3.

邏輯方法－

三大材料發展的共性與個性創造思維－挑戰方法與前瞻性思維03/02/20231材料創造發明學－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，突破傳統觀念、理論和規范的禁區，從新的角度、以新的思路、用新的方法，創造出前所未有的知識/理論/技術。不求異就不能標新，它是從現實出發的一種有針對性的創新活動舉例1：18世紀初期，人們已經發現了尿素，但認為只可能在人體內合成。因為無機物和有機物之間不能互相轉化。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。這一轟動性發現遭到不少人嘲笑，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展。03/02/20232材料創造發明學－33.2同中求異與異中求同這是應該自覺遵循的創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—長城烽火臺（狼煙）==光信號傳播技術->有線電話->無線電通訊（長波、短波、超短波）->激光通訊-光導纖維與互聯網->量子通訊方式、水平迥異，互相之間采用完全不同的技術03/02/20233材料創造發明學－3舉例3：高分子材料—人類歷史數千年中，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，發現了硫化橡膠、硝化纖維等高分子材料，現已發展成為合成塑料、合成橡膠、合成纖維三大類，成為現代生活的基本保證。應用有機/高分子化學和物理學的基本原理，通過對高分子結構和功能的不斷認識，同中求異，異中求同的創造過程。D-二羥丁二酸（HOOCCH(OH)CH(OH)COOH）和L-二羥丁二酸，同是C4O6H6，由于結構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材料創造發明學－303/02/20235材料創造發明學－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構單元—細胞。1838年德國生物學家施萊德和施旺發現了這一現象，從而奠定了細胞學基礎。舉例5：能量轉化和守恒—赫爾姆霍茨發現機、熱、光、電、磁、化學力等運動形式都可以產生動能與位能的相互轉化，論證了各種運動形式之間能量是可以互相轉化的，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材料創造發明學－3求同思維與求異思維相結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合，可為我們提供把握事物之間相似現象，正確而深刻認識事物，以獲取新知識，孕育創造思維。求同與求異是對立統一規律在認識客觀世界過程中的具體表現。求同尋找事物之間的本質聯系，找到了一個事物和其他事物之間轉換或替代的途徑；找到相似事物之間的“異”，就是找到不同事物的區別，找到了不同事物的適應條件。求同與求異的結合可開拓新思路，為創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、神經學、電子學、數學、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構、性能、能量轉換和信息傳遞的過程運用于人類工程技術中。03/02/20237材料創造發明學－3舉例7：C—金剛石與石墨都是單質碳的結晶體，但結構迥異，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，石墨轉變為金剛石—發明了人造金剛石03/02/20238材料創造發明學－33.3質疑思維質疑思維就是對現有事務持懷疑態度，促使更深入地思考、分析、研究改進和創新英國皇家學會會徽上：“不要迷信權威，人云亦云”舉例8：亞里士多德權威論斷—物體的下落速度與其質量成正比，越重的物體下落越快。伽利略懷疑這個結論—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量無關，而與物體的高度有關舉例9：柯尼卡傻瓜相機—傳統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。結果被所有人嘲笑，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材料創造發明學－33.4逆向思維逆向思維（反向思維）--從常規思維相反的角度、過程出發來思考問題的一種創新思維方法。出奇制勝逆向思維的類型原理反轉—有意識顛倒已有的事物間因果關系或已有的原理規律，去發現新的現象和規律，從而尋找解決問題的途徑的思維方法。舉例10：丹麥：奧斯特—發現電場周圍存在感生電磁場。英國：法拉第—”磁場能否產生電流？“經過反復試驗于1831年發現了電磁感應定律，并發現了發電機的原理和構型，為整個世界帶來動力和光明。功能反轉—從現有事物的相反功能，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電—發明了氫燃料電池03/02/202310材料創造發明學－3結構反轉和顛倒思維3.5發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：愛迪生發明白熾燈—發現當時所有的燈絲材料不耐用經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，才發明了具有工業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容舉例12：制備金屬鈦納米粉—先經過分散思維，尋找各種可能的方法；繼續發散找到幾種具體方法，分析這種方法制備納米分的特點，經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-冷凝法制備金屬鈦粉。03/02/202311材料創造發明學－303/02/202312材料創造發明學－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、空間構造等等。思維的形象性有助于人們開辟新思路、進行新構思、產生新設想等。草圖形象思維也是文學藝術創造中主要的思維方式舉例13：盧瑟福的原子模型，就是根據太陽系行星圍繞太陽旋轉的形象提出的。舉例14：苯的結構的發現：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材料創造發明學－33.8直覺思維直覺思維-未經演繹推理的直觀性思維在現有資料基礎上調動已有知識和經驗擺脫習慣對新事物、新現象、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材料創造發明學－3舉例18：鐳—19世紀末，法國物理學家貝勒爾發現了放射現象。化學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、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現了經過四年的艱苦努力鐳終于被發現確認了03/02/202315材料創造發明學－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，取得爆發式思維飛躍錢學森：“靈感思維就是信息、機遇、聯想、直覺依次矛盾運動，最終達到高度統一，即聯想的結果被直覺因素肯定時突然呈現的一種理智和情感異常活躍狀態”舉例19：德國化學家凱庫勒發現苯分子環形結構—在半睡眠狀態的夢境中—圍成環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現03/02/202316材料創造發明學－33.10想象思維亞里斯多德：“想象力是發明、發現等一系列創造性活動的源泉”普朗克：“每一個假說都是想象力發揮作用的產物”想象思維是原創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：奧森和可立克發現DNA的雙螺旋結構科學幻想是科學發現和技術發明的先導：科學技術的發展，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”，推動發現和創造新事物03/02/202317材料創造發明學－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的發展方向，及前瞻性問題進行超前研究，往往取得突破性創新獨具慧眼，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生的意外，尋找超常規應變策略舉例23：日本人發明傳真機美國人沒有跟蹤，而是發明了電子郵件系統前瞻性預斷超前BillGates&Microsoft極端條件下的材料/結構行為研究03/02/202318材料創造發明學－33.12挑戰思維向科學和技術難題挑戰，勇攀科學技術高峰《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？為何會產生磁浮現象？“反引力”？混沌現象有多少種元素？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材料創造發明學－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。混沌現象無處不在：高速公路上的汽車擁擠狀態、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。--〉世界的本質是非線性的非線性系統的自組織、宏觀混沌、微觀有序非線性的普遍性與本質性、線性系統的非本質性和次要性自然界是線性和非線性的辯證統一大量涌現的非線性科學03/02/202320材料創造發明學－33.14綜合思維并非每一個創新都要求完全標新立異，創新在許多情況下是舊元素的新組合若干領域的多種技術成果綜合在一起，產生新技術對1900年以來的重大技術成果統計分析發現，由綜合導致發明成為當代發明創造的主要途徑舉例24：美國：航天飛機—代表了人類空間技術的最高點—但是沒有應用一項新材料或新技術！綜合創新—技術、概