在观察中获得新发现

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  从科技创新实践中,人们归纳出许多获得创意或者找到问题求解途径的方法与技巧,即所谓科技创新技法。在科技创新过程中应用创新技法,有利于创新者开拓思路,提高思维效率。观察发现法便是其中一种重要的创新技法。
  观察是一种有目的、有意识的感知活动,是发现事物和认识事物的一种基本途径。尽管人人都能观察,但观察所表现出来的风格和得到的收获却可能大相径庭。有人浮光掠影,视而不见,见而不疑,无法从观察中获得新的发现;有人却独具慧眼,见微知著,从观察中悟出创意,发现“新大陆”。前者为一般性观察,后者为创造性观察。在科技创新中,依靠创造性观察作出重大创新的例子比比皆是。
  也正是在这种有目共睹的事实基础上,形成了可供人们学习运用的观察发现型创新技法,这类方法可以有以下几种运作方式。
  一、意外发现法
  观察,作为获取经验事实的重要方法,必然不同于日常生活中的简单反射式印象,它具有某种主动性,即观察是根据需要有目的、有意识的一种感知过程。但是,如果在观察过程中发现了意外的、与计划目的不一致的异常现象,则应主动地产生疑问,并考虑是否“见异思迁”。如果能改变预定目的而有所发现,有所创造,便很好地应用了意外发现法。
  提起诺贝尔奖,大家都知道这是世界上最高的科学奖项。自从1901年在瑞典斯德哥尔摩设立这项大奖以来,世界各国的科学家都对此梦寐以求。首次获诺贝尔奖的科学家有6人,获物理奖的是德国天才物理学家伦琴,他以发现X射线而登上科学高峰。物理学界的同行向他表示热烈祝贺,不过也有不少物理学家对错失获奖机会懊悔不已,因为他们也曾与X射线擦肩而过。
  在此之前,许多人为了探索克鲁克斯真空管的特征而进行放电实验,他们也曾发现过实验中的异常现象,如旁边的氰亚酸钡纸发出了明亮的荧光,但是他们视而不见,唯有伦琴对异常现象进行了专门研究。结果他意外发现一种鲜为人知的看不见的神奇射线,他将它命名为X射线。
  伦琴发现的X射线,当时震动了世界,一张伦琴夫人骨结构的X光相片,在欧洲大陆引起了轩然大波。有的报纸骇人听闻地警告女士们,今后穿什么衣服都不安全。投机商乘机大做广告,招徕顾客去买他们发明的“X保险服”。科学家们的反应也异常狂热,数以百计的科学家几乎一夜之间都变成了X射线的研究者。
  X射线的发现使物理学迈出了革命性的一步,同时也推动了现代医学的发展,人们用X射线来提示组织内部的异物和诊断骨折,研究心脏和大脑。有人说,如果没有X射线的发现,医学的物理诊断可能还处于一个茫然的世界。
  世界上的事物是十分复杂的,既定的观察目的能够达到固然可喜,但能针对意外的现象作出有价值的侧向转移并获得新的创造更是难能可贵的。发现与习惯理解差别较大的异常现象是一种提出问题的机会,也是有可能作出创造的一种机遇。因此意外发现法又是一种机遇捕捉法,“观察异常——抓住机遇——创造”是运用这种技法实现创新的基本原理。
  运用意外发现法进行科技创新的要点如下:
  其一,确定观察目标。确定明确的观察目标是观察活动的目的性要求,也是分辨正常现象与异常现象的参照。缺乏明确的观察目的与目标,也谈不上什么“意外”。观察目的与目标的确定,取决于具体的科技创新课题的需要。
  其二,注意捕捉异常现象。在观察中既要朝着目标前进,也要随时做好准备捕捉可能出现的异常现象。捕捉异常现象要注意正确的观察方法,同时要排除观察中的假象与错觉的干扰。
  其三,确定新的研究课题。如果确认观察中出现了值得研究的异常现象,可以考虑派生与原研究目标不同的新课题。确定新课题时,要注意分析它的研究价值和可行性,盲目地变迁研究目标,可能会徒劳无功。
  二、动态发现法
  动态发现法是建立在动态观察基础上的一种创新技法。它的特点是创造条件使研究对象处在激发、扰动的状态下,然后进行观察。在科技创新活动中,人们为了多方面地把握研究对象的特征、属性,不仅要对其进行静态观察,而且要创造条件进行动态观察,以获取人们在静态观察中无法知道的情况。动态发现法的创新原理,就在于动中求新。
  例如,金属是常用的材料类型,研究金属的性能对发展材料工业和应用材料工业都具有重要的意义。对一种金属而言,在静态下观察,除了能看见它的形体、光泽等属性外,不可能有新的发现。如果将它逐步冷却,进行降温状态下的动态观察,又会产生什么结果呢?有人按此思路对多种金属进行实验。当把铋、铅、锡等金属放在接近绝对零度(-273℃)的温度时,发现其电阻为零。如在-273℃下向金属线圈中通过1安培电流时,由于电阻为零,这个电流将不断地在线圈中运动下去。人们将这种现象称为“超导”。
  超导现象的发现激发了世界各国对超导材料的开发研究。超导材料的应用对发电、输电、能源储存和机电新产品开发产生了重大的影响。
  在科技创新中应用动态发现法,要注意以下几个要点:
  其一,先进行静态观察。有比较才有鉴别,创新者先要掌握研究对象在静态下的特性,以此作为判断它在动态条件下是否发生变化的参照。
  其二,创造动态条件。创造动态条件是运用此技法的关键,创新者可以考虑采用改变时序、改变空间和使条件极端化等方式来化静为动。
  将事物放在变化着的时间中进行观察和实验,就是改变时序。比如,人们研究人体在一天不同时间内的生理和心理状况,发现了“人体钟”的现象,据此有人研究出适应“人体钟”规律的“时段训练法”,提高了智力训练的效果。从事社会科学研究者,也常常将事物置于历史发展的长河中进行动态观察和思考,以揭示某种社会特性。
  同一事物在不同的空间可以表现出不同的功能和属性,因此有意识地将研究对象置于几种不同的空间进行观察,也是进行动态发现的一种手段。比如,将稻种放在太空中进行处理,结果发现它的发芽生长有新的变化。有人将橡胶制品放在辐射场中处理,结果发现处理过的橡胶制品具有形状记忆功能。
  事物的属性在极端化的条件下或许与常规条件下有所不同,这种想法常常使动态发现大有收获。在超高速状态下行驶的车辆,其动力学特性不同于常速状态,因此掌握高速条件下的车辆动力学特性是设计车辆结构及外形的重要依据。发现在超高温、超高压、超负荷等极端条件下事物属性发生变化,便意味着出现了创新契机。   三、变换视角法
  观察,总要选择一个观察基点,即确定一个观察视角。在不同的视角下,我们看到的可能是不同的事物形象。比如正视一个圆锥体时,看到是一个三角形投影,俯视时则看到的是一个圆形投影。再如,站在地面上观察飞驶的列车与坐在另一辆飞驶的列车去观察时,显然会得到不同的印象。在科技创新中,如果有意识突破传统观察习惯,改用过去不曾用过的角度去观察与思考,或许能发现“新大陆”。这种通过变换观察视角来获取创新成果的创新技法,就叫做变换视角法。
  在许多年前,人们长期信奉地球中心说,即认为地球是宇宙的中心。这种看法似乎与人们每天看到的日出日落的现象是一致的。后来科学家哥白尼推翻了地球中心说,创立了太阳中心说,即认为太阳是宇宙的中心。哥白尼在创立这一光辉学说时少不了进行科学观察,从方法上看,他也运用了变换视角的方法。人们选择地球作为基点,发现太阳东起西落。哥白尼没有局限于以地球为参照系的传统观察视角,而是设想自己从宇宙的恒星上来观察整个宇宙,便提出了太阳中心说的科学假说,认为地球是绕太阳公转的。进一步的科学研究证实了哥白尼理论的正确性。
  在科技创新中应用变换视角法,要注意以下几个要点:
  其一,了解传统观察视角。变换视角的目的是要发现某种新现象,但这种新现象只有了解传统印象后才能发现。因此在变换视角前,应当了解人们传统观察所习惯采取的视角。
  其二,掌握变换视角的方式。变换视角的方式通常有改变观察位置和改变逻辑视角。改变观察位置是变换视角最直接的方式,它通过改变观察者的立足点来实现。比如站在地球上和坐在飞机上观察同一地面物,会得到不同印象。站在大圆桶里看和站在圆桶外部看,会分别得出内凹和外凸的印象。在理论力学中,变换坐标系可以用新的方程来描述物体的运动规律。改变逻辑视角是一种综合“观”与“察”的变换方式,它的特点是跳出传统逻辑思维,在新的逻辑领域中进行观察与思考。例如人们从不同的学科去观察某一事物以产生新的认识,就是改变逻辑视角方式的应用。
  其三,寻求新的感观。改变视角进行观察并不难,难的是从新的观察中能悟出什么新的感受,并将这种感受转化为某种创新概念。要想达到这种效果,关键在于变换视角的同时,还要变换思维方式,即将创造性观察与创造性思考紧密地结合起来。
  四、迂回发现法
  在观察活动中,常常发生正面观察受阻或直接观察有障碍的情况,这时不妨采用迂回包抄的观察方法。
  科技创新往往带有模糊的性质,一眼望穿或睁眼即明的情况是不多的。事实上许多创新都是采用迂回曲折、从两翼或外围入手进行观察才有所发现。有准备地采用这种非直接观察方式去进行发现的方法就是迂回发现法。
  关于埃及金字塔巨石的成因问题曾引起许多科学家的推测,但各抒己见,众说纷纭。这些巨石到底是天然石块加工制成还是通过别的方法造就的呢?人们长期观察仍无定论。后来科学家们避直就曲,改从古代埃及文化、法老陵墓中的随葬品等方面去观察分析,最后得出建造金字塔的巨石是人工浇注而成的结论。后来的采样化验证明,情况确实如此。
  在科技创新中应用迂回发现法,要注意以下两点:
  其一,以正面观察作为参考。只有当正面直接观察受阻时,才开始考虑采用迂回的方式进行间接观察。迂回观察也要以正面观察作为参考。
  其二,掌握迂回观察方式。迂回观察有中介迂回、“虚像”迂回和综合迂回等方式。中介迂回是最基本的迂回方式,它不直接观察研究对象,而是通过先观察“第三者”再来了解观察对象的情况。由于其观察思路走了三角形的两条边,因此具有避直就曲的特点。从事物的“虚像”(如功能、性能、效果等)出发去认识事物的实际形态,是一种特别的迂回方式。比如在研究一台机器的结构形态时,我们不再将机器解体,而是先观察它在功能、运动形式方面的表现,再推测出其内部结构。如果将以上两种方法结合,将人的观察与借助仪器观察相结合,就是综合迂回方式。对于复杂的研究对象人们常进行综合迂回,以发现复杂情况中的新问题。(摘自《科技创新方法》)
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