宋老師講創(chuàng)新方法

宋國松

小典故

石磨

我國在進入農(nóng)業(yè)社會后，人們學會了用石頭壓碎或者碾碎谷物，后來又發(fā)展到把谷物放在石臼里用杵來舂搗。到了東周時期，人們在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，與搗碎相比，研碎效果更好。于是，人們將兩塊比較堅硬的圓石，各鑿出密布的淺槽，合在一起，用人力或畜力使它轉(zhuǎn)動，就把谷物研磨成粉了。

把谷物放在石臼里用杵來舂搗，這已是糧食加工工具的一大進步，但是仍然費時費力。石磨的發(fā)明則把杵臼的上下運動改變?yōu)槟ケP的旋轉(zhuǎn)運動，使杵臼的間歇工作變成了磨盤的連續(xù)工作。這是采用狀態(tài)逆向法的典型案例——通過運動狀態(tài)和工作狀態(tài)的逆向，大大減輕了加工谷物的勞動強度，提高了效率。

工具箱

狀態(tài)逆向法

在科學技術(shù)中，狀態(tài)指物質(zhì)系統(tǒng)所處的狀況，如溫度、壓力、體積、速度等，也指各種物態(tài)，如物質(zhì)的固、液、氣態(tài)等。

狀態(tài)逆向法是指人們根據(jù)事物（或系統(tǒng)）某一狀態(tài)的逆向方面來認識事物，進而引發(fā)創(chuàng)造發(fā)明的方法。

大型電動臺刨、鋸。過去，木匠用鋸和刨來加工木頭，都是木頭不動工具動（實際上是人動）。這樣做，人的體力消耗較大。為了改變這一狀況，人們從工具不動、木頭動的角度出發(fā)，設(shè)計發(fā)明了一種大型電鋸和電刨（見右圖），從而大大提高了效率和工藝水平，減輕了勞動強度。從木頭加工狀態(tài)靜與動的改變，就可知它與“狀態(tài)逆向法”是緊密相聯(lián)的。

電冰箱制冷循環(huán)系統(tǒng)。氟利昂在常溫常壓下呈氣態(tài)，如果使其成為液態(tài)，需要采取降溫或加壓等方式來實現(xiàn)。而電冰箱的制冷方式，恰恰采用了“狀態(tài)逆向法”。首先通過壓縮機使氟利昂變成液態(tài)，然后使液態(tài)氟利昂通過毛細管（制冷的關(guān)鍵部件，見左圖），使其突然減壓迅速汽化，快速通過冷凝器從周圍吸收熱量，其周圍因放出熱量而溫度降低，從而達到了制冷的目的。

（注：氟利昂進入大氣會破壞臭氧層，目前已被禁用，冰箱也都成了無氟冰箱。）

兩向旋轉(zhuǎn)風力發(fā)電機。由我國發(fā)明家蘇衛(wèi)星發(fā)明的“兩向旋轉(zhuǎn)風力發(fā)電機”誕生于2007年。過去，發(fā)電機共同的構(gòu)造是各有一個定子和一個轉(zhuǎn)子，定子不動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。而“兩向旋轉(zhuǎn)風力發(fā)電機”采用了“狀態(tài)逆向法”，使“定”子轉(zhuǎn)動，突破了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子單向運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了定子、轉(zhuǎn)子在同時間內(nèi)相對運轉(zhuǎn)，使相對轉(zhuǎn)速得到了很大的提高，導(dǎo)致了線圈切割磁力線次數(shù)增加，發(fā)電效率比普通發(fā)電機提高了數(shù)倍。

新型直驅(qū)動列車車輪發(fā)電裝置。在中學階段，學生所學到和所見到的發(fā)電機基本結(jié)構(gòu)是：磁體為定子、線圈為轉(zhuǎn)子。而2010年獲第七屆宋慶齡少年兒童發(fā)明獎的銅獎作品“新型直驅(qū)動列車車輪發(fā)電裝置”，運用了“狀態(tài)逆向法”：將線圈由“轉(zhuǎn)”改為“定”，固定在車輪旁邊的支架上；磁體由“定”改為“轉(zhuǎn)”，鑲嵌在列車車輪上，隨車輪而轉(zhuǎn)動。這樣所形成交替變化的磁場，就會在線圈中產(chǎn)生交替變化的感應(yīng)電流，達到了發(fā)電的目的。

思考題

一、認識狀態(tài)

通過網(wǎng)絡(luò)、圖書等方面的資料收集，談?wù)勀銓Α盃顟B(tài)”二字的認識。

二、認識方法

請舉發(fā)明實例說明什么是狀態(tài)逆向法。

三、實踐項目

請你運用狀態(tài)逆向法進行一些發(fā)明設(shè)想，并嘗試完成它。