创新思维概念范文篇1

关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新

1工程领域中的概念设计

现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。

工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。

工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。

在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。

三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。

2概念设计与创造性思维和技术创新

2.1创造性思维及其特点

要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。

创造性思维具有如下一些特点：

（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析问题、认识问题。

（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。

（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。

（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。

（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。

2.2概念设计呼唤技术创新

技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：

（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；

（2）对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；

（3）突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；

（4）新知识与现有知识的合理嫁接；

（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；

（6）学科间的交叉、交融和借鉴；

（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；

（8）科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。

由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：

l智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；

l提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；

l联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；

l反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；

l系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；

l组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；

l知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链”并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。

3工程设计领域中的概念设计技术创新实践

基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：

（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；

（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维cad建模技术和nurbs曲线面理论的应用；

（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；

（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；

（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；

（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；

（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；

（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。

这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。

时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。

当我们看到法国tgv（traindelagrandevitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有c2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。

由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。

铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：

l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。

l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。

l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。

l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。

显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用cad/cam技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。

近十年来，cad业界涌现出一批象eds的ug、ptc的pro-engineer、matra的euclid、ibm的catia等等一系列优秀的cad/cam软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（freeformfeaturemodeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。

这里具体地介绍如何使用ug的freeformfeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。

ug的freeformfeaturemodeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新ugv14.0版本推出的全新概念设计wave（what-ifalternativevalueengineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。

这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：

（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国tgv和德国ace机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。

外形模型基线向等值半径线云图

以这一组模线为基础，采用ug的freeformfeature/throughcurve来创建曲面；采用info/analysis/facecurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。

在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足c2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。

采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用ug/photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。

图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图

（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用feature/curve/mesh功能分片进行创建。这里充分体现出ug软件对角域曲面的三维造型能力。

（6）机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于ug软件的“相关”（associative）能力,这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。

（7）三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。

参考文献

[1]齐从谦.汽车覆盖件具cad/cam中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18

[2]熊鸣镝.三维设计将cad应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7

创新思维概念范文

关键词：生物概念教学情境创设

中图分类号：G622文献标识码：B文章编号：1002-7661（2013）35-090-01

生物学概念，是指我们对生物及生理现象本质特征的认识。概念在中学生物教学中占据重要的地位，是生物学知识的核心，如果把生物学知识比喻为一个生物体，那么，构成这个生物体的基本单位就是概念[1]。学生只有正确理解概念，才能掌握生命活动的规律。因此搞好生物学概念教学是中学生物教学成功的关键。

一、生物概念教学情境的创设策略

1.影视情境。现代科学技术的迅速发展，为教育改革提供了条件，各种现代化科技成果被动用于教学中，既推动教学手段的更新，而且促进了教学方法的改革。投影、录像、微机的演示，扩大和改变视觉和听觉途径，提高视听效果。再现场景与情境，吸引学生的注意力，让学生在情感的熏染中，在情境的氛围中，感知生物概念，陶冶性情，激发兴趣，活跃思维。通过图、文、声、像等多种信息作用于学生，在他们的大脑皮层留下较深刻的生物事像痕迹，从而加深了学生对所学生物概念印象，提高了学生记忆生物知识的质量。

2.热点情境。教师在生物概念教学中应该有针对性地选择时事热点生物内容进行情境创设。如：食品安全，转基因，克隆技术。

3.实验情境。通过实验演示，创设实验情境，引导学生观察现象，发现问题，分析问题，归纳结论，使学生更好生物解生物概念，并学会探求知识、设计实验的方法。

例如光合作用这一概念，实际上包含了光合作用的条件、原料和产物，对初中学生来说，能将这三个方面有机地联系起来，归纳出光合作用的基本过程即基本上掌握了光合作用的概念。而光合作用的条件、原料和产物是通过探究性实验《绿叶在光下制造淀粉》和三个演示实验得出的，学生在实验及观察过程中已对有关的产物和原料等有较深的印象和理解，再引导学生将这些实验结论归纳在一起，找出内在联系，光合作用的概念便水到渠成。

4.实践情景。不少生物概念照本宣科很抽象，可让学生到室外实地考察，在工厂、田间、野外等真实的生活与生产场景中学习知识。学生通过观察获得生物的形态、结构、生理、生态、遗传和进化等方面的直观的感性的认识，把这些感性的形象转变成语言即初步的概念，再经过形象思维和抽象思维的互动与转变，实现由特殊到一般、由现象到本质的飞跃，抓住生命的特征，建立较完整而科学的概念。

例如，进行生态系统概念教学时，可先引导学生观察池塘、麦地、树林等，分析其中的生物种类、生物之间的关系、生物与无机环境之间的关系，发现植物、动物、各种微生物及非生物环境相互联系、相互依存，共同构成一个整体。学生通过观察分析，归纳出：生态系统

5.讨论情境。讨论情境的创设就是让不同品质的思维进行碰撞，进而引导学生深入探讨并归纳出最佳答案的思维过程。可实行加分机制让只听不说的害羞学生和习惯较差不参与的学生加入到讨论中来。

.6、文献情境。古典文献中的一些诗词歌赋也蕴含着丰富的生物知识，若教学中加以引用则能营造出一些意想不到的情境。如“人间四月芳菲；山寺桃花始盛开；”“落红不是无情物，化作春泥更护花。――生物循环”，等概念就很诗意地呈现眼前。

二、化生物概念教学情境的互动性

创新思维只有在自由自在的思维空间中才能孕育诞生。没有宽松的环境，学生就没有自主性，而没有自主性就不会有创新行为。因而在学生处于高度紧张的机械接受知识、缺乏心理安全与自由的地方，他们创造性思维的火花是难以迸发出来的。情境教学特别强调宽松和谐学习环境的营造，让教学情境中的师、生、境诸因素产生互动，从而形成利于创新、易于创新的良好氛围，使学生的思维在宽阔的情境中无拘无束，纵横千里，任意驰骋。

在情境中师生互动，构建民主平等的师生关系。在情境中生生互动，形成交流合作的良好气氛。因而在教学过程中，要十分重视使学生之间在情境中产生互动，形成相互交流、相互合作、相互补充、相互帮助的良好气氛。

总之，生物概念的教学虽无定法，但还是有一定规律可循。只要我们从实际出发，抓住学生学习概念的特点，重视思维能力的培养，不断改进教法和学法，寻找其规律和技巧，概念教学的难点就一定会突破。师生互动，生生互动，学生融入情境中，而情境也因学生的加入而活。学生全身心的投入，使情境成为激发学生创新思维的沃土。

参考文献：

[1]胡向国.中学生物概念教学[J].中国科教创新导刊，2009（03）：67

[2]刘学廷.生物概念的“四步”教学法浅探[M].江苏：科学与管理，2007.

创新思维概念范文

篇文章,题目是《打破现状思维的概念引入》(以下凡引该文皆不另行注明出处)介绍

了一种新的思维方式。这种思维方式就是“打破现状”的思维方式,其核心概念是“概

念引入”与“概念工程学”。

“打破现状思维”的关键是引入新概念。新概念当然不是现成的、原来就有的概念

,而是人们创造出来的符合产品、生产方式和营销系统所需要的概念。为了创造出产业

和市场需要的新概念,就形成了一门新学问,这就是研究概念工程学。

“打破现状思维”与笛卡尔思维是相互对立的。笛卡尔思维的基本原则是要素还原

主义,它包含三条基本假定:

1.所有事物都可以分解、还原为要素;

2.将所有要素加到一起,便得到事物的整体;

3.如果解决了各个要素的问题,就相当于解决了整体的问题。

我们对这种笛卡尔式的思维方式并不陌生,我曾把这种思维方式称作“构成论”思

维方式并作了分析批判。(金吾伦:《生成哲学导论》,载《自然哲学》第一辑,科学

出版社,1994)笛卡尔式的思维方式是工业时代,尤其是机械论时代的产物,今天已经

不能完全适用了。有人还继续把一些旧思维方式奉为圭臬。这实在是我们时代的悲剧。

我们正在迈向一个全新的时代:信息时代。我们的思维方式应适应时代变革的要求

有一个全新的变化。许多人都在孜孜探求这种新的思维方式,以及用什么样的概念来清

晰正确地表达这种思维方式。托夫勒认为,“我们正在经历的震撼性的变迁不是混乱不

堪或偶发无序的,事实上,它们形成了一个明显的,清晰可辨的模式。而且,我们的观

点还认为,这些变迁是累积性的——他们日积月累,直至形成我们生活、工作、休闲和

思维的巨变。”托夫勒将这种新的思维方式称为“浪潮前锋分析”。他指出,“按照这

一分析方法,它们并不是互不关联的偶发事件,而是以一定速度前进的一次浪潮变迁”

。(托夫勒:《创造一个新的文明》,4-6页,上海三联书店,1996)

如果说,托夫勒对新思维方式的概括尚失之笼统,那么,用“打破现状思维”来概

括新思维方式之特点就具体深入得多了。

陈文介绍说,“打破现状思维”是作为笛卡尔思维的对立命题而提出来的。与“从

事物的分析开始”的笛卡尔思维不同,打破现状思维则主张“从整体看事物”。

“打破现状思维”的基础是以下七项原则:

1.独特性原则:每个问题都具有独特性,并需要一个具有独特的解决方案;

2.“展开目的”原则:扩展并将注意力集中在目的上,有助于排除问题的非本质方

面;

3.追求“应有状况”原则:具有目标解决方案,能够为近期解决方案指明方向,并

能向近期方案中注入较大的目的;

4.系统思维原则:每个问题都是较大问题系统的一部分,解决一个问题不可避免地

导致另一个问题。拥有一个关于什么样的要素和尺度构成解决方案的明确框架,能够确

保解决方案的可使用性和实现。

5.收集必要信息的原则:过多地收集数据也许会产生问题领域的专家,但是,知道

过多的数据会妨碍发现某些极好的替代方案。(这里强调“必要的信息”,收集过多的

、不必要的信息就会形成信息垃圾——金注)

6.参与、介入原则:将来贯彻和使用解决方案的人,应始终密切地参与到解决方案

的开展过程中来;

7.继续变革的原则:保持解决方案生命力的唯一办法是,在解决方案中加入一个不

断变革的计划,然后对其进行控制。因此,一系列打破现状的解决方案将成为通向美好

未来的桥梁。

如前所述,“打破现状思维”的核心是创造新概念,这正是概念工程学的任务。

“概念工程学与现存的、研究对象明确的工程学不同,它从‘无’到‘有’,创造

新对象。”

为了创造新概念,需要确定新的着眼点(目的),同时提出新的价值观,决定新的

评价标准、评价尺度,也就是要从转变思维方式、设计方式开始。打破现状的概念创造

是从创造新框架新着眼点目的开始的。而这样的创造只能从“无”中生成出“有”来。

从这种意义上,是与我一贯主张的“生成论”不谋而合的。不过,生成论不只是着眼于

概念生成。

打破现状思维主要表现于研究开发领域中的思维方式,但它仍然具有普遍意义。它

采用重视整体、综合及相互关联的“系统”观点,从考察事物的本质出发进行思维。“

系统具有自身的目的性,整体性和相容性,因此,‘目的’是事物的本质,对概念创造

来说重要的是从目的着手,不断地追求目的;从系统的整体性和相容性出发,寻问目的

之目的是达到全体、达到本质的途径。”笛卡尔式思维在研究开发方面具有以下五个特

点:

1.以过去的经验和现状为基础进行思考,即:在过去的延长线上创造概念;

2.以现状分析为主,将问题分解,这样做容易犯“分析麻痹症”;

3.从因果关系主面寻找问题点,追溯到过去,创造对策型概念;

4.使用从过去推测未来的“推进式思维”方式;

5.解决部分问题。

陈颖健文章强调,事实上,“未来不存在于过去的延长线”上。今天,我们正在逐

步进入用笛卡尔思维方式不能进行概念创造的时代。这正是在创造关于未来的概念时必

须转变思维方式的根本理由。”

未来不存在于过去的延长线上,未来是对现状的突破;未来难以预测,它是设计和

创造。因此,“考察过去,研究现状,然后在其延长线上描绘未来”这种“推进式思维

”是非常有害的。我们要用“牵引式思维”代替笛卡尔式的“推进式思维”,着眼于未

来,根据事物的本质来描绘未来的“应有状态”,并以此来改变现实,创造未来。

本文之所以较详细介绍陈颖健的文章,并较多篇幅的引述,是因为我意识到思维方

式的变革是时代的需要,是哲学探索的紧迫任务,而陈文恰好提供了新思维方式的很有