精选版创造学概述-主讲吕--鲲

创造学概述 主讲 吕鲲 1 机械创新设计分8讲 创造学概述 基本概念 大学生创造能力的培养和开发创新思维和创新原理创新技法综述仿生设计 创新的系统化方法之一变形 异 设计 创新的系统化方法之二组合设计 创新的系统化方法之三TRIZ理论 创新的系统化方法之四 2 第一讲创造学概述 创造学的含义基本概念创新教育的历史和意义创新与传统的关系 3 本节主要参考书 创新学基础 姚东明2007 创新学教程 刘昌明 2006年9月 创新学习与大学生创造力的培养 宋长生 2005年11月 创新学 滑云龙 2006年6月 创新学 邝朴生 2003年01月第1版 4 一 创造学含义 所谓创造学就是利用现代科学的认识论和方法论去探索人类发明创造的思维过程和方法 揭示培养和开发人类创造能力的一门科学 创造学是一门智慧学 聪明学和能力学 5 创造学第一定律 创造力是人人皆有的一种潜在的自然属性 普通人 除非一个人患了脑瘫或严重的脑部疾病 否则他就一定具有创造潜力 这已经被大量的实践证明是正确的 6 创造学第二定律 人们的创造力可以通过科学的教育训练而不断地被激发 并转化成为显性的创造力 而逐步得到提高 7 二 基本概念 1创新 创造 发明 发现2常规设计 现代设计 创新设计 8 1 1创新的意义 创新是社会发展的动力创新是现代大学教育追求的目标创新是克服传统束缚的手段 9 1 1 1创新与社会 创新是人类文明进步的原动力 是科技发展 经济增长和社会进步的源泉 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 难以屹立于世界民族之林 it 江泽民 10 2006年1月9日 胡锦涛主席在全国科学技术大会上的讲话中说 中国未来15年科技发展的目标是 2020年建成创新型国家 使科技发展成为经济社会发展的有力支撑 11 新一届政府的目标 国家中长期科学和技术发展规划纲要 2 提出 构建创新型国家 提高我国的自主创新能力 12 创新型国家的特征 到2020年 全社会研究开发投入占国内生产总值的比重提高到2 5 以上 力争科技进步贡献率达到60 以上 对外技术依存度降低到30 以下 本国人发明专利年度授权量和国际科学论文被引用数均进入世界前5位 13 今后15年 科技工作的指导方针 自主创新 重点跨越 支撑发展 引领未来 14 自主创新 从内容上包括三方面的含义 一是原始性创新 即通过科研和开发 努力获得更多科学发现与技术发明 二是集成创新 即通过各种相关技术成果融合汇聚 形成具有市场竞争力的产品和产业 三是引进技术消化 吸收和再创新 在积极引进国外先进技术与设备的基础上 进行充分地消化吸收和再创新 重视组合创新 重视基础研究 重视反求创新 15 我国目前的情况 据国家知识产权局统计截至2005年底 中国拥有知识产权核心技术的企业 仅占大约万分之三 99 的企业没有申请专利 60 的企业没有自己的商标 至2006年我国研发投入占国内生产总值的1 左右 科技进步贡献率在40 以下 对外技术依存度在50 以上 16 国际地位 如果把世界科技发展水平大致划分为3个量级 最高级是美国 美国人口占世界人口的5 左右 但却雇佣了世界近1 3的科学家和工程师 研发支出占了全球研发支出的1 3 第二级是日本 法国 德国 英国等发达国家 我国则处于第三级 17 当前我国科技发展的突出问题 一是创新结构不合理 重大原始创新不多 1 缺乏重大科学发现 很多领域基本原理没有突破 学科体系建设没有进展 与国际权威的科学奖一直无缘 国家科学技术奖和自然科学奖一等奖 技术发明奖一等奖等奖项也经常出现空缺 世界一流的重大成果和世界一流的科学家 工程师寥寥无几 在158个国际一级科学组织和1566个主要二级组织中 我国进入领导层的科学家仅占总数的2 26 其中在一级科学组织担任主席的仅1名 在二级组织担任主席的仅占1 18 当前我国科技发展的突出问题 2 缺乏重大技术发明 2007年 国内发明专利申请量和授权量分别占全部专利申请量和授权量的22 和9 1 在发明专利授权总量中 国内仅占47 国内的发明专利申请集中在中药 软饮料 食品 中文输入法领域 这四类专利共占79 19 当前我国科技发展的突出问题 二是产出结构不合理 作为生产要素的科技成果不足 科技成果转化率低 截至2006年底 中国已拥有专利成果330多万项 但实际转化率不足20 实现产业化的不足5 而发达国家科技成果的70 80 可以进入生产领域 85 的美国人均收入增长来自于科学技术的提升 20 当前我国科技发展的突出问题 三是科技发展不平衡 创新活动覆盖率较低 1 区域发展不平衡 2006年 东 中 西部地区研发人员总量占全国的比重分别为61 2 21 8 和17 21 当前我国科技发展的突出问题 2 产业科技发展不平衡 大专及大专以上文化程度就业者集中分布在教育 金融产业 科研单位 公共管理 信息产业以及文化卫生领域 所占本产业就业者比重除文体娱乐业35 以外 其余均在42 以上 而制造业中大专及大专以上文化程度就业者占本行业就业者的比重 仅为6 38 22 人才培养目标 1 加快培养造就一批具有世界前沿水平的高级专家2 充分发挥教育在创新人才培养中的重要作用3 支持企业培养和吸引科技人才4 加大吸引留学和海外高层次人才工作力度5 构建有利于创新人才成长的文化环境 23 1 1 2创新与教育 培养有创造力的人是教育的责任实现这一责任的根本途径是什么 教育创新 24 中国教育的弊端何在 现象一 高分低能现象二 我国的发明家大多在45岁以上 根据国际上的统计最具创造力的年龄在24 45之间 现象三 为什么培养不出大师级科学家 文学家 艺术家现象四 美籍华人的科技工作者 打工者居多 企业领袖 或projectleader极少 25 教育的宗旨 教育 教书育人也 书 有用的知识人 四有新人 有理想 有道德 有文化 有纪律 WhoDaretodoubtit WhoSaidit 有思想 26 Maybeenough 有道德 有创造力的人 27 教育创新 观念创新制度创新方法创新 但本课程研究的不是教育创新 而是创新教育 28 创造 新 教育 所谓创造教育 就是在学校教育中运用创造学的原理 采用现代教育观念和手段 培养学生的创造性意识 创造性思维 开发学生的创造潜能 提高学生的创新 造 素质的教育 29 创造 新 教育 创新教育是加速培养创造性人才的重要手段和方法 创新教育是 素质教育 的一个重要组成部分 它把创造学 发明学 教育学 心理学等相关学科的一般原理有机综合起来 通过教育 教学等途径培养学生的创新思维 提高创新能力的教育 30 创造教育的起源 1939年美国通用电气公司 前身是爱迪生实验室 为了开发职工的创造能力 在职工中开设了创造工程培训班 上世纪30年代美国通用电气公问首先对公司职工进行了创造力开发的培训 一年后发现职工的创造能力竞提高了3倍 按取得专利数量计算 遂引起强烈社会反响 31 奥斯本 创造学之父 美国纽约BBDO广告公司的副经理奥斯本 于1941出版了 思考的方法 一书 系统的研究了创新思维方法和创造技法 提出了著名的头脑风暴法和检核表法 表明创造是有技巧可循的 所著 创造性想象 的销量曾一度超过圣经的销量 20世纪40年代 亚历克斯 奥斯本在其公司发起创新研讨 1953年和帕内斯教授在在纽约州立大学布法罗学院创办了世界上第一个创造学系 开始招收创造学专业的本科生和硕士研究生 32 在1954年由奥斯本发起成立了 创造教育基金会 旨在促进教育界创造教育开展 以培养创造性人才 33 由于创造学极大地推动了人们的创造发明活动 所以在美国的企业界 每年有数以10万计的在职职工接受有关创造学训练 一些大公司甚至声称 凡未学过创造学的大学生 必须补修完该课程之后才能被接受为其公司职员 34 1948年麻省理工学院先后开设了 创造性开发 创造技法 和 思维技巧 等 1955年日本引进创造学 35 1 1 3创新与传统 创新必须建立在已有知识 传统 的基础之上 同时又是对传统的否定 要善于学习 更要善于创新 邓小平创新只有起点而永无终点 36 创新离不开传统 一个人的知识水平决定了这个人事业创新的起点 其知识结构决定了其创造发展的方向与领域 其学习与创新能力决定其创造自我价值的大小 思考 如果把 致富 作为一种创新 那么上世纪80年代的致富群体和当前致富群体有何差别 为什么会有这样的差别 在这样一个充满机遇和挑战的知识经济时代中 创新者必须广泛 大量 迅速地从传统知识中学习必要而有用的知识 拓宽自己的知识领域 构建合理的知识结构 培养自己的创新意识 才能适应知识经济的迅速发展的要求 有所作为 有所创新 对所研究的领域不甚了解 不可妄谈创新 37 有趣的问题 2009年美国大学排名 1HarvardUniversity哈佛大学2PrincetonUniversity普林斯顿大学 并列第一 3YaleUniversity耶鲁大学4MassachusettsInstituteofTechnology麻省理工学院5StanfordUniversity斯坦福大学6CaliforniaInstituteofTechnology加州理工学院 38 普林斯顿大学的成就 著名的相对论大师爱因斯坦 数学大师冯诺依曼 阿廷等都在这里从事过研究 历届诺贝尔物理奖得主中 有20多位是这所学校的教授 著名的科学家华罗庚 姜伯驹 中国科学院外籍院士陈省身 李政道 杨振宁都曾担任过普林斯顿大学的高级研究院研究员 普林斯顿大学还为美国培养了两位总统 有1000多名普林斯顿大学的毕业生先后担任过美国国会参议员 众议员 联邦政府的高级官员 以及州长和州政府的高级官员 39 保守的普林斯顿大学 普林斯顿大学最引以自豪的是本科生教育 学校师生比例为1 6 6500学生 1800研究生 学校没有开设社会上最热门的学科 法学 商学 医学 这与习俗追求以及社会时尚完全不同 40 创新是 破茧成蝶 传统的学习与研究是一种尊重已有知识 遵循已有方法 高度收缩的思维活动 然而学习与研究的目的不仅是对己有知识的准确把握 学习的真正目的在于创新 学习与研究只有牢牢地扎根于传统科学之中 才有可能打破旧的传统而获得创新 41 敢于突破思维定势 生物学家贝尔纳说 妨碍人们学习的最大障碍 并不是未知的东西 而是已知的东西 因此 突破思维定势在创新活动中有着极大的价值 传统和惯例形成的思维定势通常有几种表现形式 书本定势 经验定势 权威定式 从众定式 42 书本定式 书是人类拥有的共同财富 是人类智慧的源泉 因为有了书 知识 经验和教训能代代相传 并使下一代人站在前人的肩上 批判地吸收先人留下来的知识遗产 而不必一切从零开始 因为有了书 我们能在方寸之间向古今中外的名人 伟人请教 和他们展开讨论 从中领悟到人生的真话 体察到他们丰富的阅历和学习到渊博的知识 但是 为什么要学习 43 为了 创造新的知识 要学会尊重知识 但不能迷信做到善于思考 敢于怀疑 经常提问 为什么 有没有更好的方法 这样的理论能用到实际中吗 这样的方法能不能用到其他方面 44 经验定式 经验是人们通过实践获得的知识 掌握的规律或技能 经验能使我们将各种问题处理得井井有条 经验能使我们少走许多弯路 但如果过分地依赖经验 就会形成经验思维定势 大脑会失去想象力 有好多成熟的经验就转化为知识 45 在科学发展史上有着重大突破的人几乎都不是当时的名家 而是学问不多 经验不足的年轻人 因为他们没有太多的经验定势 他们的大脑中有无限的想象力和创造力 有志成才的年轻人应抓住缺少经验定势的 有利时机 选准目标 在创新实践中实现自己的人生价值 46 例子 爱因斯坦26岁提出狭义相对论 37岁提出广义相对论 爱迪生29岁发明留声机 3I岁发明电灯 居里夫人31岁发现放射性三元素而获得诺贝尔奖 46岁获得第二次诺贝尔奖 贝尔29岁发明电话 西门子19岁发明电镀 李政道 杨振宁分别在30岁和34岁提出弱相互作用下宇称不守恒定律等等 47 权威定式 有人群的地方就会有权威 权威的渊博知识和不容置疑的地位对维持人类社会的正常运行具有十分重要的意义 但如果我们迷信权威 便会不假思索地习惯他们的观点 以他们的是非标准来考察问题 从而轻而易举地否定掉自己的一些创新遐想 扼杀掉自己的创新意识 事实上 世上没有永远的权威 48 例子 德国科学家西门子等一大批当时有名的科学家曾断言 比空气重的机械根本飞不起来 爱迪生也曾发表过论文说 交流电不适合家庭使用 直流电是唯一的途径 等等 凡是有所作为的科学家 无一不具有勇敢地突破权威定势的精神 李四光与贫油论 达尔文与进化论 哥白尼与日心说 天体运行论 49 权威的一些荒谬的话 Aeroplanesareinterestingtoysbutofnomilitaryvalue MarechalFerdinandFoch ProfessorofStrategy EcoleSuperieuredeGuerre 50 Everythingthatcanbeinventedhasbeeninvented CharlesH Duell Commissioner U S OfficeofPatents 1899 Thereisnoreasonanyonewouldwantacomputerintheirhome KenOlson president chairmanandfounderofDigitalEquipmentCorp 1977 51 高斯的保守与胆小 由于害怕保守势力的指责 不仅自己不敢把非欧几何的研究成果公开 也阻止自己的学生鲍耶发表相同的研究成果 致使其创造力得不到发挥 抱憾而死 52 从众定式 1918年诺贝尔物理学奖的获得者普朗克提出了具有里程碑意义的量子理论 后来却对其挖空心思的修改 力图使其纳入经典物理学的框架 从而几乎一事无成 一名叫赫尔顿的物理学家利用新方法测出了固体氦的热导率 因为该值比过去常规计算的数字高500倍 因而不敢发表 53 尊重传统 敢于创新 指出思维定势的负面影响 决不是要否定书本 经验和权威在科学研究中的积极和重要的作用 而是希望认识它们的客观存在 警惕和排除它们对创新活动可能产生的束缚作用 54 克服传统束缚 克服传统带来的思维定势可以采用转换视角 运用发散思维 逆向思维等方法来建立思维的多重视角 这是一种突破思维定势行之有效的方法 此外 利用形象思维 灵感思维 直觉思维也能对思维定势进行突破 55 创新是传统的升华 传统和创新是科学发现互补的两个方面 常规研究遵循传统的思维活动和方法 其研究的核心是释疑 然而传统研究的不断深入 正是创新必不可少的酝酿萌芽的过程 56 伽利略 57 充满创造和叛逆的伟大的一生 伽利略 伽利雷 GalileoGalilei 1564 1642 意大利著名数学家 物理学家 天文学家和哲学家 近代实验科学的先驱者 哥伦布发现了新大陆 伽利略发现了新宇宙 你了解伽利略什么 58 兴趣 怀疑 17岁那年 伽利略进了著名的比萨大学 按照父亲的意愿 他当了医科学生 但是伽利略对医学并没有多大兴趣 他很少上课 一上课就对教授们教课的内容提出这样那样的疑问 使教授们难于回答 在教授们的眼里 伽利略是个很不招人喜欢的坏学生 不过 伽利略只是兴趣不在医学 他孜孜不倦地学习数学 物理学等自然科学 并且以怀疑的眼光看待那些自古以来被人们奉为经典的学说 59 上学时的发现 有一次 伽利略信步来到他熟悉的比萨教堂 他坐在一张长凳上 目光凝视着那雕刻精美的祭坛和拱形的廊柱 蓦地 教堂大厅中央的巨灯晃动起来 是修理房屋的工人在那里安装吊灯 这本来是件很平常的事 吊灯像钟摆一样晃动 在空中划出看不见的圆弧 可是 伽利略却像触了电一样 目不转睛地跟踪着摆动的吊灯 同时 他用右手按着左腕的脉 计算着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数 以此计算吊灯摆动的时间 60 伽利略发现了一个秘密 这就是吊灯摆一次的时间 不管圆弧大小 总是一样的 一开始 吊灯摆得很厉害 渐渐地 它慢了下来 可是 每摆动一次 脉搏跳动的次数是一样的 书本上明明写着这样的结论 摆经过一个短弧要比经过长弧快些 这是古希腊哲学家亚里士多德的说法 谁也没有怀疑过 61 奉若神明的亚里士多德 亚里士多德认为运行的天体是物质的实体 地球是球形的 是宇宙的中心 地球和天体由不同的物质组成 地球上的物质是由水气火土四种元素组成 天体由第五种元素 以太 构成 亚里士多德反对原子论 不承认有真空存在 他还认为物体只有在外力推动下才运动 外力停止 运动也就停止 还认为作自由落体运动的物体重的比轻的落得快 62 结论 单摆运动规律 亚里士多德的结论是错误的 决定摆动周期的 是绳子的长度 和它末端的物体重量没有关系 而且 相同长度的摆绳 振动的周期是一样的 这就是伽利略发现的摆的运动规律 并由此发明了 脉搏计 63 浮力定律 他通过测定物体在水中的重量发现 物体投入水中减轻的重量 刚好等于它排开的水的重量 在这个重大发现的基础上 伽利略发明了一种比重秤 可以很方便地测定各种合金的比重 64 1589年夏天 在佛罗伦萨的店铺里度过了4年自学生活的伽利略 由于得到宫廷数学家玛窦 利奇的鼓励 特别是贵族盖特保图侯爵的推荐 他终于获得了比萨大学数学和科学教授的职位 这时 他只有25岁 65 自由落体实验 他在比萨斜塔上扔下的铁球 不仅证明了不同重量的物体由同一高度下落时速度是相同的 更重要的是 这个大胆的结论推翻了亚里士多德的持续了1900年之久的权威结论 66 1592年 28岁的伽利略被任命为帕多瓦大学的数学 科学和天文学教授 之后 发明了望远镜 发现了木星的四颗卫星 验证了哥白尼的日心说 1616年开始 伽利略开始受到罗马宗教裁判所长达二十多年的残酷迫害 在他离开人世的前夕 重复着这样一句话 追求科学需要特殊的勇气 67 1 2基本概念 1 2 1革新 发明 创造 创新1 2 2创造力和创造能力1 2 3常规设计 现代设计 机械 创新设计 68 1 2 1革新 发现 发明 创造 创新 革新 大多数情况下是除旧用新的意思 革新是一种比发明创造涉及范围更为广泛的一种创造活动 革新创造是指在已有发明创造的基础上 通过来用与过去不同的方法对原型成果进一步改造更新 或将某一领域的创造成果移植于另一新的领域 均可称为革新 如技术革新 69 发现 认知客观上存在的事物的过程或结果 科学研究中的发现 是指人们对客观存在的自然现象 自然规律和自然产物 经过创造性地探索揭示出本来面目的过程 发现电 磁 化学元素 70 发明 提出或完成一个新事物的过程或结果 所谓发明 是指人们凭借各种科学技术原理 开发创造出前所有的新事物或新方法的一种技术性创造活动 四大发明 瓦特发明了内燃机 主体一般是人 而对象是物 71 创造 完成新成果的过程劳动创造了人 人民群众创造历史 72 创造与发明 发明的成果应是一个明确的新的技术方案 即是一个明显的实物或者一种可操作的方法 如照相机的发明 电冰箱的发明 侯德榜制碱法的发明等 而创造的成果 不仅可以是一个具体的实物或方法 而且也可以是一个决策 一种思想甚至是一个点子 一个想法 如邓小平提出的 一国两制 设想 就堪称为一个伟大创造 73 创造有时强调的是过程发明却注重其结果 74 创新 innovation 创新一词虽然不是新词 1912年美国经济学家舒伯特在 经济发展理论 中提出 采用新技术 生产新产品 研制新材料 开辟新市场 采用新的组织和管理模式 但真正的广泛应用始于上个世纪末 创新是提出或完成具有独特性 新颖性和实用性的理论和产品的过程 从过程上看 从无到有是创新 从新到优也是创新 75 创新与创造 创新是新设想或新概念等发展到实际和成功应用的阶段 创新是创造的过程和目的性结果 强调的是创造的某种价值的社会实现 因此 创新的重要特征是有用性学者庄寿强反对将 创新 与 创造 混为一谈 认为创新强调 价值效应 而创造没有 76 创新的层次 以学术的观点 创新的层次有 理论创新技术创新应用创新 77 理论创新 提出新理论 新思想 新方法等 78 技术创新 是一个从产生新产品或新工艺的设想到市场应用的完整过程 它包括新设想的产生 研究 开发 商业化生产到扩散这样一系列活动 本质上是一个科技 经济一体化过程 是技术进步与应用创新共同作用催生的产物 它包括技术开发和技术应用这两大环节 79 应用创新 将已有技术应用到新领域 并产生社会和经济效益的过程 就是以用户为中心 置身用户应用环境的变化 通过研发人员与用户的互动挖掘需求 通过用户参与创意提出到技术研发与验证的全过程 80 创新 包含了革新 发现 发明 创造的多种含义 应用频率不断提高 在许多场合下代替了 创造 例如 创造性设计 到 创新设计 81 分析下列创新层次 从经典物理学到相对论电话 手机 3G手机电报 手机高锟 诺贝尔奖得主 1963年在英国伦敦大学当博士生时 是全球第一位想出以玻璃纤维传送激光脉冲的工程师 当时整个世界仍以金属电缆为传输电讯方法 价值 82 1 2 3常规设计 现代设计 机械 创新设计 常规设计 根据力学和数学建立的理论公式和经验公式为先导 以实践经验为基础 利用图表和手册等技术资料 进行设计计算 绘图和编写设计说明书的过程 现代设计 以计算机为工具 以工程软件为基础 运用现代设计理念的新型设计方法 创新设计 指设计过程中主动发挥设计人员的创造性 探索新思路 采用新方法 提出新方案 创造新产品的设计 83 常规设计的过程 产品规划 需求分析 产品功能分析 制定设计任务书方案设计 概念设计 给出尽量多的方案并择优技术