宋明皓 牛 犇 王新舒

(1.哈爾濱新能源勘測技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090；2.哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028)

每個人都有創(chuàng)新能力，但每個自然人在成長的過程中，由于周圍教育環(huán)境等諸多因素的影響，往往使人在認(rèn)知過程中形成思維定式，抑制創(chuàng)新思維的健康發(fā)展。如果追溯產(chǎn)生思維定式的起點(diǎn)，則更多來自兒童期的啟蒙教育。如果從兒童自身發(fā)展的需求出發(fā),兒童期是發(fā)展的關(guān)鍵期,如何抓住這個關(guān)鍵期,對孩子進(jìn)行科學(xué)啟蒙教育,滿足其探索世界、渴求知識的心理需求,培養(yǎng)其科學(xué)精神,提高其科學(xué)素養(yǎng),是兒童教育應(yīng)當(dāng)考慮的內(nèi)容與追求的目標(biāo)[1]。兒童啟蒙教育階段思維最為發(fā)散，對所感知到的事物極具好奇心。如果在可控范圍內(nèi)能為兒童提供一些常見的事物(玩具)和未知的物品，通過兒童對已知物品的認(rèn)知，加上對未知物品的探索，用以喚醒兒童的創(chuàng)新意識。如果以兒童未知物品作為引導(dǎo)、以創(chuàng)新型游戲?yàn)槭侄?，通過一系列有目的性的啟蒙教育活動，就可在兒童啟蒙教育階段潛移默化的形成創(chuàng)新意識。TRIZ創(chuàng)新方法在思維的方法上能給出科學(xué)的模型,將理性的思維賦予靈活豐富的想象,在克服慣性思維的同時又有效地規(guī)避了思維的盲目性[2]。兒童玩具應(yīng)結(jié)合時代特征，體現(xiàn)出人文、科技、審美觀念等方面在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，在繼承中創(chuàng)新，與時代接軌[3]。已有研究考察了3—7歲兒童的工具創(chuàng)新表現(xiàn)，總體呈現(xiàn)出隨年齡增長而表現(xiàn)更好的發(fā)展趨勢[4]。因此，通過TRIZ創(chuàng)新方法可以將未知物品與創(chuàng)新型游戲進(jìn)行有機(jī)融合，通過家庭或教學(xué)中介的陪伴式引導(dǎo)教育，不但可以開啟兒童的創(chuàng)新思潮，更有助于兒童階段的科普教育和對自然科學(xué)的探索精神。

一、理論探討

兒童階段的創(chuàng)新啟發(fā)不僅有助于人的思維和認(rèn)知，更對人的未來發(fā)展起到不可估量的價值和作用。中國幾千年的歷史，在各個領(lǐng)域都有不菲的成就，從造紙術(shù)到地動儀、從印刷術(shù)到司南，無一不是先人創(chuàng)新思想的結(jié)晶。造紙術(shù)的發(fā)明者蔡倫，從小便對日常生產(chǎn)勞動和生活環(huán)境十分感興趣，比如，冶煉、鑄造，種麻、養(yǎng)蠶都是蔡倫少年時熟知和最為感興趣的事情。窺一角而知全貌，對于新時代科技飛速發(fā)展的中國，培養(yǎng)創(chuàng)新型 “人材” 是必不可少的，如何按階段、分層次培養(yǎng)創(chuàng)新人才更是當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)前我國兒童學(xué)前啟蒙階段，多以家庭教育為主，學(xué)前啟蒙教育機(jī)構(gòu)為輔，而學(xué)前啟蒙教育機(jī)構(gòu)教育的主體課程，多為語文、數(shù)學(xué)、英語、音樂(多為一種樂器)、體育(女生多為舞蹈)、美術(shù)等六大項(xiàng)。但對兒童創(chuàng)新思維和科學(xué)探索方面的課程才剛剛起步。而采用TRIZ創(chuàng)新方法助力兒童創(chuàng)新啟蒙教育，設(shè)計(jì)符合兒童健康成長的各種娛樂性創(chuàng)新啟發(fā)玩具，將大大提高家庭教育和培訓(xùn)教育的創(chuàng)新教育空間，激發(fā)兒童對未知領(lǐng)域和科學(xué)知識的探索。因此，本文以最為常見的兒童玩具萬花筒為例，根據(jù)40個發(fā)明原理構(gòu)建創(chuàng)新玩具，從而對兒童進(jìn)行創(chuàng)新啟蒙和創(chuàng)新探索。

通過對學(xué)齡前兒童思維發(fā)展表現(xiàn)出的不同方式，結(jié)合游戲的手段進(jìn)行引導(dǎo)與開拓。萬花筒是一種結(jié)構(gòu)極其簡單的光學(xué)兒童玩具，通常由圓筒、三棱鏡(或由鏡片組成的三棱結(jié)構(gòu))、平面玻璃觀察孔鏡片、彩紙等部分組成，其原理是利用光的鏡面反射及成像形成美麗的圖像。因此，設(shè)計(jì)過程中只需要對光線反射的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整即可，下面簡要描述采用發(fā)明原理進(jìn)行萬花筒設(shè)計(jì)的部分可落地方案。

(一)對平面玻璃觀察孔鏡片進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.分割原理(No.1)

將圓形玻璃觀察鏡片換成同樣材質(zhì)形狀的玻璃光柵，通過旋轉(zhuǎn)玻璃鏡片，實(shí)現(xiàn)光柵動態(tài)立體成像效果。此設(shè)計(jì)只需要更換一下觀察孔鏡片即可展現(xiàn)不一樣的效果。

2.抽取原理(No.2)

采用分色玻璃制備觀察孔鏡片，通過轉(zhuǎn)換不同的分色鏡片，觀察到不同顏色的光線。

3.局部質(zhì)量原理(No.3)

將平面觀察孔玻璃鏡片設(shè)計(jì)成凸透鏡和凹透鏡可以交替出現(xiàn)的鏡片，通過旋轉(zhuǎn)觀察孔，可以實(shí)現(xiàn)不一樣的視覺效果。

4.不對稱原理(No.4)

將平面觀察孔玻璃鏡片設(shè)計(jì)成雙鏡片模式，此雙鏡片之間形成劈尖角(也就是不平行放置即可)，這樣兩鏡片之間將形成一個空氣膜，光線透射過程中將實(shí)現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象，從而使萬花筒內(nèi)原有成像變得更加五彩斑斕。

5.組合原理(No.5)

圓筒另一端直接嵌入一個透射性好的玻璃球。也就是實(shí)現(xiàn)三棱反射結(jié)構(gòu)與觀察結(jié)構(gòu)的合二為一，只需要手持萬花筒人為轉(zhuǎn)身，即可觀察到周圍環(huán)境在眼簾所成像的變化形態(tài)。

6.多功能原理(No.6)

將圓筒兩端鏡片分別采用凸透鏡和凹透鏡，構(gòu)造成兒童望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。這樣除了可以實(shí)現(xiàn)萬花筒效果，還可以為兒童帶來望遠(yuǎn)鏡的快樂。

7.周期性作用原理(No.19)

光學(xué)偏振片對入射自然光具有遮蔽和透過功能，如采用偏振片替換觀察孔玻璃鏡片，則可實(shí)現(xiàn)自然光轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠制衿?，通過旋轉(zhuǎn)觀察孔鏡片，可以實(shí)現(xiàn)由強(qiáng)變?nèi)?、再由弱變?qiáng)的周期性變化。

8.多孔材料原理(No.31)

用微陣列透鏡鏡片替代平面玻璃鏡片，對可見光實(shí)現(xiàn)良好的多重折射效果成像。

9.色彩原理(No.32)

用光質(zhì)變色材料制作觀察鏡片，由于光質(zhì)變色材料受到光源激發(fā)能夠發(fā)生顏色變化，從而改變?nèi)肷涔饩€的視覺效果。

家長帶領(lǐng)學(xué)齡前兒童進(jìn)行游戲，使兒童逐漸超越直接感知，更好地理解周圍的世界，打破兒童直接經(jīng)驗(yàn)帶來的思維限制，發(fā)展兒童行動的計(jì)劃性和行動結(jié)果的預(yù)見性。通過對萬花筒局部結(jié)構(gòu)最簡單的操作，加強(qiáng)兒童的模仿操作能力，明顯提高兒童對眼前新事物的認(rèn)知。

(二)對筒內(nèi)三棱反射結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)

10.嵌套原理(No.7)

將圓筒及內(nèi)部三棱鏡片進(jìn)行內(nèi)外嵌套組合，通過拉長或縮短圓筒，改變光線反射光程和筒內(nèi)結(jié)構(gòu)梯度，實(shí)現(xiàn)新型效果成像。

11.曲面化原理(No.14)

將圓筒內(nèi)平面玻璃鏡片換成哈哈鏡，使萬花筒內(nèi)出現(xiàn)不規(guī)則的光線反射，從而實(shí)現(xiàn)不一樣的成像效果。

12.維度原理(No.17)

將圓筒內(nèi)平面玻璃鏡片換成立體棱形鏡片成像。

13.柔性原理(No.30)

用柔性光學(xué)反射材料(例如，手性黃金納米粒子)替代玻璃鏡片，使萬花筒體在外力作用下可以進(jìn)行有限形變，通過這種動態(tài)形變呈現(xiàn)視覺效果變化。

14.復(fù)合材料原理(No.40)

將玻璃鏡片換成光滑的鋁板或不銹鋼板材質(zhì)，由于光線在金屬合金表面反射會出現(xiàn)反射遲鈍現(xiàn)象，會給人一種色彩滯留的視覺效果。

利用萬花筒結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性變化，從空間維度引導(dǎo)兒童具體形象思維的建立，逐漸打破早期兒童以自己行動為中心的思維模式，建立兒童與外界新事物的聯(lián)系，使兒童開始認(rèn)識自身與外界事物的差異，構(gòu)建起對客觀事物的早期認(rèn)識思維。

(三)對筒內(nèi)進(jìn)行嵌入新實(shí)物的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

15.動態(tài)化原理(No.15)和反饋原理(No.23)

將圓筒內(nèi)放置4—5個發(fā)光彈性跳跳球，使用萬花筒時由于運(yùn)動而使跳跳球進(jìn)行閃爍發(fā)光，呈現(xiàn)出多種色彩閃爍運(yùn)動，帶來夢幻般的成像效果。

兒童邏輯抽象創(chuàng)新思維是啟蒙教育的關(guān)鍵一環(huán)，如何引導(dǎo)也是啟蒙教育實(shí)踐的研究重點(diǎn)。通過對萬花筒內(nèi)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，利用嵌入式、動態(tài)化的操作效果，強(qiáng)化兒童的可逆性思維，使兒童能夠同時將注意力集中到事物自身的幾個屬性中，并開始嘗試認(rèn)識這些屬性間的邏輯聯(lián)系，從而提高兒童抽象創(chuàng)新思維的萌芽。

二、結(jié)語

通過TRIZ創(chuàng)新方法40個發(fā)明原理構(gòu)建創(chuàng)新玩具，能很好地培養(yǎng)兒童在啟蒙階段形成創(chuàng)新思維的萌芽。在兒童成長初期階段通過已經(jīng)構(gòu)建的創(chuàng)新玩具，不但使家長的陪伴交流、小朋友之間的游戲互動、教師的引導(dǎo)啟發(fā)融入到兒童的成長之中，也使家庭和教育中介機(jī)構(gòu)針對兒童個性興趣的創(chuàng)新啟蒙教學(xué)具有了切實(shí)的可操作性，更為重要的是家長與孩子一起通過共同構(gòu)建創(chuàng)新玩具的過程，就是進(jìn)一步加深兒童與父母家人的親情的過程。同時，經(jīng)由40個發(fā)明原理構(gòu)建的創(chuàng)新玩具平臺，能讓更多的兒童感受到創(chuàng)新的快樂與魅力，在未來迎接自己的創(chuàng)新時代。