工程学的研究方法

工程学的选题方法及案例分析云南省青少年科技中心张发现电话：[phone]邮箱：[e-mail]内容：一、工程学（发明）的范畴二、获奖项目的启示三、科技创新的智慧四、创新竞赛的策略五、发明技巧介绍六、案例分析一、工程学（发明）的范畴科学是关于客观世界各个领域事物现象的本质、特征及运动规律的知识体系。它是建立在人类社会实践活动的基础上并已经过实践检验和严密逻辑论证的知识。广义的讲，科学包括自然科学、数学、社会科学、思维科学以至技术。1、科学的含义：2、科学的方法论：提出科学问题------工作的起点科学观察与科学实验------获取科学事实和验证假说的手段。科学观察：借助人的感官或仪器来感知科学事实通过实验找到答案：科学工作的重要组成部分掌握科学思维------成功的保证逻辑思维：科学思维的基础创造性思维学会用艺术的眼光审视科学------对美感的追求3、工程学(engineering)的定义：工程学是研究自然科学应用在各行业中的应用方式、方法的一门学科，同时也研究工程进行的一般规律，并进行改良研究。狭义角度的工程学（EN）指技术，直接将科学原理应用于生产及实际应用的项目。工程学土木工程机械工程航空工程化学工程电气工程摄影工程音响工程汽车工程船舶工程制热与制冷工程交通运输工程环境工程……二、获奖项目的启示他们为什么能够得大奖？创新点?选题：紧贴生活方案设计：功能：防鱼滑脱原理：增大摩擦力方法：巧用尼龙搭扣，摩擦力的合理分布例1、抓鱼手套例2、立体形路标创新点?选题：紧贴生活方案设计：功能：防止车祸原理：错视原理方法：绘制假立体图形启示：1、发明创造并不神秘2、获奖作品具有“创造三性”新颖性（前所未有）创造性（非显而易见性，先进性）价值性（应用价值、理论价值）3、获奖者应当具有三大创新智慧创造性思维创造性观察科学实验三、科技创新的智慧1、创造性思维再现性思维创造性思维封闭、单一、求同开放、多元、求异创造性思维举例皮球例1、图示的空心立方体为美国最新设计的儿童玩具，请猜猜这是什么儿童玩具？例2、奥迪车广告创意设计（平面设计）温暖安全舒适4个圆环表示当初是由霍赫、奥迪、DKW和旺德诺4家公司合并而成的。每一环都是其中一个公司的象征。半径相等的四个紧扣圆环，象征公司成员平等、互利、协作的亲密关系和奋发向上的敬业精神例3、请说说塑料不同凡响的特性?诺贝尔化学奖发现塑料导电性日本筑波大学白川英树教授1977伟大的科学发现2000聚乙炔塑料碘杂质导电塑料导电现象科学发现技术发明我们为什么没有想到?请各位先思考一下：回型针有多少用途？各组把各自想到的用途汇集记录下来，供大家分享。x轴与回形针相关的各种实践活动总体信息分解力砝码美术金属画音乐拨片电导线磁指南针文学字母数学数字形状材质重量体积长度截面韧性弹性Y轴2、创造性观察（1）改变视角苹果里的星星五角星用陌生的眼光去看熟悉的事物（2）体察入微观察鸡蛋的形状观察牙刷的形状与设计特点（3）观察奇异西红柿生长的怪现象V型栽培法3、科学实验发明创造是实验的女儿。四、科技创新的策略1、选准课题（1）选题四忌二忌过时课题，选题要有时代性观察新的生活生产方式三忌“无理”课题，选题要有科学性四忌争论课题，选题要有趋向性一忌重复课题，选题要有新颖性～U0—Ut+－美国密西根大学教育学院关于学生“选题标准”的意见：可行的：学生能自己设计并完成有价值：学生通过这一课题研究，可以掌握必需的科学概念和科学研究步骤有背景：是学生生活和其周围世界中的真实问题有意义：有趣，能激发学生学习科学的积极性合伦理：不会伤害学生生命和破坏环境可持续：能使学生产生持续较长时间的探究兴趣（2）选题标准（3）选题方法观察法多观察社会生活，从生活中发现课题。观----看察----想消费生产生活学习用陌生的眼光去看熟悉的事物观察新的生活生产方式充分利用市场提供的信息联想法《食品卫生法》与电子消毒柜洪灾与管涌快速检测排除装置列举法缺点列举：希望点列举现实需要？延伸需要？潜在需要？针对老大难问题找到有效解决办法发现隐性缺点并提出有效解决办法防盗窗移植法发泡原理的移植真空原理的移植电镀方法的移植积木结构的移植例：手搓式洗衣机试压泵与快速腌盐蛋机调温型电熨斗组合法主体添加同物自组异物杂交分解重组2、注意创新点原理创新？方法创新？结构创新？激光电话光电鼠标气流帘门无叶片电风扇超声波洗衣机发动机验油法硬币分离装置（1）原理创新例.简谐仪设计方案1.漏沙法方案2.电击法方案2.漏液法传统方法变现代方法物理方法变化学方法机械方法变电学方法（2）方法创新（3）结构创新传统结构新颖结构复杂结构简单结构分散结构组合结构固定结构可变结构3、选题内容的确定（练习）针对我们所在教室里的设备设施进行方案内容的假设，并对此方案进行梳理，确定研究方向和解决办法。（1）地板（2）顶灯（3）仪器设备（4）窗子及窗帘（5）门锁发现问题确定创新目标、并不断修正调研、查资料、文献归纳、分析制定研究方案局部实验验证设计、制作、不断修正4、工程创新研究的一般过程5、开题报告课题的研究背景（课题的提出或立题依据，提出问题，并阐述本研究的意义）国内外研究概况(文献综述）研究内容技术路线可行性分析实施计划参考文献6、注意作品定位您究竟发明了什么？例：不用裁判的军棋？防近视台灯？新型洒水车？学校道路清洁机？7、注意作品命名同名成果问题基本名称特征定语+新成果创新点功能例：按人类工程学设计的台灯利用错视原理设计的公路限速标志五、发明技巧介绍1、形态分析法一种以系统搜索观念为指导，在对问题进行系统分析和综合基础上用网络方式集合各因素设想的方法。单缸洗衣机形态分析表功能技术手段1234A盛装衣服铝桶塑料桶玻璃钢桶B洗涤去污机械摩擦电磁振荡超声波热胀分离C控制时间人工手控机械控制电脑自控2、U型思维法鸡和狗的试验3、洞察奇异法我没有特殊的天赋，只有强烈的好奇心。------爱因斯坦谁丧失了好奇心，谁就丧失了最起码的创造力。------爱迪生酸碱试纸的发明（波义耳）西红柿V型栽培法（赵跃荣）4、假设思考创新法魏格纳：“大陆漂移”假说5、逼发创意法傻瓜照相机安全别针6、调新口味法各种口味的泡泡糖、冰淇淋等7、智力激励法“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”头脑风暴法：自由思考延迟评判以量求质结合改善例、电线积雪清除方法8、寻找斜边法当年，爱迪生让他实验室的一位大学生提供电灯泡体积的数据，这位新助手用高等数学的方法足足计算了几小时。爱迪生对此深感遗憾，因为在他看来，这种问题只需一两分钟就能解答，而且只需要小学生的知识就足够了。请你想想，爱迪生找到的“思维斜边”又在哪里呢？找出原因对症下药圆珠笔漏油问题的求解？9、同物自组法双排订书机、多缸发动机、双头液化气灶、双层文具盒、双顶鸳鸯睛雨伞“长寿”灯泡电风扇10、立体思维法在一块土地上种植四棵树,使得每两棵树之间的距离都相等？电子线路板立体文具盒、立体工具箱、立体报刊架飞机、导弹和卫星等的电于设备11、综合专利法利用专利信息进行再创造的一种技法。运用这种技法的要点是熟悉专利文献和善于进行综合。两条基本途径：一是设计思路综合，二是技术综合。卡尔森光导电性和静电学原理结合静电复印技术的基础专利蒸汽机驱动的织布机丰田佐吉12、能源变换法“拍卖太阳”“电老虎”“油老虎”“煤老虎”电子灯泡13、强制联想创新法已有的平庸的改进的新颖的奇特的去掉保留变换和修正强制联系强制结合日本东芝电器公司旋转万能X射线电视透视台X射线透视机、电视摄像机、可调节手术台14、分段推进法昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。众里寻他千百度，摹然回首，那人却在灯火阑珊处。古今成大事业、大学问者，必须经过三种境界。------王国维传世佳作（人间词话）悬想苦索顿悟周林频谱仪荣获首届世界青年发明家科技成果展览会金牌奖（1985年10月）15、时差利用法天津“狗不理”包子牙膏：“早安型”和“晚安型”西装16、定量实验法伽利略1607年光速的测定斐索1849年313000公里／秒1932年用旋转棱镜测得光速为299774±2公里／秒国际计量委员会299792458米±1.2米／秒物质A+物质B→物质C化学反应电冰箱电子灭菌除臭器假如有人想发明创造一种用于蔬莱、水果等食品贮存的电子保鲜器，除了设计出电路原理图外，还应当通过定量实验解决哪些技术问题呢？17、琢磨偷懒法“业精于勤而荒于嬉”带刺铁丝网“少出力也能办成事”，“能够偷懒就偷懒”种棉花18、典型观察法现代遗传学的奠基人孟德尔杂交水稻之父袁隆平如果我们想开发研究一种环境空气监控装置，该如何选择典型观测呢？豌豆菜豆玉米草枣等豌豆具有明显的、易观察的、稳定的相对特征，如种子的形状（圆、皱），子叶的颜色（黄、绿），茎的高度（高矮）等。其次，豌豆花的雄蕊和雌蕊由花瓣包裹起来，在自然条件下进行自花授粉，易得到纯种，一般不会受到外来花粉的影响；再次，豌豆具有容易栽培、生长期短的特点，可缩短观察周期。19、预测需求创新法“小荷才露尖尖角，早有精蜒立上头”“用即扔”雨伞长虹彩电20、技术辐射法红外技术远红外辐射取暖器红外线电吹风红外电子狗超声波技术微电子技术电子计算机技术21、材质替换法塑钢门窗木门窗铝合金门窗、钢窗纸张阻燃纸：旅游锅牛皮纸：活动住房构件形状记忆合金（40℃以上做成天线），冷却，把天线折叠成球团天线22、精细观察法工程师韩永奠无铅皮蛋铜皮蛋锡皮蛋铅皮蛋英国有位医学教授：蘸液体试验23、动态观察法“黔之驴”超导现象：铋、铅、锡等金属林力凡“压力烹煮法”和“超高压食品”高塔处理的鸡蛋陈米超高压处理新米24、突破禁区法爱迪生：发明电灯，直流电乔治·威斯汀豪：研究交流输电，用交流电照亮了世界交流电照明飞机送上天勒让德（法国天文学家）：制造一种比空气重的装置去进行飞行是不可能的西门子（德国大发明）赫尔姆霍茨（德国物理学家）：从物理学的角度论证，机械装置要飞上天纯属空想。美国人莱特兄弟“捕捉阳光”光导纤维既能传递信息，也能传递能量纯净的水传递强光陈和平（山东）：太阳灶和太阳能储存器25、功用发掘法鲁迅先生在（准风月谈）中，讲过一个故事：柳下惠看见糖水，说可以用来滋补身体，而盗拓见了，却道能用来粘门闩。他俩是兄弟，所见的又是同一种东西，想到的用法却这么天差地远。-------“糖水功用有别”小苏打功用：烘烤制作饼干、糕点、面包卷和曲奇等（碳水化合物食品）中的发酵剂开发：电冰箱、地毯、盥洗室、下水道、水族缸、猫舍、组合橱柜、踏脚垫除臭的专用产品比如，家中的调温式电熨斗，除了用来熨烫衣服外，还能作什么用？这里面有没有新产品开发的灵感？可以除臭具有柔和的腐蚀作用，可以作清洗剂它对人的皮肤和肠胃系统均无害烤箱清洗剂、餐具清洗剂保健香皂26、切割组合法龙非驴非马王忠容（服装厂的设计师）:女式两用裙裤“天机云锦用在我，剪裁妙处非刀尺。”沙滩帆车鹿角、马脸、牛眼、虎嘴、虾须、蛇身、鱼鳞、鹰爪等27、变换视角法横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目，只缘身在此山中。埃及金字塔巨石成因天然石块？加工制成？人工浇注“验油测磨损”拆开：汽车发动机运动部件的磨损情况人体验血看病观察机油中金属微粒的变化情况，间接发现磨损的程度。28、事故启迪法长井的故事：“瞌睡虫”电子提神器可折叠的锯子29、线型组合创新法安全剃须刀架和刀片-----美国金·吉列可调节刀架超级刀片双层刀片转为双刃把握柄改为弧曲形似变非变，以新带旧，推陈出新30、藤型组合创新法顺藤、依蔓而摸瓜松下公司彩色电视机大屏幕彩电增加收录机，开发出卡拉OK机视听同步自娱乐的家用电器新时代索尼公司电子音响设备大屏幕彩色电视机和高保真立体声音响设备组合视听同步家用电器开发的重点移向家用电器的轻、小、短、薄，向商场推出了微型多功能的彩色电视机，让人边走、边听、边看。31、缺点逆用法弗赖伊（美.化学家）：不干胶纸张开逊（发明家）：PN结温度传感