1.1.2 结构倒逆
结构倒逆是为了达到某一目的,对已有事物的结构形式实行倒逆改造,从而实现创新的思维方法。在结构上实行上与下、左与右、“合”与“分”、“固”与“活”、“封闭”与“开放”等的反转,从而使问题有所突破。在物理实验仪器结构设计方面,以前是将所有结构封闭在一个暗箱里,学生什么也看不见,人们形象地称为“黑匣子”;现在有些仪器生产厂家将仪器由“封闭”改造为“开放”,由原来的铁皮箱换成透明的有机玻璃箱,增强了实验的直观性。又如,由气垫导轨到气垫桌,由光具座到光学平台,由固定实验仪到组合实验箱等,都是实现了由“固定”向“灵活”的反转,从而提高了实验设备的利用率,丰富了实验内容。
由我国发明家苏卫星发明的“两向旋转发电机”诞生于1994年,同年8月获中国高新科技杯金奖,并受到联合国TIPS组织的关注。1996年,丹麦某公司曾想以300万元人民币买断其专利,可见其发明价值之巨大。说到“两向旋转发电机”的发明,也应归功于逆向思维。翻阅国内外科技文献,发电机共同的构造是各有一个定子和一个转子,定子不动,转子转动。而苏卫星发明的“两向旋转发电机”定子也转动,发电效率比普通发电机提高了4倍。苏卫星说:“我来个逆向思维,让定子也‘旋转起来’。”这是他得以发明的思维基础,也是他对创造发明思想的一大贡献。
洗衣机的脱水缸,它的转轴是软的,用手轻轻一推,脱水缸就东倒西歪。可是脱水缸在高速旋转时,却非常平稳,脱水效果很好。当初设计时,为了解决脱水缸的颤抖和由此产生的噪声问题,工程技术人员想了许多办法,先加粗转轴,无效,后加硬转轴,仍然无效。最后,他们来了个逆向思维,用软轴代替了硬轴,成功地解决了颤抖和噪声两大问题。这是一个由逆向思维而诞生的创造发明的又一典型例子。
……
前言
第1章 演绎创新思维法
1.1 逆向思维法
1.1.1 功能倒逆
1.1.2 结构倒逆
1.1.3 因果关系倒逆
1.1.4 缺点逆用
1.2 置换思维法
1.3 移植思维法
1.3.1 方法移植
1.3.2 原理移植
1.3.3 材料移植
1.3.4 结构移植
1.3.5 功能移植
1.4 分析思维法
1.5 综合思维法
1.6 类比创新法
1.6.1 类比思维法
1.6.2 模拟思维法
1.7 联想创新法
1.7.1 相似联想
1.7.2 接近联想
1.7.3 对比联想
1.7.4 因果联想
1.7.5 强制联想
1.7.6 培养、提高联想能力的方法
第2章 非逻辑创新思维法
2.1 想象
2.1.1 发散思维法
2.1.2 迂回思维法
2.1.3 智力激励法
2.1.4 信息交合法
2.2 直觉思维
2.2.1 主要特点
2.2.2 功能作用
2.2.3 直觉的训练
2.3 灵感
2.3.1 灵感的定义及其基本特征
2.3.2 如何引发灵感
2.3.3 引发灵感时常用的基本方法
第3章 创造技法简介
3.1 创造技法的概念
3.2 创造技法的原理
3.3 创造技法的特点
3.4 创造的基本法则
3.4.1 综合法则
3.4.2 移植法则
3.4.3 置换法则
3.4.4 对应法则
3.4.5 换向法则
3.4.6 变化法则
3.4.7 群体法则
3.5 常用创造技法介绍
3.5.1 组合法
3.5.2 置换法
3.5.3 移植法
3.5.4 类比法
3.5.5 检核表法
3.5.6 列举法
3.5.7 新技术应用法
3.5.8 自然现象探求法
第4章 设计创新型实验与创新人才的培养
4.1 正确理解创新型人才的内涵
4.2 破除枷锁,大胆创新
4.3 创新人才应该培养的几种素养
4.4 实验教学中要突出创新人才的培养
4.5 科学素质与设计创新型物理实验的关系
第5章 测量不确定度与设计创新型实验
5.1 测量
5.1.1 直接测量、间接测量与组合测量
5.1.2 等精度测量与非等精度测量
5.2 误差及其分类
5.3 测量的精密度、准确度、精确度
5.4 测量结果的最佳值与随机误差的估算
5.4.1 随机误差的统计规律
5.4.2 算术平均值
5.4.3 随机误差的表示法
5.4.4 随机误差的估算
5.5 判别和剔除具有粗大误差(坏值)的数据
5.6 非等精度测量
5.6.1 “权”的概念和加权平均值
5.6.2 “权”和精度参数的关系
5.6.3 加权平均值x的精度参数
5.7 仪器误差
5.7.1 仪器的示值误差限
5.7.2 仪器的标准误差
5.7.3 仪器的灵敏阈
5.8 测量结果的不确定度评定
5.8.1 测量不确定度的基本概念
5.8.2 不确定度的分量
5.8.3 不确定度的合成
5.8.4 直接测量量的标准不确定度Uc(x)
5.8.5 间接测量量的不确定度评定
5.9 不确定度理论在设计创新型实验中的应用
5.9.1 分析确定最有利的测量条件
5.9.2 分析和选择实验方案与测量方法
5.9.3 用不确定度理论指导测量仪器的选择
5.9.4 用不确定度理论评价实验结果
第6章 设计创新型物理实验中常用的数据处理方法
6.1 列表法
6.2 图示法
6.3 图解法
6.4 平均值法
6.5 用最小二乘法求经验公式
6.5.1 一元线性回归(又称直线拟合)
6.5.2 二元线性回归
6.5.3 可化为线性回归的非线性回归
6.6 求周期性经验公式
6.6.1 谐波分析法的基本原理
6.6.2 6点坐标法
6.6.3 用计算机求解周期性经验公式简介
6.7 逐差法
6.8 用计算机软件处理实验数据简介
6.8.1 用Excel软件处理实验数据
6.8.2 用Origin软件处理实验数据简介
6.8.3 用Matlab语言处理实验数据简介
6.9 实验结果的正确表达方式
第7章 力学、热学设计创新型实验
7.1 单摆实验研究与讨论
7.2 气轨上碰撞实验研究与讨论
7.3 物体密度的测量研究与讨论
7.4 牛顿第二定律实验研究与讨论
7.5 金属比热容测定实验研究与讨论
7.6 部分力学、热学设计创新型实验项目
7.6.1 用光杠杆法测定物质的微小形变量
7.6.2 用作图法测定刚体的转动惯量
7.6.3 用作图法测定不良导体导热过程中稳定点
7.6.4 用弦音仪测定弦上传播的横波的波速
7.6.5 超声波频率的测量
7.6.6 自选实验项目
第8章 电磁学设计创新型实验
8.1 伏安法测电阻实验的讨论
8.1.1 伏安法测线性电阻的讨论
8.1.2 二极管伏安特性测绘实验的讨论
8.2 软磁材料磁滞回线的测绘与讨论
……
第9章 光学与近代物理设计创新型实验
第10章 综合设计创新型实验
第11章 一种新的物理实验数据分析方法介绍
参考文献