例谈中学教师创造发明的基本过程

摘 要：“不满足”和“好奇心”是发明创造的源泉，发明需要“幻想”能力，发明的实现依赖于发明设计，设计是将“幻想”变为现实的核心途径。要使设计合理，需要制作与改进。产品改进就需要对各种数据进行分类处理，要凸显亮点级数据。研发成功应注意推广与应用。

关键词：发明；设计；创新

发现与发明是人类进步的两台强大引擎，共同推动着历史的前进。2016年8月8日国务院印发《“十三五”国家科技创新规划》，依据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》《国家创新驱动发展战略纲要》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》编制，明确了我国科技创新的总体思路，要着力建设创新型人才队伍，着力推进大众创业、万众创新，努力实现“中国梦”。2015年9月，教育部发布《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，提出未来五年对教育信息化的规划，明确有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，努力推动教育教学创新的发展。作为教育工作者的我们怎样去实现万众创新，怎样做一个创客型教师？怎样实现创新发明梦？下面通过实例来探究创造发明的基本过程。

一、“不满足”和“好奇心”是创新和发明的源泉

创新不仅是激动人心的，同时也是“安全无虞”的。一般智力中80%～85%的表现都是由遗传基因决定，而创造力则不同，三分之二以上的创新技能是习得的[1]。创意想法既不是“显而易见的”也不是“罕见的”，第七感在任何情况给我们提供的想法都是极富创意的、另辟蹊径的[2]。在我们不经意之间看到某个物体或某种方法、某个地方令人不满意，好奇心就会驱使我们前進，就会使我们憧憬完美事物的诞生，在第六感和第七感的共同作用下突然产生灵感，一种新的想法灵光一现，创意油然而生。

如教学“空间几何体的结构”时，棱台、棱锥侧棱相交于一点，棱柱、棱锥、棱台之间的内在联系这些内容，老师上课都是通过口述，最多是做个动画给学生看一下，学生不能像了解物理的万有引力和化学的氧化还原反应那样可以通过具体的实验得出结论。这些大多数都是纸上谈兵，不能实现知识从实践中来。这就使我产生了困惑，萌生了研究动态教具的念头：要是能研究出一种教具可以在变换中很直观地反映这些东西，让学生可以通过实验得出结论那就完美了。

二、“幻想”是创新和发明的灵魂

我们小时候看着星星就会萌生幻想，要是有一天能够飞到月亮上去就好了，那里应该很好玩；总想要爸爸妈妈、爷爷奶奶将星星摘下来；看着一浪接一浪的滔滔之水，总想着要是可以到水底看个明白就好……几十年后的今天，我们国家建立了空间站；“蛟龙号”已经可以下潜7062米。因此只要敢想，只要想得到，通过不断努力总是可以做到的。“幻想”是创新和发明的灵魂。“幻想”的力度越大，发明的东西就越先进，别怕做不到。创造性的想法都是超前于时代的，千万不要被常人的观点束缚。

如以往的教具都没有解决棱柱、棱台、棱锥之间的相互变化，无法体现三者的联系，我就“幻想”着去发明一种可以变化的教具，通过连续变化去揭示事物的本质，而不是像以往教具那样固定不变，呆板、抽象，导致学生对这三者的认知较为孤立，都只是停留在想象中，较难理解。可以连续变化的教具当前是没有的，应该是个很好玩的东西。学生可以通过动态的实验得出结论，学生的学习也不再乏味。这种想法一提出，就遭到很多人的怀疑和否定，都认为不可能实现，都认为不可能有现有的固定教具好。面对他人的质疑我们应坚定信念，也许别人的质疑越多，你的创意越好。

三、设计是创造发明的核心

创造性的本质是瞬间的顿悟，而创造性的想法是从无意识中神秘出现的，它产生于你拒绝惯例时。当你不拘泥于那些陈旧的做事方式，独自一人时更具有创造力[3]。发明都要经过设计的环节，设计是创造性的呈现，需要逻辑的推理、思想的启发、原理的再构建、静静的思考。

一件衣服穿起来是否舒服，是否好看，本质上取决于设计，设计是制作一件衣服的核心。如要实现我之前的“幻想”就需要我将四棱柱的上底面进行变换，准确地讲应该是大小和形状的改变，因为棱台的上底面比下底面小，为棱锥时就变成了一个点。可怎样才能变小？这需要从逻辑上去分析设计。小的话就会有一部分消失，往哪里消失？这是我设计要解决的第一关。我想到了小纸扇的折叠，想到窗帘的收缩、抽屉的隐藏、睡觉时体验到的衣服的重叠……可都不是理想的方案。学生作业本交得参差不齐，我在看作业时，习惯性地用手一靠，就齐了，我连忙重复了几次，很好的设计方案产生了：将面进行分割，一上一下不就成了！

可怎样才能连续变化？这成了设计的第二关。设计需要边思考边实践。通过实践、观察，需要轨道，于是在四周设计了轨道，理论上得以实现。当上底面变化时，四侧棱会一起变化，怎么办？侧棱变化时，发现侧棱与上、下底面所成角度在变化，又怎么实现……设计中一连串的问题和困惑比洪水还凶猛。有些可以采取个个击破，有些则需要总体实现。

在设计中经常会遇到障碍，某个部位的功能无法实现，但“他山之石，可以攻玉”。市场上同类型产品、同功能的零配件的工作原理还有强大的互联网，都会为我们解决某些障碍提供强有力的支持，可以借鉴。但我们不应该期待有完全一样的配件，否则我们的设计就不是发明。

四、发明的实现：制作

我们的设计是否科学，实践是检验真理的唯一标准。我们需要将他做成产品，哪里可以加工制作？对于一个普通老师来说，这是件非常麻烦的事，也许比设计更痛苦。可以自己加工，也可以尝试找作坊，找精加工店，当然最好的是与设计产品相对应的工厂。找到加工的地方后，需要提供相应的图纸、参数，还需要不厌其烦地和工人说明加工要求，一般他们根本就不知道你要做什么东西（这也许是好事，说明你的东西达到了发明级别，一看就懂、一说就会的肯定不是发明）。尤其新功能的实现，很多零配件在市场上根本就无法买到。留下的也许只有一种方案：自己设计，工厂加工。

五、数据处理与改进

人们常说：“三分长相七分打扮。”“金无足赤，人无完人。”也许当你看到初加工完的产品时，你会差点崩溃，这产品和你想象的也许完全不一致，功能上也无法实现。这是再正常不过的事。就如游泳显露身上的疤痕一样，不好看的都出来了，浸在水中还会带着一丝的疼痛。因此原有设计中的不足也会随着产品的加工和实践显露出来。这时我们需要改变设计的参数，零配件的位置、方向，更换其他结构的零配件，修改力度的大小……甚至需要整體重来。

但在重来或修改设计前应记录下前期设计产品的各种合理的、不合理的数据，可以按等级分类。合理数据一般可分为：亮点级、优级、良级、合格级；不合理的数据一般可分为：致命级、危害级、影响级、误差级。然后对合理数据的取舍一定要保留好亮点级数据，这是我们产品的命运所在；对于优级数据可以尝试通过改进尽可能变为亮点级数据；对于良级、合格级数据应尽可能使之变为优级数据，减少合格级数据的比例。对不合理数据的处理中，致命级数据是不能出现的，这必须重新规划设计，对危害级数据需要改进，必须达到不影响产品的整体效果，降为影响级，最好降为误差级。对于影响级的数据可以通过参数修正，位置、角度、力度等调节使得影响降至最低，变为误差级。对于误差级数据，可以接受的就暂且让它存在，可以规避的必须转化为合格级或良级。

根据数据处理的基本方法，产品一般都需要经历改进阶段，改进后的产品再生产、再改进、再生产……直到“幻想”变为现实。就这样一种具备多种功能的，解决了棱柱、棱台、棱锥之间的相互变化（可以随意变化，随意倾斜，变化不同所得图形不同），展现三者相互联系的动态教具发明成功。它可实现空间图形：直棱柱、斜棱柱、棱台（含正棱台和其他任意棱台），正棱锥和非正棱锥等连续变化，以及棱柱、棱锥、棱台结构特征的假设与验证[4]。

产品质量的优劣不仅取决于设计，更依赖于科学的优化改进。

通过多个回合的改进实践，一个比初步设想更好的、功能更丰富的产品成型了，改进是产品优化的必经之路。

六、产品功能推广

通过产品的实践试用和破坏性试验，我们会意外发现产品还有许多的新的功能，这也是我们发明的意义所在。一个发明的意义应该不仅仅在于它本身，也许它的附加意义更大，达到长尾理论效应[5]。要记录下这些附加的功能，这是专利申请需要的数据，也是今后新产品研发的宝贵数据。

积极心理学表明，创造力是在人潜能驱动下产生的，只要你有心，具有创造性个性：好奇心、想象力、挑战性和冒险性，不断发现和挖掘人本身固有的积极潜能，你将会具有无穷的创新能力[6]。只要你有颗好奇的心，敢于“幻想”，肯坚持，勇往直前，百折不挠，你一定能成为创客型教师，也必将成为一个优秀的创客。

参考文献：

[1]（美）杰夫·戴尔，赫尔·葛瑞格森，克莱顿·克里斯坦森.创新者的基因[M].曾佳宁，译.北京：中信出版社，2013：8-9.

[2]（美）威廉·达根.第七感：一念改变人生[M].隋雨亭，译.北京：新华出版社，2016：8-9，55-57.

[3]（美）R.Keith Sawyer.创造性：人类创新的科学[M].师保国，译.上海：华东师范大学出版社，2013：461-466.

[4]段贤清.立体几何图形活动教具：中国，205692441[P].2016-11-16.

[5]（美）克里斯·安德森.长尾理论[M].乔江涛，译.北京：中信出版社，2006.

[6]梁 惠，马 东.运用积极心理学的方法培养大学生创造力[J].科教导刊，2010（11）：160-161.

（作者单位：湖南省长沙县第一中学）