可以毫不夸张地说:没有知识就没有创造发明。不可想象,一个一无所知的人会有发明创造。

在历届全国及各省、市青少年科学创造发明比赛中参赛的作品,绝大部分都是运用课本上知识的结果。

这里仅举两个例子说明。

例1:朱天悦同学发明的任意等分角器。

用尺规进行任意角三等分,这是数学上的一道难题,她听数学老师讲后产生了兴趣,想解决这个向题,但冥思苦想了很多时间,试了很多办法,都无法解决,一直到学习物理上的弹性定理,老师要我们制作一个橡筋弹簧秤,她受到启发,橡筋在弹性限度内,每个等分伸长的长度是相等的,它可以解决问题。

她找来了一块半圆板,又买了一根自行车气门芯小橡皮管,将小橡皮管固定在半圆板的一瑞,又将小橡皮管分成若干等分,并用红色吸水笔做上记号。将半圆板的直径边对淮角的一边,然后将小橡皮管沿半圆边拉长,将三等分点对齐角的另一边,在另两个分点处做上记号,连接顶点及记号处,角就分好了。利用这个原理,还可以任意地等分线段。只要将小橡筋的一端对准被分线段的一端,用手捏住需要等分线段数的小橡筋分点处,对准线段的另一端。橡筋上的等分点就是线段的等分点,很正确,还很方便呢!将这个小发明作为老师的教具或我们同学的文具,很方便实用。

例2:自锁式衣钩。

我校季钰婷发明的自锁式衣钩,荣获市青少年科学创造发明比赛二等奖。从其发明经过中,可以理解科学知识对发明思考的作用。有一天,她放学回家,脱下衣服往衣钩上一挂,刚转身,“叭”的一声,回头一看,刚挂好的衣服掉在地上了。在这瞬间,他想出了一个发明课题:把这衣钩改造成衣服挂上去不会掉的新衣钩!

他到处注意观察衣钩的形状和结构。认为要先解决挂上衣服不会掉的问题。于是,他便用锉刀把家里的衣钩锉得尖尖的,成为“乙”字型的竖弯。好了,挂东西确实牢固了,可是又细又尖的衣钩很容易刺破衣服,这样一来,原来只有一个矛盾,现在成了两个矛盾。他想呀想,总是想不出什么名堂来。

一次,不知怎么的,她脑海里忽然浮现出“夹子”的想法,用夹子式的衣钩行不行?他的夹子找出来做实验,结果,衣服挂上去不掉了,也不会刺破衣服,可是就是拿下来不方便。为了克服这个缺点,她三番五次地做实验,还是没门儿。不得已,去找科技辅导老师,老师启发他,利用常识课里教的杠杆原理试试看,注意观察钳子夹东西的道理,拿来用用看。老师还在纸上画了几种图样启发他。经过再三琢磨,他终于做出了一只又大又笨的夹式衣钩。他高兴地拿去给老师看,老师说,这是一种从未见过的新式衣钩。衣钩是日常用品,体积要小,要灵活美观。后来,经过4次大修改,才做成现在这个样子。

她做的新式衣钩有两个钩,一个叫挂物钩,是主钩。另一个叫防掉钩,是副钩。平时,主钩露在盒外,副钩留在盒里,看不出来,如果有衣服挂到主钩上去,衣服的重量变成力,这个力通过主钩传到副钩上,盒里的副钩就冒出来,同主钩咬合,夹住挂在上面的衣服。风,吹不掉;人,碰不掉。它结构简单、牢固,使用方便,成本很低。力的知识、杠杆的原理促使她作出了成功的发明。

从这两个例子,可知在搞小发明时,决不能忽视基础知识的学习。相反,要更努力学好基础知识,学得越扎实,搞小发明时就能得心应手地将科学的知识同具体的实践结合起来,运用学到手的知识进行创造。这就是说,不但要学好基础知识,而且要创造性地运用知识,激发创造潜力,使自己成为创造型的学生。

创造性的学习有哪些特点呢?

(1)善于学习,兴趣广泛,知识面广,能牢固掌握各种基础知识。

(2)不死记硬背,注重理解,能灵活运用知识。在学习知识的过程中,有意识地培养自己的创造思维能力。

(3)有强烈的创造意识和欲望,多疑好问,想象力丰富。触类旁通,善于把各种知识组合起来思考问题。

(4)善于集中注意力思考一个特定问题。敢于实在旧框框,多角度、多方位、多层次地思考。

搞创造发明,要做到勤于思考,爱迪生曾经说过:“不下决心培养独立思考的人,便失去了生活中的最大乐趣?——创造。”思考是产生问题之母。只要我们对自己周围的事物多观察、勤思考,发现矛盾,分析矛盾,就有可能提出新课题。如果对自己身边的工作、学习、生活中出现的问题患“不敏感症”,熟视无睹,就提不出改革意见,搞不出创造发明来。

坚持思考使人大受其益。

1832年10月,美国著名画家莫尔斯搭乘“萨丽”号油轮从欧洲返回纽约。有一天饭后,杰克逊博士在餐厅里为旅客表演实验。当他在一根铁棒周围缠绕上一根很长的铜导线,并且给导线通上电流时,只见那铁棒把另一根横在饭桌上的铁棒吸引了上来。在场的观众大为惊奇。莫尔斯边看边思考,忙问:“那个电流能跑多快?”博士回答说:“对不起,我不知道,但很神速,所以到现在还没有人测量过。”那天晚上,莫尔斯独自在甲板上走来走去,一直在想:“如果电流能不停地跑10英里,那我就让它跑遍全世界,并且用电流的停和不停、停得长得停得短等等组合起来,某一组代表一个数字,再由不同的数字代表字母……,这样不就能够即时把消息传到远方了吗?”从这以后,他每天都把这一想法无止境地追究下去。甚至把自己的画室变成实验室,夜以继日地反复研究和实验,终于在1837年发明了按动键钮便发出“滴滴、嗒嗒”声响的电报机和以他命名的“莫尔斯电报密码”。莫尔斯的这项发明使世界通信技术跨进了一个新领域。事实说明,没有思考便没有发明。

大凡创造发明者都是勤于思考。许多著名的发明家,就是坚持天天安排一定的时间思考问题的。日本发明学会会长丰泽丰雄,在每天早上参拜狐仙的15分钟内,进行思考。他颇有风趣地说:“托这个福,我每天用15分钟考虑问题,从而各种好方案、好主意相继涌现。我想,狐仙一定会在苦笑吧!”

日本的中田藤三郎,因患有痔疮,上厕所的时间较长,他便别出心裁,在厕所里挂上一个小本子和一支笔,规定每天一上厕所就想方案。中田藤三郎坚持了一年,结果想出了用改小圆珠笔芯容量的方法来解决圆珠笔漏油的问题。有志于搞创造发明的青少年,要保证每天有思考的时间。每天都应当挤出一定的时间云思考和研究问题。

无数事实证明,如果每天挤出时间,或者利用一些零碎时间思考问题,并且长期坚持下去,一定会产生许多巧妙高明的构思。

怎样思考呢?思考要得法,要科学地想。

(1)要多思,广开思路,不忙于下结论。这里所说的“多思”,既有时间上的涵义“反复思考”,亦有空间上的涵义“多角度思考”。人们在常规性分析问题时,往往喜欢有序地、连贯地、按部就班地思考。对于创造发明性思考而言,常常选择不定向的、跳跃式的、自由自在的思考方式。让各种念头的小舟在思维的大海中任意漂泊。当你想好一个构思后,又从多方面云思考,还可能会想出更好的构思来。

请看两个小发明:

1、四用防触电插座

上海市和田路小学五年级学生徐琛、贝明纲发明的四用防触电插座,荣获第二届全国科学创造发明比赛一等奖,在第三届世界青少年发明创造展览会上获最佳作品奖。

发明经过:

有一次,徐琛的弟弟把一根铁钉伸到带电的插座孔里去,只听喊了一声:“啊哟!”就跌倒在地,并连声说:“麻死了!麻死了!”

这件对她刺激很深的事,使她想:能不能设计一种防止触电的插座呢?她想了很多办法,知道解决问题的症结在于:解决铁钉伸不进去,而插头却能伸进去。

开初,她们设计了一个方案:将插头的铜片弯折一下,插座孔也作两个90°弯折。但考虑到插头铜片弯折不实用。经过反复改进,最后改成:在插座上装上两道活门。一个插孔的第一道门打开的时候,去控制另一个插孔的第二道门。这样,铁钉插进一个插孔的第一道门,因第二道门受另一个插孔的第一道门控制,所以还是打不开,这样就不会触电。只有当插头从两个插孔同时插入,两道门同时打开,插头才会跟插座上的带电铜片接触、通电。

这件作品前后改动了好几次,制作了好几个改进模型。这说明,一件小发明作品往往要经过多次的构思、试验过程。

2、电磁力驱动船

黄天慧同学经过近两年的试验和研究,从河水和海水是可以导电的原理为突破口,设计了在船上和船底装一对磁铁成异名磁场,左右船舷装一对电极,接通电,电流在磁场中通过,通电的水对磁铁产生一个推力,这是外力,可推动船前进,改变电流方向,可使船前进或后退,使电极转过一定角度,改变力的方向,可使船转向。这个发明得了全国一等奖。

(2)思考要突破框框、独辟蹊径。发明是一项创造性的工作,是前所未有的,是不能墨守成规的。对于发明,最大的阻力是思维定势,它会使人寸步难行。因此,在思考问题时,不能先入为主,不能囚于旧框框,要敢于发现现有事物的缺点,敢于突破已有的框框。这样,才能有所发现,有所创造。

湖北省武汉市烈士路小学10岁小学生王帆发明“双尖绣花针”的过程,生动地说明不抱成见、独辟蹊径的重要。

自石器时代原始人使用兽骨的时候开始,直到现代,“针”的概念已在人们头脑里形成了固定的模式:一头尖,一头钝而有孔。但是,小王帆从电影里看渔民织网时,“梭子”直着穿过来,直着穿过去。他大胆设想,制成“双尖绣花针”,改变了千百年来人们绣花时,先把针尖朝上扎出来,把线拉直,又翻转手腕,……每扎一针,要翻转手腕一次,一天中工人的手腕翻来覆去要好几万次。王帆的发明突破了传统的一头尖、一头钝的针的观念和制作,走出了新路子,为减轻绣花女工的劳动强度,节约时间,提高工效,作出了贡献。怪不得第四届全国青少年创造发明比赛评委会的专家们评论说:“这才是典型的发明”、“最简捷的思路,才是最好的思路”。

(3)思考既要全面细致,又要突出重点。小发明的设计要全面周密考虑。发明虽小,但它却是一个整体。要既考虑功能,又考虑结构;既考虑整体,又考虑部件;既考虑实用,又考虑美观;既考虑使用,又考虑经济;既考虑优点,又考虑可能出现的问题……。在全面细致的考虑中,还要抓住关键问题,突出重点,集中精力,把主要问题解决好。这个关键、重点问题是这项发明成败的决定性因素。

譬如,肖青青同学发明的椭圆规

陈化成同学在92年发明的椭圆规是利用在圆规的一只脚上装上一个铁皮椭圆,另一只脚上在弹簧拉紧下可沿椭圆的边旋转,可画出与铁皮椭圆形状完全相同的椭圆,通过铁皮椭圆的上下移动,可画出相同形状、不同大小的椭圆。

 2003年吴颖川同学对陈化成同学的椭圆规进行了改进,发明了三只脚的椭圆规,她利用椭圆规的两个焦点到边上某一点的距离之和相等的原理。其中两只脚分别固定在焦点上,另一只脚沿尼龙线作为柔性轨道转动,可画出半只椭圆,改变焦点的位置和轨道线的长度,可画出不同大小和形状的椭圆来,但必须画两次才能将两个半椭圆合成。

肖青青同学的解决方案是根据任何椭圆都是圆的不同角度的投影的原理。在陈化成所发明的椭圆规的基础上进行改进:

铁皮圆中间加了根拉杆,调节撑杆的高度,可使铁皮圆有不同的弯曲度,另一个活动的脚就可以画出不同形状的椭圆了。改变铁皮所在的上下位置,可改变画出的椭圆的大小,一次画出,很方便实用。对现有的物品找出其缺点并加以改进,也是一种发明的路子

作品的创新之处:

1、利用这个椭圆规可以在一定范围内画出不同规格、不同大小的椭圆。

2、本发明利用了椭圆是圆在不同角度投影的原理,通过改变圆薄钢片的弯曲度来实现画出不同焦距和长短轴的椭圆。

3、利用相似形原理,通过将薄圆钢片在固定脚上下移动,画出相同规格不同大小的椭圆。

 

2、掌握信息 积累资料

当今,人类社会已进入信息激增的时代。什么是信息呢?简单地说,信息是具有新内容、新知识的消息。信息的本质,指的是一种新的知识或一种新的产品诞生。随着社会的发展,时间的推移,信息所占的地位将越来越重要。搞创造发明就更离不开信息了。

信息在创造发明中两个主要作用:

(1)帮助你捕捉创造发明的目标,解决创造发明中的热点。爱迪生有一句格言:“我首先查看世界需要什么,然后,努力去发明它。”这就是从信息中选择课题。了解社会需要信息是发现创造发明课题的主要思路之一。

例如,有一个制帽厂,生产的草帽销路很不好。什么原因呢?经过了解,发现草帽不用时只能背在背上,很不方便,而且一经雨淋日晒就会变色,影响美观和缩短寿命。那么人们需要一种什么帽子呢?他们派出几个调查组从群众中去调查,了解到人们需要一种美观、大方、结实、方便的太阳帽。因此,他们精心研制和发明了一种“折叠式太阳帽”,这种帽子既能遮阳,又很轻便、结实,可以折叠,便于携带,而且下小雨也可以戴,深受群众欢迎。

(2)可以检验你的创造发明是不是具有新颖性。

如果信息量太少,所构思的创造发明否有新颖性,就无法判断。不少青少年搞了一些小发明,但是不了解信息,他们搞出来的都是人家早就发明了的,有的在报刊上已发表的,有的还是全国青少年科技创造发明比赛中获了奖,有时已被别人申请了专利。所以他辛辛苦苦搞出来的小发明失去了新颖性。

20世纪80年级初,上海一家保温瓶厂组织了厂里的技术力量,花子大量物力、财力,研制出了以镁代替银镀制瓶胆的技术。当时认为这是一项重大发明,准备申请国家专利。谁知一查资料,发现早在1929年英国有一家公司已研制出这项技术,并且取得了发明专利权。这样,这个厂花了很大代价研究出来的成果,就算不上是新发现了,所以掌握信息在创造发明活动中是非常重要的,用以防止重复地搞创造发明。

怎样掌握信息和积累资料呢?掌握信息和积累资料的方法是很多的,除了学好课内知识以外,还有:

(1)  阅读课外书籍、报刊和专利文献资料;

(2)  仔细考察周围的事物;

(3)  参观科技展览会、展销会;

(4)  市场调查和考察;

(5)  经常听看广播、电影、电视等;

(6)  日常的交谈与交往;

(7)  积极参加各种类型科技讲座、科普报告会和信息发布会等。

掌握信息、积累资料要注意两个问题:

(1)应当根据创造发明的特点,有针对性地去掌握和搜集信息。搜集的内容有:

国内、外公开的新技术、新发明的公布与资料,国内外专利索引,各种新发明、新产品说明书;

全国各省、市、自治区举办的发明展览会的有关资料、报道;全国及各省、市、自区青少年科技创造发明比赛项目的有关资料与报导;市场需求和人们的消费情况;

人们对一些日用品的使用意见;发明格言,青少年发明的故事,创造发明的新方法等。从而丰富自己的知识,扩展思维,启迪智慧、触发发明灵感,提供创造构思。

(2)要一边调查考察,一边整理记录,把得到的信息整理成资料、卡片。用做笔记的方式,摘录原始资料,写提要,记心得,列索引等。对摘录的信息资料要注明出处,以便备查。这些积累的资料、卡片、笔记将成为你创造发明的思维宝库。

 

3、随时记录 深入研究

发现一个新问题,有了一个新构思,如果不及时把它记录下来,很快就会忘掉,再要重新把它回忆起来便很难。因此,随时随地做记录,也是创造发明所必须做的事。

做记录,就是要求把平发现的问题、涌现出来的各种构思,随时动手记录在笔记本上,把迸发出来的发明火花保留下来成为日后创造发明的“火种”。随时随地做记录,是世界上所有发明家的习惯。所以,大家应该随身携带笔记本,把见到的有关特殊现象,发现的新问题,脑子里产生的新构思,听到一切与创造发明有关的信息,全部记录下来。久而久之,你们的笔记本就会成为你们创造发明的最好的智囊和帮手,使你们得到意外的收获。

爱迪生搞发明,就有良好的记录习惯。每当一个新主意出现在脑子里,他总是立即写在笔记本上。他的笔记本有匆匆记上的字句,也有奇妙的设计草图。为了发明白炽灯,他就写了上万页的笔记。奥地利的洛伊在研究药物时,一天夜里,他一觉醒来脑里突然有个主意,但没有及时记录下来,到了早晨就再也想不起来了。第二天半夜,那个想法,突然又出现了,他高兴得连忙写了记录,早上到实验室照着做实验,成功解决了神经冲动的化学媒介作用的难题。

记录是为研究服务的。随时做好记录还不够,还要对记录进行及时的研究,从中选择最有实用价值、最容易突破的关键课题。德国的欧立希记录了许多阅读资料。一次他从记录的一篇文章中知道,非洲流行着一种昏睡病,当锥虫进入人的血液大量繁殖后,人就会长时间昏睡而死。药品“阿托什尔”可以杀死锥虫,救活病人,但病人常常会双目失明。对此,欧立希进行了研究:阿托什尔是一种含砷的药品,能否改变一下这种药品的结构,使它只杀死锥虫,而不伤害人的视神经呢?发明的课题就这样提出来了。

19世纪70年代,瑞曲典科学家诺贝尔正在为硝化甘油炸药的极易爆炸和不便于运输而大伤脑筋。困惑中,他信手翻阅笔记,忽然一段文字吸引了他:“硝化甘油从容器里滴入含有硅藻的地上,随即凝结……。”于是,他产生一个想法:“何不把硝化甘油和硅藻土混合起来?由此,他发明了便于运输的安全炸药。记录信息给研究者提供多大的帮助呵。

4、面向实际 选好课题

发明什么?是发明者遇到的首要问题。怎样解决“发明什么”这个难题?最好的办法是了解实际。

(1)面向身边事物。

仔细分析青少年发明的获奖作品,大部分都来自身边的事物。我们身边的事物,诸如家庭中的日用品、学习用品、办公用品等并不都是十全十美的,生产这些物品的方法也不一定都是最佳的,它们或多或少地存着这样或那样的缺点。例如,挂衣服的衣架,一阵风吹来,衣架连同衣服会被吹到地上;自来水笔吸墨水时,笔杆上会被墨水沾染;停水时,忘记关闭水龙头,水来时造成“水患”……这样的事情简直太多了。如果有人能想办法克服上面各种物品存在的缺点,那么发明的课题就会源源而来。

(2)面向市场。

市场上的商品琳琅满目,他们是否都十全十美呢?不一定。只要你有发明欲望,开动脑筋,留心观察,就会有所发现,这些商品会向你发出发明课题的信息。1989年,浙江省瑞安中学组织学生参加在瑞安市举办的国外小商品展览会。这些有创造心理的学生留心观察,发现有的商品外形不美观,结构不合理,功能太单调,使用不方便等缺点,于是进行了再创造的思考和实验。有的把门窗的防风钩以螺丝定位改为插闩定位,有的把日本的夜光门锁移植到荧光秤星、荧光羽毛球上……。不仅在市场,即使旅游,你也常常会有感而发,想出个发明课题来。

(3)面向文献。

专利文献或科技作品常常引起人们思维的“共鸣”,启发你产生新的设想。1845年英国人W·斯旺阅读一份J·斯塔尔关于电灯的英国专利文献,读后才思大发。他在考虑如何制造碳丝白炽灯。经过几年努力,终于在1860年制造出世界上第一只碳化灯丝的电灯。爱迪生发明的电灯,在实用性和商业价值上都远远超过W·斯旺发明的电灯。而爱迪生的发明是在他阅读和研究了W·斯旺发表在美国的《科学美国人》杂志上的文章,得到启示后才制作成功的。参阅有关专利文献和资料,选择发明课题快速、有效,成了人们选择课题的重要途径。

在选择发明课题时,要注意些什么呢?

(1)在选择发明课题的目标要专一。

在我们周围有许多题目都可以成为发明课题。但是,青少年搞发明,一般都利用课余工余时间的。一个人的精力有限,不可能同时去搞许多发明。因此,只能选择一个有价值、容易完成的课题,目标专一地进行构思,收集有关信息资料,进行制作、实验,才会容易取得成功。

(2)要以简单易行的做起。

小发明课题的选择,应着眼于“小”字,从小突破,从简突破,从身边的事物突破,逐步提高难度。小发明从小作品做起,容易成功,有利于提高信心,积累必要的经验。

(3)选择课题要从可能性出发,量力而行,切忌好高骛远。

小发明是青少年自己的创作活动,它的产品或作品不仅需要小发明者自己去构思、设计、制图,而且还要自己去制作试验,最后做成实物。因此,一定要考虑到自己是否具备完成这项发明的能力、设备和经费等条件。

5、确定目标制定方案

选好了小发明的课题后,就应确定小发明达到的目标,并着手制定周密的实施方案。按照制定的方案去执行,实现小发明的构思、设想,制作小发明的实物作品。

一般说来,制定实施方案有以下六个步骤:

(1)列出明确的发明目标,确定这个目标的具体要求;

(2)分解目标。把已确定的目标分解成一些小目标,拟出为实现每个小目标所必须解决的每一个小问题;

(3)广泛收集与发明目标有关的情报资料,并进行仔细的研究,找出它的特征和缺点,分析借鉴,扩展思维,由此及彼,推陈出新。

(4)形成构思。为实施每个小目标和解决每一个小问题寻找可行的途径和办法。把可行的途径和办法进行组合、构思,设计出这项小发明的总体实施方案。

(5)对总体构思、设计方案进行深入思考,反复补充和修正,使之更加完善。

(6)按实施方案的步骤,做出样品,进行实验。以实践的结果对发明的目标进行检验,看是否达到了预期的目的。

例1:乒乓球捡球器

师生都喜欢打乒乓球,在训练场地上,乒乓球满地,陪练的捡球人员不断地弯腰捡球,累得腰酸背疼,郁健同学也有过多次亲身经历,于是萌发了发明的一种能不弯腰就能捡球的装置。

他从一则神话动画片中受到启发,一个天网,它的网眼是相同大小的,但有伸缩性,所以大小妖精都能一网打尽。我找来一个大的雪碧瓶,去掉底,装上横向纵向的橡皮筋,孔径比乒乓球的直径小一些,并在瓶口装上一根长柄。在雪碧瓶的瓶身上面开有一个出口,可将收集到里面的乒乓球倒出。

使用时,只要将下面的口往乒乓球上一按,乒乓球就进入到瓶内,一次可以捡很多只,直到捡满为止。然后将收集到的球倒出,由于是站着捡球,很省力,再也不用弯腰了,很实用,受到了老师和同学们的欢迎。

例2 拆绒线器

农家的妇女,一到农闲,总要将一些旧毛衣拆掉,再编织,拆旧毛衣时,必须有两人配合才能干,一个人抓住旧毛衣,另一个绕毛线。在郁健家里,抓旧毛衣的任务总要让他担当。影响他做作业,于是就想,能否将双手解放出来呢?

要解放双手,又不影响拆旧毛衣,一要将旧毛衣拉住,二要清洁不能随地拖,不卫生。正好前几天校创造发明小组的辅导老师给他们上减少白色污染,开掘废雪碧瓶的再利用.利用雪碧瓶做成的小发明作品和工艺品真是琳琅满目,于是他把视线投向了雪碧瓶.先把瓶底剪掉,以便将要拆的毛衣放进去,瓶盖上穿一个孔,能使一根绒线穿过,瓶底边上穿上一根细绳子;可以系在桌腿、凳子等任何固定物体上。于是一个人就可以拆毛衣了,真正解放了双手,我将这个方法介绍给其他同学,也解放了他们的双手。这个简单的小发明得了市二等奖,郁健获得科技希望之星奖。

 

 

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