发明创造源自对客观环境的观察

田胜尼+蒋立科+查康+蒋金文

摘要：发明创造是人类通过生产活动或科学试验所创造出新产品、新理论并能用于社会再生产的新技术和新方法。它的工艺手段和设施比原来所使用的更完备，能成为推进社会发展的动力和源泉。然而，却也看到不少人对这个问题的认识缺少严谨性，图省事，无毅力，存在患得患失的功利思想。为了推进改革的不断创新，本文作者结合带领青年学生创新活动的实践，通过对目标观察，观察后的比较，比较后的求异和攻关破难毅力的锤炼所感，与广大热心于创新人员交流，并与同行们在新的历史平台上，相互激励使创新的队伍更加壮大，实现不被西方纯“SCI、ESI、和IF”所湮没，而是把我们中国人的汗水和灵感激发起来，创造出属于自己的公式、定理和精巧的机器，进而破解科学上一个个世界级难题；用“上甘岭”精神创造出更多更富于时代气息的物理“第三种波粒二象性”的甘永超公式、“巨壳子炮”和“太极粒波”的科学技术哲学与文化原创；用生命有序的新科学理论改写达尔文“生物进化论”，揭示生命“生死观”的神秘性。

关键词：发明创造；环境；观察

众所周知，发明创造源自人类的生产实践。生产实践的过程就是一个对环境的观察、找出问题、思考解决问题的方法或技術，并形成一定科学理论的旅程，包含的两层含义即发明和创造。发明是通过观察所发生的某一事件，找到改造客观存在问题的渊源，从而设计或规划出攻克问题的方法和技术，不但实现对问题的解决，并获得结果，而且可被重复，获得与前者类似的结果。创造是对同一事件所解决的结果再用前述过程进行规模化的数学放大，形成更多的财富和更大的影响力，使更多的人能分享，产生更好的价值。因此，发明是创造的前提，并为后者的形成奠定基础，后者是前者的数学放大、完善、发展和对社会的渗透，二者的结合就是创新。为推动万众创新和大众创业，驱动社会经济的发展，本文从客观环境中学会观察和比较，调动和激发个人的研究兴趣和热情，对获得发明创造的创新意识进行了论述。

1 科学的观察与魅力

发明创造包含发现和创造两个阶段，前者为人类生产活动所获，是对客观事物观察结果的回忆，后者是对前者的完善。然而却有很多人尚不知创新和创造两个观念的内容和差异，对发明创新的审视处于盲目的模糊层面，把对客观事物改进和革新与之混同，导致对客观事物更新改良均看作发明创造。

1.1 什么是观察

观察是一个人对感兴趣课题所形成的方法，是探索科学深处秘密的大门。观察的实质是获得感性资料与信息的过程。其任务是考察自然，记载事实和描述自然界发生的各种现象，否则就无法认识所有现象的本质和规律。概而言之，正如爱因斯坦所说“理论之所以能够成立，其根本在于它同大量单个观察关联着，而理论的真理性也正在于此。”

1.2 观察的作用

观察是人类通过感觉器官对客观环境所发生过的色、味、声及物质状态发生变化的认知和辨别，然后根据所发生变化量值进一步分析确定处理方案。任何假说或想象只有经过对科学反复检验，即对客观现象进行重复性的观察，才能最终确定为科学理论。如天体中星球之间，是否存在除引力物质外的另一类物质，是著名诺贝尔奖获得者李政道博士带领的五个团队经长期研究，从六个方面进行观察分析测定，从而才证明出太空中的确存在着暗物质，才能使星球之间能保持一定距离运行而悬挂在天空，并非是物体间的引力物质，而是另一种真空中存在的特殊物质，这一发现对于开展深空探索和解开宇宙星空运动的谜团具有重大意义；其次，对从事科学研究人员来说，观察能调动和激发一个人的研究兴趣和热情，增强他的责任感和完成所承担工作的决心。

1.3 观察的魅力

观察魅力，实质上是人看问题的能力和灵感，是人类创造性思维能力的组成部分，是人类探索自然、改造自然活动所具备的素质。观察能力强的人，一看即可产生灵感，并反映出一件事、一个物体内在的核心问题，其反映出的认识深度和速度较其他人快捷、准确，不仅能在单位时间内所获客观现象信息素，而且能很快悟出能发挥作用的重要信息。正如X射线的发现，导致人类医学飞跃进步，其实电学上阴极射线的研究在伦琴之前至少有玻尔等7位科学家就有类似的发现，但阐明X射线的特征和产生的规律却是伦琴提出的。

2 观察魅力潜在的秘密

2.1 在比较中观察周围环境事物产生变化的背景

凡是从事自然辩证法研究的人均知道，欲要作出发明创造的人，必须懂得有比较才有辨别，通过对类似现象的比较，找出两者或者诸多同类现象的差异才有发现或发明。若不能比较就看不出事物内在的本质，甚至是一个本质相同，而仅外表不同也被视作不同物质，故没有比较就没有发明创造的出现。

2.2 比较的定义与特点

⑴ 什么是比较思维？比较思维就是指对确定对象之间不同水平上差异点和共同点比较的思维模式。自然界中任何事物无论有多大差异性，但也终究还有共同点，且同一差异总是不可分割地联系在一起，这就构成了比较思维的客观基础。

⑵比较的重要性：比较可以把陌生对象、熟悉对象两者外表和内在结构进行对照，把同类或相似未知的东西和已知的东西进行相对比较，特别是在资料比较少的时候，比较更显得特别重要。它可以启发思考，提供思维，进一步认识客观环境。如本文作者蒋立科教授在研究生命为什么有“生”和“死”的问题时，通过比较能量代谢的吸能与放能，运用物理学中热力学五个定律的熵焓变化而阐述生命的生死本质，即把“生”看作是将环境的能量注入生物系统，是一个焓增加，使物质由无序转变为有序的过程；“死”是生物系统把机体内的能量向环境释放，并使有序的组织结构转变为无序的非生命物体的物质过程。这科学的解释了达尔文学说中尚未阐明生命过程的“生”与“死”的问题，激发人类应怎样正确看待生命活动迁移的规律。

⑶ 比较思维的产生：比较思维来源于类比，是一种从特殊到特殊或任意一般到一般的推理，是根据两个对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。如地球平面东南西北的改变就是一个从太阳逆转方向运行而改变的推理，还有生命科学上类比思维过程的一般规律也是如此。第一步比较两个不同的现象找出它们的相同点或相似点；第二步以找出两个对象的相同点或相似点为依据和前提，把其中某对象已知属性推移到另一对象中去，从而获得对该对象原来未知属性的认识。

2.3 同同求异创新篇

同同求异是比较两个或两个以上的相似对象，再找出不同点。这种比较着眼于事物间的同中有異。应用这种比较可以使人们认识到表面相似的事物之间的差异性。例如从宏观上说，国家的主流文化和新渗入的西方网络文化，是同属思想意识的文化，反映了人们对观察外界环境的不同着眼点，前者是指社会、时代对人的思想和行为所倡导并能发挥作用的文化，并已成为主流意识形态的核心部分，规定着社会的精神生活，体现着时代风貌的主导思想，决定着一个国家文化的发展方向；而与前者相比的网络文化则是联合国教科文组织对全球化的描述，作为大众传播媒介的影视传媒，为不同国度、不同语言、不同肤色的人类提供着清晰画面和及时信息，展现着多样的人生观和价值观。若将相似的两个类似思想加以比较，后者虽然疏通了人类之间的相互了解和交往的金字塔，但缩短了地球这端与另一端的思想距离，其内容颇丰和繁星璀璨的特征，启迪人们如何实现两者相互包容，达到求同存异，共同发展而不对抗的发展动力。

2.4 同异的综合比较

这种方式的比较是指比较两个或两个以上对象的相同点、不同点。这种比较着眼于同、异点同时比较。如同一种动物三个组织的多糖（如喉鼻骨的硫酸软骨素、肺中的肝素和眼球中的玻璃液的透明质酸），均用一种方法去提取，从技术层面上看，不能看到技术上的区别，除了材料和终末产物的不同，看到一种提取方法对不同物质的比较只能从类似基团是否具有可辨别性，但无较大的发明和创新，或创新性不强，只是发现新事物，不属发明。应用这种比较，可使人们认识到事物间的相同点和相异点，从而认识到事物的全貌，如技术方法的分类不同，不同原材料可用同一方法提取的物质只是物质局部结构不同，有效基团则相同。因而才获得三种多糖含有三种相同活性物质，但不同结构显示所含不同比例。

3 观察中比较派生出兴趣

发明创造需要兴趣作为动力。即不存在无兴趣的发明创造。不论在何种状况下，从事着何种工作，他都鼓励着你在克服困难中如何执着地追求和坚持，直到化解问题的瓶颈。

3.1 兴趣激发创造的思维

兴趣的产生、延伸、认识和情感相联系。若对某件事物或某项活动没有认识，也就不会对它有情感，因而不会对它有兴趣。反之，对某一事件接触越多，认识越深刻，情感越炽烈，兴趣也就越会激发和加深，兴趣可令人集中注意力，产生愉快和强烈追寻的心理状态。这对人类社会的认识和活动会产生积极的影响，有利于提高工作的质量。如若没有对宇宙空间真空状态的了解，那星球为什么不会因无空气和其他作用力落下来？李政道团队通过对这一课题的不断的探索和解密，发现了宇宙空间暗物质。研究指出对一种物质存在需6个条件的存在作为重要的答案，初步揭开了宇宙星球“悬挂”的秘密，从而为人类对宇宙航行的探索作出了伟大的贡献，以致使人类能够阻断时间的流逝而把遥远时代神秘面纱从容审视。因此兴趣可以提供科技创新所必需的想象力及敏感的跳跃思维。

3.2 兴趣引爆创新的火光

由上述所知，一个人若一旦对某一事件产生浓厚的兴趣，就会倾心关注该事件，会积极的去追寻他所倾心事件的发展结果，并从中探索其规律性和加以利用。在这种孜孜追求中获得由衷的乐趣，激发更强毅力而获得它的全部。如蒋立科教授于上世纪八十年代初从师于复旦大学生物系沈仁权教授从事蛋清中溶菌酶发现与分离的实验教学，在花粉壁结构成分研究中发现也存在类似大肠杆菌上所具有相关类似的肽聚糖，通过大肠杆菌细胞膜被溶菌酶水解的方法，推测十字花科油菜类植物花粉壁可能存在肽聚糖而被溶菌酶破壁，使油菜等十字花科植物花粉营养物开发得以实现，使花粉营养物保健食品在运动员身上得到有效应用。后来他通过对蜗牛等软体食草动物能食野草和蔬菜，产生利用蜗牛消化道中能水解多种花粉的外壁的酶，从而有效改善了原来蛋壳蛋清对某些含肽聚糖成份的花粉破壁，转而采用蜗牛消化道里提取物对含纤维素和木质素等复杂成分花粉破壁，使绝大多数花粉均能破壁，既提高了破壁效率，又可达到节能减排，避免了二次污染，并因此获得国家科技发明奖。这些不寻常的发现和发明使我们看到了兴趣，让我们能够一门心思地去观察自然和刻苦的研究，推动着人们努力去创新创业。

3.3 兴趣提升创新的层次

兴趣，不仅使人们被科学发展过程感悟的具体行为推动积极从事科技创新工作，而且还能使人在艰辛繁琐的科学研究中体会到快乐。从心理学角度看，人对什么产生了兴趣，就会在头脑中形成优势兴奋中心，从而使得注意力不仅高度集中，并能维持很长时间，进一步达到情绪饱满、精神愉快、充满自信、联想丰富的最佳状态。

在实践过程中，不可能会一帆风顺，可能会遇到各种挫折和打击。例如在鲜肉的保存研究中，人们最早的手段是盐或糖的化学腌制，而后来发展到脱氧和充入氮气以至控制起腐烂作用的微生物，但这些技术方法不仅耗能大、危害人类健康，而且也尚未达到真正意义上的保鲜，使鲜红的猪牛肉改变颜色而变质。在这一时刻，兴趣可以使我们保持良好的心态，帮助我们克服心理上的多种不利因素，在保持一份平和心态的同时，使我们转变传统的思维方式，联想到可以通过对乳酸菌肽的研究，并将其应用到冷猪牛羊肉的保鲜上，于是就有了一项新的创新兴趣。如此我们可以看出一份良好心态的积极作用是任何知识都无法代替的。因此，人的观察欲望越强兴趣越广泛，适应能力就越强，心态就越平稳。在科学研究过程中，无论成功还是失败，我们都能从中得到享受，并且学会从多个层面思考问题，创新不仅仅会停留于兴趣的表面，而是通过兴趣了解其真正的关键所在。

4 培养观察中的兴趣，增强攻克创新道路挫折的勇气

科学研究的本身就是探索未知的世界，世界的深处就是黑洞，处处时时都是困难重重，看到的东西如同雪上悬崖，觉察的物体是炽热或呼气成冰。既需要胆量和勇气去探索，也需要永恒的毅力和信念去坚持。

4.1 攻克困难的勇气与毅力

什么是勇气？从社会学上讲是人类征服自然和攻克社会人为壁垒的胆量，改造自然和超越工作难关的信心与力量。一个人只要对某一事物有执着地追求精神，就有無穷无尽的力量，即使有千难万险也阻断不了他的力量和勇气。如革命战争年代的那些英雄人物，董存瑞为阻止敌人坦克过桥，站在桥墩之下，用手臂把拉开引火线的炸药包顶住桥墩，与桥同归于尽，保障了战斗的胜利；和平建设时期，原子弹研究的先驱邓稼先为了国家的强大冒着核爆炸试验强烈的放射线辐射，奔向试验场采集残物，检查试验结果等等。这些都表明一个胸怀民族大义的英雄，为了民族独立解放的伟大信念而不怕英勇牺牲，而为了国家强大而钟爱科学的创造也需要不怕牺牲、勇往直前的奋斗勇气，没有这一点就不可能作出突出的奇迹。而这种勇气就源自兴趣的执着。在科技队伍中像数学家陈景润，为了改变百余年数学上未解决的哥德巴赫猜想的答案，对这一难点像着了迷一样的运算，走在路上撞上了树干及上厕所的墙上，最终摘下这颗数学巨树上的明珠；此外，文化艺术上也是类同，如蒙娜丽莎扑朔迷离的神秘微笑，时而温柔舒畅，时而冷漠严肃。使得每一个观赏者都深陷于此浑然忘我。而蒙娜丽莎神秘的微笑一时也成了一个难解的疑团，在所有观赏者的心中都挥之不去。但到2000年，美国哈佛大学脑神经科学家列文斯通终于从科学角度解开了这一疑团。原来造成其神秘微笑的原因是由于观赏者眼睛注视位置的不同。而人眼的视网膜有两个不同的区域，一个善于分辨色彩和细节，一个善于分辨运动和阴影。而达芬奇巧妙的运用了其独创的晕涂法，使人物的轮廓和阴影显得模糊而朦胧。因此由观察产生的兴趣是科技创新的基础。既提供了攻关发明创新的战略，又提供怎样攻关的入门和技巧，还通过比较激发攻关的兴趣与执着，从而萌发攻克难关的勇气与毅力，最终达到柳暗花明。

4.2 不惧科学深处的神秘，勇于挑战极限

常态下，自然界的事物和所发生的异常现象不易显露其特征和规律，只有使它处于某种状态才能显示它的规律性，并且只有使其物质的变化过程向着指定的方向强化，才可能发现有重大意义的新现象或新创造。例如在超高压下物质原子间的自由空间被压缩或电子壳层发生变化。20世纪60年代末，德国Maxplank研究所的科学家Zose根据这一理论首先被引入工业界，发现细胞中的大分子物质在200万大气压下于常温时就可使分子间化学键断裂释放，进而生物化学家用来通过控制惰性CO2的状态变化而实现直接从茶叶抗氧化剂的茶多酚，从淫羊藿和蜂胶提取黄酮。鉴于这一技术存在耗能高、效率低、成本大等缺陷，我国学者祁鲲、朱新亮等人利用水在一定压力下，将水加热到100℃以上（临界温度374℃以下）达到仍保持液体状态，发现其临界水随着温度的升高氢键逐渐减弱甚至断裂，因而极性由强而变弱，由常温并加热至250℃，5MPa，使水介电常数由78降至27。同时他们又相继发现对正丁醇等溶剂进行一定增温和保持一定压力的亚临界状态对于麦胚芽中麦胚油、蛋白进行亚临界提取，使10余种粮油原材料中稀有成分附加值提高2～3倍，每公斤加工成本降低2倍以上。目前该项成果向国内推广50余家，国外20余个地区，于2014年被评为国家科技发明二等奖，达到世界领先水平。为推广该项技术，促进农林产品附加值提升，国家教育部、科技部在河南省安阳市设立了国家级人社部科研工作站。

以上事例可以看到，科学家虽对两种物质作出了经典理论所不能作出的贡献，但两种不同结果是两种技术方案的原理不同。前者是采用极限状态向下物质溶解度的不同而分离，后者则是加热非极限状态表现对溶媒不同亲和度而被分离的。过程的不同导致不同的效益，深刻提示了我们只要对一定事物产生关注和处理，还必须怀有明确的目的和强烈的兴趣，才能用不懈的坚持精神来达到对梦想的实现。

5 目的性的观察终将开辟未来

盲目的观察，只是一时的好奇，而有了目的或欲解决问题的观察，才能追求和获得结果。观察后兴趣的产生是探索的动力，但需要追求结果的主人，根据对所观察的结果提出问题，即对所观察的结果提出产生的机理、过程存在的问题及解决问题的方法，这就是质疑。然后鼓起构思追求取得方案的勇气去攻关，才能建设未来。

观察包括微观和宏观二大类。前者限于个人工作平台对具体对象或事物从不同角度进行主观和辨别外表和内部结构特征，而后者是对个人周围环境发生的事件进行现象考察、采集和整合，转化成事件的发生、经过及对存在问题提出解决方案的过程，从而促发人的思考，把对问题更深层次的研究记入日程。在后续过程中通过对所发生事物或现象提出一系列问题，再拟出解析的策略和方案。

观察的质疑是创造的开始，是思维活动中的高级过程，也是个人在已知经验、对观察到的事物所了解状况的基础上，从某种生命或物理学的物质所发生现象、过程和科学事实中形成新概念，建立新规律，完成新理论，构想出新技术或方法的思维过程。

众所周知，科学创新贵在质疑。伟大的物理学家爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题重要。”比如空气雾霾问题影响了人类呼吸系统健康，威胁人体生命安全。为此许多科学家纷纷从物理学、化学、生物学提出如何治理雾霾。要解决这一关系人类健康的大问题，首先就需探索产生雾霾的物质是什么，这些物质又是如何产生的，才能制定出治理技术方案。作者认为，弄清楚雾霾的产生背景是至关重要的一点。雾霾物质来自于人类生产活动过程中的盲目性。要解决问题除遏制雾霾物继续增加，保持现状外，还应通过节能减排，达到产生与减少的动态平衡。其二是“解铃”还须系铃人。据我们研究组经验认为，组织广大的生物学家从绿色植物的叶绿体结构的优化和改造入手，从而提高光合作用效率，通过增强氧的释放量，加速对雾霾物质的转化，并解决二次污染的再发生，再解决绿色水生植物对水中有机污染物对水质的破坏，向水陆两生过渡性植物细胞结构进行改造，再完成高等植物叶绿体生物改造。当然这一过程难度较大，需要生命科学中的众多专业人员的协同作战，否则仅靠物理和化学手段，该课题是难以攻克的。

对于当前的环境污染问题如同体育竞赛场上超越极限一样，也是一种攀登世界局部顶峰的极限，需要生命科学家树立勇气，冲破传统生命系统的封闭观念，去改变传统的“修补”研究方式，不畏艰难地改写原有规律，摈弃就生命而生命单一学科的修复，而是需从突破性包融物理化学方法的融入，像60年前诞生基因工程那样，把从生物体中含胰岛素基因转入原核大肠杆菌表达时，也把高光合效率作物中的F-1蛋白基因转入高等植物种子表达。

综上所述，任何发明创造都必须通过精密观察，取得对某种事物外表形象和内在结构特征的分析，并与同类物质的比较，找出不同或相同物质本身的差异及彼此相似现象才能够制定正确的策略和方法加以解决。

基金项目：安徽农业大学教研项目资助（2016skyjy003）