书城教材教辅学生科技发明100例点评
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第4章 找出缺点,实现突破——缺点列举法

世界上的事物没有尽善尽美的,每一个事物总是或多或少地存在着这样那样的缺点,人们总是希望事物能够变得愈来愈完善,愈来愈能满足我们方方面面的需要。这种客观存在与主观愿望之间的矛盾,就孕育着创新的种子,为我们进行发明创造提供了动力。

缺点列举法是指通过发掘现有事物的缺陷,把事物的缺点一一列举出来,然后提出改进或划新的整改方案的一种技法。缺点列举法如果运用得当的话,不失为一种简单有效的发明创造方法。采用缺点列举法一般可按照以下三个步骤进行:第一步先找出事物的缺点;第二步分析缺点产生的原因;第三步针对缺点产生的原因,恰当地提出解决的方法。

其中,第一步是关键,只是列举某个事物的几个缺点也许并不难,但是想要找到那些隐性的、不易被人察觉而又对事物造成不良后果的缺点却并不简单,而这些缺点,往往就是发明价值之所在。找出了事物的缺点,第二步就要“寻根问底”,找出产生缺点的原因,有些原因是显而易见的,有些原因不容易找到。只有找准了产生缺点的原因,第三步才能做到“对症下药”,寻求解决问题的最佳办法。

为了更好地让同学们掌握缺点列举法原理,我们整理了部分学生发明创造实例来加以说明,希望同学们从中受到启发,用自己的聪明才智来进行发明创造。

案例1 电控升降话筒架

简介

日常所使用的话筒架,经常需要针对不同人的身高进行调节。高度都是需要通过手动进行调节的。而在使用过程中,这样一来,演讲或表演势必造成中断,整体进程的连贯性难免会受影响,同时有可能也会影响摄影师录像拍摄的效果。

罗汉文同学的作品——电控升降话筒架,针对现有话筒架高度需要人工调节的缺点进行了改进。它的结构原理如下:在原有话筒架的下部加装一个微型电机,通过电机的正反转来控制具有螺纹结构的话筒架套管的升降。控制方式有两种,一种是利用导线引出的开关在后台控制;一种是直接在话筒架上安装两个按钮控制,从而大大方便了话筒架的调节工作,保证了活动进行的流畅性。

点评

现有话筒架在人工调节高度方面的不便,想必同学们都有所体会吧,但我们却往往视而不见,而罗汉文同学则抓住了这个问题,并创造性地提出利用电机正反转原理来控制话筒架升降的方案,从而较好地解决了这个看似简单却很烦人的问题。

但是,当一个问题解决的同时,往往也可能伴随着另外一些问题的产生。如此长的导线,在架设及存放方面是否带来了一定的困难呢?而在电动机电源供给方面应该如何实现呢?同学们不妨通过两个方面思考一下:一是在电源供给上能否采用其他方式,如蓄电池;二是在控制方式上能否采用遥控器控制。只要我们试着从多个角度去挖掘产品的缺点,并努力思考,加以突破,就一定会有所创新。

思考与练习

1.回忆一下自己在日常生活中常用的遥控装置有哪些?并思考为什么要设置相关的遥控装置?除此之外,你认为还有哪些设备是人手调节不方便的,是否可以增设遥控装置呢?

2.你曾留意过身边的细节问题吗?当你发现某一用具用起来不是很方便,不是很顺手,不是很习惯时,你思考过如何改进吗?请试一试吧。

案例2 便捷衣架

简介

衣架是人们生活的必需品,几乎每天都要用到。但同时,它也存在着不足,由于衣架的两臂是固定的,有时晾挂和收取衣服有一定的麻烦。找出了衣架的缺点后,我们一起来看一下梁润发同学的发明吧。便捷衣架主要改进的地方是:创造性地设计了具有转轴两臂可活动的衣架。该衣架在静态时呈现一般衣架的形状;而晾挂或收取衣服时,可手压衣架底边中轴,收缩衣架两臂,从而轻松地挂上或取出衣服,为人们提供方便。

点评

在本作品中,细心观察的梁润发同学连衣架在晾取衣服时稍有不便的细节也不放过,通过开动脑筋,找出了问题的关键就在于普通衣架存在着两臂固定不能活动的缺点,随即联想到转轴可以让物体活动的方法,从而设计了两臂可活动的便捷衣架,具有良好的实用价值。

也许,有的同学认为衣架的不便性,不值一提,不必如此小题大作。而事实上,我们目前所用到的可弯曲的饮料吸管,也是由日本一位妇女提出“如何在躺着的情况下也可以喝饮料?”而发明的,如今这项发明已经传遍全球,融入到我们生活当中。因此,从细节方面去挖掘产品所存在的不足,更能体现我们的观察力,只要同学们都有一颗细致的心,对日常生活处处留意,就一定会有更好的发现。

思考与练习

1.日常生活中,几乎每天都要用到的物品有哪些?它们都令你觉得满意吗?有没有什么值得改进的地方呢?

2.在生活中还有哪些物品的形状是固定不变的?你认为它们有必要重新设计或增加一些活动的部件吗?试着写出你的设计方案。

案例3 花瓶洗涤刷

简介

漂亮的鲜花,人人都喜欢,用鲜花来装饰房间成了人们美化生活的首选。利用花瓶插花,想让花保持较长时间的新鲜,就必须在换水时将花瓶清洗干净。但是,现在市场上并没有专门用于洗涤花瓶的刷子卖,只能用一般的刷子进行清洗。由于花瓶的特殊结构,在花瓶凹进去的腹部,仅用一般的刷子是很难清洗干净的。

梁艳蕊同学正是考虑到现实中清洗花瓶所存在着以上困难,从而对普通的刷子进行了改进。这种花瓶洗涤刷,主要是在普通刷子上设置两个可活动的刷头。当需要清洗花瓶凹进去的腹部时,只要按下开合按钮,拉杆就会开启活动刷头(活动刷头通过小轴与刷柄连接),使刷头向上弯曲,因此可以很方便地清洗到凹进去的花瓶腹部,把花瓶清洗得干干净净。

点评

对于同类的产品,人们往往看到的只是共性,而采用同一方法进行处理,这时由于某些产品的特殊性,往往无法达到良好的效果。在本作品中,正是由于花瓶结构的特殊性(凹进去的腹部),因此在对它进行清洗时,就暴露出了普通刷子无法弯曲的缺点。为此,梁艳蕊同学通过对普通刷子的改进,巧妙地设计了能在拉杆控制下自由开启的活动刷头,方便了对花瓶的清洗,成为花瓶清洗专用刷,具有一定的市场价值,可推广普及。

思考与练习

1.在日常用品中,你认为还有哪些产品是具有比较特殊的结构的?它们为什么要如此设计?这种设计是必需的吗?尝试对它们进行不同的设计。

2.目前,你所接触到的日常工具有哪些?它们能否适应特殊需要?不能的话,如何改进?

案例4 新型太阳能收集器

简介

太阳能可算是目前最天然、最环保而又取之不尽的能源了。随着科学技术的日益发展,太阳能的开发和利用也从实验室走进了日常生活,越来越多的家庭安装了太阳能热水器,享受着太阳能给我们带来的便利。但目前所使用的太阳热能收集器,主要是采用具有良好吸热、导热性能的材料制作的收集板,因为反射的缘故,不可避免地总会有不少的阳光被反射,所以最终对太阳能收集的效率并不高。而据现有的资料表明,收集太阳能的原理并不难,难的正是如何提高收集太阳能的效率。

为了克服当前太阳能收集器收集效率低的缺点,伍巧泳同学发明了一种新型的太阳能收集器。它的结构如下:在太阳能收集板的表面,有序地分布着外观呈圆锥状的吸热针。这样一来,不仅增大了吸收太阳能的面积,同时光线经多次反射后,射入收集器内部被充分吸收。正是由于收集板合理地设置了这些吸热针。因此,可使照射到收集板上的太阳光难以因反射而离开收集板,从而起到了收集太阳能最大化的效果。

点评

伍巧泳同学的作品实在是让人兴奋,她在如何让人们更好地“抓住”太阳光的问题上提出了自己独到的见解。在了解到目前太阳能收集器存在收集效率低的缺点后,她能够认真研究分析造成太阳能收集效率低的原因,找出了反射是造成这一缺点的根本原因。

为了更好地降低收集器对太阳光的反射作用,伍巧泳同学创造性的提出了采用圆锥形吸热针来收集太阳能的方案。由于吸热针外观呈圆锥状,因此,光线经多次反射后仍会射入收集器内部,收集器对阳光的反射可说是少之又少的,那么利用它来提高收集太阳能的效率也应当是显而易见的。这是一个富有创造性的方案,当然最终的使用效果如何,还需要通过实验来加以验证。如果通过检验,证明其方案确实能够大幅度提高收集太阳能的效率,那么其产品的市场价值是难以估量的。

思考与练习

1.你认为伍巧泳同学的设计方案能够实现吗?请说出你的理由。

2.日常生活中常用的能源有哪些?而你所了解到的节能装置又有哪些呢?你认为还有哪些装置在能源利用率方面是比较低的?有办法加以改进吗?

案例5 无尘粉笔刷

简介

粉笔,一直以来都是老师们“传道受业解惑”的重要工具。粉笔制造成本低,使用也非常方便,但是使用粉笔时所产生的粉尘,却对师生的健康构成了很大的威胁。

出于对师生健康的考虑,吴笑芳同学发明了无尘粉笔刷。其实它的原理非常简单,在普通粉笔刷的背部设置一个塑料水罐,预先注入适量的清水,在刷黑板时按下开关,就能对粉笔刷内的海绵进行加湿,这样刷黑板时就不至于粉尘飞扬了,而且还可以将黑板擦得更干净。

点评

从本作品中,可以看出吴笑芳同学是个有心人。当她发现粉笔尘危害到师生身体健康时,能够独立思考,并在日常生活中体验到湿润的海绵可以有效防止粉尘飞扬,进而想出给海绵加湿的办法设计出无尘粉笔刷,克服了普通粉笔刷粉尘飞扬的缺点,有利于师生的身体健康,起到了环保的作用。

本设计原理简单,生产成本也很低,是一个比较环保实用的产品,如果推向市场的话,具有一定的开发前景。当然,如果各位同学再加以深入思考的话,也会发现其仍然存在某些不足,在此仅提出两点供同学们思考:①加湿后的海绵刷擦黑板时肯定比干的擦得更干净,但再次写书时的效果好吗?②当加湿后的海绵粘附了一定的粉尘后,是否还能继续使用呢?

思考与练习

1.对于点评中提到的两个问题,你是否还有更好的解决方法,试着写下你的设计方案。

2.据说电脑键盘是办公室里最脏的地方,容易积累大量灰尘并滋生大量有害细菌,你是否思考过解决的办法?试一试吧,写出具体的实施方案。

案例6 智能饮水机

简介

目前,饮水机的使用为千家万户和各公共场所提供了方便。但普通的饮水机也存在着以下的不足:①饮水机由开启到沸腾需要一定的时间,不便于即渴即饮;②多数人开启饮水机煮沸开水后忘记关,导致水反复煮沸,使水中的有害物质(如亚硝酸银离子、砷等)浓度提高危害人体健康;③反复用电造成了能源的浪费。

郭伟恒同学针对以上缺点,对饮水机进行了改进,在普通饮水机的基础上,增加了一个由智能控制芯片、程序设置系统、自动启动和关闭装置三大部分组成的智能控制器,从而实现了饮水机的自动智能控制,它可以在用户预设的时间段内自动开启和关闭饮水机,达到了方便、健康、节约的目的。

点评

通过智能饮水机的设计,可以看出郭伟恒同学对现有饮水机的研究确实下了一番功夫,列举了饮水机的三大缺点:不够方便、不够健康、不够节约。经过认真思考后,揭示了饮水机具有相关缺点,均是由于饮水机加热时间的不可预置造成的。找到问题的关键后,采用了智能控制器一次性地解决了以上问题。该设计不仅有利于人体健康且有效节省了能源,是一个实用价值比较高的产品。

郭伟恒同学设计的智能饮水机令人十分高兴,它表明某些同学的思维已经不仅仅局限于对产品缺点的改进,而且进入到了智能化家电开发的领域。目前,我们的家电产品越来越注重人性化设计,提出了“科技以人为本”的设计理念。饮水机智能控制器的设计正是融入了这一理念的作品,同学们也不妨对自己身边的家电产品进行分析,思考如何让它们能够更具有人性化,更好地为人们服务。

思考与练习

1.对于智能控制产品,你了解的有哪些?它们是分别在哪些方面实现智能控制的?类似的产品还有哪些是需要改进的?

2.你遇到过别人故意捣乱而乱按门铃的情况吗?你是否认为目前的门铃在某些方面仍有需要改进的地方?

案例7 打字辅助资料夹

简介

随着办公系统信息化的普及,利用电脑打印资料的情况越来越多,而进行电脑录入时,资料的摆放位置是非常重要的。尤其是对于无法盲打的人来说,既要看文件资料,又要看键盘,还要看电脑屏幕,经常容易出现上、下行文字错位甚至找不到所打文字位置的情况,严重影响了录入速度。

黎燕碧同学设计的打字辅助资料夹则较好地解决了错看文字资料的问题。其设计的打字辅助资料夹,主要由夹板、夹子和标尺构成,标尺中间还开有一适当高度的槽。录入文字时,将需打印的资料夹在夹板上,用标尺来定位(既可将标尺置于起始文字下方,也可将标尺开口槽内显现的文字定为要打印的对象),打好相关字段后,再通过移动标尺来重新定位需打印资料的位置。这样一来,就不会出现找不到要录入文字的位置或看错字段而打错字的情况了。

点评

在电脑使用越来越普及的今天,利用电脑录入资料是经常碰到的事。黎燕碧同学指出,在边看文件边打字时,容易打错字或找不准文字位置,这种情况是时常发生的。就我们自己来说,也都深有体会,而对于初学者来说,这种错误尤为严重。打字辅助资料夹在一定程度上解决了以上问题,有效地提高了工作效率。本作品制作成本低,易于生产,体现了良好的实用性、便利性,值得推广使用。

思考与练习

1.你认为黎燕碧同学的设计方案是否已趋于完善,还有什么需要加以改进的吗?

2.不仅是打字,无论我们初学什么都会遇上不少的困难,比如说写毛笔字、画画、弹琴、游泳等等,那么有些什么方法能够改善我们的学习条件,提高学习效率呢?

案例8 新型洗衣粉包装袋

简介

洗衣粉是必需的日常用品,市场上出售的袋装洗衣粉都是采用塑料袋简易封装,在使用过程中存在以下一些问题:1.开袋时不方便,容易撕烂外包装;2.袋装洗衣粉不易摆放,一旦没放好,容易倾倒在地,导致洗衣粉撒得满地都是;3.开口处一旦受潮,洗衣粉易凝结为块状,再次使用时很不方便。

周旋同学设计了一种新型洗衣粉袋,可以有效地避免普通包装所存在的缺点:①采用瓶盖开启的设计,避免撕烂包装袋,而同时用盖密封后又可使洗衣粉不易受潮;②外包装底部呈椭圆平面,使包装袋底与地面由线接触变为面接触,易于摆放;③特别设计的提手,可方便洗衣粉袋的携带和取放。

点评

本作品摒弃了我们习以为常的洗衣粉外包装形式,重新设计的外包装具有方便取用、易于保存的特点。

周旋同学所采用的是典型的缺点列举法,首先将目前洗衣粉包装袋所存在的缺点进行了一一列举:①不易开封;②不易取放;③不易保存。然后针对以上缺点一一加以改进,从而设计了这个全新的洗衣粉外包装袋。

经过上述一番改进后,一个全新的洗衣粉包装袋立现于眼前,如能推向市场的话,一定能在千篇一律的洗衣粉袋当中呈现出一道亮丽的风景。

思考与练习

1.我们习以为常的东西就一定是好的吗?一个产品的新颖外观往往可以激发起消费者的购买欲望,从我们身边最普通的物品着手吧,试图改变一下它们现有的外观设计,是否会有更好的发现呢?

2.你喜欢到精品店去购物吗?你认为哪些产品在哪些方面比较吸引你呢?当你发现自己称心的物品时,它们精美的设计是否对你有所启发呢?

案例9 教学万能板

简介

对于初学电路设计的同学来说,我们用得最多的就是万能电路板了。但是普通的万能板,只是在板上均匀地设置了一行行密密麻麻的圆形铜铂焊点。这种设计,使得我们要把元器件连接在一起时就必须经过拖焊,而拖焊时需要用到大量焊锡丝(价格较高),并且对初学者来说掌握拖焊技术也有一定的困难,甚至容易把万能板上的铜铂焊点烧坏。

发现上述缺点后,学电子专业的叶炳锋同学能够积极思考,对万能板的铜铂焊点重新进行了设计。新的教学万能板在普通万能板的铜铂焊点上下、左右四面分别引出四条铜铂线,使整个焊点类似于一个“十”字形。重新设计后的焊点在进行焊接时,变得非常容易,再也不需要拖焊,只需点焊即可。这样一来,不仅节省了焊锡丝,而且也提高了电路设计的效率。

点评

对于电子专业的同学来说,万能板所提供的便利大家都是深有体会的。但是对于一个看似完美的产品来说,是否仍然存在着一定的不足呢?其实,如果不加以细心研究的话,它所存在的缺点一定很难发现。所以,当看到叶炳锋同学新设计的万能板时,我们不禁拍案叫绝,这个创意多好啊!制作简单而且实用,为什么以前就没有人想到呢?

由此可见,发明创新的难点往往并不在于对缺点和问题的改进和解决,关键是在于发现产品缺点和问题的所在。新型教学万能板的设计,是非常有推广价值的,其产品制作简单,几乎不增加成本,不仅可以为我们节省大量的原材料,而且可以提高焊接万能板的效率,缩短电路设计的时间,是一个市场前景不可估量的产品。

思考与练习

1.找出产品的缺点就为我们设计新的产品打开了思路,越是往事物的细节去思考越能发现产品所存在的缺点。留心关注身边细小的事物,你是否能发现它们各存在着哪些方面的缺点呢?

2.你认为构成一个产品的要素主要有哪些?比如说结构、形状、颜色等等。而在这些要素之中,当某一要素发生改变时,会给产品带来什么样的变化呢?试着以常见的产品为例,设计一些改进的方案。

案例10 新型牙签盒

简介

牙签是人们常用的日用品,常用的牙签盒一般有两种形式:一种是打开盒盖后,可用手取出牙签;一种是旋转牙签盒顶盖,再通过摇晃让牙签从小孔中穿出。实际使用过程中,感觉这两种方式都不够方便,那么有没有更好的方式呢?

叶炳锋同学带来的新型牙签盒,让人耳目一新。这个新型的牙签盒,主体盒身呈蛋壳状,使用前,先拧开盒盖,放进适量的牙签,这时,由于盒身底部不平整,必然会有一支牙签刚好滑落在牙签顶杆的凹槽上。使用时,只要我们用手轻压一下牙签盒,整个盒身下降,牙签顶杆就会支撑着牙签顺着滑溜的盒盖内壁上爬,最终从盒盖顶部的中心孔中穿出,用手取出即可。每次只出一支牙签,卫生而且方便。

点评

叶炳锋同学所设计的牙签盒构造简单,却克服了普通牙签盒不够方便、不够卫生的缺点。在其设计中,还有几个很巧妙的地方:(一)牙签盒的外形呈蛋壳形,不仅让牙签自动滑落到牙签顶杆凹槽上,还能让牙签顺着滑溜的盒盖内壁上爬;②使用弹簧,让盒身可以轻易地上升和下压;③牙签顶杆的支撑,让牙签最终能够从小孔中穿出;④牙签盒护圈的设计,很好的保护了外形呈蛋壳状不易放稳的主体盒身,同时也使牙签盒整体更协调、更美观。

虽然只是一个小小的作品,却有如此巧妙的设计;没有什么高深的技术,却能设计出如此实用的牙签盒。毫无疑问,叶炳锋同学的设计是非常成功的。整个牙签盒制作成本低,外形易于设计,美观实用,具有很高的市场推广价值。

思考与练习

1.看看叶炳锋同学设计的牙签盒,够精巧吧,但其中所用的原理一点都不复杂,想一想这个牙签盒的设计利用了哪些基本原理?

2.爱因斯坦曾经说过:“最简单的才是最美的!”现实生活中,你所了解到的基本原理有哪些呢?你真正理解这些原理吗?你是否能够把它们运用到日常生活中去,试着列举一些例子来加以说明。