科學小發明

2023年12月9日發(作者：探險之旅)

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【科學小發明】

第一課 創造發明基礎知識（1）

1．什么叫創造發明?

什么叫創造發明？創造發明是指首創前所未有的事物，首創新的制作方法。創造發明要有扎實的基礎知識，同時更要有良好的智力。這種智力，主要地表現在觀察能力、實驗能力、創造思維能力、想象能力和動手能力，具有能產生設想的創造思維，掌握能創造新產品的創新技能。列寧曾經闡明創造性幻想的作用。他說：“幻想是極其可貴的。有人認為，只有詩人才需要幻想，這是沒有理由的，這是愚蠢的偏見！甚至在數學上是需要幻想的，沒有它就不可能發明微積分。幻想是極其可貴的品質。

2．發明創造的火花

人類從最原始的茹毛飲血時代進入到信息化時代，其間經過了漫長的過程。這是一個生與死、血與火的考驗過程。在這個過程中，人類就是依靠自己的聰明智慧去改造自然、征服自然的。而這些改造自然、征服自然的所有方法與技巧就是科學。

“科學技術是第一生產力”。既然是生產力，它就能使一定的物質世界產生出類似核聚變的物品。比如著名的科學家袁隆平培育的雜交水稻，一下子使單位畝產提高了若干倍；作為自然界最普遍的物質“水”，人們對它最初的認識也不過是供1

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給飲用，可是蒸汽機、發電機的發明，它卻能源源不斷地向人類提供電能……

科學與發現和發明創造緊密相聯。而創造發明又要以最基本的知識為前提，沒有一定的知識作后盾，難以有所發現。現在，我們正處于學習最基本的知識階段，一切有志于為人類做出貢獻的同學，必須趁現在的大好時光，努力學習，在自己幼小的頭腦里埋下一顆發明的種子。

據生理學家研究：人與人的智力相差無幾，一個擅長發明且有成就的人與常人的差別就在于他們非常留心身邊一些細小的現象，抓住苗頭，認真觀察、反復思考、反復實驗，終有成就。，我們無成就，就是我們太不在意這些細小的現象，對一切事物“熟視無睹”，因此就決定我們成為了一個非常平庸的人。

青少年搞發明創造不是“天方夜譚”，我們可以從一些細小的事情入手，初學創造者可以從改進一些物品開始。不要期望搞一個重大的發明。畢竟我們所學有限，條件不夠。事實上搞一些小發明完全可能。我們國家為了鼓勵青少年發明創造，各級政府部門專門設立了很多青少年科技創新評比活動，同時為同學們小發明建立了很多科技學習場所。

江澤民說過：“創新是一個民族進步的不竭動力”。同學們，世界的發展已經進入了快車道，科技的發展日新月異。2

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為了民族的振興，為了國家的富強，同時，也為了證明我們是龍的傳人，讓我們發揮自己的聰明才智吧！

3．技術發明活動的一般心理過程

技術發明的目的就是要創造出新的事物和方法，在技術發明的過程中創造思維貫穿始終。從創造心理上分析，人們發明活動的心理過程一般可分為準備、醞釀、頓悟、驗證四個階段。

第一，準備階段。它是創造思維圍繞著掌握問題，收集材料而展開的，并決定著創造思維以后發展的方向。

要想發明，首先要對發明的對象有深刻的了解。這就需要發明者必須有第一手的資料和與其有關的技術等方面材料。這些材料要靠發明者觀察、分析、探索實際問題來獲得；同時要研究收集到的與此有關的技術資料，前人申請專利的情況，社會需求情況等。在此基礎上研究發明的方向和解決問題的關鍵。同時，對這些資料進行分析、比較、綜合的思考，使發明的對象概念化、圖像化和可視化。

這一階段發明者的態度是：高度緊張，全神貫注，努力對對象進行深入的了解和探討。

第二，醞釀階段。這是探索解決問題的潛伏期，這一時期常常需要較長的時間。

針對掌握的問題和收集的資料，發明者常常借助于發散性思維（也就是求異思維、擴散思維），就是“不依常規，尋求3

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變異和多種答案的思維形式”，廣開思路，從不同方面去思考，分析、比較、綜合尋找解決問題的最好方法。

這一階段如同酒的醞釀，使之趨于成熟。雖然活動不如第一階段緊張，但人的思維卻時刻不停，考慮一個個方案，比較它們的優缺點；尋找解決問題的一個個方法，判斷它們的可能性。發明者常用散步或拉琴等方式來“散心”，因而被旁人稱為“創造的短時休息”期。

第三，頓悟階段。這是發明的具體解決問題的明朗時期。也有稱為靈感期的。

在醞釀階段苦思冥想中，突然靈感閃現，找到解決問題的關鍵方法，使整個發明難題迎刃而解。

靈感在技術發明活動中的作用是十分突出的。它是人們在自覺或不自覺地想著某一問題時，在頭腦中突如其來地產生一種使問題得到解決的想法。靈感往往是對某一問題進行長期研究，但久思不得其解，因此將其暫時擱置起來，去做一些與它無關的事的時候產生的。一般做一些輕松愉快的事更容易產生靈感。

第四，驗證階段。這是對發明成果進行實際驗證，判斷其解決方法是否正確，并尋求更科學、更合理的創造途徑。

這一階段為了完成發明，不倦的思索和探求，全力以赴，使發明成果更加完善

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第二課 創造發明基礎知識（2）

1．青少年技術發明活動的特點

青少年技術發明活動的心理過程與成年人是基本相同的，然而由于青少年的年齡特征和心理特點又與成年人有所不同，所以青少年的發明活動過程與成年人相比存在著差異。

（1）發明的動機往往出于自己的興趣。而這興趣的形成，一般由于以下四個原因：一是在日常生活、學習、勞動中遇到有不順手、不稱心、不方便的時候，也想試一試自己能不能通過發明創造解決問題，在試探當中對發明產生了興趣；二是在參加校內外各種科技社團和興趣小組、夏令營的活動當中，在科技輔導員的啟發下對發明活動產生了興趣；三是聽了技術發明的講座和閱讀有關書刊產生了興趣；四是受到家庭的影響對發明產生了興趣。據天津市第四屆青少年創造發明比賽286名獲獎學生調查，由于以上四個原因形成發明興趣的學生人數分別占286人的54.5％、25.18％和23.43％。

對發明活動有了興趣，就驅使青少年主動地觀察事物，廣泛收集資料，積極選擇發明的課題，勤于作品的構思。這種興趣將在整個的發明活動中起主導作用。因此必須為青少年的發明活動創造一個良好的環境，給他們以支持、鼓勵、理解和指導。使他們對發明的興趣由好奇式的興趣發展到喜愛式的興趣，進而到習慣式的興趣，這樣才能持久地保持下去。

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（2）課題的選擇隨意性大。青少年的技術發明活動不同于其他的科技活動，它在活動中不能像科技制作或實驗那樣，大家做同一種作品或實驗，它一般是由青少年獨立進行選題、構思、設計、制作的。這就決定了青少年技術發明的課題是由本人選定，并不是由他人或社會機構選定。因而課題選擇的隨意性比較大，而且變動頻繁。

當他們對發明產生了興趣后，就去查找自己所遇到的各種不方便的事物，從而發明的課題也不斷產生。面對這斷斷續續產生的課題，他們一般不是把這些課題集中起來分析取舍，而是遇到什么課題，就去構思制作，剛碰到了一點困難，就可能放下這個課題又去考慮另一個課題。這就造成青少年在技術發明時碰巧也會產生一個好的構思，成功地完成一些好的發明項目；但也可能由于這樣見異思遷，不深入研究，造成很多青少年在發明活動中成功率低。

（3）技術發明課題范圍比較狹窄。在中國發明協會舉辦的國家級的全國發明展中，發明項目共分為19類。但在全國和省、自治區、直轄市舉辦的青少年科技發明比賽中的統計，青少年技術發明項目最多也只有12類，有時只有7－8類，其中絕大多數項目屬于生活和學習用品教具兩大類。

青少年主要的任務是學習，他們的生活范圍基本是家庭和學校，接觸社會面很窄。不很了解社會需要哪些發明，工廠中設備哪些需要革新改造，即使知道，由于知識和技術力量的限6

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制，也不能勝任。青少年技術發明的項目多是在他們身邊遇到的不方便事物和方法，據對天津市第四屆青少年科技發明創造比賽286名獲獎者的調查，81.12％的發明者認為他們課題的產生常常是從身邊的生活、學習、勞動、游戲中遇到不方便時才找到發明課題的，50％是生活用品。課題選擇來自身邊的好處是：選題比較容易，直覺靈敏，便于構思設計，便于實施驗證，容易成功。但是這類選題是很有局限性的，范圍較狹窄，加以青少年使用的物品常常是重復的，去年初中一年級學生接觸的事物，今年初中一年級的學生仍會再接觸，往往造成一個課題的重復，對青少年個人講是“發明”，對社會講并不是發明。

（4）青少年的發明活動有一定的周期性。這是由于中小學生年齡特點和心理因素的影響，以及學校教育的階段性所決定的。從天津市第四屆青少年發明比賽獲獎學生數字的年級曲線和年齡曲線看，說明了青少年技術發明活動的周期性是：小學高峰期為5－6年級，即11－12歲；初中為初二、初三年級，即14－15歲；高中比較均衡，即16－18歲。

（5）青少年技術發明的工藝水平較低，在轉化為產品時往往要進行第二次開發。青少年的技術發明活動是在課外時間進行的，他們的經驗不多，工藝能力不強，一般只用一些簡單工具進行手工操作，工藝比較粗糙。

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另外，青少年對自己的發明項目構思、設計后，某些材料不易找到，限于技術設備不足，又不易制作，因而需要找一些代用品或廢品制作，往往不夠美觀、精致、堅固。

作為技術發明的成果應該轉化為產品、商品被社會接受，但青少年的發明項目要轉化為產品商品前，大部分需要有關人員的第二次開發。這也是因為青少年在發明制作中，一般不考慮材料來源，常常只選取易得、價廉、加工容易的材料；對于作品使用壽命、流水生產的裝配、今后的維修等都不考慮，消耗材料、工時等也是不計算的。但這些關系到質量、成本、價格的重要因素對于工廠來說是至關重要的。所以對于一件較好的青少年發明項目，在投產之前，有關人員在其構思、設計、功能、效果不變的情況下，要對其材料、結構、工藝等方面進行二次開發，才可轉化為產品、商品，增加社會效益和經濟效益。

（6）非智力因素對青少年發明能不能成功的影響很大。技術發明活動周期長，一次成功率不高，難度大，而青少年的年齡特點，興趣不鞏固，注意力不持久，在每一件發明過程中都會發生意想不到的各種各樣的困難，對于這些困難單憑智力、創造力是不能戰勝的，還需要靠良好的個性，特別是某些非智力因素，尤其是意志的作用。意志就是人自覺地確定目的，并且根據目的來支配、調節自己的活動，克服困難，實現預定目的的心理過程。青少年在技術發明活動中由選題到完成，若8

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沒有堅強意志，是難以成功的。除意志外其他的非智力因素所起的作用也是不可低估的。

2．青少年技術發明的實施過程

（1）準備階段。首先是提出問題。青少年發明創造的欲望和動機，就能促使他們認真觀察周圍的事物，積極思考，提出問題。其次是列出發明課題。面對眾多的課題，要進行篩選，從中選擇一項到兩項符合發明要求并適合于自己的知識、技術、能力條件的課題。第三是收集資料。根據選擇的課題，要多方收集有關的資料，盡可能地掌握同你的發明課題有關的最新最詳細的情況。

（2）制定方案。根據確定的發明課題，制定周密的實施方案。一般說來，制定實施方案需要有以下四個步驟：第一步，列出明確的發明目標，包括這個目標的具體要求；第二步，剖析目標。對已確定的目標進行分解，分解成一些小目標，然后逐個解決為實現各小目標所必須解決的每一個小問題；第三步，形成構思。為實施每個小目標和解決每一個小問題尋找可行的途徑和辦法。把可行的途徑和辦法進行組合，構思、制定出這項發明的總體實施方案；第四步，對總體構思、實施方案進行補充和修正。要用文字或圖表形式表達方案，務求全面具體。

（3）總體設計。按照實施方案規定的目的要求，制定這個課題的整體圖形和各部分的圖形。由于中小學生一般沒有學9

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過機械制圖，不要求他們制定規范的機械圖，但是可以畫出示意性的草圖，包括整體的形狀、大小、外觀色彩等，使這項發明有一個比較完整的雛形。為了使總體設計更加完善、合理，還可以利用紙片、木材、鐵絲、膠水等材料做出一個模型，再對模型進行改進，并進一步考慮先做什么，后做什么，如何裝配，各部分尺寸、形狀，使發明的總體設計更加完善。

（4）制作樣品。按著總體設計制作出的樣品并不是模型，它可以是最終的發明物品，也可以不是最終的發明物品，還可以進行改進。樣品是一件實物，能夠實驗使用。各部分的功能應符合總體設計。

（5）評估驗證。任何一件發明，只有經過實踐的檢驗，才能判斷它是不是合格。有些發明構思雖好，但在制作中，常遇到許多意想不到的問題，發明樣品做成后，不能達到預想效果，不能使用，就要想辦法加以補救或重新構思、制作，直到達到預想效果為止。

在整個實施過程中，制定方案、總體設計、制作樣品、評估驗證都會隨著構思的變化而改進變化，這四個過程也常常會反復交替進行。

3．發明課題選擇的一般原則

青少年技術發明的課題種類雖然不多，范圍也較狹窄，但他們發現的問題，提出的發明課題卻是五彩繽紛的，在這眾多的課題中選擇哪一項呢？選好的課題，有助于發明的成功。

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在選擇發明課題時，應注意以下幾個原則：

第一、選擇身邊常遇到的問題作為發明。從青少年日常生活、學習、工作、游戲、走路、旅行、勞動當中尋找選擇課題，對目前人們使用的用具，文具等，想一想怎樣能提高效率？質量怎樣能更好？怎樣減少故障？怎樣可以更安全？怎樣可以使價格更便宜？怎樣用起來更方便？等等。選擇身邊常遇到的問題，就便于青少年的觀察，分析課題既明確又具體，也便于構思、設計，也容易成功。

第二、選擇課題要從主客觀實際條件出發。青少年技術發明最后的成果是要以實物形式出現，并能在實踐中使用。這不僅需要青少年的構思、設計，還要經過青少年自己動手去制作、實驗等過程。因此在選擇課題時一定要考慮青少年是不是具備完成這項發明課題的條件。某些課題所需的知識和技術雖然能通過學習得來，但是這個目標不應距離青少年本身的科學文化知識基礎太遠，否則，他們在短時間內無法掌握所需知識和技術，這個課題就難以堅持下去。同時還要考慮到工具、儀器、設備、經費等條件。凡是超越了實際的可能，盡管這個發明課題很吸引人，也要實事求是地將其舍棄，免得白白浪費時間和精力。

第三、選擇課題要專一并且簡單易行。青少年的發明是在課余時間進行的。精力和時間都很有限，這就決定了在一段時11

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間里選擇發明課題要專一，從一事一物去構思，從一點一滴做起。這樣容易成功。

提倡選擇課題要專一易行，并不是說青少年的發明水平就一定很低。正因為它專一易行，青少年可以發揮想像力強，不受舊框框限制的長處，在構思上多下功夫，同樣可以搞出高水平意義的大發明來。

4．對青少年技術發明評估的標準

對青少年技術發明評估的標準，最根本是看它對人類對社會所起的作用。

從總體上要看它的經濟效益和社會效益。具體分析，要從新穎性、先進性、實用性和科學性等“四性”來判斷發明質量高低。

（1）新穎性是發明的實質。一項好的發明，首先就要具備新穎性。新穎性是發明質量標準中最重要的一條。

新穎性指的是在提出這項發明以前（包括在報送參加發明比賽和展鑒以前），或是在申請專利以前，沒有出現過同樣的東西或是同樣的方法（這里說的同樣，是指同樣的技術內容）。而且這項發明并沒有向公眾公開過，這就叫做具備新穎性。

怎樣看一項發明具備不具備新穎性呢？具體地可以從以下幾個方面來看。

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第一、從時間上看。在時間上，只要發明者在提出這項發明以前，沒有出現過同樣技術內容的東西或方法，就是具備了新穎性。

第二、從公開的方式看。公開的方式指的是：一、在國內沒有公開使用過，沒有在商店銷售過；二、沒有在國內或國外的報紙、雜志、書籍、廣播、電視、電影、展覽會上公開地發表過、展示過（因為用這些方法比較容易超越國家的界限）。三、沒有任何人已經申請并且被批準授予專利權公開了的技術。這樣的發明就具備新穎性。

第三、從“公眾”看。一項發明要具有新穎性，必須是以前還沒有向公眾公開過的。“公眾”是什么意思呢？“公眾”是指在被允許知道的一定范圍以外的人，盡管人數很少，但他們知道了這項發明的技術內容就是“公開”。這項發明也失去了它的新生。這里說的被允許的一定范圍，指的是發明比賽展覽的評審人員和在申請專利過程當中必須經手的工作人員等等。如果這些人知道了，盡管人數比較多，仍然可以被認為沒有失去新穎性。

第四、判斷一項發明有沒有新穎性，只限于以現在的一項發明同過去已有的另一項東西相比，而不是把過去已有的許多項湊起來，用過去的“群體”同現在的“個體”相比。例如，鉛筆同橡皮頭的鉛筆，就是一項發明，是有新穎性的。

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第五、發明的新穎性要從發明項目的主體看。這就要看這項發明的主體部分是不是以前所沒有過的新東西，有沒有新的功能和新的用途，是不是新的方法。只有簡單的外形變化，而主體結構和原理同過去已有的基本相同，就不能被認為具有新穎性。例如，過去有人把圓柱形的鉛筆變成六角形的鉛筆，這樣可以防止鉛筆滾動，增加了鉛筆的新功能，這就具有新穎性，就是發明。但是，如果僅僅是改變了鉛筆的長短，而沒有增加新的功能，就不能算是發明。

新穎性是發明的實質，是衡量發明質量的決定性的一條標準，只有先確定一個項目是否具有新穎性，才能確定它是不是一項發明。

（2）先進性是發明的技術要求。一項發明具備了新穎性，就能算是一項優秀的發明嗎？這不一定。因為有些發明項目，盡管是首創，但是使用起來，既不方便又不省力，也沒有提高工作效率，技術上并不比已有的東西先進，也就不是一項優秀的發明。因此，先進性是發明的又一個重要的質量標準。

先進性是指一項發明在和性能類似、用途相同的其他東西相比較之下，技術上有所進步，能解決以前沒能解決的問題，而且使用方便；或者是它改造了原有的方法、工藝，使用了新的方法、工藝、提高了原有的性能或是增加了新用途，這就具備了先進性。

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怎樣衡量一項發明的先進性呢？它主要采用比較的方法。兩種性能類似，用途相同的東西，只要經過比較，就能看出哪一種在技術上更先進一些。人們常說的“不怕不識貨，就怕貨比貨”就是這個意思。

（3）先進性是技術更新的體現。發明應當是越搞越先進，而不能越搞越倒退。如果一件發明，比起同類的東西來更笨重，用起來更費事，制造起來要消耗更多的原材料，這就不具備先進性了。

在衡量發明的先進性的時候，對于還在中、小學學習的青少年朋友們來說，要求只能適當，不能不切合實際，使大家覺得高不可攀。只要是在原有的基礎上增加了功能、改進了方法和工藝等方面有一點進步，就應當說具有一定的先進性。

先進性體現著發明的社會效益。實用性是說這項發明能制成產品供給人們使用時的使用價值。這就要看發明能不能解決實際問題。實用性要求一項發明能夠解決生產、工作、生活當中的實際問題。這些發明做成實物以后，不但能夠使用，而且能夠產生良好的社會效益。

在衡量一項發明是不是能夠解決實際問題的時候，首先考慮一下，這項發明能不能幫助人們辦到一件或幾件原來辦不到的事，是不是在人們原來使用過的工具、用具上增加了新的功能，是不是讓人們省了力、省了事、省了時間、省了原材料、省了地方。要考慮一下，這項發明制作和生產起來是不是比較15

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簡便易行，使用方法是不是簡便，是不是容易推廣普及。如果得出的答案是肯定的，那么，就可以認為這項發明具有實用性。

實用性體現著發明的社會效益。要想使一項發明具備實用性，一定要了解人們的需要和心理。

（4）科學性是發明的決定因素。衡量發明的質量，還有一個重要的標準，這就是科學性。發明是科學，來不得半點虛偽。因此，科學性是發明的決定因素。

科學性指的是發明的性能、原理構造、方法等要符合公認的科學道理，沒有科學錯誤。判斷一項發明是不是具備科學性，要經過認真的實驗檢查、分析、鑒定才能對它的科學性作出結論。

另一方面，要考慮發明使用后對環境是否造成污染，對人體身心健康是否有不良影響等。如果對它造成的不良后果沒有有力的防治措施，也應當看作是科學性不強或不具備科學性。

在鑒定發明的科學性的時候，對于化學、生物以及一些新的學科的發明要特別慎重，有些項目必須經過有關科技部門嚴格鑒定，要有科學實驗記錄，如果沒有科學的依據，就沒有辦法肯定他們的科學性。對使用電、火、毒性藥品等關系到人身安全和健康的發明項目，更要注意確保萬無一失，這也是科學性的表現之一。

對于一項青少年技術發明是不是具備“四性”，要綜合起來分析。這“四性”是相互聯系、相輔相成的；發明活動應按16

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照“四性”的要求去選題、去構思、去設計、去制作。只有認真掌握這“四性”，才能使發明水平不斷提高，才能搞出較好的發明來。

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第三課 創造發明的基本方法（1）

1．小發明的創作程序

明確了小發明的特點以后，同學們一定會提出：如何進行小發明的創作活動呢？

任何一個小發明的創作都有一個循序漸進的程序。即：觀察→聯想→設計→繪圖→制作→實驗

這個程序往返重復、逐步提高，就是獲得小發明作品的全過程。

（1）觀察

觀察是小發明入門的向導。世界聞名的生物學家達爾文說過，我既沒有突出的理解力，也沒有過人的機智，只是覺察那些稍縱即逝的事物并對它進行精細觀察的能力上，我可能在眾人之上。要想搞小發明作品，首先要注重觀察，善于觀察周圍的事物，提高自己的觀察能力。

大發明需要觀察。法國園藝師約瑟夫·莫尼埃發明鋼筋混凝土就是從觀察中得到啟示的。大家知道，水泥同沙子、石頭混合，制作混凝土，就成了耐高壓的人造石頭，是很好的建筑材料。但是，它也有一個缺點，就是它的抗拉強度比較低，影響了建筑工程上的使用。莫尼埃搞園藝，整天同花壇打交道，那些用水泥制作的花壇很不結實，常常會被碰壞。有一天，他在觀察植物根系的發育情況時，看到植物根系在松軟的土壤18

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里，相互交叉成網狀的結構。他發現，雖然土壤是松散的，但交叉成網狀的植物根系把土壤抱成了一團。莫尼埃從這個現象中得到了啟示，他想，如果在制作混凝土時先在里面加上一些網狀結構的鐵絲，就有可能使建筑的花壇變得結實。果然，這個方法有效。他先后用這種方法建成花壇、蓄水池和第一座鋼筋混凝土大橋。

小發明也要觀察。例如，獲得全國第一屆青少年科技創造發明比賽一等獎的“方便香皂盒”，發明者就是通過觀察一般香皂的結構和特征，發現了它的不足：由于盒里潮濕，常常使香皂和盒子粘住，不易取出來。然后巧妙地運用了杠桿原理進行構思、設計、制作。當人們打開香皂盒時，杠桿使盒里的香皂立起來，使用起來很方便。可見觀察是創造發明的基礎，任何創造發明都來自對事物的認真觀察。

事實上，每一個人每一天都在觀察，但是有些人能從觀察中發現發明課題，而有些卻不會。為什么呢？法國細菌學家巴斯德說得好：“在觀察的領域中，機遇只偏愛那種有準備的頭腦。”

怎樣提高自己的觀察能力呢？怎樣才能做到善于觀察呢？要做到如下四要：

第一、觀察要有目的。就是說，觀察時要明確觀察什么？主要是要弄清楚是被觀察事物的特性、特點和原理。這樣才能發現事物最本質的特征，有可能進一步發現問題，提出問題，19

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進而提出“怎么辦”？有時甚至針對事物的某一缺點進行專門觀察，分析原因，研究解決的辦法。

第二、觀察要仔細。要觀察事物的方方面面，善于發現某種事物現象的某些微小變化，不放棄任何一點值得探求的線索，這樣才會發現原來認為很熟悉了的事物的一些新特征，才能發現原來問題，產生新的構思。

第三、觀察要深入。觀察時不僅要用“放大鏡”看問題，還要用“顯微鏡”看問題，要從外部深入到內部去觀察，這樣能發現常見事物的內部特征，事物的本質，才能啟發靈感，產生創造發明的新課題。

第四、觀察時要有比較。通過深入的觀察，比較兩種事物之間的不同特征和它們之間的聯系，發現其中的不同點和相同點。并且通過比較、想象，構思出新的事物或新的方法。

由此可知，要想步入學科小發明的大門，首先要經過有目的地、仔細地、深入地觀察，經過思考，廣泛地觀察比較，提出行得通的、辦得到的發明課題。

（2）聯想

什么叫聯想？聯想是從一事物想到另一事物的心理過程。從當前的事物回憶起有關的另一事物，或從想起的一件事物又想到另一事物，都是聯想。聯想能力就是舊觀念同現實結合，進而產生新觀念的能力。聯想能力強的人容易捕捉發明課題，容易形成新的構思。

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聯想可以使大家接收到更多信息的啟示，激發靈感，加速小發明的進程。要想做到善于聯想，就要有廣博的知識，豐富的閱歷，并勇于突破傳統思想和習慣勢力的束縛。

（3）設計

同學們針對某一事物的優缺點，提出了大量的問題和產生了眾多的聯想，由于受知識的限制，其中有的是可能達到的想象，有的是創造性的積極幻想，但也有的是毫無把握的空想。要獲得“小發明”的課題，還必須從聯想中進行篩選，淘汰那些不切合實際或暫時達不到的想法。

通過篩選，有了基本上可行的課題，就可以進行初步的設計。在對某一課題的各種設計中，又會出現簡單問題復雜化和復雜問題簡單化的情況，既有創造性、先進性的，也有沒有創造性、過時的；既有有使用價值的，也有沒有使用價值的。這時就需要輔導老師幫助你們再次進行篩選，尋找確屬小發明的可行的設計方案。

（4）繪圖

對于中小學生來說，可行性設計方案往往只是一個想象的粗淺輪廓。無論想象物多么簡單，都必須繪出加工圖紙（根據不同年齡、年級、提出不同的要求）。這是制作小發明前的必要步驟。同時，這也有利于訓練繪圖能力，培養同學們科學的嚴謹細致的工作作風。

（5）制作

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有了加工圖紙，準備好原材料和各種制作工具，然后按圖紙進行制作。制作中，如果發現圖紙有問題，可以修改圖紙或者重繪。當然，在制作中還可能會遇到各種意想不到的困難，這需要請輔導老師和家長協助排除。

（6）實驗

小發明作品制作后，要進行實驗。在實驗中證實或修訂自己設計的方案。小發明作品是要不斷改進的，需要多次的觀察、聯想、反復的設計、繪圖，進行再制作，再實驗。

發明雖小，創作艱難。哪怕是一件極其簡單的小發明作品，它的創作都不是一想而就，一作而成的。沒有細心觀察，善于聯想，決不會有閃光的發現；沒有繪圖制作，反復實驗改進，決不會有成功的作品。“觀察→聯想→設計→繪圖→制作→實驗”，整個創作過程的各個環節，都不可忽視。只有把握住交叉反復的各個環節，才能搞出高水平的小發明。

（7）說明

發明作品完成后，公開時，要寫出說明書，以便推廣使用。說明書的內容，一般包含功能、結構、器材、制作、操作、原理等幾個方面。有些發明作品，一看示意圖就明白的，就可寫得新簡單一些，不要面面俱到。

2．如何完成一項科學小發明?

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完成一件小發明并不是"眉頭一皺，計上心來"這么簡單，它要經過選題、構思設計、制作、實踐檢驗與改進、成功等步驟。

搞小發明的第一步，就是要確定發明的對象，考慮研究什么問題，這就是選題。對青少年來說，應從自己所熟悉的生活實際出發，在學校、家庭及周圍的生活圈中去尋找發明題材。如當你在學習、生活中遇到一些困難時，你肯定會說："要是有某某東西就好了。"這個你想的所要發明的東西就可作為發明對象。不過，同學們在選題時，一定要結合自己的知識水平和設計制作能力，不要空想辦不到的發明。

體裁選好后，接著是構思設計。也就是根據基本的科學原理和經驗，設計出選題對象的形態、結構、方法與實施方案。構思時盡可能想出多套設計方案，再根據可行性與實用性精選出最佳結構方案。方案以取材簡單、巧妙易行、缺點最少為好。

構思成熟后，就可以開始制作了。制作時應盡可能利用現有條件，在少花錢甚至不花錢的前提下制作出精巧的作品。某些技術上的問題，可以向老師和家長請教，有時還可以找一些有關廠家幫助制作部分部件。

小發明樣品完成后，還要進行實踐檢驗與改進。即將作品拿去使用一段時間，在使用中發現問題，并向家長老師和同學廣泛征求意見，看還有沒有改進或不合理的地方。然后綜合各23

【科學小發明】

方面的意見，對小發明加以改進。幾乎每件優秀的小發明都是"改"出來的。

至此，你將會享受到成功的喜悅。接下來，就可申報參加各級青少年發明創造比賽、申請專利或向報刊投稿了。參賽的申報文件主要包括組委會提供的申報表、項目說明和證明材料，其中，項目說明內容為：發明的選題是怎樣發現的、發明方案是怎樣設計的、發明作品是怎樣制作的？這項發明如何體現出新穎性、創造性和實用性？你的創造性貢獻是什么？進一步完善該發明的建議和設想。附上外觀圖（最好還有黑白照片）、結構圖、原理圖和其它必要的圖表資料。凡涉及醫療保健用品、動植物新品種和國家保護的動植物的小發明項目，還必須提供有關部門的證明材料。

科學小發明是一件人人能做的事，也是一項趣味無窮的實踐活動。只要大家用心觀察周圍的事物，善于發現問題，提出問題，大膽探索，動手實踐，勇于突破條條框框的束縛，就會有所創新，有所發明。

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【科學小發明】

第四課 創造發明的基本方法（2）

點子思維基本訓練法

１.廣度訓練：

廣度開發，主要采用外延式訓練。比如“筆”的外延是：毛筆、水筆、鉛筆、水彩筆、圓珠筆、簽字筆、驗鈔筆、試電筆……微型筆、廣告筆等等。

２.深度訓練：

深度訓練，是內涵式訓練。比如筆尖、筆套、筆膽、筆芯、筆的外形、筆的結構、筆的材料、筆的功能、墨水的種類………耐磨的原理等等。

３.關聯度訓練：

關聯度訓練，是跳躍式訓練。比如由筆想到文具盒、紙張、書法、計算器、繪畫、小手電、玩具、提醒器、速記、錄音、糾錯、識別………思維速度一定要快！你要順著你那神奇的思維線，在你大腦的信息海洋里，以最快的速度"釣"出你需要的信息，很多好點子就這樣出來了。

福特與斯隆的思維博弈

走出思維誤區——創新思維模式和方法

在變幻莫測、充滿競爭的市場經濟中，企業家的思維定勢帶來的經營后果，有時卻是異常慘重的。1913年美國著名企業家亨利·福特受屠宰流水作業的啟發，設計了汽車裝配流水25

【科學小發明】

線，能過標準化零部件和高架供應線，大批量生產統一規格的黑色“T”型車。這一在福特腦中醞釀了整整10年的創新思維，誕生了管理史上著名的“福特制”。它開創了一個新的工業生產技術時代，也使福特成為一度占有68％世界汽車市場的“汽車大王”。但是，福特在陶醉于他創新思維所取得的巨大成就的同時，也在大腦中埋下了“思維定勢”的種子，居然公開宣稱，福特公司從此以后只生產黑色的T型車。當美國汽車市場漸趨飽和，早期購車人需要更新車輛，對汽車的檔次、性能、外觀有了更高要求時，福特的“思維定勢”使他大吃苦頭。美國另一著名企業家、通用汽車公司總裁斯隆看到福特產品單一、款式陳舊這一致命弱點設計制造出不同價格檔次的汽車，并且首創了“分期付款、舊車折舊、年年換代、密封車身”的汽車生產四原則，一舉擊敗福特，登上了世界第一汽車制造企業的寶座。斯隆的思維創新擊敗了福特由思維創新退化而來的思維定勢。

思維創新是一種打破了常規的、具有創見意義的思維：思維創新的本質旨在適應市場、開拓市場和引導市場的應變性思維。美國著名管理學家彼得·德魯克說過：“市場經濟是一種開拓進取型的經濟，因而創新是一種最寶貴的企業家精神”。

彩色電扇——突破定勢思維

走出思維誤區——創新思維模式和方法

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【科學小發明】

日本的東芝電氣公司1952年前后曾一度積壓了大量的電扇賣不出去，7萬多名職工為了打開銷路，費盡心機地想了不少辦法，依然進展不大。有一天，一個小職員向當時的董事長石坂提出了改變電扇顏色的建議。在當時，全世界的電扇都是黑色的，東芝公司生產的電扇自然也不例外。這個小職員建議把黑色改為彩色。這一建議引起了石坂董事長的重視。經過研究，公司采納了這個建議。第二年夏天東芝公司推出了一批淺藍色電扇，大受顧客歡迎，市場上還掀起了一陣搶購熱潮，幾個月之內就賣出了幾十萬臺。從此以后，在日本，以及在全世界，電扇就不再都是一副統一的黑色面孔了。

只是改變了一下顏色，大量積壓滯銷的電扇，幾個月之內就銷售了幾十萬臺。這一改變顏色的設想，效益竟如此巨大。而提出它，既不需要有淵博的科技知識，也不需要有豐富的商業經驗，為什么東芝公司其他的幾萬名職工就沒人想到、沒人提出來？為什么日本以及其他國家的成千上萬的電氣公司，以前都沒人想到、沒人提出來？這顯然是因為，自有電扇以來都是黑色的。雖然誰也沒有規定過電扇必須是黑色的，而彼此仿效，代代相襲，漸漸地就形成了一種慣例、一種傳統，似乎電扇都只能是黑色的，不是黑色的就不成其為電扇。這樣的慣例、常規、傳統，反映在人們的頭腦中，便形成一種心理定勢、思維定勢。時間越長，這種定勢對人們的創新思維的束縛力就越強，要擺脫它的束縛也就越困難，越需要作出更大的努力。東27

【科學小發明】

芝公司這位小職員提出的建議，從思考方法的角度來看，其可貴之處就在于，他突破了“電扇只能漆成黑色”這一思維定勢的束縛。

發散思維——點燃靈感的星星之火

走出思維誤區——創新思維模式和方法

發散思維也叫多向思維、輻射思維或擴散思維。是指對某一問題或事物的思考過程中，不拘泥于一點或一條線索，而是從僅有的信息中盡可能向多方向擴展，而不受已經確定的方式、方法、規則和范圍等的約束，并且從這種擴散的思考中求得常規的和非常規的多種設想的思維。

多向思維的概念，最早是由武德沃斯于1918年提出，以后斯皮爾曼、卡推爾作為一種“流暢性”因素而使用過。美國心理學家吉爾福特在“智力結構的三維模式”中，便明確地提出了發散性思維，也即是多向思維。他認為，發散思維是從給定的信息中產生信息，其著重點是從同一的來源中產生各種各樣的為數眾多的輸出。它的特點一是“多端”，對一個問題可以多開端，產生許多聯想，獲得各式各樣的結論；二是”靈活”，對一個問題能根據客觀情況變化而變化；三是“精細”，能全面細致地考慮問題；四是“新穎”，答案可以有個體差異，各不相同，新穎不俗。在50年代后，通過對發散性思維的研究，進一步提出了發散性思維的流暢度（發散的星）、變通度28

【科學小發明】

（發散的靈活性）和獨創度（發散的新奇成份）三個維度，而這些特性是創新性思維的重要內容。

側向思維——跳出原來的圈子

走出思維誤區——創新思維模式和方法

有句成語叫做“他山之石，可以攻玉”。當我們在一定的條件下解決不了問題或雖能解決但只是用習以為常的方案時，可以用側向思維來產生創新性的突破。具體運用方式有以下三種：

側向思維要求我們徹底打破“自我本位”的思考方式，經常問一問自己以下一些問題：

別人正在干的我能不能不干？

別人不干或沒有想到干的我能不能干？

其他行業、專業、企業的做法、思路、產品特點、發明創造能否為我所用？

現在的產品、思路、方法能否改變原來設想的路徑，轉換方向用到更能發揮作用的其它地方？

（1）側向移入。

這是指跳出本專業、本行業的范圍，擺脫習慣性思維，側視其他方向，將注意力引向更廣闊的領域；或者將其他領域已成熟的、較好的技術方法、原理等直接移植過來加以利用；或者從其他領域事物的特征、屬性、機理中得到啟發，導致對原來思考問題的創新設想。如為了減少摩擦，人們一直在不斷地改進著軸承。但正常思路無非是改變滾珠形狀、軸承結構或潤29

【科學小發明】

滑劑等，都不能帶來大的突破。后來，有人把視野轉到其他方向，想到高壓空氣可以使氣墊船漂浮，相同磁性材料會相互排斥并保持一定的距離。于是，將這些新設想移入軸承中，發明了不用滾珠和潤滑劑，只需向軸套中吹入高壓空氣，使旋轉軸呈懸浮狀的空氣軸承，或用磁性材料制成的磁性軸承。側向移入是技術解決技術難題或進行管理創新、產品創新的最基本的思維方式，其應用實例不勝枚舉。如魯班由茅草的細齒拉破手指而發明了鋸；威爾遜移入大霧中拋石子的現象，設計了探測基本粒子運動的云霧器；格拉塞觀察碑酒冒泡的現象，提出了汽泡室的設想，等等。大量的事例說明，從其他領域借鑒或受啟發是創新發明的一條捷徑。

（2）側向轉換。

這是指不按最初設想或常規直接解決問題，而是將問題轉換成為它的側面的其他問題，或將解決問題的手段轉為側面的其他手段，等等。

【案例】冰箱用途的延伸

在美國，每個家庭都有電冰箱，這已經持續了近一段時間了。這種高度成熟的產品競爭激烈，利潤率很低，美國的廠商顯得束手無策，而日本人卻異軍突起，發明創造了一種與19英寸電視機外形尺寸一般大小的冰箱。

當微型冰箱投入市場后，人們發現除了可以在辦公室使用外，還可安裝在野營車娛樂車上。于是，全家人外出旅游，舒適條30

【科學小發明】

件全部具備。微型冰箱改變了一些人的生活方式，也改變了它進入市場初期默默無聞的命運。

微型電冰箱與家用冰箱在工作原理上沒有區別，其差別只是產品所處的環境不同。日本人把冰箱的使用方向由家居轉換到了辦公室、汽車、旅游等其它側翼方向，有意識地改變了產品的使用環境，引導和開發了人們的潛在的消費需求，從而達到了創造需求、開發新市場的目的。

（3）側向移出。

與測向移入相反，側向移出是指將現有的設想、已取得的發明、已有的感興趣的技術和本廠產品，從現有的使用領域、使用對象中擺脫出來，將其外推到其他意想不到的領域或對象上。這也是一種立足于跳出本領域，克服線性思維的思考方式。

【案例】拉鏈的誕生

拉鏈的發明曾被譽為影響現代生活的十項最重大的發明之一。它的發明人賈德森是為了解除系鞋帶的麻煩而想到的，并于1905年取得了專利權。這項發明吸引了一個叫霍克的軍官，他決定建廠生產拉鏈。但是，專利本身只是一種“可行”技術，并不是一種“成熟”的技術。拉鏈雖好，但需要特殊的機器才能批量生產。霍克經過19年的時間才研制出拉鏈機，可有了拉鏈卻沒有人用這個東西代替鞋帶。他用了很大的努力仍然找不到銷路。后來，一個服裝店老板將思路引向了鞋帶以外，生產出帶拉鏈的錢包，賺了一大筆錢。從那以后，半個世31

【科學小發明】

紀以來，拉鏈幾乎滲透到人類討會生產、日常生活的每一個角落如衣服、枕套、筆盒等等。

總之，不論是利用側向移入、側向轉換還是側向移出，關鍵的竅門是要善于觀察，特別是留心那些表面上似乎與思考問題無關的事物與現象。這就需要在注意研究對象的同時，要間接注意其他一些偶然看到的或事先預料不到的現象。也許這種偶然并非是偶然，可能是側向移入、移出或轉換的重要對象或線索。

逆向思維——反其道而行之

走出思維誤區——創新思維模式和方法

【故事】孫臏智勝魏惠王

孫臏是戰國時著名兵家，至俄國求職，魏惠王心胸狹窄，忌其才華，故意刁難，對孫臏說：“聽說你挺有才能，如你能使我從座位上走下來，就任用你為將軍。”魏惠王心想：我就是不起來，你又奈我何！孫臏想：魏惠王賴在座位上，我不能強行把他拉下來，把皇帝拉下馬是死罪。怎么辦呢？只有用逆向思維法，讓他自動走下來。于是，孫臏對魏惠王說：“我確實沒有辦法使大王從寶座上走下來，但是我卻有辦法使您坐到寶座上”。魏惠王心想，這還不是-回事，我就是不坐下，你又奈我何！便樂呵呵地從座位上走下來，孫臏馬上說：“我現在雖然沒有辦法使您坐回去，但我己經使您從座位上走下來了。”魏惠王方知上當，只好任用他為將軍。

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【科學小發明】

哲學研究表明，任命事物都包括著對立的兩個方面，這兩個方面又相互依存于一個統一體中。人們在認識事物的過程中，實際上是同時與其正反兩個方面打交道，只不過由于日常生活中人們往往養成一種習慣性思維方式，即只看其中的一方面，而忽視另一方面。如果逆轉一下正常的思路，從反面想問題，便能得出一些創新性的設想。

【案例】晶體管的革命

晶體管的發明曾引起了一場世界電子革命。這其中的逆向思維起了很大的作用。50年代，世界各國都在研究制造晶體管的原料鍺。其中的關鍵問題是要將錯提煉得很純。日本的專家江崎與助手在長期的探索中，不管怎樣小心操作，總免不了混入一些雜質。每次測量其參數，都會發現顯示不同的數據。有一次，他想：如果采用相反的操作法，有意地一點點添加進少許的雜質，結果會怎樣呢？經實驗，當將鍺的純度降到原來的一半時，一種極為優異的半導體就誕生了。

逆向思維也是企業經營管理創新中重要的思維方式。逆向性思維具有以下特點：

1）普遍性。逆向性思維在各種領域、各種活動中都有適用性，由于對立統一規律是普遍適用的，而對立統一的形式又是多種多樣的，有一種對立統一的形式，相應地就有一種逆向思維的角度，所以，逆向思維也有無限多種形式。如性質上對立兩極的轉換：軟與硬、高與低等；結構、位置上的互換、顛33

【科學小發明】

倒：上與下。左與右等；過程上的逆轉：氣態變液態或液態變氣態、電轉為磁或磁轉為電等。不論那種方式，只要從一個方面想到與之對立的另一方面，都是逆向思維。2）批判性。逆向是與正常比較而言的，正向是指常規的、常識的、公認的或習慣的想法與做法。逆向思維則恰恰相反，是對傳統、慣例、常識的反叛，是對常規的挑戰。它能夠克服思維定勢，破除由經驗和習慣造成的僵化的認識模式。

3）新穎性。循規蹈矩的思維和按傳統方式解決問題雖然簡單，但容易使思路僵化、刻板，擺脫不掉習慣的束縛，得到的往往是一些司空見慣的答案。其實，任何事物都具有多方面屬性。由于受過去經驗的影響，人們容易看到熟悉的一面，而對另一面卻視而不見。逆向思維能克服這一障礙，往往是出人意料，給人以耳目一新的感覺。

【案例】白癡咖喱粉

日本HU-OSE食品工業公司的浦上董事長對咖喱粉新品種的開發情有獨鐘。他曾推出跟傳統咖喱粉大為不同的“不辣咖喱粉”。當時食品業對浦上大加嘲笑，認為他是“發瘋了”。當時，在世界任何地方，咖喱粉的味道都是辣的。但是，出乎意料是，被人們斷言賣不出去的“白癡咖喱粉”推出不到一年，竟成為日本最暢銷的調料品之一，至今仍然稱霸不衰。

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【科學小發明】

第五課 獲獎小發明案例分析（1）

案例1：安全書包

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【科學小發明】

案例2：新型多功能病床

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【科學小發明】

案例3：創意拖把

案例4：方便水桶

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【科學小發明】

案例5：內通式立交橋

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【科學小發明】

第六課 獲獎小發明案例分析（2）

案例6：流動車庫

案例7：曾經的一項經典發明

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【科學小發明】

案例8：把粉筆和黑板擦二合一

案例9：多功能健身自行車

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【科學小發明】

案例10：帶照明的雨傘

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【科學小發明】

案例11：多功能螺絲刀

案例12：多功能訂書機

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【科學小發明】

第七課 獲獎小發明案例分析（3）

案例13：多功能毛巾架

案例14：小飛機不怕飛丟了

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【科學小發明】

案例15：播種注水施肥一體鐵鍬

案例16：防近看電視控制器

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【科學小發明】

案例17：組合炊具

案例18：沐浴器節水裝置

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【科學小發明】

案例19：日本松下的經典發明

案例20：有4種顏色的皮鞋刷

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【科學小發明】

第八課 自己動手制作指南針

指南針是我國的四大發明之一，同樣也推動了世界文明的發展，鄭和下西洋，麥哲倫發現新大陸都離不開它。同學樣想不想做一個指南針？下面請同學們和我一起做一個簡單的指南針：

材 料： 針、蠟燭、鐵絲、冷水、透明塑料瓶、鐵錐、細木棒

制作方法：

1．用鐵絲纏住縫衣針，然后放入火中燒紅，之后馬上放入冷水中冷卻。你要記住：浸的時候一定要使針成南北方向，這樣針才能變成小磁針。還有，你一定要小心，別燙著！

2．把塑料瓶剪去口，用鐵錐在底部的中央扎一個孔，然后把細線一端拴在小磁針的中部，再把線從孔中穿過。倒立塑料瓶，使小磁針吊在瓶的中部。 讓小磁針慢慢靜止，這時你會發現，小磁針的一端指向的是南方，一端指向的是北方。見圖：

其它做法：

1．用一根縫衣針的一頭在磁鐵的一面磳兩下，將縫衣針穿在一塊泡沫上，然后放在盛水的碗中，針的方向就能指示南47

【科學小發明】

北。

2．用一根縫衣針的一頭在磁鐵的一面磳兩下，然后穿在按扣的母扣上，再找一個針頂起母扣，就做成了一個指南針。

想一想：你知道磁鐵有兩極嗎？針南針會什么會指示方向?

做一做：選用一種做法，做一個指南針。

你知道嗎？

電話的發明

如今，電話走進了千家萬戶，你知道電話是誰發明的嗎？貝爾，就是發明電話的人。他1847年生于英國，年輕時跟父親從事聾啞人的教學工作，曾想制造一種讓聾啞人用眼睛看到聲音的機器。

1873年，成為美國波士頓大學教授的貝爾，開始研究在同一線路上傳送許多電報的裝置—多工電報，并萌發了利用電流把人的說話聲傳向遠方的念頭，使遠隔千山萬水的人能如同面對面的交談。于是，貝爾開始了電話的研究。

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【科學小發明】

那是1875年6月2日，貝爾和他的助手華生分別在兩個房間里試驗多工電報機，一個偶然發生的事故啟發了貝爾。華生房間里的電報機上有一個彈簧粘到磁鐵上了，華生拉開彈簧時，彈簧發生了振動。與此同時，貝爾驚奇地發現自己房間里電報機上的彈簧顫動起來，還發出了聲音，是電流把振動從一個房間傳到另一個房間。貝爾的思路頓時大開，他由此想到：如果人對著一塊鐵片說話，聲音將引起鐵片振動；若在鐵片后面放上一塊電磁鐵的話，鐵片的振動勢必在電磁鐵線圈中產生時大時小的電流。這個波動電流沿電線傳向遠處，遠處的類似裝置上不就會發生同樣的振動，發出同樣的聲音嗎？這樣聲音就沿電線傳到遠方去了。這不就是夢寐以求的電話嗎！貝爾和華生按新的設想制成了電話機。在一次實驗中，一滴硫酸濺到貝爾的腿上，疼得他直叫喊：“華生先生，我需要你，請到我這里來！”這句話由電話機經電線傳到華生的耳朵里，電話成49

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