科研創(chuàng)新法學(xué)習(xí)課件

1科研創(chuàng)新16法1。創(chuàng)新前的準(zhǔn)備：中藥鋪的抽屜和知識(shí)2。創(chuàng)新鏈和創(chuàng)新樹(shù)3。分類(lèi)研究法4。學(xué)科交叉法

5。移花接木法6。四兩撥千斤法

7。逆向思維法8。柳暗花明法

9。天上人間法

第一頁(yè)，共四十六頁(yè)。2科研創(chuàng)新方法學(xué)的探索10。傻瓜提問(wèn)法。11。大膽假設(shè)小心求證法12。意外機(jī)遇法13。靈感培養(yǎng)法14。虛擬實(shí)驗(yàn)法15。綜合集成法（系統(tǒng)科學(xué)的創(chuàng)新）。16。接近于“無(wú)中生有”的原始大創(chuàng)新。第二頁(yè)，共四十六頁(yè)。3科研創(chuàng)新方法學(xué)的探索1。創(chuàng)新前的準(zhǔn)備：創(chuàng)新與知識(shí)積累－中藥鋪的抽屜和知識(shí)框架

創(chuàng)新前的準(zhǔn)備：就化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)而言，必須有深厚的理化基礎(chǔ)，特別是其中的基本概念必須正確深刻。知識(shí)面力求寬廣，頭腦中和計(jì)算機(jī)上都要有一個(gè)知識(shí)框架。要熟悉計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，善于上網(wǎng)搜索你需要的資料和信息。實(shí)驗(yàn)技能要精湛，為學(xué)要極為勤奮，要處理好人際關(guān)系，團(tuán)隊(duì)協(xié)作，要永遠(yuǎn)保持樂(lè)觀開(kāi)朗的性格。不迷信前人，敢于大膽創(chuàng)新。這是創(chuàng)新的前提。下面討論如何創(chuàng)新的方法。第三頁(yè)，共四十六頁(yè)。42。創(chuàng)新鏈和創(chuàng)新樹(shù)

科學(xué)研究是接力賽跑，起跑點(diǎn)要在科學(xué)研究的前沿，要把前人的有關(guān)知識(shí)接過(guò)來(lái)。所以研究生的導(dǎo)師很重要，他把接力賽跑的棒交給你，你就可以在科學(xué)研究的前沿起跑。牛頓說(shuō)：”我是站在巨人的肩膀上，所以能看得遠(yuǎn)一些”。這是創(chuàng)新和繼承的關(guān)系。第四頁(yè)，共四十六頁(yè)。5“創(chuàng)新鏈”和“創(chuàng)新樹(shù)”科學(xué)研究既然是接力賽跑，所以每一項(xiàng)科學(xué)創(chuàng)新都有前因后果。把這些前因后果串聯(lián)起來(lái)，就構(gòu)成一條“創(chuàng)新鏈”。創(chuàng)新鏈常有分支，于是構(gòu)成“創(chuàng)新樹(shù)”。建立創(chuàng)新樹(shù)的方法，可以啟發(fā)你的創(chuàng)新靈感,活躍你的創(chuàng)新思維，特別是在分枝點(diǎn)上，可以思考一下還有什么新路可走？下面以原子發(fā)射光譜為例，說(shuō)明創(chuàng)新樹(shù)的樹(shù)苗，樹(shù)根，樹(shù)干和分支。第五頁(yè)，共四十六頁(yè)。6原子光譜和分子光譜創(chuàng)新樹(shù)

（1）創(chuàng)新樹(shù)苗：物體加熱到高溫可以發(fā)光。（2）創(chuàng)新樹(shù)根：1762年德國(guó)礦物學(xué)家A.S.馬格拉夫首次發(fā)現(xiàn)鈉鹽可使酒精燈火焰染成黃色，鉀鹽可染成紫色。（3）創(chuàng)新主樹(shù)干：1859年G.R.基爾霍夫和R.W.E.本生以本生燈為光源制成第一臺(tái)用于光譜分析的分光鏡。第六頁(yè)，共四十六頁(yè)。7（4）創(chuàng)新樹(shù)的大分支：原子光譜分光鏡的六大分支：

[a]不同的研究對(duì)象--元素，分子，凝聚態(tài)

[b]不同的激發(fā)手段。

[c]不同的分光系統(tǒng)。

[d]不同的檢測(cè)系統(tǒng)。

[e]不同的光譜模式：發(fā)射，吸收，吸收又發(fā)射等

[f]理論和實(shí)驗(yàn)的交錯(cuò)前進(jìn)。氫原子光譜的研究導(dǎo)致玻爾提出氫原子模型和量子力學(xué)，而量子力學(xué)的建立大大推動(dòng)光譜學(xué)的發(fā)展。第七頁(yè)，共四十六頁(yè)。8（5）創(chuàng)新樹(shù)的中分支：例如不同的激發(fā)手段可以分為：[a]本生燈光源，就是第一臺(tái)原子光譜分析儀[b]電弧光源：原子紫外及可見(jiàn)光譜。[c]激光光源：高分辨紫外及可見(jiàn)光譜。[d]陰極射線為光源：彩色電視的顯象管。[e]高能電子束照射重原子：原子的X-光譜。[f]超高能的氪離子束撞擊鉛靶，產(chǎn)生第118號(hào)新元素等。

第八頁(yè)，共四十六頁(yè)。9思考不同的光譜模式可以得到：

[a]原子發(fā)射光譜的逆過(guò)程：原子吸收光譜。

[b]把原子換成分子：分子的紫外及可見(jiàn)吸收光譜。

[c]把光源改為紅外光：就得到紅外光譜。

[d]如改為微波光源：微波譜。

[e]微波譜＋強(qiáng)磁場(chǎng)：到順磁共振譜.。

[f]把微波光源改為能量小一千倍的射電短波：核磁共振譜。

[g]改為X-射線光源：光電子能譜。

[h]吸收后又發(fā)射：拉曼光譜，熒光光譜等。第九頁(yè)，共四十六頁(yè)。10（6）小分支：每一項(xiàng)中分支為出發(fā)點(diǎn),又可有許多創(chuàng)新小分支，例如拉曼光譜，把光源改為激光，就得到激光拉曼光譜；把分光系統(tǒng)由棱鏡改為光柵，并加上傅氏變換技術(shù)，就得到傅氏變換拉曼光譜；把研究對(duì)象改為銀電極的電化學(xué)過(guò)程，就得到表面增強(qiáng)拉曼光譜等。

第十頁(yè)，共四十六頁(yè)。113。分類(lèi)研究法例（1）動(dòng)植物的宏觀分類(lèi)法--門(mén)，綱，目，類(lèi)，科，亞科等。例（2）生物的微觀分類(lèi)法--基因分類(lèi)法。例（3）萃取機(jī)理的分類(lèi)。例（4）經(jīng)濟(jì)模式的分類(lèi)－自由資本主義經(jīng)濟(jì)（如美國(guó)），歐洲資本主義經(jīng)濟(jì)，中國(guó)特色社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)等。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的大趨勢(shì)之一是學(xué)科越分越細(xì)。例如1900年是500門(mén)學(xué)科，2000年是5000門(mén)。100年增加10倍。2100年可能到50000門(mén)，2050年到20000門(mén)，50年中創(chuàng)建15000門(mén)新學(xué)科，我們中國(guó)人至少創(chuàng)建3000門(mén)。你們要有創(chuàng)建3000門(mén)新學(xué)科的雄心壯志。第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。124。學(xué)科交叉法學(xué)科交叉法：不同的學(xué)科之間，進(jìn)行“比較”的研究方法[a]“比較語(yǔ)言學(xué)”，例如英文的Crisis，中文是“危機(jī)”。又如“做學(xué)問(wèn)”一詞，通常翻譯為L(zhǎng)earning，但后者只有學(xué)習(xí)的意思，沒(méi)有問(wèn)的含義。做學(xué)問(wèn)要既學(xué)又問(wèn)，學(xué)而不問(wèn)則殆，問(wèn)而不學(xué)則惘。[b]“比較生物學(xué)”。控制論的創(chuàng)建者維納曾說(shuō)：“在科學(xué)發(fā)展上可以得到最大收獲的領(lǐng)域是各種已經(jīng)建立起來(lái)的部門(mén)之間被忽視的無(wú)人區(qū)”。所以學(xué)科交叉的無(wú)人區(qū)是創(chuàng)新的生長(zhǎng)點(diǎn)。

第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。135。移花接木法

“移花可以接木，雜交可以創(chuàng)新”科學(xué)可分為上，中，下游。數(shù)學(xué)，物理學(xué)是上游，化學(xué)是中游，生物，醫(yī)學(xué)，社會(huì)科學(xué)等是下游。上游科學(xué)研究的對(duì)象比較簡(jiǎn)單，但研究的深度很深。下游科學(xué)的研究對(duì)象比較復(fù)雜?！耙粕嫌慰茖W(xué)之花，可以接下游科學(xué)之木”。具有上游科學(xué)的深厚基礎(chǔ)的科學(xué)家，移植到下游科學(xué)，往往能取得突破性的成就。例（1）量子化學(xué)是把量子力學(xué)移植到化學(xué)中來(lái)，因而產(chǎn)生的交叉學(xué)科。美國(guó)理論物理學(xué)家科恩(WalterKohn)和英國(guó)數(shù)學(xué)家波普爾(JohnA.Pople)，把量子力學(xué)的理論和計(jì)算數(shù)學(xué)的方法移到化學(xué)中來(lái)，解決了量子化學(xué)中的計(jì)算難題，獲得1998年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)。14例（2）把數(shù)學(xué)方法移植到經(jīng)濟(jì)學(xué)獲1994諾貝爾經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)，1950年數(shù)學(xué)博士，1951-1958年任MIT數(shù)學(xué)講師，副教授。1958年因精神分裂癥退職?？祻?fù)后，轉(zhuǎn)而研究經(jīng)濟(jì)學(xué)。把數(shù)學(xué)中概率論之花，移到經(jīng)濟(jì)學(xué)中來(lái)，提出預(yù)測(cè)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)的“博弈論”。另外具有理學(xué)博士學(xué)位獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)的還有：1969獎(jiǎng)的廷伯根[JanTinbergen]，1975年獎(jiǎng)的庫(kù)普曼[T.C.Koopmans]，1983年獎(jiǎng)的德布雷[G.Debreu]，1984年獎(jiǎng)的斯通[SirJ.R.N.Stone]等。第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)。15例（3）移花接木創(chuàng)新法：仿生學(xué)例如第一架飛機(jī)就是模仿蜻蜓制造出來(lái)的。流線型的噴氣飛機(jī)和高速火車(chē)的造型是模仿魚(yú)類(lèi)的，特別是海豚的皮膚表面有一種可吸收能量的彈性結(jié)構(gòu)，借以消除流體的阻力，使湍流變?yōu)槠搅?。第十五?yè)，共四十六頁(yè)。16例（4）生物學(xué)與化學(xué)的交叉產(chǎn)生生物化學(xué)，分子生物學(xué)，生物物理學(xué)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)等，早已眾所周知?，F(xiàn)在后基因組時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，生物學(xué)與化學(xué)之間又有一個(gè)新的交叉學(xué)科--蛋白質(zhì)組學(xué)（proteomics）已經(jīng)形成，第一次蛋白質(zhì)組學(xué)的國(guó)際會(huì)議已在1997年召開(kāi)。第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)。176。四兩撥千斤法“力的放大”。例如杠桿，齒輪，千斤頂?shù)?。把一種已知的方法盡量推廣拓展到未知的領(lǐng)域，這就是“創(chuàng)新”。例（1）電流的放大--三極管的發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)電流的放大，就是用柵極的微弱電流控制陽(yáng)極和陰極之間的大電流。本世紀(jì)的三十和四十年代，是電子管的鼎盛時(shí)期。這是重大的技術(shù)創(chuàng)新。它曾為無(wú)線電，雷達(dá)，電子計(jì)算機(jī)和V型導(dǎo)彈的發(fā)明做出了貢獻(xiàn)。1944年開(kāi)始設(shè)計(jì)，1947年在美國(guó)IBM公司，完成了世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一共用了18000個(gè)電子管，全機(jī)總重30噸，運(yùn)算速度僅333次/秒。第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)。18例（2）激光器的發(fā)明1948年發(fā)明了晶體管，同樣可以放大電流，但體積，重量，耗電量均比電子管減少了100-1000倍。1959年又發(fā)明集成電路[IC=IntegratedCircuits]，從而產(chǎn)生了微電子學(xué)和微電子工業(yè)，導(dǎo)致20世紀(jì)的信息革命。例（2）激光器的發(fā)明。電流的放大產(chǎn)生了如此重大的影響，于是人們聯(lián)想到光是不是也能放大呢？1954年湯斯[G.H.Townes]首先實(shí)現(xiàn)了微波的受激輻射放大[MicrowaveAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，將第一字母連起來(lái)稱(chēng)為Maser，譯為微波量子放大器]。第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)。19Laser，譯為激光1960年從事紅寶石微波量子放大器研究的年輕人梅曼[T.H.Mailman]成功地研制出第一臺(tái)紅寶石激光器，實(shí)現(xiàn)了光波的受激輻射放大[LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，縮寫(xiě)為L(zhǎng)aser，譯為激光]。第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)。20化學(xué)合成的自動(dòng)組裝放大和克隆技術(shù)例（3）化學(xué)合成的自動(dòng)組裝放大例如用K.Ziegler和G.Natta催化劑，可使單體自動(dòng)定向聚合為高分子。又如自組裝化學(xué)，也是化學(xué)發(fā)展的方向之一。例（4）生命的放大--從卵細(xì)胞到生命的發(fā)育成長(zhǎng)，發(fā)展成為現(xiàn)代的克隆技術(shù)。例（5）化工生產(chǎn)的放大技術(shù)。從以上這些看來(lái)不相關(guān)的事物中找出共同的東西--放大的理論和實(shí)踐。這也是一種科學(xué)方法?；瘜W(xué)工程中的“相似理論”就是一種放大理論。在“四兩撥千斤法”中，我們說(shuō)的是“放大”，現(xiàn)在反過(guò)來(lái)，“縮小”也是一種科學(xué)方法。例如具有電流放大和無(wú)線電線路功能的器件的體積大幅度縮小，從電子管（三十年代），晶體管（1948），直到集成電路，大規(guī)模集成電路，超大規(guī)模集成電路。第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)。217。逆向思維法在飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，要試驗(yàn)飛機(jī)的外型和材料在高速飛行中與空氣阻力的關(guān)系。這種試驗(yàn)很難在空中飛行時(shí)進(jìn)行。于是創(chuàng)造出“風(fēng)洞”來(lái)模擬飛行。這是一種“反其道而行之”的逆向思維方法，即把飛機(jī)固定，讓高速空氣流向飛機(jī)，其效果是一樣的。這就是在空氣動(dòng)力學(xué)和航空技術(shù)研究中常用的“風(fēng)洞”實(shí)驗(yàn)室方法。又如在輪船的設(shè)計(jì)中，可以做一個(gè)縮小的模型，放在一個(gè)縮小的水槽中，用各種流速來(lái)測(cè)定船體阻力的大小。第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。228。柳暗花明法：山窮水盡疑無(wú)路，柳暗花明又一村

例（1）“雜交水稻之父”袁隆平按照經(jīng)典遺傳學(xué)的觀點(diǎn)，水稻是自花授粉，不能雜交的。袁隆平在60年代初，發(fā)現(xiàn)一株優(yōu)勢(shì)非常強(qiáng)的水稻，如獲至寶。第二年他把它種下去，希望品種成龍。結(jié)果大失所望，結(jié)果和上年選的植株完全不同，高的高，矮的矮，生長(zhǎng)期長(zhǎng)的長(zhǎng)，短的短，面目全非，他就非常失望。就在這個(gè)失望之余，他突然產(chǎn)生了震撼，為什么遺傳會(huì)有這樣大的分離呢？只有雜種才會(huì)有分離，純種不會(huì)有分離。他于是大膽提出假設(shè)：他選的這株是天然雜交稻，推翻了經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為水稻不能雜交的結(jié)論。當(dāng)然這只是大膽的初步假設(shè)，還有待做艱苦的研究工作，培養(yǎng)出人工雜交水稻來(lái)證實(shí)。為避免自花授粉，他選擇雄性不育植株來(lái)受粉，取得了很大成功，使我國(guó)水稻由畝產(chǎn)300公斤提高到500公斤，對(duì)最重要的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)問(wèn)題，做出了偉大的貢獻(xiàn)。他被國(guó)際上稱(chēng)為“雜交水稻之父”。繼矮桿水稻，雜交水稻之后，袁隆平正在研究第三代超級(jí)稻“培矮64S/E32”，經(jīng)兩年試種，均達(dá)到畝產(chǎn)800公斤。這是非常了不起的成就。第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。23愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)，1905例（2）光的本質(zhì)是什么？是波動(dòng)還是微粒？這個(gè)問(wèn)題爭(zhēng)執(zhí)了200多年，互有勝負(fù)，不得解決，在20世紀(jì)初到了“山窮水盡疑無(wú)路”的地步。這是因?yàn)槿藗兊乃枷胧苄问竭壿嫷南拗啤Ｐ问竭壿嫽卮饐?wèn)題，非此即彼，非彼即此。愛(ài)因斯坦跳出了形式邏輯的框框，認(rèn)為問(wèn)題的答案可以“亦此亦彼”，于是“柳暗花明又一村”，達(dá)到了完美的創(chuàng)新境界。這就是他在1905年提出的光子學(xué)說(shuō)。光子學(xué)說(shuō)是一條非常重要的創(chuàng)新鏈的源頭，由它導(dǎo)致德布羅意提出電子也有波粒二象性，再引出量子力學(xué)的波動(dòng)方程。第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)。249。天上人間法有些物質(zhì)是天文學(xué)家在天上先發(fā)現(xiàn)，然后由化學(xué)家把天上之花，移植到地球人間的。例[1]1868年天文學(xué)家在觀察日全蝕時(shí)，從日珥的光譜中發(fā)現(xiàn)一種未知原子的譜線，命名為“太陽(yáng)元素(Helium)”。28年后，化學(xué)家才從地球大氣中把He元素氣體分離出來(lái)。例[2]天文學(xué)家用射電天文望遠(yuǎn)鏡研究分子的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，發(fā)現(xiàn)了幾十種星際分子，其中有些是地球上還沒(méi)有合成的，有一類(lèi)是直線形的HCiN分子，其中i＝1、2、3、4、、、14、15、16、17、、例如H-CCCCCCCCCCCCCN?；瘜W(xué)家Smally想象宇宙中有閃電，空氣中有氮?dú)夂蜌錃?，企圖用激光或電弧作用于石墨，在地球上來(lái)制備這類(lèi)化合物，卻意外地得到C-60，并獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但這類(lèi)HCiN分子，至今在地球上尚未合成。第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)。2510。傻瓜提問(wèn)法創(chuàng)新的第一步是“提出問(wèn)題”。年輕人好奇提問(wèn)往往是創(chuàng)新的開(kāi)端。例[1]三角形的內(nèi)角之和一定要等于180度嗎？其實(shí)，三角形的內(nèi)角之和等于180度是平面上的幾何學(xué)，即歐幾里德幾何學(xué)。人們發(fā)現(xiàn)用平面幾何學(xué)經(jīng)行大地測(cè)量，在范圍較大時(shí)有偏差。這是因?yàn)榈厍蚴乔蛎娴?。在地球上距離較大的三點(diǎn)之間，作三條直線，組成一個(gè)三角形，它的三個(gè)內(nèi)角之和大于180度。這就是球面幾何學(xué)。反之，在凹面上的三角形的內(nèi)角之和小于180度。由此建立了一門(mén)新的學(xué)科：非歐幾何學(xué)。第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)。26例[2]分形理論例[2]空間的維數(shù)是不是一定要整數(shù)？例如說(shuō)一維、二維或三維空間?？刹豢梢杂蟹?jǐn)?shù)的維度？這個(gè)看似傻瓜的提問(wèn)，終于發(fā)展成為一門(mén)新科學(xué)：分形理論。彎彎曲曲的海岸線的維數(shù)就在一維和二維之間。第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)。2711。大膽假設(shè)、小心求證法敢于好高騖遠(yuǎn)大膽假設(shè)，善于實(shí)事求是，小心求證。對(duì)于你的假設(shè)預(yù)期，要認(rèn)真安排實(shí)驗(yàn)來(lái)小心求證。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不外四種：[1]證明了你的假設(shè)，于是進(jìn)一步去尋求新的實(shí)驗(yàn)證明。證明越來(lái)越多，假設(shè)就能發(fā)展成為理論。例如1948年，伽莫夫在愛(ài)因斯坦于1917年提出的《根據(jù)廣義相對(duì)論對(duì)宇宙所作的考查》的基礎(chǔ)上,以現(xiàn)在的宇宙正在膨脹的觀測(cè)事實(shí)[哈勃定律,1929]為根據(jù)，提出宇宙起源于熱大爆炸的假設(shè)。這是一個(gè)很大膽的假設(shè)。這一假設(shè)后來(lái)得到越來(lái)越多的科學(xué)觀察和理論支持，經(jīng)過(guò)許多科學(xué)家的不斷改進(jìn)，發(fā)展成為現(xiàn)在的大爆炸宇宙理論。第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)。2811。大膽假設(shè)、小心求證法[2]部分否定了你的假設(shè)，修改你的假設(shè)，使之更為完善。[3]全部否定了你的假設(shè)，根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出新的假設(shè)。[4]得到完全意外的結(jié)果。例如從設(shè)計(jì)合成一個(gè)新化合物的失敗，到發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。如果你的運(yùn)氣好，可能發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象或新效應(yīng)，但必須有敏銳眼光才能抓住它。所以這四種可能性，在科學(xué)上都有收獲。尤其是第四種，可能有巨大收獲。這第四種方法也可叫做“種豆得瓜法”。

第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)。29建立模型（Modeling）“建立模型”就是“大膽假設(shè)”的方法之一。它是一個(gè)非常重要的創(chuàng)新方法，例如：[1]1857年開(kāi)庫(kù)來(lái)提出碳原子有四價(jià)的假設(shè)，1865年又提出苯分子的六角形開(kāi)庫(kù)來(lái)結(jié)構(gòu)式。[2]1874年范霍夫?yàn)榱苏f(shuō)明有機(jī)化合物的旋光性,大膽提出碳原子的正四面體模型。這些模型的提出都是在幾十年后才被分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定完全證實(shí)，但它們對(duì)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展起了不可估量的推動(dòng)作用。[3]1913年玻爾提出氫原子結(jié)構(gòu)模型，這一模型后來(lái)雖被量子力學(xué)模型所替代，但對(duì)推動(dòng)原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展，曾起了很大的作用。

第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)。3012。意外機(jī)遇法[1]Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素[2]X－射線的發(fā)現(xiàn)[3]宇宙的微波背景輻射第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)。3113。靈感培養(yǎng)法王國(guó)維在《詞話》中寫(xiě)到治學(xué)的三個(gè)境界：第一境界：“昨夜西風(fēng)雕碧樹(shù)，獨(dú)上高樓，望盡天涯路”，是治學(xué)或研究的開(kāi)始，要找到學(xué)科發(fā)展的前沿，作為你科研創(chuàng)新的起點(diǎn)。第二境界：“衣帶漸寬終不悔，為伊人消得人憔悴”，科學(xué)研究的緊張階段，遇到困難，不知如何解決才好。第三境界：“眾里尋她千百度，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”，正在山窮水盡的時(shí)候，忽然靈感到來(lái)，驀然回首，伊人（這里指你希望得到的結(jié)果，或解決困難的方案和辦法）出來(lái)了，卻在忽明忽暗的燈火闌珊處。第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)。32三點(diǎn)啟發(fā)和靈感的培養(yǎng)（1）開(kāi)題的重要性。（2）勤奮是成功的關(guān)鍵。（3）創(chuàng)新除了勤奮外，還要有一定的“靈感”。現(xiàn)在要問(wèn)：“靈感”有沒(méi)有方法來(lái)培養(yǎng)？當(dāng)你在科研中已“進(jìn)入角色”，“身心投入”后，如果仍然遇到難題，百思不得其解。這時(shí)你可以忘掉它，輕松愉快地去做其他的工作，或看電影，或散步，或聽(tīng)音樂(lè)，然后好好睡一覺(jué)。在睡眠中你的大腦電波[4-7赫]和電波[0.5-3赫]就會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，把白天困擾你的問(wèn)題進(jìn)行知識(shí)的反芻[好像牛胃的反芻]，醞釀和陳化[agingprocess]的慢波處理，早上一覺(jué)醒來(lái)，往往就忽有所悟。不知你有無(wú)這個(gè)經(jīng)驗(yàn)？聽(tīng)說(shuō)開(kāi)庫(kù)勒就是在早上一覺(jué)醒來(lái)時(shí)，悟到苯分子的六角形結(jié)構(gòu)的。第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)。33培養(yǎng)靈感的秘訣，需要“勤奮”每個(gè)人在什么狀態(tài)下最富有靈感，各不相同，要你自己去體會(huì)。例如Strauss在翠堤春曉中產(chǎn)生作曲的靈感。有的人在學(xué)術(shù)沙龍喝下午茶時(shí)產(chǎn)生靈感，有人在科學(xué)討論會(huì)上得到啟發(fā)，有人在散步或洗淋浴時(shí)得到靈感，我自已是早上醒來(lái)后忽有所悟？但重要的一條是白天對(duì)你的問(wèn)題，已經(jīng)過(guò)深思熟慮，否則晚上睡眠時(shí)，沒(méi)有足夠的“知識(shí)”供你反芻，醞釀和陳化，那么早上醒來(lái)也不能忽有所悟。所以培養(yǎng)靈感的秘訣，還是需要“勤奮”和上面提到的一些方法的運(yùn)用。第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)。3414。虛擬實(shí)驗(yàn)法[virtualreality]提出一個(gè)理論模型，用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)，得到希望得到的結(jié)果。[1]虛擬大氣溫度、濕度、氣流的未來(lái)變化，做出近期和中期的天氣預(yù)報(bào)。[2]計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-AidedDesign=CAD)，例如計(jì)算機(jī)輔助藥物合成設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助功能材料設(shè)計(jì)等。[3]建立模型，虛擬小浪底水庫(kù)放水沖洗黃河的泥沙，提供最優(yōu)化實(shí)際放水時(shí)間和流量等參數(shù)。第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)。3514。虛擬實(shí)驗(yàn)法[virtualreality][4]虛擬原子彈爆炸過(guò)程，代替實(shí)際爆炸實(shí)驗(yàn)，為原子彈設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。[5]北京大學(xué)在稀土分離研究中，以串級(jí)萃取理論為模型，用計(jì)算機(jī)模擬“搖漏斗”的實(shí)驗(yàn)，獲得稀土工藝設(shè)計(jì)的“一步放大專(zhuān)家系統(tǒng)”，并在全國(guó)推廣應(yīng)用，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)。3615。綜合集成法:系統(tǒng)科學(xué)的創(chuàng)新

系統(tǒng)科學(xué)（或稱(chēng)橫斷科學(xué)）是從傳統(tǒng)科學(xué)中提出帶有共性的問(wèn)題來(lái)研究，因而產(chǎn)生的科學(xué)。它是最廣泛的交叉學(xué)科。如果把自然科學(xué)，技術(shù)科學(xué)，社會(huì)科學(xué)看作科學(xué)分類(lèi)的經(jīng)線，那么系統(tǒng)科學(xué)就是橫跨自然科學(xué)，技術(shù)科學(xué)，社會(huì)科學(xué)的緯線，所以也可稱(chēng)為橫斷科學(xué)。它包括系統(tǒng)論，控制論，信息論，耗散結(jié)構(gòu)理論，非線性科學(xué)，協(xié)同學(xué)，運(yùn)籌學(xué)，混沌理論，分形理論，突變論，超循環(huán)論等。下面僅以控制論為例，說(shuō)明它是怎么發(fā)展起來(lái)的。我們希望中國(guó)的年輕學(xué)者，也要有扎實(shí)的基礎(chǔ)，敏銳的眼光和遠(yuǎn)見(jiàn)，在下一世紀(jì)，去開(kāi)創(chuàng)和建立新的學(xué)科。第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)。3715。綜合集成法:系統(tǒng)科學(xué)的創(chuàng)新

控制論(Cybernetics）是把自動(dòng)調(diào)節(jié)，通信工程，計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及神經(jīng)生理學(xué)和病理學(xué)等學(xué)科，以數(shù)學(xué)為紐帶聯(lián)系在一起而形成的新學(xué)科。它是1948年美國(guó)數(shù)學(xué)家維納（N.Wiener)創(chuàng)立的。他在二次世界大戰(zhàn)期間，接受了研制防空火力的控制系統(tǒng)的任務(wù)，嘗試用機(jī)器來(lái)模擬人腦的功能。他總結(jié)了這些思想，在1948年出版了《控制論》一書(shū)，把控制論定義為“關(guān)于機(jī)器和生物的通訊和控制的科學(xué)”。錢(qián)學(xué)森在1954年在美國(guó)出版的《工程控制論》一書(shū)，是這個(gè)學(xué)科的奠基性著作。同年艾什比發(fā)表《大腦設(shè)計(jì)》，建立了“生物控制論”。中西文化的交融和互補(bǔ)：例如中西醫(yī)的結(jié)合第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)。3816。接近于“無(wú)中生有”的原始大創(chuàng)新,例如量子力學(xué)第一步是“提出科學(xué)問(wèn)題”。正確敏銳地提出科學(xué)問(wèn)題，本身就是重大的創(chuàng)新。例如1913年玻爾用經(jīng)典力學(xué)加量子化條件，發(fā)表了他的氫原子理論后，思想敏銳的年輕人就提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題：“經(jīng)典力學(xué)是建筑在物理量可以連續(xù)變化的基礎(chǔ)上的，它和量子化條件是矛盾的。這是為什么？”接著1923年德布羅意提出電子和光子一樣也有“波粒二象性“。于是又提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題：“光子的運(yùn)動(dòng)是由Maxwell的電磁波方程來(lái)描述的，電子的運(yùn)動(dòng)能否也可由類(lèi)似的波動(dòng)方程來(lái)描述呢？”薛定諤等哥本哈更學(xué)派的理論物理家們提出了這兩個(gè)科學(xué)問(wèn)題，從而導(dǎo)致他在1926年建立量子力學(xué)。

第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)。39量子力學(xué)的原始大創(chuàng)新第二步是要有敏銳的直覺(jué)和靈感，提出一些前所未有的新概念，并重新審視舊理論中的概念。具體說(shuō)來(lái)，量子力學(xué)有三個(gè)基本概念：（1）力學(xué)量：在經(jīng)典力學(xué)常用的時(shí)間，位置，質(zhì)量，動(dòng)量，角動(dòng)量，勢(shì)能，動(dòng)能，總能等力學(xué)量，在量子力學(xué)中也是經(jīng)常用到的。與經(jīng)典力學(xué)一樣，這些力學(xué)量被認(rèn)為是體系的可測(cè)性質(zhì)。在經(jīng)典力學(xué)中，廣泛使用微積分來(lái)計(jì)算這些力學(xué)量。但對(duì)力學(xué)量做微分，要求力學(xué)量必須連續(xù)變化，而實(shí)驗(yàn)已顯示許多物理量不是連續(xù)變化，而是量子化的。這就要求開(kāi)創(chuàng)新的方法。（2）由于微觀體系具有波粒二象性，所以微觀運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)要有波函數(shù)（或狀態(tài)函數(shù)）來(lái)描寫(xiě)。（3）為了使?fàn)顟B(tài)函數(shù)與可觀測(cè)的力學(xué)量聯(lián)系起來(lái)，量子力學(xué)又提出了“算符”概念。

第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)。40量子力學(xué)的原始大創(chuàng)新第三步是要建立新理論的基本方程。既然微觀粒子與光子一樣具有波粒二象性，它們的基本運(yùn)動(dòng)方程也應(yīng)相似。于是薛定諤把光的Maxwell電磁波方程與德布羅意關(guān)系式結(jié)合起來(lái)，得到量子力學(xué)