摘??要：科技創(chuàng)新方法是進行科技創(chuàng)新活動的手段，提出科技創(chuàng)新活動由學習、改進兩道工序構成，以4種學習區(qū)域和6種改進方法的組合構建科技創(chuàng)新活動的方法方程，該方程的系數取不同的值得到不同的方法方程，根據方法方程對鋼筆進行了創(chuàng)新設計，得到各種各樣的新鋼筆，論證了基于方程視角構建的創(chuàng)新方法形式簡潔、內容豐富、效果出色。

關鍵詞：創(chuàng)新;排列組合;方法方程;鋼筆;應用

國家明確提出"十四五"時期要顯著提升創(chuàng)新能力、明顯提高科學文化素質，站在教學角度，實現這些新目標主要通過科學教學培養(yǎng)學生的科學核心素養(yǎng)?？茖W教學常規(guī)模式是科學探究[1]，科技創(chuàng)新活動是一種最有價值的科學探究，科技創(chuàng)新方法是科學創(chuàng)新活動取得實效的關鍵?，F有關于科技創(chuàng)新的方法多種多樣，但是方法的表述形式教條，內容多雜、結構凌亂，減弱了對科技創(chuàng)新活動的指導作用。從邏輯學知道，內涵越少的概念其外延越大，而方程是左右相等的式子，其內涵很少，尋找一種方程將科技創(chuàng)新方法進行概括、提煉，像解方程一樣解出來是一個有意義的研究問題?；诜匠桃暯潜疚奶骄靠萍紕?chuàng)新方法，提出了一種方程，完整表述科技創(chuàng)新方法，在科學教學過程中實施取得一定的效果。

一、科技創(chuàng)新方法

科技創(chuàng)新方法由學習、改進二道工序構成，各自分工、相互配合、相互依存，共同作用產生科技創(chuàng)新的方法功能。

學習是科技創(chuàng)新方法的第一道工序，通過學習學生認識科學現象、獲得科學原理、掌握現有產品的性能等，經常學習各種產品的性能為科技創(chuàng)新提供了鮮活的知識，是持續(xù)科技創(chuàng)新的源泉。一個產品的功能、結構、原理、形狀是學習的四個區(qū)域。功能學習讓學生知道該產品具有什么用途，具有什么好處，能夠干什么等，如鋼筆的功能是書寫。結構學習告訴學生產品的骨骼、產品的鏈接、產品的安裝、產品的運動等。原理學習告訴學生產品用什么力、什么方式、什么機構、什么能量、什么步驟進行工作。形狀學習了解產品的外在相貌、形象、造型、圖案、顏色、大小等方面的特征。

改進是科技創(chuàng)新方法的第二道工序，科技創(chuàng)新的改進有合法、去法、換法、反法、抄法、預法等六種方法，前五種方法適用于對現有產品的創(chuàng)新設計，預法適用于還不存在的產品，方向指向明天、將來的創(chuàng)新設計。

合法是對現有產品進行功能組合、結構相并、體積變大、物質變重、顏色搭配、造型靠近等。去法是對現有產品進行個別功能的取締、個別結構的去除、把體積去除變小、把空間去除減小、把重量去除變輕等。換法是對現有產品進行材料更換、功能變換、結構變換、原理變換、黑色改換為藍色、圓形改換為方形等。反法是對產品進行各方面的相反改變，有功能相反、結構相反、原理相反、形狀相反，倒過來、逆向、倒置也是反法。抄法是將另一個產品的區(qū)域的狀態(tài)進行抄襲、仿照、類比、借用、模仿到現有產品上的方法，包括抄襲動物的功能、結構、原理和形狀區(qū)域狀態(tài)及人的功能、結構、原理和形狀區(qū)域狀態(tài)。預法針對明天、將來，展開發(fā)散聯想提前預計、設想個人有什么需求、社會有什么發(fā)展趨勢，結合學習獲得的知識來進行從0到1的新產品的構思、設計、構造、修改、計劃、制作等，在改進的6種方法里它是難度大、價值高的方法，最有挑戰(zhàn)性。

二、科技創(chuàng)新的方法方程

科技創(chuàng)新方法由學習、改進兩道工序組成，進行一項科技創(chuàng)新活動，就像進行流水線工作，第一步進入學習工序，認識、理解、掌握現有產品的功能、結構、原理和形狀四個區(qū)域的特征，第二步進入改進工序，將需要創(chuàng)新的產品放在工作臺上，使用合、去、換、反、抄、預六種方法工具選擇該產品的功能、結構、原理、形狀等一個區(qū)域或幾個區(qū)域進行加工。這樣第一步工序有4種情況，第二步工序有6種情況，合計有2道工序10種情況。

（一）方法方程

進行一次科技創(chuàng)新活動有2道工序10種情況，第一道工序有4種學習情況，根據排列組合，合計有?種學習組合狀態(tài)，其任一種學習狀態(tài)用表示，其中i=1表示在功能、結構、原理、形狀4種學習情況中選擇一種的學習組合狀態(tài)，i=2表示在功能、結構、原理、形狀4種學習情況中選擇二種的學習組合狀態(tài)，i=3表示在功能、結構、原理、形狀4種學習情況中選擇三種的學習組合狀態(tài)，i=4表示在功能、結構、原理、形狀4種學習情況中全部選擇的學習組合狀態(tài)。第二道工序有6種改進方法，根據排列組合，能夠使用的加工改進方法合計有種改進組合狀態(tài)，其任意一種組合狀態(tài)用表示，其中j=1，表示在合、去、換、反、抄、預6種改進方法中選擇一種方法的改進組合狀態(tài)，j=2表示在合、去、換、反、抄、預6種改進方法中選擇二種方法的改進組合狀態(tài)，j=3、j=4的表示同理類推。

根據科技創(chuàng)新方法的兩道工序性結構，第一道工序有種狀態(tài)，第二道工序有種狀態(tài)，完成一次科技創(chuàng)新活動必須兩道都要存在，缺一不可，因此科技創(chuàng)新活動的加工方法是第一道工序的狀態(tài)與第二道工序的狀態(tài)的組合，根據排列組合，則有種科技創(chuàng)新加工方法，將這種科技創(chuàng)新加工方法對一件產品進行創(chuàng)新加工作用得到另一種新產品。基于方程視角，在產品、創(chuàng)新方法、新產品之間存在一個相等關系，即方法方程：

其中字母x表示現有任何產品，如一種鋼筆。方程系數表示一種科技創(chuàng)新方法，字母y表示用科技創(chuàng)新方法對產品x進行作用后得到的新產品。

（二）方法方程的變形

在方法方程（1）中，令i=1、j=1得到，該方程說明，對現有產品x選擇第一道工序的一種區(qū)域學習、用第二道工序的一種改進方法組合進行創(chuàng)新加工得到一種新產品y。

在方法方程（1）中，令i=1、j=2得到，該方法方程說明，對現有產品x選擇第一道工序的一種學習區(qū)域、用第二道工序的二種改進方法組合進行創(chuàng)新加工得到一種新產品y。

在方法方程（1）中，令i=2、j=1得到，該方法方程說明，對現有產品x選擇第一道工序的二種學習區(qū)域、用第二道工序的一種改進方法組合進行創(chuàng)新加工得到一種新產品y。

依次類推，方法方程（1）的系數取不同的值得到不同的變形的方法方程，對應得到其它不同的創(chuàng)新新產品，所以方法方程（1）形式簡潔，內容豐富。

三、方法方程的應用

下面以鋼筆的創(chuàng)新為例揭示方法方程（1）的應用。

在方法方程中，令x=鋼筆，則y=新鋼筆，得到方程：

??（2）

（一）在方法方程（2）中，令i=1、j=1，得到如下六種變形的方法方程

（1）學習?功能?合?鋼筆=?新鋼筆。通過學習知道現有鋼筆具有書寫的功能，對書寫功能進行合法改進，啟示學生對鋼筆組合具有注射藥水的功能，兒童醫(yī)院里的護士如果采用鋼筆注射器給患病兒童注射藥水，他們就不會害怕了，得到注射鋼筆。

（2）學習?功能?去?鋼筆=?新鋼筆。通過學習，對現有鋼筆的書寫功能進行去法改進，指引學生思考去除鋼筆的書寫功能后要去除筆尖，沒有筆尖的鋼筆可以用來畫眉毛、按摩皮膚、裝香水等。

（3）學習?功能?換?鋼筆=?新鋼筆。通過學習對現有鋼筆的書寫功能進行換法改進，啟發(fā)學生將鋼筆的功能改換為其它，得到切割鋼筆、洗刷鋼筆、錄音鋼筆、繡花鋼筆等。

（4）學習?功能?反?鋼筆=?新鋼筆。通過學習對現有鋼筆的書寫功能進行反法改進，提醒學生書寫的相反是不書寫，不能書寫的鋼筆有什么用途？逼迫學生思考出喝藥鋼筆、吸污鋼筆、點煙鋼筆等。

（5）學習?功能?抄?鋼筆=?新鋼筆。通過學習對現有鋼筆的書寫功能進行抄法改進，抄誰的功能？抄什么功能？怎么抄？抄毛筆的功能得到帶有墨水囊的毛筆鋼筆;抄打印機的功能得到具有打印功能的打印鋼筆，筆直劃過去得到一行打印好的字體。

（6）學習?功能?預?鋼筆=?新鋼筆。通過學習對現有鋼筆的書寫功能進行預法改進時，讓學生預測明天、將來人們需要什么樣的鋼筆？結合學習的獲得的資源進行發(fā)散思考，得到血糖鋼筆、折疊鋼筆、紙片鋼筆、水果鋼筆、刷牙鋼筆等。

其它形同i=1、j=1的方法方程（2），如?學習?結構?合?鋼筆=?新鋼筆、?學習?結構?去?鋼筆=?新鋼筆、學習?結構?換?鋼筆=?新鋼筆、學習?結構?反?鋼筆=?新鋼筆、學習?結構?抄?鋼筆=?新鋼筆、學習?結構?明?鋼筆=?新鋼筆?等18種變形的的方法方程限于篇幅，在此省略。

（二）在方法方程（2）中，令i=1、j=2，得到如下一些變形的方法方程

（1）學習?功能?合?去?鋼筆=新鋼筆。經過學習，先用合法改變對鋼筆附加一個能夠擦除的功能，然后用去法改變鋼筆用墨水書寫的功能，自然導致沒有墨水、能夠擦除的新鋼筆。

（2）學習?功能?去?合?鋼筆=新鋼筆。經過學習，先用去法改變鋼筆用墨水書寫的功能，得到輸液鋼筆，然后用合法改變輸液鋼筆，得到能夠測量體溫、能夠輸液的新鋼筆

（3）學習?功能?合?反?鋼筆=新鋼筆。學習鋼筆的功能，先用合法對鋼筆附加一個能夠擦除的功能，然后用反法改變鋼筆的書寫的功能，得到能夠按摩、能夠擦除的新鋼筆。

以此類推，根據方法方程（2）得到其它形如i=1、j=3，i=1、j=4，i=2、j=1，i=3、j=2，i=4、j=2等變形的的方法方程。

三、方法方程的意義

在科學教學實踐中，把現有的任何產品x代入科技創(chuàng)新的方法方程里，能夠引領學生快速集中于有價值的方向，減少思路走偏的幾率。學生逐一按部就班依次改變i、j的值，得到多種變形的方法方程，對應得到一種改進的方法思路，集中精力，迅速獲得新產品。該科技創(chuàng)新的方法方程學習難度不大，教師使用6個課時的課堂教學使學生掌握是可行的。如果得到一種方法方程，配合奧斯本的發(fā)散思考、討論方法【3】，從簡單物品的改進著手，進行反復練習，能夠熟練學生的產品創(chuàng)新技能，提高學生的創(chuàng)新能力。

在上述科技創(chuàng)新方法的指導下，經過幾年的教學實踐，科技創(chuàng)新活動取得一些效果。設計出"自來水井防凍裝置"、"汽車剎車報警器"、"太陽能供水取水裝置"、"致冷風扇"、“傳聲實驗裝置”、"農田澆水報警器"、“乒乓球凹陷修正器"、?“頭盔防霧護罩”、“教室投影儀自動控制裝置”等累計368件科技創(chuàng)新產品。教師和學生參加青少年科技創(chuàng)新大賽，獲得市級一等獎3項，二等獎6項，三等獎3項;省級一等獎1項，二等獎4項。學生發(fā)表省級科技創(chuàng)新論文2篇，教師多次獲科技創(chuàng)新優(yōu)秀輔導教師稱號。這些科技創(chuàng)新的成績對于學生人數少、地處農村的學校，證明科技創(chuàng)新的方法方程具有一定的教學意義。

參考文獻：

[1]郭根福，袁來軍.新教材疑難問題研究與解決[M].長春：東北師范大學出版社，2009.4-12.

[2]全國青少年科技創(chuàng)新大賽規(guī)則（2017年修訂版）.

[3]王星華，白凌燕.創(chuàng)新思維工具在創(chuàng)客教育中的應用研究[J].中國信息技術教育，2020（22）：59-62.

作者簡介：黃國海，中小學高級教師，研究方向：主要從事中小學科學教學工作和科技創(chuàng)新方法研究。