第一章 創造發明概說
第一節 創造發明的意義
你知道成語“茹毛飲血”是什麼意思嗎?它是說在原始人還沒有發現火之前,還不知道把食物燒熟了再吃,抓到野禽和野獸以後,連毛帶血一起吃到肚子裏去。這是一幅多麼讓人吃驚的畫麵呀!簡直就像黃鼠狼偷雞吃一樣,逮到一隻,撲上去,連撕帶咬,連毛帶血,一股腦兒往肚子裏咽。難道人類曾經也是這樣嗎?不錯,這就是原始人!可是,人類與獸類畢竟不同。人類會思考,會製造工具和使用工具,會創造發明,因此,人類跟獸類越離越遠,變得越來越聰明,從而發展成為現代人類。獸類隻具有捕食、避敵等本能,更不會創造發明,因此,它們終究隻能做獸類。
那麼,人類搞創造發明的祖師爺是誰呢?是早在300多萬年以前的早期猿人,他們是人類技術發明的始祖。當時,他們以采集樹上和草木叢中的果實為生,還兼帶狩獵。在生產實踐中,他們從無到有,憑借智慧和雙手,把石塊和枝杈加工成一定的形狀,如石斧、石刀、棍棒等。
早期猿人創造的石器和木器十分粗糙,樣子也十分難看,但卻是開創性的,標誌著人類進入了創造發明時期。
一、創造發明促進了生產發展
“見風轉舵”是一個成語,比喻看機會或看人的眼色行事,多含貶義。不過,這個成語在科學技術發展史上,卻說明人類已經能利用自然界的動力——風了。
我們都知道,生產要發展,動力十分重要。原始人類最早的動力是什麼?是自己身上的肌肉。肌肉力量大的人,生產的東西就多。采果子,搬運獵物,靠的是力氣。後來,人們發現並利用動物的肌肉力量,例如用牛來拉犁,用馬來拉車等,以此提高生產力。
後來,有了磨麵粉的磨,舂米的臼,車水的水車,光靠人力畜力又顯得不夠了。人們便想到利用大自然的動力——風力和水力。於是,人們發明了風車,用它車水、磨麵、舂米,同時,人們發現也可以用水力來車水、磨麵、舂米。再後來又有了船,風吹船帆,產生推力,推動船前進。
可是,風,有時會沒有;水,有時會斷流,怎麼辦呢?人們在尋找新的動力。
水煮沸了,水蒸氣可把水壺蓋頂起來。壓力鍋裏煮東西,蒸氣太多的時候,會把壓力鍋蓋掀到天花板上去。蒸氣的力量多大呀!可是,蒸氣太燙,又不聽話,怎樣讓它為人類做工呢?許多人曾為此絞盡腦汁。
英國有個小五金商人紐科門,在總結別人的蒸汽水泵的基礎上,花了10年的時間,於1712年研究出第一台“紐科門蒸汽機”。當時英國木材缺少,隻能開采煤礦,可是煤礦挖深了容易積水,因此,紐科門蒸汽機很快就在礦井裏使用上了。1720年以後,還出口供應歐洲各國。但是,紐科門蒸汽機個子挺大,力氣卻不大,隻有5馬力~6馬力,而且蒸氣的熱量隻用了百分之一,其餘的都浪費了。
這時,出現了一個有誌青年詹姆斯·瓦特。他是英國格拉斯哥大學的儀器製作員,有研究的熱情和很強的動手能力。他在紐科門蒸汽機的基礎上進行了某些新的改進,使新的蒸汽機馬力增大了好多,燃料消耗也比原來減少了三分之二還多,而且適用性強,即它不僅用在礦井,還可用於紡織廠、煉鐵廠等。1784年英國建立了第一個采用蒸氣動力的紡織廠。到1804年,英國的棉紡織廠都采用蒸汽機作生產動力。蒸汽機的發明,推動了英國的工業革命。
蒸汽機被裝在馬車上,馬車改裝成了汽車。後來,又有人把它改成用汽油作燃料的內燃機汽車。它提高了速度,增加了載重量。
蒸汽機裝在船上,用來帶動劃水的槳輪,木船成了“輪”船,速度飛快,航運事業發達了。
蒸汽機被裝在一串火車車廂上,製成了“噴火的怪物”——火車。火車的開通,加強了兩地間的交往與流通,方便了人們生活,促進了經濟發展。
當然,蒸汽機也有不少缺點,後來,有人發明了內燃機,用汽油和柴油作燃料,體積更小,力量更大。再後來,又出現了電動機,用幹淨的電力來發動機器……
世界就是這樣在發明中不斷前進,生產效率也在發明中逐漸提高,所以,我們不得不承認:創造發明促進了生產發展。
二、創造發明推動了社會文明進步
中國古代在沒有發明紙以前,字是寫在竹片(叫竹簡)上的。據說中國第一個皇帝——秦始皇,每天批閱的文件(竹簡)達60千克之多。假如這60千克文件的內容有5萬字的話,寫在紙上麵也不過用幾百克紙。西漢時,有一位叫東方朔的文學家,給漢武帝寫了一份報告(奏章),竟然用了3000根竹簡,重達150千克,由兩個五大三粗的武士抬進宮裏去給皇帝批閱。這真可以說是世界之最了。
當然,紙沒有發明以前,字可以寫在絹上。絹是絲織品,寬1、1米,長40米為1匹。在當時,一匹絹可以兌換360千克米,價錢這麼高的書寫“紙”實在太昂貴了!
此外,還可以把字寫在龜甲、獸骨、青銅器、石板上。但是,這些東西,包括竹簡在內,運送、保存都不方便,閱讀書寫起來也不方便。因此,當時文化知識傳播慢,範圍狹窄,社會文明發展也因而受到限製。
曆史呼喚輕便、實用、經濟的書寫材料的出現。終於在公元105年,東漢時的皇宮內差蔡倫和手下的工匠們用樹皮、麻頭、破布試製成了紙張。他們先把這些東西弄碎,放在水裏浸泡,待漲足浸胖後,再用石臼搗爛成糨糊狀,然後在鍋上蒸煮,在竹席上攤成薄片,放在陽光下曬幹,薄片就成了紙。這種紙薄而輕軟,適宜在上麵寫字。於是,蔡倫把試製出來的紙獻給漢和帝,請他試用並奏請推廣。
蔡倫的造紙方法推廣以後,紙成為中國惟一的大眾化的書寫、繪畫材料。可以這樣說,中國幾千年的傳統文化得以保存和流傳下來,全賴紙張的功勞。
中國發明的造紙技術,於7世紀傳到朝鮮再傳到日本。8世紀中葉以後,中國工匠到伊拉克、敘利亞等國的城市傳播造紙技術,後來通過這些國家,造紙技術又傳到了歐洲。
12世紀,歐洲的西班牙和法國最先建立了造紙廠。13世紀德國和意大利也出現了造紙廠。到了16世紀,全歐洲都開始使用紙張了。
在中國造紙方法沒傳到以前,歐洲和阿拉伯國家,使用的是羊皮紙(實質上是薄羊皮)和埃及的莎草,後來,它們都被中國紙所代替了。最後,全世界都使用紙張來印刷書報,書寫文字。
中國對世界文化的發展所做的貢獻,不光是造紙術,還有印刷術等。
7世紀,中國出現了雕版印刷。方法是把文章刻在木板上,然後把它印在紙上,這樣一下就可以印許多本書。但是一本書的雕板,可能要堆滿一間很大的屋子,很不方便。
1048年,北宋發明家畢發明了活字印刷。他用膠泥塊刻字,然後火燒硬化,成為一個一個的單字,再把單字排成文章,用鬆香和蠟把單活字黏結成一整塊,最後刷墨印刷。用完後燒熔鬆香和蠟,膠泥單字還可繼續使用。這種活字印刷法比雕版印刷進步了,而且也奠定了後來鉛字排版印刷的基礎。
畢升發明的活字印刷方法,傳到了朝鮮。朝鮮還在此基礎上創造了鉛活字和鐵活字。16世紀末年,日本侵入朝鮮,把朝鮮的銅活字和木活字搶去許多,於是,日本也學會了活字印刷。
元朝時,很多歐洲人來到中國。當時杭州等地書坊很多,刻印工人技術非常熟練,有的歐洲人在那裏住過好幾年,所以很自然地把中國印刷術也帶到歐洲去了。
造紙術和印刷術的傳播和普及,促進了人們知識的積累和交流,開闊了人們的眼界,提高了人們的文化素質,加速了世界的文明化進程。
所以,我們說創造發明推動了社會的文明進步。
三、創造發明可以幫助學生提高學習成績
這是一個很有趣的問題,創造發明怎麼會跟提高學習成績有關係呢?這個問題可以從兩方麵來說:
1、小發明活動本身就能提高小發明者的心理素質和思維品質
進行創造發明活動,要有敏銳的觀察能力,要從身邊的勞動、文體活動中去尋找發明課題。找到了發明課題,就要認真思考,想出解決問題的辦法。吃飯時想,睡在床上時想,活動時也想,漸漸就養成了勤於思考的習慣。當想不出辦法時,他們會在日常生活中去捕捉、搜集信息,從中找到適當的解決辦法。如果學生能用這種持之以恒的精神去解決學習上的問題,好多疑難問題就成了小菜一碟了。
同時,小發明課題找到以後,他們一定還要自學許多東西。因為,發明創造是走前人沒走過的路,做前人沒做過的事。看參考書,向人請教,借鑒現有的產品結構。因此,小發明家的自學能力特強。如果這種自學能力能用到學習文化知識上去,提高學習成績不也就輕而易舉了嗎?
小發明家的思維特點是:圍繞一個問題,思維呈現全方位探索狀態,思路寬廣而靈活,多變而獨特。養成這種思維特點後,對於課堂學習,幫助極大。
因此,學生參加小發明活動,隻會促進課堂學習,更何況中小學生的發明創造作品,多數都是活學活用課堂知識的結果。例如,運用杠杆原理創造的“小雞喂食器”,運用電子知識創造的具有記憶和告知功能的“多功能門鈴”等。而且一些發明作品本身就是教具或學習用具,如“旋轉磁場實驗儀”等。
2、有許多創造發明作品,其用途就是為了提高學習成績的
如四川某小學學生發明了一個“排幹擾學習器”,它的結構就像醫生用的聽診器,隻是把聽頭改成一個玻璃漏鬥。使用時,聽診器的兩端塞在耳朵裏,玻璃漏鬥放在嘴下方。當你朗讀課文,背誦外語單詞時,自己的聲音通過橡皮管,再回到自己耳朵裏,排除了外界嘈雜聲的幹擾,可以專心致誌地學習,避免或減少分心。使用這種學習器,對提高學習效率,很有幫助。
又如,日本發明大王中鬆義郎,他發明了一個學習椅,也叫“聰明椅”。人坐在聰明椅上以後,數學運算能力提高,記憶力增強,思路活躍,腦子會變得靈活。據測算,坐過聰明椅20分鍾後,其頭腦的靈活程度可提高了30%左右。
聰明椅的理論基礎是什麼呢?是向大腦輸送比正常的血液循環所能輸送的更多的氧和營養成分,也就是說,它把氧和營養成分大量地迅速地送進大腦。
聰明椅放腳的部分裏邊裝著一種裝置,它能使腳往心髒上部輸送比心髒所能輸送的更多的氧和營養。靠近頭部的裝置能使氧和營養集中到大腦中來。因為大腦思考時需要更多的氧和營養物質。假如你觀察一下正在緊張思考的人,他頭部太陽穴的血管會暴得老高,這就是一個明顯的證明。
當然,中鬆義郎花了18年時間發明和完善的聰明椅的結構很複雜,裏邊有射線裝置,有電子線路,有生物化學的技術應用,並不像我們介紹的那麼簡單。但小發明對提高學習成績的作用,由此可略見一斑。
學習活動是人類健康發展所必需的。隨著社會的進步,科技與文化的飛速發展,人類得不斷地學習,即所謂活到老,學到老。所以,創造發明那些能提高學習效率的作品,越多越好。
第二節 創造發明的基本方法
一、發明從模仿中來鋸的發明鋸,是木工的常用工具。傳說是中國木工始祖魯班發明的。
有一次,魯班上山時手抓茅草向上爬。不小心茅草把他的手劃了一個大口子,鮮血直流。魯班感到奇怪:軟軟的茅草怎麼會把手劃破呢?他把草葉拿在手上仔細看,發現茅草的葉緣有許多尖銳的細齒。再拿草葉在手上一拉,又是一道口子。魯班受到啟發,請鐵匠幫助,造出邊緣有許多尖銳細齒的鐵條,用來鋸樹,又快又省力。這就是最早的鋸。
模仿發明法
像莫尼埃和魯班這樣,模仿生物或自然現象進行發明創造的方法,叫模仿發明法。
運用模仿發明法,可以從需要解決的問題出發,尋找自然界中相類似的事物與現象,研究它們的道理,用這些道理解決遇到的問題。莫尼埃就是這樣做的。還可以從自然界的一些現象或事物出發,把其中的道理與需要解決的問題聯係起來,進行發明創造,魯班則是這樣做的。
鋼筋混凝土的發明
現代建築大量使用的材料——鋼筋混凝土,是法國園藝師約瑟夫·莫尼埃模仿植物根係與土壤之間的結構而發明出來的。