创新设计之创新思维
二0一0年五月
主要内容
创新与创新设计
创新能力
创新思维的思维障碍
创新思维方法
创新基本原理
创新技法
创新实践
（一）创新与创新设计
一、创新的概念
创新：运用现有的知识、经验和技能，提出新见解，开拓新领域，解决新问题，创造新事物的实践活动。
如：燧人氏“钻木取火”、人类的劳动的工具变迁
创新的主体：人类。
创新的客体：客观世界（包括人类自身）。
创新的核心：思维创新。
创新的本质：破与立。
居里夫人：“你所发现的东西离传统理论越远，就与诺贝尔奖越近。”
创新的目的：满足人类自身的需要。
爆炸思维 连接AB
A
B
例1：连接.请大家看这样一个问题：请想一想各种将A与 B连接起来方法。 A· ·B
最简单最直接的就是直线连接。这种基本图 形是随时可以想到的（1、2） 当然，还可以有些变化（3、4）
A· ·B1
A· ·B2
A· ·B3
A · ·B4
以上的构想应该说是初级阶段的构想，数学上说是线性的构想。
5 6
5、6两种答案有了立体的思考
9
7 8
7、8、9有了更新的抽象的变异
（爱心连接着……礼品包扎的盘结连接着…… ）
A B
A· ·B6
A· ·B5
A
A B
B
A B
什么都不做
我连接着爸爸妈妈 最具创新意识
A B（血型)
A B
AB
10很有独特性（还可以法律连接着国家和公民、课堂连接着教师和学生、目光连接着我和同学……）
二、创新的类型
创新存在于人类社会的经济、政治和文化各个领域。我国的国家创新体制将创新行为分为四大类：
知识创新、技术创新
制度创新、管理创新
按其实质大体可分为两种：
发现式创新：指认识以前客观存在，但未被前人所认识的规律、本质或趋势。如牛顿发现万有引力、阿基米德发现浮力定理等；
发明式创新：指创造出新事物、新工艺、新理论或新方法等。概括地说，发现式创新属于认识世界的范畴，发明式创新属于改造世界的范畴。
创新是一种复杂的、高级的心智活动，但决不是神乎其神、高不可攀、仅属少数人的专利。
机械创新设计：指充分发挥设计者创造力，进行创造性构思，从而设计出具有新颖性、创造性、实用性及经济性的机械产品的一种实践活动。
创新是设计的本质属性。
一个不包含任何新的技术要素的技术方案称不上是设计。
随着现代科学技术的迅猛发展，机电产品快速更新换代，机械创新设计的重要性已日益显现。实践证明，谁能在科技创新上先人一步，快人一拍，高人一筹，谁就能在激烈的竞争中枪占先机，掌握优势，赢得主动。
三、创新的特征
独创性和新颖性:
与前人、众人不同
新产品
新功能
新原理
新机构
新材料
实用性:
市场的适应性
可生产性（经济性）
创新设计举例：洗衣机的发展历程
洗衣机
搅拌式
滚筒式
波轮式
结构变异
离心式
真空式
臭氧式
电磁式
超声波式
原理创新
基本原理
不同原理
新型洗衣机举例
——不用洗衣粉的洗衣机
电解原理＋活化水技术
洁净度高
杀菌消毒
环保无害
海尔洗衣机
新型洗衣机举例
——蒸汽洗衣机
健康、舒适
节能、节水40％
洁净度高
LG电子
创新设计举例：新型扳手的发明
传统扳手
美国专利扳手
常规的扳手，为拧开生锈的螺母非常困难，还经常损坏螺母，要揭开这个难题，可以有三个方案：
、
1）提高制造精度，使扳手内侧和螺母侧面能较好吻合；
2）允许扳手的侧面做自我调整，使其与螺母的侧面相符；
3）使用软一些材料做扳手，以使不损坏螺母。
四、创新的意义
创新不但为社会带来了巨大财富，也改变了社会经济的运行方式。
20世纪初，科技创新对社会经济发展的贡献只有5%，现在，在发达国家这一比例已上升到80%。大量新技术、新材料、新工艺的不断出现，不断改变着人们的生活方式，创造着大量的就业机会，推动着社会体制的转型，促进着社会的可持续发展。
从科技发明到工业应用的周期不断缩短
科技发明到工业应用周期大大缩短
12
1934
1922
电视机
2
1955
1953
太阳能电池
14
1911
1897
飞机
1
1955
1954
激光
57
1886
1829
电话
220
1885
1665
人造丝
100
1780
1680
蒸汽机
35
1902
1867
无线电
间隔年限
应用年代
发明年代
发明项目
对付信息饱和和知识爆炸的唯一方法是创新。
英国学者詹姆斯.马丁统计人类知识的倍增周期：19世纪为50年，20世纪为10年，到了70年代缩短为5年， 80年末已达到了每三年翻一番。
全世界近年来每天发表论文13000—14000篇，每年登记的新专利70万项，每年出版的图书达50多万种。新理论、新材料、新工艺、新方法不断涌现，使知识老化的速度加快。
创新是人类社会文明发展进步的原动力，是技术和经济发展的原动力。
在人类历史上，苏格拉底、亚里士多德、柏拉图等哲学家的新思想帮助了弱小的雅典进入了世界最初的民主政治。
我国东汉时代的蔡伦发明了造纸法，对中华文明甚至整个世界都起到了不可估量的作用。
牛顿等科学家的卓越发现，为工业革命奠定了基础。
凯恩斯创立的经济理论改变了美国社会，影响了整个世界。
比尔盖茨等人的创新能力使他们成为美国的首富，并将人类带入了知识经济时代。
创新对一个国家的现代化建设，对一个民族的生存和发展具有极其重要的意义。
江泽民同志指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，也是一个政党永葆生机的源泉……一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林。” 2006年1月9日，胡锦涛同志在全国科技大会上宣布：中国未来15年科技发展的目标是2020年建成创新型国家，经济增长的科技进步率要从39%提高到60%以上，全社会的研发投入占GDP的比重从%提高到%。
温家宝总理指示：
自主创新
方法先行
（二）创新能力
创新能力：在前人基础上，创造性提出新构思、新方案的能力。
观察力 记忆力
想象力 思维力
注意力 自控力
动机 信念 情感
兴趣 意志 性格
智力因素：
非智力因素：
观察力
注意力
想象力
记忆力
思维力
智力因素是创新的基础
智力：是人们运用知识、经验和技能去发现问题、分析问题、解决问题的能力。
智力基础包括：
观察力：智力的源泉。有目的地感知事物，获取信息的能力。
想象力：智力的翅膀。在感知的基础上对事物的表象进行加工、改造、重组，创造新形象的能力。
借助于想像力，我们不仅可以回溯过去，展望未来，还可以认识无法直接感知的事物。
你看到了什么对象？
据说能看见9张脸的智商有一百八十
看看阴影部分占整个面积的几分之几 ？
（限时：10秒）
与哪个吻合 ？（限时：10秒）
记忆力：智力的仓库。将知识、经验和信息准确、有序地储存于大脑的能力。
人的大脑具有惊人的记忆力，一个正常人的大脑可储存1000万亿信息单位，相当于一般电子计算机储量的100万倍，如果全部用来储备知识，人脑的记忆容量相当于5亿本书籍的知识总量。
记忆对于创新有着十分重要的意义
宋代哲学家张载说：“不记则思不起。”
俄国伟大的生理学家谢切诺夫说过：“一切智慧的根源都在于记忆。”
著名科学家培根的格言是：“一切知识的获得都是记忆，记忆是一切智力活动的基础。”
注意力：智力的维持者（警卫系统），对自己的意识、情绪、行为等进行综合协调和控制能力。
注意是一切心理活动的开端，并伴随着感知、记忆、思维、想象、创造和操作等各种心理过程，是各种心理过程的一种共同特性。
思维力：智力的核心。对现有知识、经验和信息进行再造加工，从而产生新信息的能力。
人的智力最本质的表现是思维力，思维力是创新能力的核心。
创新需要敏捷的思维
例：倪老总的思路：海湾战争——石油禁运——油价上涨——工程塑料价格必涨——彩电外壳成本会增加
非才智因素是创新的必备条件
除智力因素外的心理过程都可以称为非智力因素，包括：动机、兴趣、情感、信念、意志、性格等。
也有的学者把它列为：
成就动机、求知欲望、学习热情（三短语）
责任感、义务感、荣誉感（三感）
自尊心、自信心、好胜心（三心）
自制性、坚持性、独立性（三性）
具有创新能力人才的特征
1、好奇心
2、挑战与冒险精神
3、审美力
4、苦心孤诣，如醉如痴
5、想象丰富，驰骋天地
6、抽象深刻，洞若观火
7、坚韧不拔，锲而不舍
8、情感丰富，激情似火
9、弃旧图新，永不满足
10、兴趣广泛，兼收并蓄
11、珍视自由，独辟蹊径
12、胸怀博大，不拘小节
国家公务员通用能力
政治鉴别能力
调查研究能力
学习能力
沟通协调能力
心理调适能力
创新能力——内核
应对突发事件能力
公共服务能力
依法行政能力
创新能力的培养
提高创新能力
具备创造心理
培养创新思维
理解创造原理
掌握创新技法
加强创新实践
中国教育缺少对青少年的创新意识的开发
缺乏质疑、求异精神
“不依规矩，不成方圆”、“出头椽子先烂”、“枪打出头鸟”、“异想天开”
创新学家感慨到：儿童在受教育前像个问号，而毕业之后却像个句号（禁锢）。
我国著名教育家陶行之先生：“人人是创造之人，天天是创造之时，处处是创造之地”。
每个人都有潜在的创新能力
创新能力是可以激发的
创新能力是可以通过培训得到提高的
“创新一定要敢于想象，用新的方法思考问题。……对科学来说，创新精神是最重要的。中国的学校过多强调学生的书本知识和过于频繁地进行书面考试，而激励学生创新精神不足。”
------朱棣文
（ 1997年获诺贝尔物理学奖）
人人都能创新
事事需要创新
时时都可创新
处处都有创新
（三）创新思维的思维障碍——思维定势
一、概念
思维定势：也叫思维惯性，是指过去思维对当前思维的影响。人们把平时获得的知识、经验、观念和方法等要素沉淀于大脑中，形成了自己格式化的思维方式。久而久之，就形成了认识问题、分析问题和解决问题的固定模式，很难改变而成为定势。
二、思维定势的表现及影响
表现：
对可以利用的部分信息过分敏感，而对其余部分比较迟钝。
常表现为“只有一个正确思路”的思维方式。
“一根筋”思维模式。
墨守成规
思维定势的影响
正面作用：是人们能够驾轻就熟、得心应手地解决、处理日常生活中相似的问题，使问题完满解决。
负面作用：它的弊端在于当我们面临新情况、新问题，需要开拓创新的时候，它会变成思维的“枷锁”。
法国生物学家贝尔纳：妨碍人们学习的最大障碍并不是未知的东西，而是已知的东西。思维定势不是外在的束缚，而是自我束缚
思考题
某小学办理新生入学手续时，有两个孩子来报名。他俩长得脸形一样，出生年月日一样，父母姓名也一样。“你们是双胞胎吗？”老师问。“不是！”他俩异口同声地回答。老师奇怪了，怎么不是双胞胎呢？那又是什么关系呢？
一辆满载货物的汽车要通过一座铁桥，通过时发现货物高于桥洞一厘米，现在请问，在不准卸货重装的情况下，你能让车通过吗？
夜晚：一间房里有几个人在看书，突然停了电，看书的人纷纷到另一间备有蜡烛的房里去了，可老张仍然津津有味地读着书。他难道有“特异功能”吗？
电灯开关，拉一次，灯亮，再拉一次灯灭。你能否做到连拉二次而使灯不亮？
三、思维定势的表现形式
1、服从习惯——习惯（经验）思维定势
用某种习惯了的思维方式去思考已经变化的问题。
“所谓天才，不过是一种以非习惯性的方法观察事物的能力”。（詹姆士）
例：驴子背盐与棉花、刻舟求剑
思考：请大家把一张很大很大的正方形纸反复对折50次，厚度是多少？250倍×1015，（5000KM）
2、权威思维定势
对权威人士言行的盲从。有人群的地方总有权威。对权威的崇拜常演化为神化和迷信。
权威定势有利于惯性思维，有害于创新思维。
思维中权威定势形成的两个途径
教育权威：从儿童 →成年（老师的话至理名言）
专业权威：由深厚的专业知识形成
成因：归根到底在于我们个人力量上的有限性及个人知识上的有限性，使我们崇拜博学者、强力者为权威，试图通过权威的力量把自身的有限性上升为无限性。
古希腊哲学家名句“我爱老师，但我更爱真理。”
罗素讲学
3、随意附和——从众思维定势
对众人认知与行为的盲从。
表现：先入为主，不假思索；跟着举手；大家说的，人云亦云，随大流。（标新立异、特立独行）
成因
人是一种群居性动物，为了维护群体生活，每个人都必须在行动上奉行：“个人服从群体，少数服从多数。”的原则。
从众定势使个人有归宿感、安全感，不承担责任。
在传统社会中统治阶级不断强化人们的从众定势，因而排斥那些标新立异、特立独行的人。
松下用20-30%赞成
4、书本思维定势
对书本知识的完全认同与盲从。
例：三国马谡失街亭、战国赵括纸上谈兵
案例：马屁股的宽度，英尺？
“两脚站立的书柜”。
思考：自己有没有因死读书而出错的经历？
5、自我中心思维定势
想问题、做事情完全从自已主观愿望与好恶出发，不顾他人的存在和感受。
在日常的思维活动中，人们自觉或不自觉地站在自己的立场、按照自己的观点、想法，去思考别人乃至整个世界，由此产生了自我中心的思维定势。
好心办坏事
案例：威斯敏斯特教堂英国圣公会主教的墓碑
在威斯敏斯特教堂英国圣公会主教的墓碑上写道：当我年轻自由的时候，我的想象力没有任何局限，我梦想改变整个世界。当我成熟渐渐明智的时候，我发现这个世界是不可能改变的，于是我将目光放得短浅了些，那就是只改变我的国家吧。但我的国家似乎也是不可改变的。当我到了迟暮之年，抱着一丝努力的希望，我决定只改变我的家庭，我的亲人—但是，唉！他们根本不接受改变。现在在我临终之际，我才突然意识到：如果我只改变自己，接着我可以依次改变我的家人，然后在他们的激发和鼓励下，我也许就能改变我的国家，再接下来，谁又知道哪，也许我连整个世界都能改变。
6、直线思维定势
面对复杂多变的事物，仍用简单的直线的方式（非此即彼或者顺序排列）去思考。
国外对驾驶员考试题目：
“在一条公路中间，左边是一个人，右边是一条狗，眼看就要轧到他们了，试问，你是轧人还是轧狗?”
1. 储存准备阶段
长期积累 偶然得之 厚积而薄发
2. 潜伏加工阶段
潜意识工作
3. 顿悟阶段
众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。（灵感、火花）
4. 验证阶段
（四）创新思维方法
创新思维的形成过程
创新思维方法
、
-
创新思维方法
逻辑思维
直觉思维
想象思维
发散思维
联想思维
收敛思维
相似联想
因果联想
接近联想
对比联想
一、发散思维
1、定义：突破头脑中固有的知识结构和逻辑框架，从给定的信息中产生众多的信息输出，得到众多具有新意的答案。
发散思维是创新思维的最基本形式，是创新思维的标志。
美国心理学家吉尔福：“从给予的信息中产生信息，是从同一的来源中产生各种各样的为数众多的输出”。其模式是“从一到多”，由一事想万事，从一物思万物，像夜空怒放的礼花，如太阳光芒四射。
当你只有一个主意时，这个主意就太危险了
—哲学家查提尔
2、发散思维的特征
流畅性
思维发散的速度（单位时间的量），指单位时间内产生设想和答案的多少。
如回旋针、砖、树叶、玻璃的用途。（视角不同：建筑材料、武器、工具、道具）
可以看作是发散思维“量”的指标，是基础。（其中包括字、词流畅性、图形流畅性、观念流畅性、联想流畅性、表达流畅性等）
流畅性练习（流畅性中见变通性、独特性）
（1）字的流畅
请在10个十字上加最多三笔构成新的字。
十、十、十、十、十、十、十、十、十、十。
（2）词的流畅
①请尽可能多地（每种至少2个）写出含有“马”字的成语（马字分别在1、2、3、4位）
②请作连词：在青年—国家之间加词(8—10个）使上一个词的词尾为下一个词的词头。（要求音同字同）
（3）图形的流畅
①如左图16根火柴构成了5个正
方形，如何移动2根火柴使16根火
柴构成4个同样大小的正方形？
②左面有9根火柴组成三个三角
形如何移动三根火柴变为5个三角
形？
③左面有有8根火柴组成的2个
正方形，如图，如何移动4根火柴，
组出8个三角形？
答案：
变通性（敏捷性 ）
指提出设想或答案方向上所表现出的灵活程度，知识运用上的灵活性，观察问题的多层次、多视角。
是发散思维的“质”指标，是思维发散的关键。
例：哥仑布竖鸡蛋、乌鸦喝水
美国航天发射中心竖着一幅巨大的标牌上面写着：只要我们能想到的，我们就可以做到。这是对人类思维力量的充分肯定，是人类发出的豪迈誓言。
独创性
指提出设想或答案的新颖性程度。能形成与众不同的独特见解，思维活动进入创新的高级阶段。
独创性是发散思维的本质，表现发散思维的灵魂，是发散思维的最高目标。是创新思维的基本特征和标志。
砖头的用途
与众不同：尺子、画笔、染料、多米诺骨牌。
发散思维的三个特征相互作用，相互依存。流畅性是产生其他两个特征的前提，变通性则是提出新颖性设想答案的关键，流畅性是扩散思维的表象，变通性、独创性是扩散思维的灵魂。
3、发散思维形式
1）平面思维
以构思二维平面图形为特点的发散思维形式。
2）立体思维
思考问题时跳出点、线、面的限制，立体式进行思维。
立体绿化 屋顶花园 增加绿化面积、减少占地、改善环境、净化空气。
立体农业间作 如玉米地种绿豆、高粱地里种花生等。
立体森林 高大乔木下种灌木、灌木下种草、草下种食用菌。
立体渔业 网箱养鱼充分利用水面、水体。
3）逆向思维
基本原理
世界上的事物都有正反两个方面，但思维习惯往往使人们只看到其中的一面，无法全面认识事物。如果我们转换思维视角，从反面去想，很可能产生突破常规的创新思路。
由于对立统一的形式有多种多样，相应于一种对立统一形式便就有一种反向思考的方式。
归纳起来，逆向思考有以下形式：
1、就事物相互依存条件进行逆转。
司马光砸缸，使水脱离人，这就是逆向思维。
2、位置、结构、空间上的逆转。
如上与下、左与右、内与外、前与后等。
“冰上破冰”船 与“冰下破冰”船
“走兽动物园”
饭店广告
3、功能或过程上的逆转。
电梯、扶梯、传送带
留声机的发明
4、缺点逆用
巧妙地利用事物的缺点，化腐朽为神奇，寻找新的技术构思。
发现事物的缺点并不难，但要从中找到可以利用的缺点则不太容易。这既有赖于研究者的科学素养、知识结构与实践经验。
金属的腐蚀本来是件坏事，但有人却利用腐蚀的原理发明了蚀刻和电化学加工工艺。
低温切削新工艺与低温加工技术
独辟蹊径，化害为利（海浪、风、噪声的利用）
上海一保险箱厂家在促销，以1万元奖金，15分钟时间, 提供铁锤、电钻、钢撬等作案工具，砸开保险箱，拿走万元奖（起码2小时）。
砸开保险箱，拿走万元奖
5、反演法：一反常规做法
(扬子晚报2000-3-27)
住房建设的不同思路
北京----先建房，后建配套设施
建房与建配套
设施同步进行
广州----
信息来源:中央电视台经济半小时2001-11-22
反演法实例
上海----
先建配套设施
后建房
6、因果相反：指通过改变已有事物的因果关系来引发新的设想和解决问题的新思想。。
例如声转电（话筒）←→电转声（听筒）。
7、观念相反：随着社会的发展和科学技术的进步，许多旧观念、旧意识会发生变化，如果能有针对性地对习以为常的旧观念、旧意识作相反的探索，必定会有新的启迪。
8、属性反转
事物的属性是丰富多彩的，其中有不少属性是彼此对立的。比如，多与少、大与小、快与慢、冷与热、虚与实、安全与危险等等。
就属性逆反进行创新就是有意地用某一属性的相反属性去尝试取代已有的属性，即逆化已有的属性，从而达到与众不同的效果。
居安思危、欲擒故纵、吃小亏占大便宜等均为反向创新的经验精华。
保温瓶（保热）装冰（保冷）；骑马比赛
4）侧向思维（旁通思维）
从与问题相距很远的事物中受到启示，从而解决问题的思维方式。
当一个人为某一问题苦苦思索时，在大脑里就会形成一种定势，一旦受到其他事物的触发，就很容易与这个定势产生联系，从而解决问题。
馒头与发泡塑料、发泡橡胶、发泡水泥、发泡肥皂
5）横向思维
不按逻辑推理，而是转换思维视角，另辟蹊径，从横向寻找问题答案的思维方法。
是相对于纵向思维而言的一种思维形式。
纵向思维是按逻辑推理的方法直上直下的收敛性思维，是从单一的概念出发，并沿着这个概念一直推进，直到找出最佳方案。但是，一旦作为起点的概念选错了，就会找不到最佳方案。
横向思维的几种方式
（1）横向移入 把其他领域的好方法移到本领域来。
（2）横向移出 把本领域的成功方法移到其他领域去。
（3）横向转换 不直接解决问题，而是将要解决的问题换成其他问题，然后加以解决。
6）多向思维
解决问题时不是一条路走到黑，而是从多角度、多方面思考，这是发散思维最一般的形式。
逆向、侧向、横向思维是其特殊形式。
（1）就事物整体多向思维
（2）有顺序多向思维。
（3）换角度多向思维
所谓换角度也就是换个时间、换个地点、换个高度、换个身份、换个心情等等。
转换操作中，可以采用一种“问题搁置”法，即对问题进行一定思考后，不妨暂时将问题放在一边，过段时间再思考。这可以摆脱习惯性思路的束缚，敏锐及时地发现新视角，产生新思路。
许多科学家在谈到关于发明创造时，都曾讲过要用熟悉的眼光看陌生的事物，要用陌生的眼光看熟悉的事物，包含了观察事物要不断变换角度、不断寻找新视角的道理。
太平洋某岛屿的皮鞋市场问题。
美国新闻记者罗伯特．怀尔特说：“任何人都能在商店里看时装，在博物馆里看历史。但具有创造性的开拓者在五金店里看历史，在飞机场上看时装。”
（4）绕道迂回进行思考
事物发展的道路有曲有直，呈现出波浪式螺旋式，所以我们认识事物进行创造时，在某些问题、某些场合拐个弯，可能会出现新的转机、找到更好的解决办法。
三洋电机的创业者这样总结他经营企业的经验：“作生意的要领与拉人力车攀登斜坡的要领一样，要利用“Z”字型爬坡”。
阿根廷需2000万美元
的丁烷，大量牛肉过剩
西班牙能造船
但订货不足
牛肉为主要消费品
中东石油公司
有丁烷，租船运输
图德拉要造船
图德拉空手生财三
笔生意赚一艘油轮
7）组合思维
组合思维是一种创造性很强的思维，从一处得到一个设想，把它与另一处的设想结合起来，就成为一个新的设想。
近现代的科学技术的三次大创造是由三次大组合所带来的。
第一次：牛顿-开普勒天体运行三定律和伽利略物体垂直运动与水平运动规律-经典力学-蒸汽机
一个设想
另一个设想
新设想
第二次：麦克斯韦-法拉第电磁感应理论和拉格朗日、哈密尔顿数学方法-完备电磁理论-发电机、电动机
第三次：狄拉克-爱因斯坦相对论和薛定鄂方程-相对量子力学-原子能技术和电子计算机技术
所以爱因斯坦说过：“……组合作用似乎是创造性思维的本质特征。”
8)颠倒思维：指思维主体发生置换的思维方式。
现有的问题能否从相反的角度重新考虑，比如正反颠倒、上下颠倒、主次颠倒、位置颠倒、作用颠倒等等。
事物总有对立统一的两个方面，从对立面去进行考察分析是富有辨证思维的创新途径。
遗产分配问题
比慢与比快
谢谢！
