创造学类比法.pptx
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1、1第一节第一节 类比法概述类比法概述第二节第二节 典型技法典型技法综摄法综摄法第三节第三节 基本类比技法基本类比技法 一、原型启发法一、原型启发法 二、移植法二、移植法 三、仿生法三、仿生法23案例 蚂蚁寻食与新电脑计算法美国科学家认为,根据蚂蚁寻找食物的方式可以开发出新的电脑计算方法,以解决“寻找最佳路线”之类的复杂问题。科学家发现蚁群寻找食物时会派出一些蚂蚁分头在四周游荡,如果一只蚂蚁找到食物,它就返回巢中通知同伴并沿途留下“信息素”作为蚁群前往食物所在地的标记。信息素会逐渐挥发,如果两只蚂蚁同时找到同一食物,又采取不同路线回到巢中,那么比较绕弯的一条路上信息素的气味会比较淡,蚁群将倾向于
2、沿另一条更近的路线前往食物所在地。类比蚁群的这种特性,可为电脑开发出新的计算方法,以解决“在许多城市之间寻找最佳路线”之类的问题。专家将在电脑程序中设计虚拟的“蚂蚁”,让它们摸索不同路线,并留下会随时间逐渐消失的虚拟“信息素”。根据“信息素较浓的路线更近”的原则,可选择出最佳路线。这种计算方法被称为“蚁群优化计算法”,它灵活性较高,对环境变化的适应力较强,已经成为很重要的智能算法。4遗传算法遗传算法PSO算法算法5“类比类比”一词源于古希腊,含义为一词源于古希腊,含义为“按比例按比例”。古希腊数学家发现,两。古希腊数学家发现,两个尺寸不同的三角形若三条边的比例关系相同,则这两个三角形相似。这个
3、尺寸不同的三角形若三条边的比例关系相同,则这两个三角形相似。这种以比例发现相似性的方法,是最早意义上的类比。种以比例发现相似性的方法,是最早意义上的类比。经典类比的思维过程分为两个阶段。经典类比的思维过程分为两个阶段。第一阶段,把两个事物进行比较;第一阶段,把两个事物进行比较;第二阶段,在比较的基础上推理,即把其中某个对象有关的知识或结论第二阶段,在比较的基础上推理,即把其中某个对象有关的知识或结论推移推移到另一对象中去。到另一对象中去。类比法是根据两个或两类对象之间在某些方面的类比法是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似相同或相似而而推出推出它们它们在其他方面也可能相同的一种思维形式
4、和逻辑方法。在其他方面也可能相同的一种思维形式和逻辑方法。第一节第一节 类比法概述类比法概述一、类比法的概念6我国著名的地质学家李四光在对我国地质结构的长期考察的基础上,发现东北松辽平原的地质构造与中亚细亚的地质构造很相似。中亚细亚有大量的石油蕴藏,于是,他推断松辽平原也可能蕴藏大量石油,经过勘探,发现了大庆油田。瓦特发明蒸汽机 类比推理的基本模式为:类比推理的基本模式为:A A对象中有对象中有a,b,c,d,Ba,b,c,d,B对象中有对象中有a a,b,b,c,c,那么,那么,B B对象中可能有对象中可能有d d。7第一节 类比法概述反过来,在创造新事物时,我们需要新事物具有一定的属性或特
5、点,反过来,在创造新事物时,我们需要新事物具有一定的属性或特点,那么,是否可以找到具有相同或相似属性的其他已有事物,将决定该属那么,是否可以找到具有相同或相似属性的其他已有事物,将决定该属性的形状、结构、原理或其结合运用于我们需要的、正在创造的事物呢性的形状、结构、原理或其结合运用于我们需要的、正在创造的事物呢?根据普遍联系的哲学观,完全孤立的事物是不存在的,事物总是处在根据普遍联系的哲学观,完全孤立的事物是不存在的,事物总是处在这样或那样的联系之中。这样或那样的联系之中。8【案例】可口可乐瓶子的发明制瓶工人罗特,有一天看到他的女朋友穿着一套膝盖上面部分较窄,使腰部显制瓶工人罗特,有一天看到他
6、的女朋友穿着一套膝盖上面部分较窄,使腰部显得很有魅力的裙子。得很有魅力的裙子。罗特的双眼紧盯着这条裙子,越看越觉得线条优美。他想,要是制作像这条裙罗特的双眼紧盯着这条裙子,越看越觉得线条优美。他想,要是制作像这条裙子形状的瓶子也许不错。于是他立即加以研究。经过半个多月的努力,一种新子形状的瓶子也许不错。于是他立即加以研究。经过半个多月的努力,一种新式的瓶子问世了。式的瓶子问世了。19231923年,罗特把这项专利权以年,罗特把这项专利权以 600600万美元卖给可口可乐公司,因而成为富翁万美元卖给可口可乐公司,因而成为富翁 据专家说,理想的瓶子应该具备下据专家说,理想的瓶子应该具备下列条件列条
7、件:握住瓶颈时,不会有滑落的感觉;握住瓶颈时,不会有滑落的感觉;里面所装的液体,看起来比实际份里面所装的液体,看起来比实际份量多,外观别致。量多,外观别致。9异质同化是指在创造发明新事物时,借助现有事物的知识进行分析研究,找出待创异质同化是指在创造发明新事物时,借助现有事物的知识进行分析研究,找出待创造事物和现有事物之间的造事物和现有事物之间的相同点或相似点相同点或相似点的过程。的过程。类比法中的比较必然是建立在不同的两个事物之间,所谓的异质就是指这两个不同类比法中的比较必然是建立在不同的两个事物之间,所谓的异质就是指这两个不同的事物,其中之一是待创造的事物,另一个是现有的事物。同化就是指找出
8、这两个不的事物,其中之一是待创造的事物,另一个是现有的事物。同化就是指找出这两个不同事物的相同点或相似点。同事物的相同点或相似点。案例 蛋卷机安装的类比二、类比法原理二、类比法原理类比法的基础是比较,它的运作机制原理包括两个方面:类比法的基础是比较,它的运作机制原理包括两个方面:异质同化和同质异化。异质同化和同质异化。1.异质同化异质同化10同质异化同质异化是指把决定现有事物与待发明事物是指把决定现有事物与待发明事物相同点或相似点相同点或相似点的原理、结构、形状的原理、结构、形状或其结合或其结合运用于运用于发明创造,创造发明创造,创造出具有该相同点或相似点出具有该相同点或相似点的的新事物新事物
9、。在运用类比法时,异质同化和同质异化两个方面缺一不可。在运用类比法时,异质同化和同质异化两个方面缺一不可。异质同化是前提和基础异质同化是前提和基础;同质异化是创造发明的关键环节同质异化是创造发明的关键环节;一个新事物的创造发明必须把这两个方面结合起来,运用辩证统一的观点,分析一个新事物的创造发明必须把这两个方面结合起来,运用辩证统一的观点,分析解决问题。解决问题。2同质异化同质异化11 案例案例 构盾施工法构盾施工法的发明的发明12在以类比为基础展开联想或联系时,实际的连接方式会有不同。美国创造学家戈登在以类比为基础展开联想或联系时,实际的连接方式会有不同。美国创造学家戈登把创造过程中的类比分
10、为六大类型:把创造过程中的类比分为六大类型:l.直接类比从自然界的现象中或人类社会已有的发明成果中寻找与创造对象相类似的事物,从自然界的现象中或人类社会已有的发明成果中寻找与创造对象相类似的事物,并通过比较启发出创造性设想。并通过比较启发出创造性设想。飞机发动机的燃烧器由于气流无法控制,常出现气体湍流紊乱现象。我国年轻的飞机发动机的燃烧器由于气流无法控制,常出现气体湍流紊乱现象。我国年轻的博士高歌曾在大西北工作,注意到沙丘的形状十分稳定。于是他将沙丘的形状同飞博士高歌曾在大西北工作,注意到沙丘的形状十分稳定。于是他将沙丘的形状同飞机发动机的燃烧器作了比较,将燃烧器内表面改为沙丘形状,最终发明了
11、机发动机的燃烧器作了比较,将燃烧器内表面改为沙丘形状,最终发明了“沙丘驻沙丘驻涡火焰稳定器涡火焰稳定器”。三、类比的六大类型三、类比的六大类型歼歼八八13如电视发射塔的设计,要求既有抗各向风力的性能,又能满足发射信号的如电视发射塔的设计,要求既有抗各向风力的性能,又能满足发射信号的需要。需要。人们发现山上的云杉树由于受狂风常年累月的打击,底部直径显著增大,人们发现山上的云杉树由于受狂风常年累月的打击,底部直径显著增大,树形长成了圆锥状。通过类比分析,就出现了圆锥形的电视塔。树形长成了圆锥状。通过类比分析,就出现了圆锥形的电视塔。14拟人类比也称感情移入或角色扮演。把创造发明的对象或者某个因素人
12、拟人类比也称感情移入或角色扮演。把创造发明的对象或者某个因素人格化,假如自己是该对象或因素时,在该种情况下会如何办。格化,假如自己是该对象或因素时,在该种情况下会如何办。如机械人的设计主要是模拟人的动作。如机械人的设计主要是模拟人的动作。2.拟人类比15 3 3幻想幻想类比类比幻想类比就是将幻想中的事物与要解决的问题进行类比,由此产生新的思考问题的角度。借用科学幻想、神话传说中的大胆想象来启发思维,在许多时候是相当有效的。在这里要强调的是,幻想类比只是运用幻想激发想象力,它就像帮助我们过河的垫脚石,只是一个工具,幻想并不是我们马上要实现的目标。孙悟空的金箍棒一定给你留下了最深刻的印象。它能变大
13、变小,收缩自如。能否受金箍棒的这些特点的启发,发明点什么呢?某大学生进行幻想类比,结果发明了一个可以收缩的自行车把。当这种车把接触到地面时,车把外层的套筒会随着里面的弹簧收缩从而吸收掉将近50的冲击力,减少对人体的伤害。这项发明的意义很大。人在凹凸不平的路面上骑自行车时,总是试图通过控制车把来掌握身体的平衡。这样,车把就会被转向骑车人的身体。如果骑车者恰巧在此时摔倒,外侧的车把先接触地面,而内侧的车把就会戳向骑车人的腹部。16但是,正是创造中的幻想类比推动了发明创造,逐步使幻想成为现实。但是,正是创造中的幻想类比推动了发明创造,逐步使幻想成为现实。如人幻想像鸟一样的自由飞翔。现在人们乘坐飞艇、
14、飞机等飞行工具已如人幻想像鸟一样的自由飞翔。现在人们乘坐飞艇、飞机等飞行工具已经能够自由飞行。人们幻想登上月球,有嫦娥奔月的神话,而现代的人经能够自由飞行。人们幻想登上月球,有嫦娥奔月的神话,而现代的人已经能够成功登上月球。已经能够成功登上月球。174.对称类比自然界中许多事物存在着对称关系,如物理学上的正电荷与负电荷,两者除了极性相反之外,其他都相同,好像人们照镜子,镜中人与镜外人一样。换句话说,正电荷和负电荷是对称的。在创造过程中,运用对称类比,也可能获得某种创造。案例 月光农业的创意万物生长靠太阳,这是人人皆知的事情。有人研究白天太阳与生物生长的关系,谁也不会大惊小怪。倘若有人突发灵感,
15、琢磨起晚上月亮照射下的生物,可能有许多人大惑不解。世界上的确有农艺家在对“阳光农业”的对称类比思考中悟出了“月光农业”的创意。在经过长期的研究后,居然获得意想不到的结论:万物生长也得益于月亮。一轮明月高挂蓝天时,大约有0.25勒克斯(相当于40瓦电灯在距15米外的亮度)的光强照射大地。尽管月光如镜,但确给许多植物带来勃勃生机。于是,农学家们建议,在播种收获农作物时,除了按季节、节气外,最好还考虑月亮的阴睛圆缺。因为经过不同时间和角度的月光洗礼,农作物的生产和储存将会给人们以新的喜悦。18 5因果类比 两个事物之间都有某些属性,各属性之间可能存在着同一种因果关系,根据某一个事物的因果关系推出另一
16、个事物的因果关系,这种类比就叫作因果类比。在创造过程中,掌握了某种因果关系并进行触类旁通,有可能获得新的启发。产生新的创意。【例】台风旋向问题美国麻省理工学院谢皮罗教授发现,放洗澡水时,水流出浴池总是形成逆时针方向的漩涡。这是什么原因呢?专家告诉他,这种现象与地球自转有关,由于地球是自西向东不停地旋转,所以北半球的洗澡水总是逆时针方向流出浴池。在明白了浴池水流向的道理后,谢皮罗教授想到了台风的旋向问题,并进行了因果推理。他认为北半球的台风同样是逆时针方向旋转的,其道理与洗澡水流出的旋向道理是类似的。他还断言,如果在南半球,情况则恰恰相反。谢皮罗有关台风旋向的科研论文发表后,引起世界各国科学家的
17、莫大兴趣。他们纷纷进行观察或实验,其结果与谢皮罗的论断完全相符。19 6 6综合类比综合类比根据一个对象要素间的多种关系与另一对象综合相似而进行的类比推理,叫做综合类比。两个对象要素的多种关系综合相似,就意味着它们的结构相似,由结构相似可推出它们的整体特征和功能相似。案例 虚拟心脏的研究(模拟)“虚拟心脏”是美国自然杂志最近提出的新概念,国际医学界目前尚没有人从分子水平进行“虚拟器官”的研究。不久前,一颗正在中国医学科学院阜外心血管病医院计算机里跳动的“虚拟心脏”,将从分子水平揭示心脏常见疾病的病理基础,并为研制治疗相关疾病的新药提供一个真实而且深层次的“试验基地”。负责这一研究项目的该院副院
18、长惠汝太教授说,所谓“虚拟心脏”并非解剖学上的概念,说得形象一点,是计算机假装出来的心脏,但具备真正心脏的所有生理特性。它是将心脏的变化规律转化为各种方程式,用计算机运行方程式来演示心脏疾病分子水平的病变过程。目前正在研制中的这一“虚拟心脏”已经“得了”先天性心脏病、心力衰竭、扩张牲心肌病和心率失常这几种最常见的或危及生命的心脏病。20在类比法中,最典型的是综摄法,所谓的提喻法、集思法、群辨法、分合法等在类比法中,最典型的是综摄法,所谓的提喻法、集思法、群辨法、分合法等都是指在类比基础上的综摄法。都是指在类比基础上的综摄法。综摄法是英文综摄法是英文synecticssynectics的译称,来
19、源于希腊语,意思的译称,来源于希腊语,意思是把表面上不相关的各是把表面上不相关的各种不同的事物结合在一起种不同的事物结合在一起。综摄法最初是由美国创造学家威廉综摄法最初是由美国创造学家威廉戈登提出来的,后来乔治戈登提出来的,后来乔治普林斯同戈登普林斯同戈登一起共同研究,使综摄法得到进一步完善,成为理论性和操作性强的创造技法。一起共同研究,使综摄法得到进一步完善,成为理论性和操作性强的创造技法。综摄法是指从已知的事物出发,将毫无联系的、不同的知识要素结合起来,从综摄法是指从已知的事物出发,将毫无联系的、不同的知识要素结合起来,从不同的角度分析未知的事物,从而使理想中的未知事物成为现实的过程。不同
20、的角度分析未知的事物,从而使理想中的未知事物成为现实的过程。第二节第二节 典型技法典型技法综摄法综摄法一、综摄法的概念一、综摄法的概念211 1、变陌生为熟悉、变陌生为熟悉 变陌生为熟悉的阶段,就是类比法中的异质同化阶段。主要是借助于分析,设法将变陌生为熟悉的阶段,就是类比法中的异质同化阶段。主要是借助于分析,设法将陌生的事物分解,尽可能的将其变为以前熟悉的事物。陌生的事物分解,尽可能的将其变为以前熟悉的事物。【案例案例】静电喷漆工艺的发明静电喷漆工艺的发明 发明人哈罗德发明人哈罗德兰斯伯格使用空气喷枪在给甜饼罐喷漆时,油漆乱飞,浪费严重。兰斯伯格使用空气喷枪在给甜饼罐喷漆时,油漆乱飞,浪费严
21、重。如何才能使油漆不乱飞呢?他想起了上中学时的静电吸附实验。于是想到如果采如何才能使油漆不乱飞呢?他想起了上中学时的静电吸附实验。于是想到如果采用一定的装置使漆带上静电,而待喷漆的金属物品与地线连通,这样漆粒就会自用一定的装置使漆带上静电,而待喷漆的金属物品与地线连通,这样漆粒就会自动飞向目标,这样就利用已知的静电吸附知识发明了静电喷漆工艺。动飞向目标,这样就利用已知的静电吸附知识发明了静电喷漆工艺。二、综摄法的基本原理二、综摄法的基本原理戈登认为综摄法的基本原理包括两个部分,即戈登认为综摄法的基本原理包括两个部分,即变陌生为熟悉变陌生为熟悉和和变熟悉为陌生。变熟悉为陌生。22对已知的熟悉的各
22、种事物,运用全新的方式,从新的角度进行观察、分析,对已知的熟悉的各种事物,运用全新的方式,从新的角度进行观察、分析,将熟悉的变成不熟悉的,才能真正创造出新的事物或提出新的方案。变熟将熟悉的变成不熟悉的,才能真正创造出新的事物或提出新的方案。变熟悉为陌生,需要打破旧框框,使人的思维跳出已有的习惯。悉为陌生,需要打破旧框框,使人的思维跳出已有的习惯。【案例案例】西堀队长的灵感西堀队长的灵感日本南极探险队第一次准备在南极过冬,当时南极越冬队正在设法用输送船把日本南极探险队第一次准备在南极过冬,当时南极越冬队正在设法用输送船把汽油运到越冬基地。因为是初到南极过冬,实地操作时才发现输送管的长度根汽油运到
23、越冬基地。因为是初到南极过冬,实地操作时才发现输送管的长度根本不够,一下子没有备用的管子。这下所有的队员都呆住了,不知该怎么办才本不够,一下子没有备用的管子。这下所有的队员都呆住了,不知该怎么办才好。好。这时,队长西掘荣三郎突然提出了一个很奇特的设想,他说:这时,队长西掘荣三郎突然提出了一个很奇特的设想,他说:“我们用冰来做我们用冰来做管干吧管干吧!因为南极非常冷,水在碰到外界空气的瞬间就会变成冰,真可以因为南极非常冷,水在碰到外界空气的瞬间就会变成冰,真可以说是滴水成冰说是滴水成冰。但问题的关键是怎样使冰形成管状,而且在中途不会断裂。但问题的关键是怎样使冰形成管状,而且在中途不会断裂。西堀队
24、长很快又有了灵感西堀队长很快又有了灵感,我们不是有医疗用的绷带吗我们不是有医疗用的绷带吗?就把它缠着铁管上,就把它缠着铁管上,上面再淋上水让它结冰,然后拔出铁管,不就成了冰管子了吗?用这种方法做上面再淋上水让它结冰,然后拔出铁管,不就成了冰管子了吗?用这种方法做冰管子,再把它们一截一截连接起来,要多长就有多长。冰管子,再把它们一截一截连接起来,要多长就有多长。2.变熟悉为陌生变熟悉为陌生231 1确定综摄法小组的成员确定综摄法小组的成员综摄法在集体创造活动中,需要一个专业小组来实施,对专业小组的成员素质要综摄法在集体创造活动中,需要一个专业小组来实施,对专业小组的成员素质要求较高。小组成员一般
25、由求较高。小组成员一般由5 57 7人组成。其中一名担任主持人,一名是与讨论问题人组成。其中一名担任主持人,一名是与讨论问题有关的专家,其余为各种学科领域的专业人员。有关的专家,其余为各种学科领域的专业人员。2 2提出问题提出问题一般由主持人将所要解决的问题向小组的成员宣读。这一问题往往是预先拟定的,一般由主持人将所要解决的问题向小组的成员宣读。这一问题往往是预先拟定的,而且小组成员并不知晓。而且小组成员并不知晓。3 3分析问题分析问题专家对该问题进行解释和陈述,目的是让小组成员了解有关问题的背景等信息,专家对该问题进行解释和陈述,目的是让小组成员了解有关问题的背景等信息,使非专业人员对该问题
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