發明創造源自對客觀環境的觀察

田勝尼+蔣立科+查康+蔣金文

摘要：發明創造是人類通過生產活動或科學試驗所創造出新產品、新理論并能用于社會再生產的新技術和新方法。它的工藝手段和設施比原來所使用的更完備，能成為推進社會發展的動力和源泉。然而，卻也看到不少人對這個問題的認識缺少嚴謹性，圖省事，無毅力，存在患得患失的功利思想。為了推進改革的不斷創新，本文作者結合帶領青年學生創新活動的實踐，通過對目標觀察，觀察后的比較，比較后的求異和攻關破難毅力的錘煉所感，與廣大熱心于創新人員交流，并與同行們在新的歷史平臺上，相互激勵使創新的隊伍更加壯大，實現不被西方純“SCI、ESI、和IF”所湮沒，而是把我們中國人的汗水和靈感激發起來，創造出屬于自己的公式、定理和精巧的機器，進而破解科學上一個個世界級難題；用“上甘嶺”精神創造出更多更富于時代氣息的物理“第三種波粒二象性”的甘永超公式、“巨殼子炮”和“太極粒波”的科學技術哲學與文化原創；用生命有序的新科學理論改寫達爾文“生物進化論”，揭示生命“生死觀”的神秘性。

關鍵詞：發明創造；環境；觀察

眾所周知，發明創造源自人類的生產實踐。生產實踐的過程就是一個對環境的觀察、找出問題、思考解決問題的方法或技術，并形成一定科學理論的旅程，包含的兩層含義即發明和創造。發明是通過觀察所發生的某一事件，找到改造客觀存在問題的淵源，從而設計或規劃出攻克問題的方法和技術，不但實現對問題的解決，并獲得結果，而且可被重復，獲得與前者類似的結果。創造是對同一事件所解決的結果再用前述過程進行規模化的數學放大，形成更多的財富和更大的影響力，使更多的人能分享，產生更好的價值。因此，發明是創造的前提，并為后者的形成奠定基礎，后者是前者的數學放大、完善、發展和對社會的滲透，二者的結合就是創新。為推動萬眾創新和大眾創業，驅動社會經濟的發展，本文從客觀環境中學會觀察和比較，調動和激發個人的研究興趣和熱情，對獲得發明創造的創新意識進行了論述。

1 科學的觀察與魅力

發明創造包含發現和創造兩個階段，前者為人類生產活動所獲，是對客觀事物觀察結果的回憶，后者是對前者的完善。然而卻有很多人尚不知創新和創造兩個觀念的內容和差異，對發明創新的審視處于盲目的模糊層面，把對客觀事物改進和革新與之混同，導致對客觀事物更新改良均看作發明創造。

1.1 什么是觀察

觀察是一個人對感興趣課題所形成的方法，是探索科學深處秘密的大門。觀察的實質是獲得感性資料與信息的過程。其任務是考察自然，記載事實和描述自然界發生的各種現象，否則就無法認識所有現象的本質和規律。概而言之，正如愛因斯坦所說“理論之所以能夠成立，其根本在于它同大量單個觀察關聯著，而理論的真理性也正在于此。”

1.2 觀察的作用

觀察是人類通過感覺器官對客觀環境所發生過的色、味、聲及物質狀態發生變化的認知和辨別，然后根據所發生變化量值進一步分析確定處理方案。任何假說或想象只有經過對科學反復檢驗，即對客觀現象進行重復性的觀察，才能最終確定為科學理論。如天體中星球之間，是否存在除引力物質外的另一類物質，是著名諾貝爾獎獲得者李政道博士帶領的五個團隊經長期研究，從六個方面進行觀察分析測定，從而才證明出太空中的確存在著暗物質，才能使星球之間能保持一定距離運行而懸掛在天空，并非是物體間的引力物質，而是另一種真空中存在的特殊物質，這一發現對于開展深空探索和解開宇宙星空運動的謎團具有重大意義；其次，對從事科學研究人員來說，觀察能調動和激發一個人的研究興趣和熱情，增強他的責任感和完成所承擔工作的決心。

1.3 觀察的魅力

觀察魅力，實質上是人看問題的能力和靈感，是人類創造性思維能力的組成部分，是人類探索自然、改造自然活動所具備的素質。觀察能力強的人，一看即可產生靈感，并反映出一件事、一個物體內在的核心問題，其反映出的認識深度和速度較其他人快捷、準確，不僅能在單位時間內所獲客觀現象信息素，而且能很快悟出能發揮作用的重要信息。正如X射線的發現，導致人類醫學飛躍進步，其實電學上陰極射線的研究在倫琴之前至少有玻爾等7位科學家就有類似的發現，但闡明X射線的特征和產生的規律卻是倫琴提出的。

2 觀察魅力潛在的秘密

2.1 在比較中觀察周圍環境事物產生變化的背景

凡是從事自然辯證法研究的人均知道，欲要作出發明創造的人，必須懂得有比較才有辨別，通過對類似現象的比較，找出兩者或者諸多同類現象的差異才有發現或發明。若不能比較就看不出事物內在的本質，甚至是一個本質相同，而僅外表不同也被視作不同物質，故沒有比較就沒有發明創造的出現。

2.2 比較的定義與特點

⑴ 什么是比較思維？比較思維就是指對確定對象之間不同水平上差異點和共同點比較的思維模式。自然界中任何事物無論有多大差異性，但也終究還有共同點，且同一差異總是不可分割地聯系在一起，這就構成了比較思維的客觀基礎。

⑵比較的重要性：比較可以把陌生對象、熟悉對象兩者外表和內在結構進行對照，把同類或相似未知的東西和已知的東西進行相對比較，特別是在資料比較少的時候，比較更顯得特別重要。它可以啟發思考，提供思維，進一步認識客觀環境。如本文作者蔣立科教授在研究生命為什么有“生”和“死”的問題時，通過比較能量代謝的吸能與放能，運用物理學中熱力學五個定律的熵焓變化而闡述生命的生死本質，即把“生”看作是將環境的能量注入生物系統，是一個焓增加，使物質由無序轉變為有序的過程；“死”是生物系統把機體內的能量向環境釋放，并使有序的組織結構轉變為無序的非生命物體的物質過程。這科學的解釋了達爾文學說中尚未闡明生命過程的“生”與“死”的問題，激發人類應怎樣正確看待生命活動遷移的規律。

⑶ 比較思維的產生：比較思維來源于類比，是一種從特殊到特殊或任意一般到一般的推理，是根據兩個對象之間在某些方面的相同或相似而推出它們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。如地球平面東南西北的改變就是一個從太陽逆轉方向運行而改變的推理，還有生命科學上類比思維過程的一般規律也是如此。第一步比較兩個不同的現象找出它們的相同點或相似點；第二步以找出兩個對象的相同點或相似點為依據和前提，把其中某對象已知屬性推移到另一對象中去，從而獲得對該對象原來未知屬性的認識。

2.3 同同求異創新篇

同同求異是比較兩個或兩個以上的相似對象，再找出不同點。這種比較著眼于事物間的同中有異。應用這種比較可以使人們認識到表面相似的事物之間的差異性。例如從宏觀上說，國家的主流文化和新滲入的西方網絡文化，是同屬思想意識的文化，反映了人們對觀察外界環境的不同著眼點，前者是指社會、時代對人的思想和行為所倡導并能發揮作用的文化，并已成為主流意識形態的核心部分，規定著社會的精神生活，體現著時代風貌的主導思想，決定著一個國家文化的發展方向；而與前者相比的網絡文化則是聯合國教科文組織對全球化的描述，作為大眾傳播媒介的影視傳媒，為不同國度、不同語言、不同膚色的人類提供著清晰畫面和及時信息，展現著多樣的人生觀和價值觀。若將相似的兩個類似思想加以比較，后者雖然疏通了人類之間的相互了解和交往的金字塔，但縮短了地球這端與另一端的思想距離，其內容頗豐和繁星璀璨的特征，啟迪人們如何實現兩者相互包容，達到求同存異，共同發展而不對抗的發展動力。

2.4 同異的綜合比較

這種方式的比較是指比較兩個或兩個以上對象的相同點、不同點。這種比較著眼于同、異點同時比較。如同一種動物三個組織的多糖（如喉鼻骨的硫酸軟骨素、肺中的肝素和眼球中的玻璃液的透明質酸），均用一種方法去提取，從技術層面上看，不能看到技術上的區別，除了材料和終末產物的不同，看到一種提取方法對不同物質的比較只能從類似基團是否具有可辨別性，但無較大的發明和創新，或創新性不強，只是發現新事物，不屬發明。應用這種比較，可使人們認識到事物間的相同點和相異點，從而認識到事物的全貌，如技術方法的分類不同，不同原材料可用同一方法提取的物質只是物質局部結構不同，有效基團則相同。因而才獲得三種多糖含有三種相同活性物質，但不同結構顯示所含不同比例。

3 觀察中比較派生出興趣

發明創造需要興趣作為動力。即不存在無興趣的發明創造。不論在何種狀況下，從事著何種工作，他都鼓勵著你在克服困難中如何執著地追求和堅持，直到化解問題的瓶頸。

3.1 興趣激發創造的思維

興趣的產生、延伸、認識和情感相聯系。若對某件事物或某項活動沒有認識，也就不會對它有情感，因而不會對它有興趣。反之，對某一事件接觸越多，認識越深刻，情感越熾烈，興趣也就越會激發和加深，興趣可令人集中注意力，產生愉快和強烈追尋的心理狀態。這對人類社會的認識和活動會產生積極的影響，有利于提高工作的質量。如若沒有對宇宙空間真空狀態的了解，那星球為什么不會因無空氣和其他作用力落下來？李政道團隊通過對這一課題的不斷的探索和解密，發現了宇宙空間暗物質。研究指出對一種物質存在需6個條件的存在作為重要的答案，初步揭開了宇宙星球“懸掛”的秘密，從而為人類對宇宙航行的探索作出了偉大的貢獻，以致使人類能夠阻斷時間的流逝而把遙遠時代神秘面紗從容審視。因此興趣可以提供科技創新所必需的想象力及敏感的跳躍思維。

3.2 興趣引爆創新的火光

由上述所知，一個人若一旦對某一事件產生濃厚的興趣，就會傾心關注該事件，會積極的去追尋他所傾心事件的發展結果，并從中探索其規律性和加以利用。在這種孜孜追求中獲得由衷的樂趣，激發更強毅力而獲得它的全部。如蔣立科教授于上世紀八十年代初從師于復旦大學生物系沈仁權教授從事蛋清中溶菌酶發現與分離的實驗教學，在花粉壁結構成分研究中發現也存在類似大腸桿菌上所具有相關類似的肽聚糖，通過大腸桿菌細胞膜被溶菌酶水解的方法，推測十字花科油菜類植物花粉壁可能存在肽聚糖而被溶菌酶破壁，使油菜等十字花科植物花粉營養物開發得以實現，使花粉營養物保健食品在運動員身上得到有效應用。后來他通過對蝸牛等軟體食草動物能食野草和蔬菜，產生利用蝸牛消化道中能水解多種花粉的外壁的酶，從而有效改善了原來蛋殼蛋清對某些含肽聚糖成份的花粉破壁，轉而采用蝸牛消化道里提取物對含纖維素和木質素等復雜成分花粉破壁，使絕大多數花粉均能破壁，既提高了破壁效率，又可達到節能減排，避免了二次污染，并因此獲得國家科技發明獎。這些不尋常的發現和發明使我們看到了興趣，讓我們能夠一門心思地去觀察自然和刻苦的研究，推動著人們努力去創新創業。

3.3 興趣提升創新的層次

興趣，不僅使人們被科學發展過程感悟的具體行為推動積極從事科技創新工作，而且還能使人在艱辛繁瑣的科學研究中體會到快樂。從心理學角度看，人對什么產生了興趣，就會在頭腦中形成優勢興奮中心，從而使得注意力不僅高度集中，并能維持很長時間，進一步達到情緒飽滿、精神愉快、充滿自信、聯想豐富的最佳狀態。

在實踐過程中，不可能會一帆風順，可能會遇到各種挫折和打擊。例如在鮮肉的保存研究中，人們最早的手段是鹽或糖的化學腌制，而后來發展到脫氧和充入氮氣以至控制起腐爛作用的微生物，但這些技術方法不僅耗能大、危害人類健康，而且也尚未達到真正意義上的保鮮，使鮮紅的豬牛肉改變顏色而變質。在這一時刻，興趣可以使我們保持良好的心態，幫助我們克服心理上的多種不利因素，在保持一份平和心態的同時，使我們轉變傳統的思維方式，聯想到可以通過對乳酸菌肽的研究，并將其應用到冷豬牛羊肉的保鮮上，于是就有了一項新的創新興趣。如此我們可以看出一份良好心態的積極作用是任何知識都無法代替的。因此，人的觀察欲望越強興趣越廣泛，適應能力就越強，心態就越平穩。在科學研究過程中，無論成功還是失敗，我們都能從中得到享受，并且學會從多個層面思考問題，創新不僅僅會停留于興趣的表面，而是通過興趣了解其真正的關鍵所在。

4 培養觀察中的興趣，增強攻克創新道路挫折的勇氣

科學研究的本身就是探索未知的世界，世界的深處就是黑洞，處處時時都是困難重重，看到的東西如同雪上懸崖，覺察的物體是熾熱或呼氣成冰。既需要膽量和勇氣去探索，也需要永恒的毅力和信念去堅持。

4.1 攻克困難的勇氣與毅力

什么是勇氣？從社會學上講是人類征服自然和攻克社會人為壁壘的膽量，改造自然和超越工作難關的信心與力量。一個人只要對某一事物有執著地追求精神，就有無窮無盡的力量，即使有千難萬險也阻斷不了他的力量和勇氣。如革命戰爭年代的那些英雄人物，董存瑞為阻止敵人坦克過橋，站在橋墩之下，用手臂把拉開引火線的炸藥包頂住橋墩，與橋同歸于盡，保障了戰斗的勝利；和平建設時期，原子彈研究的先驅鄧稼先為了國家的強大冒著核爆炸試驗強烈的放射線輻射，奔向試驗場采集殘物，檢查試驗結果等等。這些都表明一個胸懷民族大義的英雄，為了民族獨立解放的偉大信念而不怕英勇犧牲，而為了國家強大而鐘愛科學的創造也需要不怕犧牲、勇往直前的奮斗勇氣，沒有這一點就不可能作出突出的奇跡。而這種勇氣就源自興趣的執著。在科技隊伍中像數學家陳景潤，為了改變百余年數學上未解決的哥德巴赫猜想的答案，對這一難點像著了迷一樣的運算，走在路上撞上了樹干及上廁所的墻上，最終摘下這顆數學巨樹上的明珠；此外，文化藝術上也是類同，如蒙娜麗莎撲朔迷離的神秘微笑，時而溫柔舒暢，時而冷漠嚴肅。使得每一個觀賞者都深陷于此渾然忘我。而蒙娜麗莎神秘的微笑一時也成了一個難解的疑團，在所有觀賞者的心中都揮之不去。但到2000年，美國哈佛大學腦神經科學家列文斯通終于從科學角度解開了這一疑團。原來造成其神秘微笑的原因是由于觀賞者眼睛注視位置的不同。而人眼的視網膜有兩個不同的區域，一個善于分辨色彩和細節，一個善于分辨運動和陰影。而達芬奇巧妙的運用了其獨創的暈涂法，使人物的輪廓和陰影顯得模糊而朦朧。因此由觀察產生的興趣是科技創新的基礎。既提供了攻關發明創新的戰略，又提供怎樣攻關的入門和技巧，還通過比較激發攻關的興趣與執著，從而萌發攻克難關的勇氣與毅力，最終達到柳暗花明。

4.2 不懼科學深處的神秘，勇于挑戰極限

常態下，自然界的事物和所發生的異常現象不易顯露其特征和規律，只有使它處于某種狀態才能顯示它的規律性，并且只有使其物質的變化過程向著指定的方向強化，才可能發現有重大意義的新現象或新創造。例如在超高壓下物質原子間的自由空間被壓縮或電子殼層發生變化。20世紀60年代末，德國Maxplank研究所的科學家Zose根據這一理論首先被引入工業界，發現細胞中的大分子物質在200萬大氣壓下于常溫時就可使分子間化學鍵斷裂釋放，進而生物化學家用來通過控制惰性CO2的狀態變化而實現直接從茶葉抗氧化劑的茶多酚，從淫羊藿和蜂膠提取黃酮。鑒于這一技術存在耗能高、效率低、成本大等缺陷，我國學者祁鯤、朱新亮等人利用水在一定壓力下，將水加熱到100℃以上（臨界溫度374℃以下）達到仍保持液體狀態，發現其臨界水隨著溫度的升高氫鍵逐漸減弱甚至斷裂，因而極性由強而變弱，由常溫并加熱至250℃，5MPa，使水介電常數由78降至27。同時他們又相繼發現對正丁醇等溶劑進行一定增溫和保持一定壓力的亞臨界狀態對于麥胚芽中麥胚油、蛋白進行亞臨界提取，使10余種糧油原材料中稀有成分附加值提高2～3倍，每公斤加工成本降低2倍以上。目前該項成果向國內推廣50余家，國外20余個地區，于2014年被評為國家科技發明二等獎，達到世界領先水平。為推廣該項技術，促進農林產品附加值提升，國家教育部、科技部在河南省安陽市設立了國家級人社部科研工作站。

以上事例可以看到，科學家雖對兩種物質作出了經典理論所不能作出的貢獻，但兩種不同結果是兩種技術方案的原理不同。前者是采用極限狀態向下物質溶解度的不同而分離，后者則是加熱非極限狀態表現對溶媒不同親和度而被分離的。過程的不同導致不同的效益，深刻提示了我們只要對一定事物產生關注和處理，還必須懷有明確的目的和強烈的興趣，才能用不懈的堅持精神來達到對夢想的實現。

5 目的性的觀察終將開辟未來

盲目的觀察，只是一時的好奇，而有了目的或欲解決問題的觀察，才能追求和獲得結果。觀察后興趣的產生是探索的動力，但需要追求結果的主人，根據對所觀察的結果提出問題，即對所觀察的結果提出產生的機理、過程存在的問題及解決問題的方法，這就是質疑。然后鼓起構思追求取得方案的勇氣去攻關，才能建設未來。

觀察包括微觀和宏觀二大類。前者限于個人工作平臺對具體對象或事物從不同角度進行主觀和辨別外表和內部結構特征，而后者是對個人周圍環境發生的事件進行現象考察、采集和整合，轉化成事件的發生、經過及對存在問題提出解決方案的過程，從而促發人的思考，把對問題更深層次的研究記入日程。在后續過程中通過對所發生事物或現象提出一系列問題，再擬出解析的策略和方案。

觀察的質疑是創造的開始，是思維活動中的高級過程，也是個人在已知經驗、對觀察到的事物所了解狀況的基礎上，從某種生命或物理學的物質所發生現象、過程和科學事實中形成新概念，建立新規律，完成新理論，構想出新技術或方法的思維過程。

眾所周知，科學創新貴在質疑。偉大的物理學家愛因斯坦曾說過：“提出一個問題往往比解決一個問題重要。”比如空氣霧霾問題影響了人類呼吸系統健康，威脅人體生命安全。為此許多科學家紛紛從物理學、化學、生物學提出如何治理霧霾。要解決這一關系人類健康的大問題，首先就需探索產生霧霾的物質是什么，這些物質又是如何產生的，才能制定出治理技術方案。作者認為，弄清楚霧霾的產生背景是至關重要的一點。霧霾物質來自于人類生產活動過程中的盲目性。要解決問題除遏制霧霾物繼續增加，保持現狀外，還應通過節能減排，達到產生與減少的動態平衡。其二是“解鈴”還須系鈴人。據我們研究組經驗認為，組織廣大的生物學家從綠色植物的葉綠體結構的優化和改造入手，從而提高光合作用效率，通過增強氧的釋放量，加速對霧霾物質的轉化，并解決二次污染的再發生，再解決綠色水生植物對水中有機污染物對水質的破壞，向水陸兩生過渡性植物細胞結構進行改造，再完成高等植物葉綠體生物改造。當然這一過程難度較大，需要生命科學中的眾多專業人員的協同作戰，否則僅靠物理和化學手段，該課題是難以攻克的。

對于當前的環境污染問題如同體育競賽場上超越極限一樣，也是一種攀登世界局部頂峰的極限，需要生命科學家樹立勇氣，沖破傳統生命系統的封閉觀念，去改變傳統的“修補”研究方式，不畏艱難地改寫原有規律，擯棄就生命而生命單一學科的修復，而是需從突破性包融物理化學方法的融入，像60年前誕生基因工程那樣，把從生物體中含胰島素基因轉入原核大腸桿菌表達時，也把高光合效率作物中的F-1蛋白基因轉入高等植物種子表達。

綜上所述，任何發明創造都必須通過精密觀察，取得對某種事物外表形象和內在結構特征的分析，并與同類物質的比較，找出不同或相同物質本身的差異及彼此相似現象才能夠制定正確的策略和方法加以解決。

基金項目：安徽農業大學教研項目資助（2016skyjy003）