科学小发明
别妄想泡我
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2021年01月24日 20:35
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【科学小发明】
第一课
创造发明基础知识（
1
）
1
．什么叫创造发明
?
什么叫创造发明？创造发明是指首创前所未 有的事物，首
创新的制作方法。创造发明要有扎实的基础知识，同时更要有
良好的智力。这种智 力，主要地表现在观察能力、实验能力、
创造思维能力、想象能力和动手能力，具有能产生设想的创造< br>思维，掌握能创造新产品的创新技能。列宁曾经阐明创造性幻
想的作用。他说：“幻想是极其可贵 的。有人认为，只有诗人
才需要幻想，这是没有理由的，这是愚蠢的偏见！甚至在数学
上是需要 幻想的，没有它就不可能发明微积分。幻想是极其可
贵的品质。
2
．发明创造的火花
人类从最原始的茹毛饮血时代进入到信息化时代，其间 经
过了漫长的过程。这是一个生与死、血与火的考验过程。在这
个过程中，人类就是依靠自己的 聪明智慧去改造自然、征服自
然的。
而这些改造自然、
征服自然的所有方法与技巧就是 科学。
“科学技术是第一生产力”。既然是生产力，它就能使一
定的物质世界产生出 类似核聚变的物品。比如著名的科学家袁
隆平培育的杂交水稻，一下子使单位亩产提高了若干倍；作为< br>自然界最普遍的物质“水”，人们对它最初的认识也不过是供
1
【科学小发明】
给饮用，可是蒸汽机、发电机的发明，它却能源源不断地向人
类提供电能……
科学与发现和发明创造紧密相联。而创造发明又要以最基
本的知识为前提，没有一定的知识作后盾，难 以有所发现。现
在，我们正处于学习最基本的知识阶段，一切有志于为人类做
出贡献的同学，必 须趁现在的大好时光，努力学习，在自己幼
小的头脑里埋下一颗发明的种子。
据生理 学家研究：人与人的智力相差无几，一个擅长发明
且有成就的人与常人的差别就在于他们非常留心身边一 些细
小的现象，抓住苗头，认真观察、反复思考、反复实验，终有
成就。，我们无成就，就是我 们太不在意这些细小的现象，对
一切事物“熟视无睹”，因此就决定我们成为了一个非常平庸
的 人。
青少年搞发明创造不是“天方夜谭”，我们可以从一些细
小的事情入手，初学创 造者可以从改进一些物品开始。不要期
望搞一个重大的发明。毕竟我们所学有限，条件不够。事实上搞一些小发明完全可能。我们国家为了鼓励青少年发明创造，
各级政府部门专门设立了很多青少年科 技创新评比活动，同时
为同学们小发明建立了很多科技学习场所。
江泽民同志说过： “创新是一个民族进步的不竭动力”。
同学们，
世界的发展已经进入了快车道，
科技的 发展日新月异。
2
【科学小发明】
为了民族的振兴， 为了国家的富强，同时，也为了证明我们是
龙的传人，让我们发挥自己的聪明才智吧！
3
．技术发明活动的一般心理过程
技术发明的目的就是要创造出新的事物和 方法，在技术发
明的过程中创造思维贯穿始终。从创造心理上分析，人们发明
活动的心理过程一 般可分为准备、
酝酿、
顿悟、
验证四个阶段。
第一，准备阶段。它 是创造思维围绕着掌握问题，收集材
料而展开的，并决定着创造思维以后发展的方向。
要想发明，首先要对发明的对象有深刻的了解。这就需要
发明者必须有第一手的资料和与其有关的技术 等方面材料。这
些材料要靠发明者观察、分析、探索实际问题来获得；同时要
研究收集到的与此 有关的技术资料，前人申请专利的情况，社
会需求情况等。在此基础上研究发明的方向和解决问题的关< br>键。同时，对这些资料进行分析、比较、综合的思考，使发明
的对象概念化、图像化和可视化。< br>
这一阶段发明者的态度是：高度紧张，全神贯注，努力对
对象进行深入的了解和探讨。
第二，酝酿阶段。这是探索解决问题的潜伏期，这一时期
常常需要较长的时间。
针对掌握的问题和收集的资料，发明者常常借助于发散性
思维（也就是求异思维、扩散思维），就是 “不依常规，寻求
3
【科学小发明】
变异和多种答案 的思维形式”
，
广开思路，
从不同方面去思考，
分析、比较、综合寻找解决问 题的最好方法。
这一阶段如同酒的酝酿，使之趋于成熟。虽然活动不如第
一阶段紧张 ，但人的思维却时刻不停，考虑一个个方案，比较
它们的优缺点；寻找解决问题的一个个方法，判断它们 的可能
性。发明者常用散步或拉琴等方式来“散心”，因而被旁人称
为“创造的短时休息”期。
第三，顿悟阶段。这是发明的具体解决问题的明朗时期。
也有称为灵感期的。
在酝酿阶段苦思冥想中，突然灵感闪现，找到解决问题的
关键方法，使整个发明难题迎刃而解。
灵感在技术发明活动中的作用是十分突出的。它是人们在
自觉或不自觉地想着某一问题时， 在头脑中突如其来地产生一
种使问题得到解决的想法。灵感往往是对某一问题进行长期研
究，但 久思不得其解，因此将其暂时搁置起来，去做一些与它
无关的事的时候产生的。一般做一些轻松愉快的事 更容易产生
灵感。
第四，验证阶段。这是对发明成果进行实际验证，判断其
解决方法是否正确，并寻求更科学、更合理的创造途径。
这一阶段为了完成发明，不倦的思索和探求，全力以赴，
使发明成果更加完善
4
【科学小发明】
第二课
创造发明基础知识（
2
）
1
．青少年技术发明活动的特点
青少年技术发明活动的心理过程与成年人是 基本相同的，
然而由于青少年的年龄特征和心理特点又与成年人有所不同，
所以青少年的发明活 动过程与成年人相比存在着差异。
（
1
）发明的动机往往出于自己的兴趣。 而这兴趣的形成，
一般由于以下四个原因：一是在日常生活、学习、劳动中遇到
有不顺手、不称 心、不方便的时候，也想试一试自己能不能通
过发明创造解决问题，在试探当中对发明产生了兴趣；二是 在
参加校内外各种科技社团和兴趣小组、夏令营的活动当中，在
科技辅导员的启发下对发明活动 产生了兴趣；三是听了技术发
明的讲座和阅读有关书刊产生了兴趣；四是受到家庭的影响对
发明 产生了兴趣。据天津市第四届青少年创造发明比赛
286
名
获奖学生调查，由于以上四 个原因形成发明兴趣的学生人数分
别占
286
人的
54.5
％、25.18
％和
23.43
％。
对发明活动有了兴趣，就驱使 青少年主动地观察事物，广
泛收集资料，积极选择发明的课题，勤于作品的构思。这种兴
趣将在 整个的发明活动中起主导作用。因此必须为青少年的发
明活动创造一个良好的环境，给他们以支持、鼓励 、理解和指
导。使他们对发明的兴趣由好奇式的兴趣发展到喜爱式的兴
趣，进而到习惯式的兴趣 ，这样才能持久地保持下去。
5
【科学小发明】
< br>（
2
）课题的选择随意性大。青少年的技术发明活动不同
于其他的科技活动，它 在活动中不能像科技制作或实验那样，
大家做同一种作品或实验，它一般是由青少年独立进行选题、构思、设计、制作的。这就决定了青少年技术发明的课题是由
本人选定，并不是由他人或社会机构选 定。因而课题选择的随
意性比较大，而且变动频繁。
当他们对发明产生了兴趣后，就 去查找自己所遇到的各种
不方便的事物，从而发明的课题也不断产生。面对这断断续续
产生的课 题，他们一般不是把这些课题集中起来分析取舍，而
是遇到什么课题，就去构思制作，刚碰到了一点困难 ，就可能
放下这个课题又去考虑另一个课题。这就造成青少年在技术发
明时碰巧也会产生一个好 的构思，成功地完成一些好的发明项
目；但也可能由于这样见异思迁，不深入研究，造成很多青少
年在发明活动中成功率低。
（
3
）技术发明课题范围比较狭窄。在中国发 明协会举办
的国家级的全国发明展中，发明项目共分为
19
类。但在全国
和省 、自治区、直辖市举办的青少年科技发明比赛中的统计，
青少年技术发明项目最多也只有
12< br>类，有时只有
7
－
8
类，其
中绝大多数项目属于生活和学习用 品教具两大类。
青少年主要的任务是学习，他们的生活范围基本是家庭和
学校，接触 社会面很窄。不很了解社会需要哪些发明，工厂中
设备哪些需要革新改造，即使知道，由于知识和技术力 量的限
6
【科学小发明】
制，也不能胜任。青少年技 术发明的项目多是在他们身边遇到
的不方便事物和方法，据对天津市第四届青少年科技发明创造
比赛
286
名获奖者的调查，
81.12
％的发明者认为他们课题的
产生常常是从身边的生活、学习、劳动、游戏中遇到不方便时
才找到发明课题的，
50
％是生活用品。课题选择来自身边的好
处是：选题比较容易，直觉灵敏，便于构思设计，便于实施验证，容易成功。但是这类选题是很有局限性的，范围较狭窄，
加以青少年使用的物品常常是重复的， 去年初中一年级学生接
触的事物，今年初中一年级的学生仍会再接触，往往造成一个
课题的重复 ，对青少年个人讲是“发明”，对社会讲并不是发
明。
（
4
）青少 年的发明活动有一定的周期性。这是由于中小
学生年龄特点和心理因素的影响，以及学校教育的阶段性所 决
定的。从天津市第四届青少年发明比赛获奖学生数字的年级曲
线和年龄曲线看，说明了青少年 技术发明活动的周期性是：小
学高峰期为
5
－
6
年级，
即< br>11
－
12
岁；
初中为初二、
初三年级，
即
14
－
15
岁；高中比较均衡，即
16
－
18
岁。
（
5
）青少年技术发明的工艺水平较低，在转化为产品时
往往要进 行第二次开发。青少年的技术发明活动是在课外时间
进行的，他们的经验不多，工艺能力不强，一般只用 一些简单
工具进行手工操作，工艺比较粗糙。
7
【科学小发明】
另外，青少年对自己的发明项目构思、设计后，某些材料
不 易找到，限于技术设备不足，又不易制作，因而需要找一些
代用品或废品制作，往往不够美观、精致、坚 固。
作为技术发明的成果应该转化为产品、商品被社会接受，
但青少年的发明项目要 转化为产品商品前，大部分需要有关人
员的第二次开发。这也是因为青少年在发明制作中，一般不考虑材料来源，常常只选取易得、价廉、加工容易的材料；对于
作品使用寿命、流水生产的装配、今后 的维修等都不考虑，消
耗材料、工时等也是不计算的。但这些关系到质量、成本、价
格的重要因 素对于工厂来说是至关重要的。所以对于一件较好
的青少年发明项目，在投产之前，有关人员在其构思、 设计、
功能、效果不变的情况下，要对其材料、结构、工艺等方面进
行二次开发，才可转化为产 品、商品，增加社会效益和经济效
益。
（
6
）非智力因素对青少年 发明能不能成功的影响很大。
技术发明活动周期长，一次成功率不高，难度大，而青少年的
年龄 特点，兴趣不巩固，注意力不持久，在每一件发明过程中
都会发生意想不到的各种各样的困难，对于这些 困难单凭智
力、创造力是不能战胜的，还需要靠良好的个性，特别是某些
非智力因素，
尤其是意志的作用。
意志就是人自觉地确定目的，
并且根据目的来支配、调节自己的活动，克服 困难，实现预定
目的的心理过程。青少年在技术发明活动中由选题到完成，若
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【科学小发明】
没有坚强意志，是难以成功的。除意志外其他的非智力因 素所
起的作用也是不可低估的。
2
．青少年技术发明的实施过程
（
1
）准备阶段。首先是提出问题。青少年发明创造的欲
望和动机，就能促使 他们认真观察周围的事物，积极思考，提
出问题。
其次是列出发明课题。
面对众多的课 题，
要进行筛选，
从中选择一项到两项符合发明要求并适合于自己的知识、技
术、能力 条件的课题。第三是收集资料。根据选择的课题，要
多方收集有关的资料，尽可能地掌握同你的发明课题 有关的最
新最详细的情况。
（
2
）制定方案。根据确定的发明课题 ，制定周密的实施
方案。
一般说来，
制定实施方案需要有以下四个步骤：
第一 步，
列出明确的发明目标，包括这个目标的具体要求；第二步，剖
析目标。对已确定的目标进行 分解，分解成一些小目标，然后
逐个解决为实现各小目标所必须解决的每一个小问题；第三
步， 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、制定
出这项发明的总体实施方案；第四步，对总体构思、实施方案
进行补充和修正。要 用文字或图表形式表达方案，务求全面具
体。
（
3
）总体设计。按 照实施方案规定的目的要求，制定这
个课题的整体图形和各部分的图形。由于中小学生一般没有学
9
【科学小发明】
过机械制图，不要求他们制定规范的机械 图，但是可以画出示
意性的草图，包括整体的形状、大小、外观色彩等，使这项发
明有一个比较 完整的雏形。为了使总体设计更加完善、合理，
还可以利用纸片、木材、铁丝、胶水等材料做出一个模型 ，再
对模型进行改进，并进一步考虑先做什么，后做什么，如何装
配，各部分尺寸、形状，使发 明的总体设计更加完善。
（
4
）制作样品。按着总体设计制作出的样品并不 是模型，
它可以是最终的发明物品，也可以不是最终的发明物品，还可
以进行改进。样品是一件 实物，能够实验使用。各部分的功能
应符合总体设计。
（
5
）评估 验证。任何一件发明，只有经过实践的检验，
才能判断它是不是合格。有些发明构思虽好，但在制作中， 常
遇到许多意想不到的问题，发明样品做成后，不能达到预想效
果，不能使用，就要想办法加以 补救或重新构思、制作，直到
达到预想效果为止。
在整个实施过程中，制定方案、总 体设计、制作样品、评
估验证都会随着构思的变化而改进变化，这四个过程也常常会
反复交替进 行。
3
．发明课题选择的一般原则
青少年技术发明的课题种类虽 然不多，范围也较狭窄，但
他们发现的问题，提出的发明课题却是五彩缤纷的，在这众多
的课题 中选择哪一项呢？选好的课题，有助于发明的成功。
10
【科学小发明】
在选择发明课题时，应注意以下几个原则：
第一 、选择身边常遇到的问题作为发明。从青少年日常生
活、学习、工作、游戏、走路、旅行、劳动当中寻找 选择课题，
对目前人们使用的用具，文具等，想一想怎样能提高效率？质
量怎样能更好？怎样减 少故障？怎样可以更安全？怎样可以
使价格更便宜？怎样用起来更方便？等等。选择身边常遇到的
问题，就便于青少年的观察，分析课题既明确又具体，也便于
构思、设计，也容易成功。
< br>第二、选择课题要从主客观实际条件出发。青少年技术发
明最后的成果是要以实物形式出现，并能 在实践中使用。这不
仅需要青少年的构思、
设计，
还要经过青少年自己动手去制作、< br>实验等过程。因此在选择课题时一定要考虑青少年是不是具备
完成这项发明课题的条件。某些课题 所需的知识和技术虽然能
通过学习得来，但是这个目标不应距离青少年本身的科学文化
知识基础 太远，否则，他们在短时间内无法掌握所需知识和技
术，这个课题就难以坚持下去。同时还要考虑到工具 、仪器、
设备、经费等条件。凡是超越了实际的可能，尽管这个发明课
题很吸引人，也要实事求 是地将其舍弃，免得白白浪费时间和
精力。
第三、选择课题要专一并且简单易行。青 少年的发明是在
课余时间进行的。精力和时间都很有限，这就决定了在一段时
11
【科学小发明】
间里选择发明课题要专一，从一事一物去构思，从一点一滴做
起。这样容易成功。
< br>提倡选择课题要专一易行，并不是说青少年的发明水平就
一定很低。正因为它专一易行，青少年可 以发挥想像力强，不
受旧框框限制的长处，在构思上多下功夫，同样可以搞出高水
平意义的大发 明来。
4
．对青少年技术发明评估的标准
对青少年技术发明评估的标准，最根本是看它对人类对社
会所起的作用。
从 总体上要看它的经济效益和社会效益。具体分析，要从
新颖性、先进性、实用性和科学性等“四性”来判 断发明质量
高低。
（
1
）新颖性是发明的实质。一项好的发明，首 先就要具
备新颖性。新颖性是发明质量标准中最重要的一条。
新颖性指的是在提出这 项发明以前（包括在报送参加发明
比赛和展鉴以前），或是在申请专利以前，没有出现过同样的
东西或是同样的方法
（这里说的同样，
是指同样的技术内容）
。
而且这项发明 并没有向公众公开过，这就叫做具备新颖性。
怎样看一项发明具备不具备新颖性呢？具体地可以从以
下几个方面来看。
12
【科学小发明】
第一、从时间上看。在时间上， 只要发明者在提出这项发
明以前，没有出现过同样技术内容的东西或方法，就是具备了
新颖性。
第二、从公开的方式看。公开的方式指的是：一、在国内
没有公开使用过，没有在商 店销售过；二、没有在国内或国外
的报纸、杂志、书籍、广播、电视、电影、展览会上公开地发
表过、展示过（因为用这些方法比较容易超越国家的界限）。
三、没有任何人已经申请并且被批准授予专 利权公开了的技
术。这样的发明就具备新颖性。
第三、从“公众”看。一项发明要具 有新颖性，必须是以
前还没有向公众公开过的。“公众”是什么意思呢？“公众”
是指在被允许 知道的一定范围以外的人，尽管人数很少，但他
们知道了这项发明的技术内容就是“公开”。这项发明也 失去
了它的新生。这里说的被允许的一定范围，指的是发明比赛展
览的评审人员和在申请专利过 程当中必须经手的工作人员等
等。如果这些人知道了，尽管人数比较多，仍然可以被认为没
有失 去新颖性。
第四、判断一项发明有没有新颖性，只限于以现在的一项
发明同过去已有 的另一项东西相比，而不是把过去已有的许多
项凑起来，用过去的“群体”同现在的“个体”相比。例如 ，
铅笔同橡皮头的铅笔，就是一项发明，是有新颖性的。
13
【科学小发明】
第五、发明的新颖性要从发明项目的主体看。这就要看这
项 发明的主体部分是不是以前所没有过的新东西，有没有新的
功能和新的用途，是不是新的方法。只有简单 的外形变化，而
主体结构和原理同过去已有的基本相同，就不能被认为具有新
颖性。例如，过去 有人把圆柱形的铅笔变成六角形的铅笔，这
样可以防止铅笔滚动，
增加了铅笔的新功能，
这就具有新颖性，
就是发明。但是，如果仅仅是改变了铅笔的长短，而没有增加
新的功能，就 不能算是发明。
新颖性是发明的实质，是衡量发明质量的决定性的一条标
准，只有先 确定一个项目是否具有新颖性，才能确定它是不是
一项发明。
（
2
）先进性是发明的技术要求。一项发明具备了新颖性，
就能算是一项优秀的发明吗？这不一定。因为有些 发明项目，
尽管是首创，但是使用起来，既不方便又不省力，也没有提高
工作效率，技术上并不 比已有的东西先进，也就不是一项优秀
的发明。因此，先进性是发明的又一个重要的质量标准。
先进性是指一项发明在和性能类似、用途相同的其他东西
相比较之下，技术上有所进步，能解决 以前没能解决的问题，
而且使用方便；或者是它改造了原有的方法、工艺，使用了新
的方法、工 艺、提高了原有的性能或是增加了新用途，这就具
备了先进性。
14
【科学小发明】
怎样衡量一项发明的先进性呢？它主要采用比较的方法。
两种性能类似，用途相同的东西，只要经过比较，就能看出哪
一种在技术上更先进一些。人们常 说的“不怕不识货，就怕货
比货”就是这个意思。
（
3
）先进性是 技术更新的体现。发明应当是越搞越先进，
而不能越搞越倒退。
如果一件发明，
比起同 类的东西来更笨重，
用起来更费事，制造起来要消耗更多的原材料，这就不具备先
进性了。
在衡量发明的先进性的时候，对于还在中、小学学习的青
少年朋友们来说，要求只能适当 ，不能不切合实际，使大家觉
得高不可攀。只要是在原有的基础上增加了功能、改进了方法
和工 艺等方面有一点进步，就应当说具有一定的先进性。
先进性体现着发明的社会效益。实用性是 说这项发明能制
成产品供给人们使用时的使用价值。这就要看发明能不能解决
实际问题。实用性 要求一项发明能够解决生产、工作、生活当
中的实际问题。这些发明做成实物以后，不但能够使用，而且
能够产生良好的社会效益。
在衡量一项发明是不是能够解决实际问题的时候，首先考
虑一下，这项发明能不能帮助人们办到一件或几件原来办不到
的事，是不是在人们原来使用过的 工具、用具上增加了新的功
能，是不是让人们省了力、省了事、省了时间、省了原材料、
省了地 方。要考虑一下，这项发明制作和生产起来是不是比较
15
【科学小发明】
简便易行，使用方法是不是简便，是不是容易推广普及。如果
得出的答案是肯定的，
那么，
就可以认为这项发明具有实用性。
实用性体 现着发明的社会效益。要想使一项发明具备实用
性，一定要了解人们的需要和心理。
（
4
）科学性是发明的决定因素。衡量发明的质量，还有
一个重要的标准，这就是科学 性。发明是科学，来不得半点虚
伪。因此，科学性是发明的决定因素。
科学性指的是 发明的性能、原理构造、方法等要符合公认
的科学道理，
没有科学错误。
判断一项发明 是不是具备科学性，
要经过认真的实验检查、分析、鉴定才能对它的科学性作出结
论。
另一方面，要考虑发明使用后对环境是否造成污染，对人
体身心健康是否有不良影响等。如果对 它造成的不良后果没有
有力的防治措施，也应当看作是科学性不强或不具备科学性。
在鉴定发明的科学性的时候，对于化学、生物以及一些新
的学科的发明要特别慎重，有些项目必须经过有 关科技部门严
格鉴定，要有科学实验记录，如果没有科学的依据，就没有办
法肯定他们的科学性 。对使用电、火、毒性药品等关系到人身
安全和健康的发明项目，更要注意确保万无一失，这也是科学< br>性的表现之一。
对于一项青少年技术发明是不是具备“四性”，要综合起
来分 析。这“四性”是相互联系、相辅相成的；发明活动应按
16
【科学小发明】
照“四性”的要求去选题、去构思、去设计、去制作。只有认
真掌握这“四性”，才能使发明水平不断提高，才能搞出较好
的发明来。
17
【科学小发明】
第三课
创造发明的基本方法（
1
）
1
．小发明的创作程序
明确了小发明的特点以后，同学们一定会提出：如何进行
小发明的创作活动呢？
任何一个小发明的创作都有一个循序渐进的程序。即：观
察→联想→设计→绘图→制作→实验
这个程序往返重复、逐步提高，就是获得小发明作品的全
过程。
（
1
）观察
观察是小发明入门的向导。世界闻名的生物 学家达尔文说
过，我既没有突出的理解力，也没有过人的机智，只是觉察那
些稍纵即逝的事物并 对它进行精细观察的能力上，我可能在众
人之上。要想搞小发明作品，首先要注重观察，善于观察周围< br>的事物，提高自己的观察能力。
大发明需要观察。法国园艺师约瑟夫·莫尼埃发明钢筋 混
凝土就是从观察中得到启示的。大家知道，水泥同沙子、石头
混合，制作混凝土，就成了耐高 压的人造石头，是很好的建筑
材料。但是，它也有一个缺点，就是它的抗拉强度比较低，影
响了 建筑工程上的使用。莫尼埃搞园艺，整天同花坛打交道，
那些用水泥制作的花坛很不结实，常常会被碰坏 。有一天，他
在观察植物根系的发育情况时，看到植物根系在松软的土壤
18
【科学小发明】
里，相互交叉成网状的结构。他发现，虽然土壤是松散的 ，但
交叉成网状的植物根系把土壤抱成了一团。莫尼埃从这个现象
中得到了启示，他想，如果在 制作混凝土时先在里面加上一些
网状结构的铁丝，就有可能使建筑的花坛变得结实。果然，这
个 方法有效。他先后用这种方法建成花坛、蓄水池和第一座钢
筋混凝土大桥。
小发明也 要观察。例如，获得全国第一届青少年科技创造
发明比赛一等奖的“方便香皂盒”，发明者就是通过观察 一般
香皂的结构和特征，发现了它的不足：由于盒里潮湿，常常使
香皂和盒子粘住，不易取出来 。然后巧妙地运用了杠杆原理进
行构思、设计、制作。当人们打开香皂盒时，杠杆使盒里的香
皂 立起来，使用起来很方便。可见观察是创造发明的基础，任
何创造发明都来自对事物的认真观察。
事实上，每一个人每一天都在观察，但是有些人能从观察
中发现发明课题，而有些却不会。 为什么呢？法国细菌学家巴
斯德说得好：“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头
脑。”
怎样提高自己的观察能力呢？怎样才能做到善于观察
呢？要做到如下四要：
第一、观察要有目的。就是说，观察时要明确观察什么？
主要是要弄清楚是被观察事物的特性、 特点和原理。这样才能
发现事物最本质的特征，有可能进一步发现问题，提出问题，
19
【科学小发明】
进而提出“怎么办”？有时甚至针对事物的某一缺点 进行专门
观察，分析原因，研究解决的办法。
第二、观察要仔细。要观察事物的方方 面面，善于发现某
种事物现象的某些微小变化，不放弃任何一点值得探求的线
索，这样才会发现 原来认为很熟悉了的事物的一些新特征，才
能发现原来问题，产生新的构思。
第三、 观察要深入。观察时不仅要用“放大镜”看问题，
还要用“显微镜”看问题，要从外部深入到内部去观察 ，这样
能发现常见事物的内部特征，事物的本质，才能启发灵感，产
生创造发明的新课题。
第四、观察时要有比较。通过深入的观察，比较两种事物
之间的不同特征和它们之间的联 系，发现其中的不同点和相同
点。并且通过比较、想象，构思出新的事物或新的方法。
由此可知，要想步入学科小发明的大门，首先要经过有目
的地、仔细地、深入地观察，经过思考，广泛 地观察比较，提
出行得通的、办得到的发明课题。
（
2
）联想
什么叫联想？联想是从一事物想到另一事物的心理过程 。
从当前的事物回忆起有关的另一事物，或从想起的一件事物又
想到另一事物，都是联想。联想 能力就是旧观念同现实结合，
进而产生新观念的能力。联想能力强的人容易捕捉发明课题，
容易 形成新的构思。
20
【科学小发明】
联想 可以使大家接收到更多信息的启示，激发灵感，加速
小发明的进程。要想做到善于联想，就要有广博的知 识，丰富
的阅历，并勇于突破传统思想和习惯势力的束缚。
（
3
）设计
同学们针对某一事物的优缺点，提出了大量的问题和产 生
了众多的联想，由于受知识的限制，其中有的是可能达到的想
象，有的是创造性的积极幻想， 但也有的是毫无把握的空想。
要获得“小发明”的课题，还必须从联想中进行筛选，淘汰那
些不 切合实际或暂时达不到的想法。
通过筛选，有了基本上可行的课题，就可以进行初步的设计。在对某一课题的各种设计中，又会出现简单问题复杂化和
复杂问题简单化的情况，既有创造性、 先进性的，也有没有创
造性、过时的；既有有使用价值的，也有没有使用价值的。这
时就需要辅 导老师帮助你们再次进行筛选，寻找确属小发明的
可行的设计方案。
（
4
）绘图
对于中小学生来说，可行性设计方案往往只是一个想象 的
粗浅轮廓。无论想象物多么简单，都必须绘出加工图纸（根据
不同年龄、年级、提出不同的要 求）。这是制作小发明前的必
要步骤。同时，这也有利于训练绘图能力，培养同学们科学的
严谨 细致的工作作风。
（
5
）制作
21
【科学小发明】
有了加工图纸，准备好原材料和各种制作工具，然后按图
纸 进行制作。制作中，如果发现图纸有问题，可以修改图纸或
者重绘。当然，在制作中还可能会遇到各种意 想不到的困难，
这需要请辅导老师和家长协助排除。
（
6
）实验
小发明作品制作后，要进行实验。在实验中证实或修订 自
己设计的方案。
小发明作品是要不断改进的，
需要多次的观察、
联想、反复 的设计、绘图，进行再制作，再实验。
发明虽小，
创作艰难。
哪怕是一件极 其简单的小发明作品，
它的创作都不是一想而就，一作而成的。没有细心观察，善于
联想，决不 会有闪光的发现；没有绘图制作，反复实验改进，
决不会有成功的作品。“观察→联想→设计→绘图→制 作→实
验”，整个创作过程的各个环节，都不可忽视。只有把握住交
叉反复的各个环节，才能搞 出高水平的小发明。
（
7
）说明
发明作品完成后，公开时，
要写出说明书，
以便推广使用。
说明书的内容，一般包含功能、结构、器 材、制作、操作、原
理等几个方面。有些发明作品，一看示意图就明白的，就可写
得新简单一些 ，不要面面俱到。
2
．如何完成一项科学小发明
?
22
【科学小发明】
完成一件小发明并不是
眉头一皱，计上心来
这么简单，
它要经过选题、构思设计、制作、实践检验与 改进、成功等步
骤。
搞小发明的第一步，就是要确定发明的对象，考虑研究什
么问题，这就是选题。对青少年来说，应从自己所熟悉的生活
实际出发，在学校、家庭及周围的生活圈 中去寻找发明题材。
如当你在学习、生活中遇到一些困难时，你肯定会说：
要是
有某某东西就好了。
这个你想的所要发明的东西就可作为发
明对象。不过，同学们在 选题时，一定要结合自己的知识水平
和设计制作能力，不要空想办不到的发明。
体裁 选好后，接着是构思设计。也就是根据基本的科学原
理和经验，设计出选题对象的形态、结构、方法与实 施方案。
构思时尽可能想出多套设计方案，再根据可行性与实用性精选
出最佳结构方案。
方案以取材简单、
巧妙易行、
缺点最少为好。
构思成熟后，就可以开始制 作了。制作时应尽可能利用现
有条件，在少花钱甚至不花钱的前提下制作出精巧的作品。某
些技 术上的问题，可以向老师和家长请教，有时还可以找一些
有关厂家帮助制作部分部件。
小发明样品完成后，还要进行实践检验与改进。即将作品
拿去使用一段时间，在使用中发现问题，并向 家长老师和同学
广泛征求意见，看还有没有改进或不合理的地方。然后综合各
23
【科学小发明】
方面的意见，对小发明加以改进。几乎每件优秀的小发明 都是
改
出来的。
至此，你将会享受到成功的喜悦。接下来 ，就可申报参加
各级青少年发明创造比赛、申请专利或向报刊投稿了。参赛的
申报文件主要包括 组委会提供的申报表、项目说明和证明材
料，其中，项目说明内容为：发明的选题是怎样发现的、发明< br>方案是怎样设计的、发明作品是怎样制作的？这项发明如何体
现出新颖性、创造性和实用性？你的 创造性贡献是什么？进一
步完善该发明的建议和设想。附上外观图（最好还有黑白照
片）、结构 图、原理图和其它必要的图表资料。凡涉及医疗保
健用品、动植物新品种和国家保护的动植物的小发明项 目，还
必须提供有关部门的证明材料。
科学小发明是一件人人能做的事，也是一项趣 味无穷的实
践活动。只要大家用心观察周围的事物，善于发现问题，提出
问题，大胆探索，动手 实践，勇于突破条条框框的束缚，就会
有所创新，有所发明。
24
【科学小发明】
第四课
创造发明的基本方法（
2
）
点子思维基本训练法
１
.
广度训练：
广度开发 ，主要采用外延式训练。比如“笔”的外延是：
毛笔、水笔、铅笔、水彩笔、圆珠笔、签字笔、验钞笔、 试电
笔……微型笔、广告笔等等。
２
.
深度训练：
深度训练，是内涵式训练。比如笔尖、笔套、笔胆、笔芯、
笔的外形、
笔的结构、
笔的材料、
笔的功能、
墨水的种类………
耐磨的原理等等。
３
.
关联度训练：
关联度训练，
是跳跃式训练。
比如由笔想到文具盒、
纸张、
书法、计算器、绘画、小手电、玩具、提醒器、速记、录音、纠错、识别………思维速度一定要快！你要顺着你那神奇的思
维线，在你大脑的信息海洋里，以最快 的速度
钓
出你需要的
信息，很多好点子就这样出来了。
福特与斯隆的思维博弈
走出思维误区——创新思维模式和方法
在 变幻莫测、充满竞争的市场经济中，企业家的思维定势
带来的经营后果，
有时却是异常惨重的。
1913
年美国著名企业
家亨利·福特受屠宰流水作业的启发，设计了汽车装配流水< br>25
【科学小发明】
线，能过标准化零部件和高架供应 线，大批量生产统一规格的
黑色“T”型车。
这一在福特脑中酝酿了整整
10
年的创新思维，
诞生了管理史上著名的“福特制”。它开创了一个新的工业生
产技术时代，也使福特成为一度占有
68
％世界汽车市场的“汽
车大王”。但是，福特在陶醉于 他创新思维所取得的巨大成就
的同时，也在大脑中埋下了“思维定势”的种子，居然公开宣
称， 福特公司从此以后只生产黑色的
T
型车。当美国汽车市场
渐趋饱和，早期购车人需要更 新车辆，对汽车的档次、性能、
外观有了更高要求时，福特的“思维定势”使他大吃苦头。美
国 另一著名企业家、通用汽车公司总裁斯隆看到福特产品单
一、款式陈旧这一致命弱点设计制造出不同价格 档次的汽车，
并且首创了“分期付款、旧车折旧、年年换代、密封车身”的
汽车生产四原则，一 举击败福特，登上了世界第一汽车制造企
业的宝座。斯隆的思维创新击败了福特由思维创新退化而来的< br>思维定势。
思维创新是一种打破了常规的、具有创见意义的思维：思
维创新的 本质旨在适应市场、开拓市场和引导市场的应变性思
维。美国著名管理学家彼得·德鲁克说过：“市场经 济是一种
开拓进取型的经济，因而创新是一种最宝贵的企业家精神”。
彩色电扇——突破定势思维
走出思维误区——创新思维模式和方法
26
【科学小发明】
日本的东芝电气公司
1 952
年前后曾一度积压了大量的电
扇卖不出去，
7
万多名职工为了打开销路 ，费尽心机地想了不
少办法，依然进展不大。有一天，一个小职员向当时的董事长
石坂提出了改 变电扇颜色的建议。在当时，全世界的电扇都是
黑色的，东芝公司生产的电扇自然也不例外。这个小职员 建议
把黑色改为彩色。这一建议引起了石坂董事长的重视。经过研
究，公司采纳了这个建议。第 二年夏天东芝公司推出了一批浅
蓝色电扇，大受顾客欢迎，市场上还掀起了一阵抢购热潮，几
个 月之内就卖出了几十万台。从此以后，在日本，以及在全世
界，电扇就不再都是一副统一的黑色面孔了。
只是改变了一下颜色，大量积压滞销的电扇，几个月之内
就销售了几十万台。这一改 变颜色的设想，效益竟如此巨大。
而提出它，既不需要有渊博的科技知识，也不需要有丰富的商
业经验，为什么东芝公司其他的几万名职工就没人想到、没人
提出来？为什么日本以及其他国家的成千上 万的电气公司，以
前都没人想到、没人提出来？这显然是因为，自有电扇以来都
是黑色的。虽然 谁也没有规定过电扇必须是黑色的，而彼此仿
效，代代相袭，渐渐地就形成了一种惯例、一种传统，似乎 电
扇都只能是黑色的，
不是黑色的就不成其为电扇。
这样的惯例、
常规、传统 ，反映在人们的头脑中，便形成一种心理定势、思
维定势。时间越长，这种定势对人们的创新思维的束缚 力就越
强，要摆脱它的束缚也就越困难，越需要作出更大的努力。东
27
【科学小发明】
芝公司这位小职员提出的建议，从思考方法的角度来看，其可
贵之处就在于，他突破了“电扇只能漆成黑色”这一思维定势
的束缚。
发散思维——点燃灵感的星星之火
走出思维误区——创新思维模式和方法
发散思维也叫多向思维、辐射思维或扩散思维。是指对某一问
题或事物的思考过程中，不拘泥于 一点或一条线索，而是从仅
有的信息中尽可能向多方向扩展，而不受已经确定的方式、方
法、规 则和范围等的约束，并且从这种扩散的思考中求得常规
的和非常规的多种设想的思维。
多向思维的概念，最早是由武德沃斯于
1918
年提出，以
后斯皮尔曼、卡推尔作为 一种“流畅性”因素而使用过。美国
心理学家吉尔福特在“智力结构的三维模式”中，便明确地提
出了发散性思维，也即是多向思维。他认为，发散思维是从给
定的信息中产生信息，其着重点是从同一 的来源中产生各种各
样的为数众多的输出。它的特点一是“多端”，对一个问题可
以多开端，产 生许多联想，获得各式各样的结论；二是”灵
活”，
对一个问题能根据客观情况变化而变化；< br>三是“精细”，
能全面细致地考虑问题；
四是“新颖”，
答案可以有个体差异，
各不相同，新颖不俗。在
50
年代后，通过对发散性思维的研
究，进一步提出 了发散性思维的流畅度（发散的星）、变通度
28
【科学小发明】
（发散的灵活性）和独创度（发散的新奇成份）三个维度，而
这些特性是创新性思维的重要内容。
侧向思维——跳出原来的圈子
走出思维误区——创新思维模式和方法
有句成语叫做“他山之石，可以攻玉”。当我 们在一定的条件
下解决不了问题或虽能解决但只是用习以为常的方案时，可以
用侧向思维来产生 创新性的突破。具体运用方式有以下三种：
侧向思维要求我们彻底打破“自我本位”的思考方式，经
常问一问自己以下一些问题：
别人正在干的我能不能不干？
别人不干或没有想到干的我能不能干？
其他行业、专业、企业的做法、思路、产品特点、发明创
造能否为我所用？
现在的产品、思路、方法能否改变原来设想的路径，转换
方向用到更能发挥作用的其它地方？
（
1
）侧向移入。
这是指跳出本专业、本行业的范围，摆脱习惯性 思维，侧
视其他方向，将注意力引向更广阔的领域；或者将其他领域已
成熟的、较好的技术方法 、原理等直接移植过来加以利用；或
者从其他领域事物的特征、属性、机理中得到启发，导致对原
来思考问题的创新设想。如为了减少摩擦，人们一直在不断地
改进着轴承。但正常思路无非是改变滚珠 形状、轴承结构或润
29
【科学小发明】
滑剂等，都 不能带来大的突破。后来，有人把视野转到其他方
向，想到高压空气可以使气垫船漂浮，相同磁性材料会 相互排
斥并保持一定的距离。于是，将这些新设想移入轴承中，发明
了不用滚珠和润滑剂，只需 向轴套中吹入高压空气，使旋转轴
呈悬浮状的空气轴承，或用磁性材料制成的磁性轴承。侧向移
入是技术解决技术难题或进行管理创新、产品创新的最基本的
思维方式，其应用实例不胜枚举。如鲁班由 茅草的细齿拉破手
指而发明了锯；威尔逊移入大雾中抛石子的现象，设计了探测
基本粒子运动的 云雾器；格拉塞观察碑酒冒泡的现象，提出了
汽泡室的设想，等等。大量的事例说明，从其他领域借鉴或 受
启发是创新发明的一条捷径。
（
2
）侧向转换。
这是指不按最初设想或常规直接解决问题，而是将问题转
换成为它的侧面的其他问题，或将解决问题 的手段转为侧面的
其他手段，等等。
【案例】冰箱用途的延伸
在 美国，每个家庭都有电冰箱，这已经持续了近一段时间
了。这种高度成熟的产品竞争激烈，利润率很低， 美国的厂商
显得束手无策，而日本人却异军突起，发明创造了一种与
19
英寸电视机外 形尺寸一般大小的冰箱。
当微型冰箱投入市场后，人们发现除了可以在办公室使用外，
还可安装在野营车娱乐车上。于是，全家人外出旅游，舒适条
30
【科学小发明】
件全部具备。微型冰箱改变了一些人的生活方式，也改变了它
进入市场初期默默无闻的命运。
微型电冰箱与家用冰箱在工作原理上没有区别，其差别只是 产
品所处的环境不同。日本人把冰箱的使用方向由家居转换到了
办公室、汽车、旅游等其它侧翼 方向，有意识地改变了产品的
使用环境，引导和开发了人们的潜在的消费需求，从而达到了
创造 需求、开发新市场的目的。
（
3
）侧向移出。
与测向移 入相反，侧向移出是指将现有的设想、已取得的
发明、已有的感兴趣的技术和本厂产品，从现有的使用领 域、
使用对象中摆脱出来，将其外推到其他意想不到的领域或对象
上。
这也是一种立足 于跳出本领域，
克服线性思维的思考方式。
【案例】拉链的诞生
拉链的发明曾被誉为影响现代生活的十项最重大的发明
之一。它的发明人贾德森是为了解除系鞋带的麻烦 而想到的，
并于
1905
年取得了专利权。这项发明吸引了一个叫霍克的军
官 ，他决定建厂生产拉链。但是，专利本身只是一种“可行”
技术，并不是一种“成熟”的技术。拉链虽好 ，但需要特殊的
机器才能批量生产。霍克经过
19
年的时间才研制出拉链机，
可有了拉链却没有人用这个东西代替鞋带。他用了很大的努力
仍然找不到销路。后来，一个服装店老板将 思路引向了鞋带以
外，生产出带拉链的钱包，赚了一大笔钱。从那以后，半个世
31
【科学小发明】
纪以来，拉链几乎渗透到人类讨会生产、日常生活的每一 个角
落如衣服、枕套、笔盒等等。
总之，不论是利用侧向移入、侧向转换还是侧向移 出，关
键的窍门是要善于观察，特别是留心那些表面上似乎与思考问
题无关的事物与现象。这就 需要在注意研究对象的同时，要间
接注意其他一些偶然看到的或事先预料不到的现象。也许这种
偶然并非是偶然，可能是侧向移入、移出或转换的重要对象或
线索。
逆向思维——反其道而行之
走出思维误区——创新思维模式和方法
【故事】孙膑智胜魏惠王
孙膑是战国时著名兵家，至俄国求职，魏惠王心胸狭窄，< br>忌其才华，故意刁难，对孙膑说：“听说你挺有才能，如你能
使我从座位上走下来，就任用你为将 军。”魏惠王心想：我就
是不起来，你又奈我何！孙膑想：魏惠王赖在座位上，我不能
强行把他 拉下来，把皇帝拉下马是死罪。怎么办呢？只有用逆
向思维法，让他自动走下来。于是，孙膑对魏惠王说 ：“我确
实没有办法使大王从宝座上走下来，但是我却有办法使您坐到
宝座上”。魏惠王心想， 这还不是
-
回事，我就是不坐下，你
又奈我何！便乐呵呵地从座位上走下来，孙膑马上 说：“我现
在虽然没有办法使您坐回去，但我己经使您从座位上走下来
了。”魏惠王方知上当， 只好任用他为将军。
32
【科学小发明】
哲学研究表明，任命事物都包括着对立的两个方面，这两
个方面又相互依存于一个统一体中。人们在认识 事物的过程
中，实际上是同时与其正反两个方面打交道，只不过由于日常
生活中人们往往养成一 种习惯性思维方式，即只看其中的一方
面，而忽视另一方面。如果逆转一下正常的思路，从反面想问题，便能得出一些创新性的设想。
【案例】晶体管的革命
晶体管的发 明曾引起了一场世界电子革命。这其中的逆向
思维起了很大的作用。
50
年代，
世界各国都在研究制造晶体管
的原料锗。其中的关键问题是要将错提炼得很纯。日本的专家
江 崎与助手在长期的探索中，不管怎样小心操作，总免不了混
入一些杂质。每次测量其参数，都会发现显示 不同的数据。有
一次，他想：如果采用相反的操作法，有意地一点点添加进少
许的杂质，结果会 怎样呢？经实验，当将锗的纯度降到原来的
一半时，一种极为优异的半导体就诞生了。
逆向思维也是企业经营管理创新中重要的思维方式。逆向
性思维具有以下特点：
1
）普遍性。逆向性思维在各种领域、各种活动中都有适
用性，由于对立统一规律是普遍适 用的，而对立统一的形式又
是多种多样的，有一种对立统一的形式，相应地就有一种逆向
思维的 角度，所以，逆向思维也有无限多种形式。如性质上对
立两极的转换：软与硬、高与低等；结构、位置上 的互换、颠
33
【科学小发明】
倒：上与下。左与右 等；过程上的逆转：气态变液态或液态变
气态、电转为磁或磁转为电等。不论那种方式，只要从一个方< br>面想到与之对立的另一方面，都是逆向思维。
2
）批判性。逆
向是与正常比较而 言的，正向是指常规的、常识的、公认的或
习惯的想法与做法。逆向思维则恰恰相反，是对传统、惯例、
常识的反叛，是对常规的挑战。它能够克服思维定势，破除由
经验和习惯造成的僵化的认识模式 。
3
）新颖性。循规蹈矩的思维和按传统方式解决问题虽然
简单，但容易使 思路僵化、刻板，摆脱不掉习惯的束缚，得到
的往往是一些司空见惯的答案。其实，任何事物都具有多方 面
属性。由于受过去经验的影响，人们容易看到熟悉的一面，而
对另一面却视而不见。逆向思维 能克服这一障碍，往往是出人
意料，给人以耳目一新的感觉。
【案例】白痴咖喱粉
日本
HU-OSE
食品工业公司的浦上董事长 对咖喱粉新品种
的开发情有独钟。他曾推出跟传统咖喱粉大为不同的“不辣咖
喱粉”。当时食品 业对浦上大加嘲笑，认为他是“发疯了”。
当时，在世界任何地方，咖喱粉的味道都是辣的。但是，出乎
意料是，被人们断言卖不出去的“白痴咖喱粉”推出不到一
年，竟成为日本最畅销的调料品之一 ，至今仍然称霸不衰。
34
【科学小发明】
第五课
获奖小发明案例分析（
1
）
案例
1
：安全书包
35
【科学小发明】
案例
2
：新型多功能病床
36
【科学小发明】
案例
3
：创意拖把
案例
4
：方便水桶
37
【科学小发明】
案例
5
：内通式立交桥
38
【科学小发明】
第六课
获奖小发明案例分析（
2
）
案例
6
：流动车库
案例
7
：曾经的一项经典发明
39
【科学小发明】
案例
8
：把粉笔和黑板擦二合一
案例
9
：多功能健身自行车
40
【科学小发明】
案例
10
：带照明的雨伞
41