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1、从诺贝尔奖 谈创新思维,清华大学 2016.9,从诺贝尔奖看化工造福人类,1909年，哈伯(F. Haber)在 600，20MP下合成氨， 1918年获诺贝尔奖 1913年，博施(C. Bosch)合成氨商业化， 1931年获诺贝尔奖 2007年，埃特尔(G. Ertl)阐明合成氨相关表面催化反应机理 2007获诺贝尔奖,2,人口增长了多少倍？,粮食增长多少倍？,20亿吨,5亿吨,多马科(G.Domagk)发现抗菌药磺胺，开创合成药物时代，获1939年诺贝尔奖 弗莱明(A.Fleming)发现青霉素可灭葡萄球菌(1929年); 弗莱里(H.W. Florry)、钱恩(E.E.Chai)提取出
2、青霉素获1946年诺贝尔奖 鲍林(C.Pauling)发现纤维状蛋白质螺旋结构和化学键理论，获1954年诺贝尔奖 克里克(F.Crick)沃森(J.D.Watson)威尔金斯(M.Wilkins)提出DNA双螺旋结构，获1962年诺贝尔奖 野依良治(R.Noyori)发现手性催化剂，获2001年诺贝尔奖。发展新的手性药物疗效增加几倍至几十倍。2000年药物1/3是手性药物，售价为230亿美元,3,从诺贝尔奖看化工造福人类,开辟了分子生物学领域和生物制造产业的无限前景,施陶丁格(H.Slaudinger)、齐格勒(K.Ziegler)、纳塔 (G. Natta) 建立终合催化体系理论和配位聚合催
3、化剂，1963年获诺贝尔奖，成就了石油化工中规整性高聚物(如聚乙烯、聚丙烯、顺式聚丁二烯)形成千万吨级产业,4,从诺贝尔奖看化工造福人类,橡胶60%由人工合成， 8万吨年产量的合成橡胶相当于145万亩橡胶园,科研创新能力是未来国际竞争主要体现,经济实力、国防实力、民族凝聚力、综合国力的竞争，最终决定于： 科技水平、人才素质，创新能力的竞争 科技进步是社会发展的内生要素，技术转移会遇到多种扼制。 30年来经济高速发展，粗放型模式已经走到尽头 科学发展观在于科技拉动经济,国家创新指数报告2014 全球有RD支出的国家112个，2007年共为10725亿美元。 其中40个国家的支出占98% 按创新资
4、源企业创新 知识创造创新绩效 创新环境 五方面来考查，中国所分别的名次附上 中国国家综合创新能力总排名第十九位 前五位排名：美国、日本、瑞士、韩国、以色列,全国竞争力报告2014-2015（世界经济论坛）144个经济体居28位。 世界竞争力年度报告2015（洛桑国际管理学院），61个经济体中居22位 全球创新指数2014（世界产权组织）143个经济体中居29位。 中国2007年科学论文数目世界第二位。 2007年论文及引用数排世界第三位，2007年专利数量世界排名第六位。,第一次工业革命：蒸汽机的发明与产业化 第二次工业革命：电力运用 第三次工业革命：信息技术新能源（核、光伏）技术结合推动导致
5、产业集群，个性化技术，分布式技术，绿色技术。 杰里米里夫金第三次工业革命 （Jeremy Rifkin）2012年,第三次产业革命,可再生能源 资源的循环利用 全生命周期清洁,3D打印 BottomUP 个性制造,并行计算 分布式计算 网格计算 计算能力作为商品 流通,绿色制造,云计算,时间、空间变换（从集中到分布） 定位格局重组（分布式能源资源优化利用） 扁平化,分布系统,增材制造,一流技术是模仿不来的,技术产权保护，产品更新速度快，贸易和环保壁垒，没有给学习者留下空间和时间。 我国是DVD世界第一生产大国，每台DVD要向3C联盟、6C联盟交纳专利费，分别为9美元和6美元，国内每台利润要少于
6、5美元。 只有依靠自主创新，才是唯一科学发展模式。,资源、生存空间竞争,市场竞争,科技竞争,文化竞争,创新不一定要昂贵的设备,发现石墨烯（2010年诺贝尔奖） 安海姆，康诺沃肖洛夫，2004年曼彻斯特大学教授。 用胶带从石墨上粘剥出薄片，再用胶带反复粘贴，剥离2030层。 在氮化硅基板上，用原子力显微镜观察看到，单层石墨薄片的完美六边形单层网格。厚度300万分之一毫米。,创新不一定要昂贵的设备,发现石墨烯（2010年诺贝尔奖） 它柔软却比钻石更坚硬，超导电又如玻璃透明。可用作触摸屏，超强、超轻复合材料。 它是P.R.Wallace 1940s 理论上预言过的二维晶体材料。 实验物理学不一定必须
7、复杂设备，但要有创新思维。,石墨烯,创造能力与年龄无关,创新特征,自然科学创新 工程科学创新 艺术创新 寻找个性释放、流派探求,新发现,原有发现,相互包容，并行不悖，分别界定,经典力学、宇称守恒属于宏观世界,量子力学、宇称不守恒.属于微观世界,毁灭性工程创新,照相胶片风靡一时，柯达、富士、乐凯主宰全球影像。甚至帮助了抽象派画家崛起，写实派画家受到置疑。 数码成像技术兴起 柯达2005认为投一美元在胶片可产生70美元利润，投入数码影像仅5美分，而从2000年利润143亿美元，快速减至2003年利润41.8亿美元 富士1997年起在苏州生产数码相机2002年数字化产品占60%。,2000年光学胶卷
8、产量达到顶峰，富士企业利润为1500亿日元，到2011年利润为零。 2013年富士转型成功，发展液晶、制药产业。利润恢复到1450日元。 柯达曾经占有数码相机专利1000项，希望通过专利保护，封存、垄断数码相机。 2012年1月柯达申请破产。,工程教育要培养,创新思维，想象力和思辨力 抓住精髓，不纠缠枝节的能力 恰到好处的精度，朴素原理 科学双刃剑特性，最终体现于工程要有道德修养 经济学视角，在优化资源配置最低资源、能源、环境代价下追求最大经济效率与效益。,科罗廖夫俄 N-1火箭 1000万磅推力，32个喷咀 (冯布朗美土星五号登月火箭150万磅推力，4-6喷咀),认知过程和思维方式的三次变革
9、,亚里士多德的演绎法：从形式逻辑“三段论法”演绎，给知识以普遍的理论基础。 如：大前提（金属导电）、小前提（铁是金属）、结论（铁能导电） 培根的归纳法：科学研究从观察和实践出发逐级登攀，从特殊事例上升到较低公理，多级归纳，最后上升至普遍公理。 爱因斯坦的直觉法：“从特殊到一般，是直觉性的；从一般到特殊是逻辑性的”。“单纯推演发现不了重大科学原理。 演绎、归纳、直觉的综合运用，实现原创性科学发现。,直觉悟性是一种非理性逻辑思辨，非归纳方式，从瞬间感悟到领悟“跳跃”到事物未知部分的那种能力。 高斯19岁完成了两千年前的难题，用规、尺作面，成正17边形。为纪念他这一成果，他让人把正17边形刻在他的墓
10、碑上。 9岁时用1+100=101 2+99=101 . . . 算出1+2+3+100=5050 可能都源于直觉悟性,黑格尔的辩证法思维： 1.一切皆流，一切皆变。 2.从量变到质变。 3.一分为二，合二为一。 4.否定的否定。 佛家、道家的思维： 1.中道法。道常无为，而无不为。 2.遮诠法。不战不和、不统不独、不亲不疏。 薛丁格猫的思维。 3.缘起论。一切随缘，缘就是机遇。 量子力学对概率的应用。,认知和思维模式还有,创造力（Creativity）的定义,创造的能力是艺术的、智力的发明才能 创造力是根据一定目的、任务，在脑中创造出新技术、新产品形象，并使之实现的过程。 心理学家雷夫达尔：
11、“创造力是人产生任何一种形式的思维结果的能力，这些结果是新颖的，是产生它们的人事先所未能预料的。”,创造的P4要素,创作者（Person）较着重创作者的人格特质。 创造历程（Process）着重创作者的心理历程。 创造产品（Product）着重创作者的作品。 创造环境推动（Press）着重个人与环境的交互作用。,创造者（Person）的人格特质,创造力人人皆有，“创造性”行为却并非人人都具备。 创造力须有充实得知识与经验背景，但知识不等同于创造。 创造需要天才，但智力最高不等于有创造力。 善于创造的人之人格素质：想象力、联想力、观察力、思辨力、好奇心、变通力。 保罗图赫性格的力量：专注力、自控
12、力、好奇心、 责任心、 勇气与自信。,一般“天才”、“高能力”通常表现为 数学（定量的）的分析能力 空间判断想象能力 逻辑的分析和语言能力 等的基础素质。而非指创造能力。创造能力也许不是“天才”都自然而然具备的。,创造行为特征,创造发明不等同于高知识，高智力，是多因素的综合，可能发端于微末之处。最简单的可能是最好的。 光学玻璃透镜制造专利 第一次世界大战，潜艇技术的推动，俄国要求向英国购买透镜玻璃制造中关键专利。经过盟国政府间交涉，耗费了重金，购得专利说明书仅一句话：“在反应过程中不停地搅拌，气泡即可除尽。” 某杂志杜撰的笑话：美国航天局用十年的时间，数十亿美元开发了一种在无重力条件下不漏水的
13、记录用笔，以后发现俄国一直用的是铅笔。,想象力（Imagination）,“想象比知识更重要。” 爱因斯坦 臆测性想象：指未曾实际经历，根据片断资料，推断而创造构想。 创造性想象：根据确定目标，“无”中生“有”。 构造性想象：根据多要素如用途、机能、效率、精密程度综合而成。 替代性想象：欲改良已有事物地不合理，不方便之处。,想象力（Imagination） 臆测性想象,L,臆测性想象：全新臆推 地球直径的测算：公元前三世纪，亚历山大 图书馆长埃拉托色尼，利 用在阿斯旺小镇日光直 射地面的同一时间，测亚历山大 市阳光倾角，计算 出地球直径 R6378千米 7 L779千米,想象力创造性想象,创造
14、性想象：“无”中生“有” 如可降解塑料的制造 采用在普通塑料（PP.PE）成型时，大量加入淀粉、木屑等，使生成可解体材料，废弃后即分解成小块。 采用发酵法，生产乳酸，再用化学法聚合为乳酸塑料 采用在细胞内合成聚羟基丁酸酯（PHB）塑料，用于人造器官。（以单细胞作反应器）,想象力构造性想象,构造性想象：构造型综合创新 复合材料的制造：,金属纤维 玻璃纤维 碳纤维 纳米碳管,子午轮胎,隐形材料,导电布,有机合成材料 塑料 橡胶,高强度 需再成形,不生锈 有弹性、塑性、易加工,想象力是种抽象思维能力,理论物理的弦论： 基本粒子（电子、光子、中微子、夸克等）的作用力都是极小的弦的不同振动激发态。 弦需
15、在十维度中振动，除了三维空间、一维时间外，另外六维隐于极小的“致密空间”尚不能被感知。 由卡拉比-丘（成桐）通过几何学给予了证明。,忆阻器（Memristor)的想象,1971年加州伯克利分校蔡少棠教授推断， 在电阻、电容、电感器之外，应有另种组件反应电荷与磁通量之间关系。只在数学模型上它应存在。这一超前想象沉寂了37年。 2008年惠普（HP）忆阻器作为内存时，潜在容量惊人，而且它是有记忆功能的非线性电阻器（S. Williams）,忆阻器（Memristor)的想象,掺杂部分带正电，电阻较小。 电流从掺杂一侧流入时，在电场影响下，空穴向非掺杂部分游移。 使整体电阻下降。 停止电流，空穴保持
16、不动，体现了记忆功能。 反向电流会把空穴推回，电阻增加。,+,-,+,-,TiO2,TiO2掺杂,氧原子空穴,忆阻器（Memristor)的想象,2010年惠普认为“理论上可以通过忆阻器完全代替现有数字逻辑电路。 经典冯.诺依曼理论认为“计算机体系结构决定了它不可能像大脑方式工作，即 “存储”和“处理”同时同地进行”。 2010年密歇根大学首先创出模拟大脑“突触”工作的忆阻器。 惠普构建二维交叉阵列忆阻器，模拟大脑的一个层面。 模拟大脑，不用“1”和“0”，而代之以像明暗不同的灰色中所有状态，可以作决策、判断、学习、脸部识别等，比数字式计算机更快几千倍到几百万倍。,电子管,晶体管,忆阻器,联想力（Association）,联想行为是自某种记忆、印象而引发的另一种观念或心像的产生，包括： 类似
