例談中學(xué)教師創(chuàng)造發(fā)明的基本過程

摘 要：“不滿足”和“好奇心”是發(fā)明創(chuàng)造的源泉，發(fā)明需要“幻想”能力，發(fā)明的實現(xiàn)依賴于發(fā)明設(shè)計，設(shè)計是將“幻想”變?yōu)楝F(xiàn)實的核心途徑。要使設(shè)計合理，需要制作與改進(jìn)。產(chǎn)品改進(jìn)就需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，要凸顯亮點級數(shù)據(jù)。研發(fā)成功應(yīng)注意推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：發(fā)明；設(shè)計；創(chuàng)新

發(fā)現(xiàn)與發(fā)明是人類進(jìn)步的兩臺強(qiáng)大引擎，共同推動著歷史的前進(jìn)。2016年8月8日國務(wù)院印發(fā)《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，依據(jù)《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》和《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》編制，明確了我國科技創(chuàng)新的總體思路，要著力建設(shè)創(chuàng)新型人才隊伍，著力推進(jìn)大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，努力實現(xiàn)“中國夢”。2015年9月，教育部發(fā)布《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，提出未來五年對教育信息化的規(guī)劃，明確有效利用信息技術(shù)推進(jìn)“眾創(chuàng)空間”建設(shè)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識與創(chuàng)新意識，努力推動教育教學(xué)創(chuàng)新的發(fā)展。作為教育工作者的我們怎樣去實現(xiàn)萬眾創(chuàng)新，怎樣做一個創(chuàng)客型教師？怎樣實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)明夢？下面通過實例來探究創(chuàng)造發(fā)明的基本過程。

一、“不滿足”和“好奇心”是創(chuàng)新和發(fā)明的源泉

創(chuàng)新不僅是激動人心的，同時也是“安全無虞”的。一般智力中80%～85%的表現(xiàn)都是由遺傳基因決定，而創(chuàng)造力則不同，三分之二以上的創(chuàng)新技能是習(xí)得的[1]。創(chuàng)意想法既不是“顯而易見的”也不是“罕見的”，第七感在任何情況給我們提供的想法都是極富創(chuàng)意的、另辟蹊徑的[2]。在我們不經(jīng)意之間看到某個物體或某種方法、某個地方令人不滿意，好奇心就會驅(qū)使我們前進(jìn)，就會使我們憧憬完美事物的誕生，在第六感和第七感的共同作用下突然產(chǎn)生靈感，一種新的想法靈光一現(xiàn)，創(chuàng)意油然而生。

如教學(xué)“空間幾何體的結(jié)構(gòu)”時，棱臺、棱錐側(cè)棱相交于一點，棱柱、棱錐、棱臺之間的內(nèi)在聯(lián)系這些內(nèi)容，老師上課都是通過口述，最多是做個動畫給學(xué)生看一下，學(xué)生不能像了解物理的萬有引力和化學(xué)的氧化還原反應(yīng)那樣可以通過具體的實驗得出結(jié)論。這些大多數(shù)都是紙上談兵，不能實現(xiàn)知識從實踐中來。這就使我產(chǎn)生了困惑，萌生了研究動態(tài)教具的念頭：要是能研究出一種教具可以在變換中很直觀地反映這些東西，讓學(xué)生可以通過實驗得出結(jié)論那就完美了。

二、“幻想”是創(chuàng)新和發(fā)明的靈魂

我們小時候看著星星就會萌生幻想，要是有一天能夠飛到月亮上去就好了，那里應(yīng)該很好玩；總想要爸爸媽媽、爺爺奶奶將星星摘下來；看著一浪接一浪的滔滔之水，總想著要是可以到水底看個明白就好……幾十年后的今天，我們國家建立了空間站；“蛟龍?zhí)枴币呀?jīng)可以下潛7062米。因此只要敢想，只要想得到，通過不斷努力總是可以做到的。“幻想”是創(chuàng)新和發(fā)明的靈魂。“幻想”的力度越大，發(fā)明的東西就越先進(jìn)，別怕做不到。創(chuàng)造性的想法都是超前于時代的，千萬不要被常人的觀點束縛。

如以往的教具都沒有解決棱柱、棱臺、棱錐之間的相互變化，無法體現(xiàn)三者的聯(lián)系，我就“幻想”著去發(fā)明一種可以變化的教具，通過連續(xù)變化去揭示事物的本質(zhì)，而不是像以往教具那樣固定不變，呆板、抽象，導(dǎo)致學(xué)生對這三者的認(rèn)知較為孤立，都只是停留在想象中，較難理解?？梢赃B續(xù)變化的教具當(dāng)前是沒有的，應(yīng)該是個很好玩的東西。學(xué)生可以通過動態(tài)的實驗得出結(jié)論，學(xué)生的學(xué)習(xí)也不再乏味。這種想法一提出，就遭到很多人的懷疑和否定，都認(rèn)為不可能實現(xiàn)，都認(rèn)為不可能有現(xiàn)有的固定教具好。面對他人的質(zhì)疑我們應(yīng)堅定信念，也許別人的質(zhì)疑越多，你的創(chuàng)意越好。

三、設(shè)計是創(chuàng)造發(fā)明的核心

創(chuàng)造性的本質(zhì)是瞬間的頓悟，而創(chuàng)造性的想法是從無意識中神秘出現(xiàn)的，它產(chǎn)生于你拒絕慣例時。當(dāng)你不拘泥于那些陳舊的做事方式，獨自一人時更具有創(chuàng)造力[3]。發(fā)明都要經(jīng)過設(shè)計的環(huán)節(jié)，設(shè)計是創(chuàng)造性的呈現(xiàn)，需要邏輯的推理、思想的啟發(fā)、原理的再構(gòu)建、靜靜的思考。

一件衣服穿起來是否舒服，是否好看，本質(zhì)上取決于設(shè)計，設(shè)計是制作一件衣服的核心。如要實現(xiàn)我之前的“幻想”就需要我將四棱柱的上底面進(jìn)行變換，準(zhǔn)確地講應(yīng)該是大小和形狀的改變，因為棱臺的上底面比下底面小，為棱錐時就變成了一個點?？稍鯓硬拍茏冃?？這需要從邏輯上去分析設(shè)計。小的話就會有一部分消失，往哪里消失？這是我設(shè)計要解決的第一關(guān)。我想到了小紙扇的折疊，想到窗簾的收縮、抽屜的隱藏、睡覺時體驗到的衣服的重疊……可都不是理想的方案。學(xué)生作業(yè)本交得參差不齊，我在看作業(yè)時，習(xí)慣性地用手一靠，就齊了，我連忙重復(fù)了幾次，很好的設(shè)計方案產(chǎn)生了：將面進(jìn)行分割，一上一下不就成了！

可怎樣才能連續(xù)變化？這成了設(shè)計的第二關(guān)。設(shè)計需要邊思考邊實踐。通過實踐、觀察，需要軌道，于是在四周設(shè)計了軌道，理論上得以實現(xiàn)。當(dāng)上底面變化時，四側(cè)棱會一起變化，怎么辦？側(cè)棱變化時，發(fā)現(xiàn)側(cè)棱與上、下底面所成角度在變化，又怎么實現(xiàn)……設(shè)計中一連串的問題和困惑比洪水還兇猛。有些可以采取個個擊破，有些則需要總體實現(xiàn)。

在設(shè)計中經(jīng)常會遇到障礙，某個部位的功能無法實現(xiàn)，但“他山之石，可以攻玉”。市場上同類型產(chǎn)品、同功能的零配件的工作原理還有強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)，都會為我們解決某些障礙提供強(qiáng)有力的支持，可以借鑒。但我們不應(yīng)該期待有完全一樣的配件，否則我們的設(shè)計就不是發(fā)明。

四、發(fā)明的實現(xiàn)：制作

我們的設(shè)計是否科學(xué)，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。我們需要將他做成產(chǎn)品，哪里可以加工制作？對于一個普通老師來說，這是件非常麻煩的事，也許比設(shè)計更痛苦?？梢宰约杭庸?，也可以嘗試找作坊，找精加工店，當(dāng)然最好的是與設(shè)計產(chǎn)品相對應(yīng)的工廠。找到加工的地方后，需要提供相應(yīng)的圖紙、參數(shù)，還需要不厭其煩地和工人說明加工要求，一般他們根本就不知道你要做什么東西（這也許是好事，說明你的東西達(dá)到了發(fā)明級別，一看就懂、一說就會的肯定不是發(fā)明）。尤其新功能的實現(xiàn)，很多零配件在市場上根本就無法買到。留下的也許只有一種方案：自己設(shè)計，工廠加工。

五、數(shù)據(jù)處理與改進(jìn)

人們常說：“三分長相七分打扮。”“金無足赤，人無完人?！币苍S當(dāng)你看到初加工完的產(chǎn)品時，你會差點崩潰，這產(chǎn)品和你想象的也許完全不一致，功能上也無法實現(xiàn)。這是再正常不過的事。就如游泳顯露身上的疤痕一樣，不好看的都出來了，浸在水中還會帶著一絲的疼痛。因此原有設(shè)計中的不足也會隨著產(chǎn)品的加工和實踐顯露出來。這時我們需要改變設(shè)計的參數(shù)，零配件的位置、方向，更換其他結(jié)構(gòu)的零配件，修改力度的大小……甚至需要整體重來。

但在重來或修改設(shè)計前應(yīng)記錄下前期設(shè)計產(chǎn)品的各種合理的、不合理的數(shù)據(jù)，可以按等級分類。合理數(shù)據(jù)一般可分為：亮點級、優(yōu)級、良級、合格級；不合理的數(shù)據(jù)一般可分為：致命級、危害級、影響級、誤差級。然后對合理數(shù)據(jù)的取舍一定要保留好亮點級數(shù)據(jù)，這是我們產(chǎn)品的命運(yùn)所在；對于優(yōu)級數(shù)據(jù)可以嘗試通過改進(jìn)盡可能變?yōu)榱咙c級數(shù)據(jù)；對于良級、合格級數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能使之變?yōu)閮?yōu)級數(shù)據(jù)，減少合格級數(shù)據(jù)的比例。對不合理數(shù)據(jù)的處理中，致命級數(shù)據(jù)是不能出現(xiàn)的，這必須重新規(guī)劃設(shè)計，對危害級數(shù)據(jù)需要改進(jìn)，必須達(dá)到不影響產(chǎn)品的整體效果，降為影響級，最好降為誤差級。對于影響級的數(shù)據(jù)可以通過參數(shù)修正，位置、角度、力度等調(diào)節(jié)使得影響降至最低，變?yōu)檎`差級。對于誤差級數(shù)據(jù)，可以接受的就暫且讓它存在，可以規(guī)避的必須轉(zhuǎn)化為合格級或良級。

根據(jù)數(shù)據(jù)處理的基本方法，產(chǎn)品一般都需要經(jīng)歷改進(jìn)階段，改進(jìn)后的產(chǎn)品再生產(chǎn)、再改進(jìn)、再生產(chǎn)……直到“幻想”變?yōu)楝F(xiàn)實。就這樣一種具備多種功能的，解決了棱柱、棱臺、棱錐之間的相互變化（可以隨意變化，隨意傾斜，變化不同所得圖形不同），展現(xiàn)三者相互聯(lián)系的動態(tài)教具發(fā)明成功。它可實現(xiàn)空間圖形：直棱柱、斜棱柱、棱臺（含正棱臺和其他任意棱臺），正棱錐和非正棱錐等連續(xù)變化，以及棱柱、棱錐、棱臺結(jié)構(gòu)特征的假設(shè)與驗證[4]。

產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣不僅取決于設(shè)計，更依賴于科學(xué)的優(yōu)化改進(jìn)。

通過多個回合的改進(jìn)實踐，一個比初步設(shè)想更好的、功能更豐富的產(chǎn)品成型了，改進(jìn)是產(chǎn)品優(yōu)化的必經(jīng)之路。

六、產(chǎn)品功能推廣

通過產(chǎn)品的實踐試用和破壞性試驗，我們會意外發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品還有許多的新的功能，這也是我們發(fā)明的意義所在。一個發(fā)明的意義應(yīng)該不僅僅在于它本身，也許它的附加意義更大，達(dá)到長尾理論效應(yīng)[5]。要記錄下這些附加的功能，這是專利申請需要的數(shù)據(jù)，也是今后新產(chǎn)品研發(fā)的寶貴數(shù)據(jù)。

積極心理學(xué)表明，創(chuàng)造力是在人潛能驅(qū)動下產(chǎn)生的，只要你有心，具有創(chuàng)造性個性：好奇心、想象力、挑戰(zhàn)性和冒險性，不斷發(fā)現(xiàn)和挖掘人本身固有的積極潛能，你將會具有無窮的創(chuàng)新能力[6]。只要你有顆好奇的心，敢于“幻想”，肯堅持，勇往直前，百折不撓，你一定能成為創(chuàng)客型教師，也必將成為一個優(yōu)秀的創(chuàng)客。

參考文獻(xiàn)：

[1]（美）杰夫·戴爾，赫爾·葛瑞格森，克萊頓·克里斯坦森.創(chuàng)新者的基因[M].曾佳寧，譯.北京：中信出版社，2013：8-9.

[2]（美）威廉·達(dá)根.第七感：一念改變?nèi)松鶾M].隋雨亭，譯.北京：新華出版社，2016：8-9，55-57.

[3]（美）R.Keith Sawyer.創(chuàng)造性：人類創(chuàng)新的科學(xué)[M].師保國，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2013：461-466.

[4]段賢清.立體幾何圖形活動教具：中國，205692441[P].2016-11-16.

[5]（美）克里斯·安德森.長尾理論[M].喬江濤，譯.北京：中信出版社，2006.

[6]梁 惠，馬 東.運(yùn)用積極心理學(xué)的方法培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)造力[J].科教導(dǎo)刊，2010（11）：160-161.

（作者單位：湖南省長沙縣第一中學(xué)）