例談中學教師創造發明的基本過程

摘 要：“不滿足”和“好奇心”是發明創造的源泉，發明需要“幻想”能力，發明的實現依賴于發明設計，設計是將“幻想”變為現實的核心途徑。要使設計合理，需要制作與改進。產品改進就需要對各種數據進行分類處理，要凸顯亮點級數據。研發成功應注意推廣與應用。

關鍵詞：發明；設計；創新

發現與發明是人類進步的兩臺強大引擎，共同推動著歷史的前進。2016年8月8日國務院印發《“十三五”國家科技創新規劃》，依據《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》《國家創新驅動發展戰略綱要》和《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》編制，明確了我國科技創新的總體思路，要著力建設創新型人才隊伍，著力推進大眾創業、萬眾創新，努力實現“中國夢”。2015年9月，教育部發布《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》，提出未來五年對教育信息化的規劃，明確有效利用信息技術推進“眾創空間”建設，探索STEAM教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識，努力推動教育教學創新的發展。作為教育工作者的我們怎樣去實現萬眾創新，怎樣做一個創客型教師？怎樣實現創新發明夢？下面通過實例來探究創造發明的基本過程。

一、“不滿足”和“好奇心”是創新和發明的源泉

創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%的表現都是由遺傳基因決定，而創造力則不同，三分之二以上的創新技能是習得的[1]。創意想法既不是“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意的、另辟蹊徑的[2]。在我們不經意之間看到某個物體或某種方法、某個地方令人不滿意，好奇心就會驅使我們前進，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生靈感，一種新的想法靈光一現，創意油然而生。

如教學“空間幾何體的結構”時，棱臺、棱錐側棱相交于一點，棱柱、棱錐、棱臺之間的內在聯系這些內容，老師上課都是通過口述，最多是做個動畫給學生看一下，學生不能像了解物理的萬有引力和化學的氧化還原反應那樣可以通過具體的實驗得出結論。這些大多數都是紙上談兵，不能實現知識從實踐中來。這就使我產生了困惑，萌生了研究動態教具的念頭：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，讓學生可以通過實驗得出結論那就完美了。

二、“幻想”是創新和發明的靈魂

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；“蛟龍號”已經可以下潛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”是創新和發明的靈魂。“幻想”的力度越大，發明的東西就越先進，別怕做不到。創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，無法體現三者的聯系，我就“幻想”著去發明一種可以變化的教具，通過連續變化去揭示事物的本質，而不是像以往教具那樣固定不變，呆板、抽象，導致學生對這三者的認知較為孤立，都只是停留在想象中，較難理解。可以連續變化的教具當前是沒有的，應該是個很好玩的東西。學生可以通過動態的實驗得出結論，學生的學習也不再乏味。這種想法一提出，就遭到很多人的懷疑和否定，都認為不可能實現，都認為不可能有現有的固定教具好。面對他人的質疑我們應堅定信念，也許別人的質疑越多，你的創意越好。

三、設計是創造發明的核心

創造性的本質是瞬間的頓悟，而創造性的想法是從無意識中神秘出現的，它產生于你拒絕慣例時。當你不拘泥于那些陳舊的做事方式，獨自一人時更具有創造力[3]。發明都要經過設計的環節，設計是創造性的呈現，需要邏輯的推理、思想的啟發、原理的再構建、靜靜的思考。

一件衣服穿起來是否舒服，是否好看，本質上取決于設計，設計是制作一件衣服的核心。如要實現我之前的“幻想”就需要我將四棱柱的上底面進行變換，準確地講應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。可怎樣才能變小？這需要從邏輯上去分析設計。小的話就會有一部分消失，往哪里消失？這是我設計要解決的第一關。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。學生作業本交得參差不齊，我在看作業時，習慣性地用手一靠，就齊了，我連忙重復了幾次，很好的設計方案產生了：將面進行分割，一上一下不就成了！

可怎樣才能連續變化？這成了設計的第二關。設計需要邊思考邊實踐。通過實踐、觀察，需要軌道，于是在四周設計了軌道，理論上得以實現。當上底面變化時，四側棱會一起變化，怎么辦？側棱變化時，發現側棱與上、下底面所成角度在變化，又怎么實現……設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。

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

四、發明的實現：制作

我們的設計是否科學，實踐是檢驗真理的唯一標準。我們需要將他做成產品，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，也許比設計更痛苦。可以自己加工，也可以嘗試找作坊，找精加工店，當然最好的是與設計產品相對應的工廠。找到加工的地方后，需要提供相應的圖紙、參數，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，說明你的東西達到了發明級別，一看就懂、一說就會的肯定不是發明）。尤其新功能的實現，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：自己設計，工廠加工。

五、數據處理與改進

人們常說：“三分長相七分打扮。”“金無足赤，人無完人。”也許當你看到初加工完的產品時，你會差點崩潰，這產品和你想象的也許完全不一致，功能上也無法實現。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。因此原有設計中的不足也會隨著產品的加工和實踐顯露出來。這時我們需要改變設計的參數，零配件的位置、方向，更換其他結構的零配件，修改力度的大小……甚至需要整體重來。

但在重來或修改設計前應記錄下前期設計產品的各種合理的、不合理的數據，可以按等級分類。合理數據一般可分為：亮點級、優級、良級、合格級；不合理的數據一般可分為：致命級、危害級、影響級、誤差級。然后對合理數據的取舍一定要保留好亮點級數據，這是我們產品的命運所在；對于優級數據可以嘗試通過改進盡可能變為亮點級數據；對于良級、合格級數據應盡可能使之變為優級數據，減少合格級數據的比例。對不合理數據的處理中，致命級數據是不能出現的，這必須重新規劃設計，對危害級數據需要改進，必須達到不影響產品的整體效果，降為影響級，最好降為誤差級。對于影響級的數據可以通過參數修正，位置、角度、力度等調節使得影響降至最低，變為誤差級。對于誤差級數據，可以接受的就暫且讓它存在，可以規避的必須轉化為合格級或良級。

根據數據處理的基本方法，產品一般都需要經歷改進階段，改進后的產品再生產、再改進、再生產……直到“幻想”變為現實。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），展現三者相互聯系的動態教具發明成功。它可實現空間圖形：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變化，以及棱柱、棱錐、棱臺結構特征的假設與驗證[4]。

產品質量的優劣不僅取決于設計，更依賴于科學的優化改進。

通過多個回合的改進實踐，一個比初步設想更好的、功能更豐富的產品成型了，改進是產品優化的必經之路。

六、產品功能推廣

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

積極心理學表明，創造力是在人潛能驅動下產生的，只要你有心，具有創造性個性：好奇心、想象力、挑戰性和冒險性，不斷發現和挖掘人本身固有的積極潛能，你將會具有無窮的創新能力[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，你一定能成為創客型教師，也必將成為一個優秀的創客。

參考文獻：

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

[2]（美）威廉·達根.第七感：一念改變人生[M].隋雨亭，譯.北京：新華出版社，2016：8-9，55-57.

[3]（美）R.Keith Sawyer.創造性：人類創新的科學[M].師保國，譯.上海：華東師范大學出版社，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.運用積極心理學的方法培養大學生創造力[J].科教導刊，2010（11）：160-161.

（作者單位：湖南省長沙縣第一中學）