逆向思维寻求创新的科学研究方法

曾琪

摘 要：现代社会许多科学成就与科学研究方法密不可分，本文主要从3D打印新技术为切入点，联系到科学技术研究领域的逆向思维方法。阐述了历史发现的著名事例，概括了逆向思维的哲学思想和内涵，指出了逆向思维的反转型法、转换型法和缺点法的主要三种类型，并以具体应用事例进行了说明。对化工、材料和汽车行业中生产实践中存在的问题，用逆向思维方法给予有积极意义的提示。但同时指出科研工作在对社会的某一方面产生有益效果的同时，会在另一方面带来负面的影响，这一点尤其值得关注。

关键词：逆向思维 科学研究 创新方法

中图分类号：G3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0100-02

科学技术是第一生产力，是经济发展的引擎，而科学研究的成果无一不与科学技术研究方法构成某种或多层联系。现代科学技术高速发展的今天，人们的科技活动自觉不自觉都会刻上科技研究方法论的烙印，而自觉地合理地学习和运用科学技术方法论，将使科学技术工作获得事半功倍的效果。因此对于方法论的学习，对于在校学习的学生或从事科学研究领域的工作者，不是可有可无的，而应该课程体系的一部分或成为继续教育的重要组成内容。

1 3D打印—逆向思维的新例证

在中国从制造大国走向创造大国的进程中，必定要经历思想、观念、方法的转型，对于在科学技术领域工作的人们，逐渐学习科学研究的方法论，掌握的不同学科的知识，对于申报项目、实施项目内容以及应用研究的科研成果，提升自己业务能力，都有着积极的促进作用。逆向思维作为创新方法，起着越来越明显的作用。风靡全球的3D打印就是其中的现实例证。[1]

传统的产品制造方法是将金属坯料经过锻造，下料，粗加工，精加工等多道工序完成，在这些工序中，存在大量的材料损耗和时间浪费问题。三维打印（3D printing），是将计算机硬件、计算机软件和自动化机械完美结合的高科技模式，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。开始主要用于模具制造、工业设计等领域制造模型，逐渐用于具体产品的直接制造。如髋关节或牙齿，或一些飞机零部件。三维打印通常是采用数字技术来实现。即快速成形技术的一种。思想起源于19世纪末的美国，并在20世纪80年代得以发展和推广。中国把它称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。目前3D打印在许多关键行业得到应用。包括，骨骼打印，打印出的质量更好的骨骼替代品或将帮助外科手术医师进行骨骼损伤的修复，用于牙医诊所，甚至帮助骨质疏松症患者恢复健康，打印材料涉及化学，材料学，生物学和工艺科学的诸多学科。在建筑业，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、制作精美，节省材料。3D打印始终凸显着“创新突破”的特征，正在成为社会活动中经济新的增长点。

3D打印实际上应用的是科学技术原理中的逆向思维的创新方法，在世界历史上已经具有众多逆向思维应用的典型事例，如中国战国时代的田忌赛马，围魏救赵，司马光砸缸，1928年英国人弗莱明发明青霉素等等。

2 逆向思维的哲学内涵

2.1 逆向思维的概念

对立统一是普遍适用的规律，有一种思维模式就一定会有相反的思维模式，正向思维起源于事物的方向，指公认或习惯性的想法。人们解决问题时，习惯于按照熟悉的常规的思维路径去思考，即采用正向思维。当人们按照循规蹈矩的思维和按照传统方式解决问题时，有时能解决问题，收到令人满意的效果；有时得到的是司空见惯的答案；有时却得不到希望的结果，试验失败。

客观世界存在着互为逆向的事物，由于事物的正反向，才产生思维的正反向，两者是密切相关的。但是人们由于经验的影响，容易看到熟悉的一面，看不到实物的另一面。

逆向思维能够克服这一障碍，逆向思维则是对传统和惯例的反叛，其最大作用是可以克服思维定势，改变经验和习惯形成的僵化认识模式，往往另辟蹊径，给人以意想不到的答案。逆向思维是求异思维，或者称为反其道而思之。让思维朝相反方向发展，从问题的相反面进行探索，从一个方面想到对立的另一面都是逆向思维。逆向思维具有普遍性、批判性、新颖性，逆向思维是一种重要的思考能力，属于发散思维范畴，有利于创新型人才的培养[2]，对提升人才的创造能力及解决问题能力具有非常重大的意义。实际生产活动中，某些问题仅仅利用正向思维不易找到正确答案，一旦运用反向思维，常常会取得意想不到的功效。这说明反向思维是摆脱常规思维束缚的一种具有创造性的思维方式。

2.2 逆向思维法的类型

逆向思维法是科学技术研究方法论中的一种，科学研究是一种聚集知识进行创造的智力活动。大多数情况下，研究者开始都是采用常规方法进行研究活动，而科学优势不断进步的，研究者需要绞尽脑汁，但是常常处于心力交瘁，走投无路的境地。逆向思维方法是给人们柳暗花明的指路灯。逆向思维方法分为三种，每个方法具有不同特点，见表1。

3 逆向思维对科学研究工作的提示

在化工厂生产活动中，经常困扰社会的是废物的排放，生产酸性产品的车间排放酸性的废料废水，生产碱性产品的车间排放碱性的废料废水。如果将两种排放物进行中和，在加以适当的处理，势必能够充分利用两者之间的长处，克服两者的短处，达到环境保护的目的。正所谓世界上没有绝对的废料，只是没有将其放在适当的位置。

中国古老的器具由陶瓷制成，陶瓷的最大的优点是高硬度，但是脆性大，怎么能够将脆性大的陶瓷恰当地发挥高硬度的作用呢？金属具有优良的延展性，但是金属抵抗煤块，矿石的冲击磨擦能力差，将陶瓷与金属形成复合组织，让陶瓷承担抵抗外界冲击磨损的作用，而在陶瓷周围的金属的保护下，陶瓷又不会破碎，那么可以将陶瓷材料加入金属之中，也可以运用冶金化学方法，让金属液体中的元素在一定的条件下，在金属基体中形成弥散的微粒，形成陶瓷-金属复合材料，成为工业某领域的最佳材料，在经济建设中发挥作用，显然两种制造方法是相互逆向的。

用中国最古老的生产工艺制作出来的产品称为铸件，要求产品表面光洁，比如人们熟知的编钟。铸件大多在称为砂型的模具中成型，传统的认识是，一旦铸件表面烧结了砂，就被认为是次品或是废品。而在汽车零件制造领域中，普遍用到称为坩埚的器件，该器件用来熔化金属铝，液态铝对于金属坩埚具有强烈的腐蚀作用，因此在汽车行业中，因为坩埚造成的经济和时间损失很大。如果坩埚在制造过程中，故意让坩埚内表面具有完整的粘砂层，是不是能够克服坩埚使用过程中的被腐蚀现象呢，逆向思维为人们提供了一条追寻新材料、提高产品使用寿命的意外途径。

社会在变化，技术需要进步，人民生活水平需要得到保证和提高，因此在工业、农业、国防和日常生活中，不断出现各种各样的问题，需要解决。现在一个迫切需要警示的问题是：在人们应用逆向思维获取有益于人类的成就时，是不是也要利用逆向思维思考人类某些研究的反作用呢？比如人工智能的极度发展对于人类本身的潜在危险，转基因产品具有抗虫害，高产，表面美观的优点，但会不会默默危害人的健康呢？反其道而思之的必要性在农业领域表现尤为明显，农作物生长需要大量的化肥和农药，但是大量使用化肥造成作物营养缺失，人类身体素质下降，长期使用化肥造成土壤板结，土质被破坏；大量的农药的使用更是损害了人的健康。逆向思维方法提醒科技人员在确定研究对象时应该慎重选择。

4 结语

科学研究人才分为突破型和建设型，后者需要的是严谨的推理和精细的论证运算；而前者需要创新的思维以取得方法和、技术和工艺的进步，他们是经济活动进程中的开拓者，历史赋予他们克服传统思想枷锁，在科研最前沿冲锋陷阵的重任。唯有不断学习，既要在看重知识深度的钻研又要有广度的扩展，还要掌握一定的科学研究的方法论，将会使科学研究工作事半功倍。逆向思维作为一种科学研究方法，被人们有意无意地使用，在科学技术、生产和生活的历史进程中，曾经发挥了重大的作用，而在当今社会发展中，仍然是科技创新的武器。

参考文献

[1] 王文涛，刘燕华.3D打印制造技术发展趋势及对我国结构转型的影响[J].科技管理研究，2014（6）：22-30.

[2] 杜学允.思维导图在创新型人才培养中的应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2013.