清华大学《创新思维及创造能力养成》.docx

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清华大学《创新思维及创造能力养成》

崭新的理论体系引领新的创造带着怀疑的目光在无尽隧道中潜行听到涛声以为出口在即而其可能导入另一个新迷宫数学有解的方程是否都对应着一个真实的物理世界四把火炬理性思维逻辑推演数学运算实验规则创造的产品Product创造能力体现于发现与发明提出创造性概念完美仅存在于追求过程之中创新空间永存仅靠逻辑推理数学演绎无法实现命题多来自实践是一定历史阶段的产物新的自然现象的揭示观察自然了解自然再现自然演绎自然预测自然利用自然证明前人的命题猜想科学假设直觉离不开科学实验数学是自然哲学而不是自然科学对科学假设真伪判断真理相对性它都有适用范围寻找其边界如弱相互作用宇称不守恒发现与发明导致技术和工艺突破核心技术突破改变历史它是发现和发明的归宿科学家工程师能工巧匠是推动社会进步的三驾马车能工巧匠的贡献15世纪海上航行通过测量北极星高度确定纬度经度测量一筹莫展1530年弗里西斯GFrisius荷兰提出利用船内时钟指示的原出发港时间和在船所在地点从太阳高度测出的当地时间两者之差可算出两地经度差每差一小时经度相差15度当时在温度湿度重力变化不停颠簸转弯航行中没有精确的钟表二百多年海难不断1735年英国木匠约翰哈里森作出第一台航海钟三个月内只差了五秒钟准确的经纬度测量成就了英国的海上霸业创造环境推动Press政治经济军事发展需求教育科研开发体制与结构政策激励机制等小结创造能力培养的基础还是在于对已有知识的系统全面深刻的掌握这样才能真正站在巨人的肩上有所发现创造出于思索成功出于勤奋科学理论体系的客观真理性不能单纯靠科学本身来判定实践是检验科学理论和客观真理的最终标准谢谢交叉与组合能力凡能自由想象并把互不相干的各种观点结合起来的人就是最勇敢最有创造性的实验者思维活动中最困难的是重新编排整理一组熟悉的资料并且摆脱当时流行的理论从不同角度着眼看待它HBuuerfield这种交叉组合作用似乎是创造性思维的本质特征爱因斯坦交叉创新领域交叉炼油煤化工冶金化工行业交叉硫酸法钛白湿法磷酸通过稀硫酸磷矿石技术交叉反应分离以反应操作达到分离目的学科交叉生物化工生物酯作催化剂大爆炸宇宙论伽莫夫GeorgeGamow1904-1968于20世纪40年代提出大爆炸模型根据是①河外天体元素光谱谱线有系统性的谱线红移红移与距离成正比若用多普勒效应解释必有大爆炸产生②球状星团同位素测得年龄都在宇宙温度降至几千度后产生短于150～200亿年③许多天体氦丰富度为30％左右为宇宙早期高温时产生不能用恒星内部核反应解释④1965测得宇宙背景辐射温度约3K与大爆炸宇宙论假设说推算值相符合但在解释星系形成均匀各向同性的起源等方面尚有困难因大爆炸宇宙模型1978年彭齐亚斯和威耳逊获诺贝尔奖而伽莫夫已于1968年逝世大分子三维排序可作遗传基因信息传递的物质基础测出DNAT胸腺嘧啶A腺嘌呤C胞嘧啶G鸟嘌呤四种碱基数目相同蛋白质结构α螺旋排列DNA双螺旋结构的确认1951-1953最初采用碱基同配A-AC-CT-TG-G最终模型糖-磷酸苷螺旋骨架T-A

C-G碱基配对薛定谔ESchrodinger《生命是什么》1944EChargaff和RDHotchkiss色层分析1948鲍林LCPaulingX射线衍射1950弗兰克林威尔金斯DNAX衍射照片1951JDonohue的批评1953沃森JWatson克里克FCrick《自然》4356期发表maxbook118comDNA脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现T－胸腺嘧啶A－腺嘌呤C－胞嘧啶G－鸟嘌呤FRANKLIN和她的X光衍射图片蜜蜂基因组共有236亿个碱基对人类基因组的碱基对要比蜜蜂多十倍以上基因测序的直接应用全基因组关联研究GWAS已查明心脏病糖尿病癌症自身免疫病人常见DNA变异对精神病哮喘老年痴呆骨质疏松等症也可能出现变异千人基因组计划已确认了1500万个基因变种可能通过对人类遗传密码正确排序的比对对理解引发疾病的复杂遗传环境因素随即突变等各因素作用有意义对早期筛选高危人群和治疗更有针对性人造生命细胞synthia

k·文特尔团队将山羊支原体的内部挖空注入覃状支原体的DNA使新的支原体自我繁殖植入的DNA片段包含的850个基因人类的DNA有20000个基因可用制造特定藻类吸收CO2加速疫苗食材新物质合成可对自然生物多样性和制造生物武器造成威胁研制出一个完全由人工合成的基因体所控制且可自我复制的细胞是一种彻底的基因工程还不能称合成细胞交叉领域的成就从多学科联合探究入手诺贝尔自然科学奖统计时间段获奖项数交叉学科数比率％1901－1925692536231926－1950742635141951－1975964142911976－200095454737∑3341374102观察力Observation对小概率现象的观察对平淡无奇事物的注意对交叉领域的观察对跨尺度现象的观察善于发现已有理论与实践的矛盾勇于挑战传统理论坚持反复完善对小概率现象的观察2002年诺贝尔物理奖关于中微子的研究利用νe37Cl→37Are-反应发现太阳的电子中微子νe丢失了23发现丢失的原因是νe电子中微子→νμ缪子中微子说明中微子存在震荡现象进而证明了中微子有质量通过maxbook118com哲伦星云中超新星爆发百年一遇典型的小概率事件Koshiba测定了中微子质量的大小由此Koshiba获得2002年12的诺贝尔奖对平淡无奇事物的观察力1930年HPines在分析石油裂解产物中不饱和烃含量时用与H2SO4反应测烯烃生成酯后进入水相的量油相减少长时间放置发现油相反转增加未被重视1932年申请专利UOP异丁烷＋正丁烯高辛烷值汽油1940年产业化高辛烷值汽油运到英国用于二战HFH2SO4烷基化对偶然出现事物的观察力生物学家弗莱明AFleming美注意到窗外葡萄球菌致命病菌培养皿被污染出现被分解的透明斑块能抑制葡萄球菌生长的是青霉菌代谢产物青霉素是楼上一位学者研究青霉菌时飘落下来的该论文1929年发表1939年生化学家钱恩EBClain英和弗洛里HWFlorey英注意到该论文分离出青霉素晶体证实其疗效且对人毒性小1940年美军方介入开发了大规模深层发酵技术这一突破从二战至今抗生素拯救了无数人的生命也为当今发展生物技术打下基础对跨尺度现象的观察力从个体尺度厘米尺度水蚤在水面滑行壁虎在天花板上爬行难以解释从纳微尺度水蚤脚底的纳微米毛刺可滞留气泡使它踏着气泡浮于水面壁虎脚底的纳微米毛具有活性细胞组织靠分子间作用力实现在任意表面上的黏附都是跨尺度行为交互作用的例子壁虎脚底毛的微结构及黏附力观察力德国著名内科权威约翰舍莱恩医术高超启发式教学世人称颂称好医生需要具备两种品质敏锐洞察力锲而不舍的钻研能力称当时诊断糖尿病严重度时最好亲尝尿液舍莱恩亲自用手指蘸了一下再舔一下问谁愿跟着做学生们表现不同勤奋的学生照样作了舍莱恩说你们确实有执着钻研的精神但是辨证的思维能力气固流化床反应器细粉悬浮与气流之中进行化学反应出现气泡气泡使气流短路床层压力被动加大细粉夹带增加一分为二合二为一辨证的思维能力气泡出现使气流通量成数十倍增加而细粉仍保持较高浓度尾涡使粉体强烈混合温度浓度均匀晕层中气体与细粉密切接触发生反应运动中的气泡结论理想的流化床反应器气泡必不可缺但要使它保持尽量细小而不断更新气泡尾涡晕层风险承受力幼童在学习行走说话等过程依靠尝试修改再尝试直到成功的方法以出色创造性方式认识世界成年人面对新事物时首先以前人理论公式经验来规范据以进行实践确实提高了成功的把握这一过程却也是风险承受能力下降洞察原生新事物能力衰退的过程学习实践乃是真实知觉和创造过程的本质创造发明中直觉的作用下意识所形成的大量组合中大多数是乏味的无用的其中只有若干组合是和谐的美的有用的会激起我们的直觉直觉驱动理性思维根据直觉而深入思考求索理性思维引导直觉直觉非凭空而来源于经验与思维理性化逐渐形成具体假说而实际看到的也许只有模糊的暗示科学创造如同艺术创造一样都不可能通过精心组织而产生Perutz爱因斯坦70岁自述中说他选择物理而非数学是因为在这一领域易识别出那种导致深邃知识的东西而把其他许多东西撇开不管从浴缸中的旋涡在北半球是反时针到发现北半球台风也是反时针旋转科学创造不是纯理论主义的更可能是理性与非理性逻辑与情感的奇特结合彭加勒法国科学家坚持力细胞癌基因的研究1910年Rous发现鸡肉瘤一种瘤细胞裂解物经除菌滤器后注射到正常鸡体可致癌首次提出癌变是病毒RSV引起到60年代初被广泛接受1966年85岁的Rous获诺贝尔奖Temin发现是RSV在诱导细胞癌变时可将自己的遗传信息稳定地传递给正常细胞黑子水谷证明存在逆转录酶可用RNA为模板合成DNA1975年获诺贝尔奖Bishop创立癌基因理论即正常细胞都带有能导致自己癌变的基因它有控制细胞增殖等作用一旦受病毒感染化学致癌物作用使这些基因突变引发细胞癌变1989年获诺贝尔奖科学家融入社会的能力尼特斯拉NikopaTespana南斯拉夫科学家1884年受雇与爱迪生当时爱迪生发明的直流电力系统由于传输耗损大传输距离仅12公里而承诺如能解决这一问题给予5万美元奖励特斯拉经过研究提出了多相交流电力系统时爱迪生回答是你不懂我们美国人的幽默爱迪生的食言使两人关系破裂特斯拉的成就还有扩音器电子汽车点火器等等1943你那美国最高法院裁定发明无线电应属于特斯拉而不是伽利尔摩马可尼由于爱迪生有强大的社会资源和社会影响力被塑造成《全民偶像》特斯拉人为的被贬低1915你那特斯拉与爱迪生同时因在电力系统上的贡献有可能被授予与诺贝尔奖时但两个人同时拒绝创造发明的心理动机－好奇心好奇心Curiosity怀疑的心理遇事问清楚来龙去脉求证的心理付诸验证的心理求知的心理探求真相发现因果关系求新求变的心理力图改变现状而进入创造发明之门爱因斯坦我没有特殊的天赋我只有强烈的好奇心创造发明的心理动机－事业心事业心Ambition追求成功的心理通过努力实现自我信念为社会奉献心理为他人为社会服务鞠躬尽瘁为国家集体个人追求名誉的心理以确立威望追求效益效率使国家集体个人获利追求唯美的心理实现不断改进竞争心理创造记录卫冕心理创造历程Process准备期Preparation从小的熏陶到知识的积累孕育期Incubation目标定位后的思考过程爆发期Illumination答案发生于突然之间百思不解甚至在想

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#A0FFFF'>放弃瞬间豁然开朗验证期Verification验证其是否真正具有创造性进行系统完善过程人文科学有助于开拓视野形成思维的整体性养成批判意识增加想象力超越传统规范培养宽泛广博触类旁通交融互补的综合思维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新发明原有技术破坏性替代性的结果电话电子邮件电报驿站媚俗华丽排场高雅恬淡淳朴矫情奇特怪异病态金鱼猩猩派画家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喷咀以新理念引领研究与开发时空尺度的大跨越数学物理学化学系统工程学生物学的强交联物质能量信息的传递和转化集成认知过程和思维方式的三次变革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好奇心变通力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αLα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R＝6378千米α＝7oL＝779千米想象力创造性想象创造性想象无中生有如可降解塑料的制造采用在普通塑料PPPE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替代性改良替代性想象改良型创新橡胶制品加工查尔斯·古德伊尔1839从南美得到的天然橡胶有优异的弹性但难以加工成特定的复杂形状哥伦布发现并带回欧洲发现用辊轧机将其长的分子链拉断同时混入硫磺粉时其变得有很好塑性几乎失去弹性把这时的混炼胶放入膜具中成型同时用蒸汽加热分子链间可形成硫键重新回复高弹性联想力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联想指对分类上近似之事物的联想延伸联想指功能特性时空延伸联想创造发明逆反联想亦称对立联想反向思维因果联想由因果关系引发联想联想力类似联想类似联想仿生学膜分离技术动物消化系统营养通过肠壁吸收与残渣分离呼吸系统肺胞吸收O2而与N2分开排泄系统肾脏分离尿液液－液膜分离用于海水淡化分离膜气－气膜分离用于H2与CO2分离气－液膜分离通过渗透气化从有机溶剂苯氯甲烷中分离微量水南美气步甲虫对发明二元化学武器的启示[H2O2及时混合成为毒气]联想力延伸联想延伸联想功能延伸场致伸缩材料压电陶瓷在陶瓷受压变形时产生电流或相反通过电流时会发生变形延伸到电动机构造在陶瓷杆内设置一组类似电极在顺时分别向电极通电流时陶瓷杆顺时针连续变形形成扭矩力而造成微型电动机联想力逆反联想逆反联想隧道二极管的发明日本新力公司由江崎博士主持开发新一代晶体管以提高锗元素的纯度为目标已达到9999999999％再提纯困难太大成功无望新毕业生黑田由里子提出反向思维向纯锗内搀杂在搀杂加大到原含量的1000倍时得到特殊性能的隧道二极管负阻特性获成功联想力错位联想1970年SpencerSilver想发明一种强力胶结果得到更不粘的无法固化的胶水1974年ArthurFry在教堂里唱歌夹了张小抄用Silver不干胶用毕撕起不损纸张本身1980年3M公司制造了自粘性便条纸而流行联想力扩展联想整数维分数维平衡热力学非平衡热力学函数泛函欧式几何非欧几何牛顿力学相对论量子力学变通力Flexibility以新视角方式方法去看一个问题maxbook118com1897－1956夫妇的不幸1930年W玻特WBothe1891－1957发现用α粒子轰击铍打出了一种强度不大而穿透力很强在磁场中不偏转的射线称可能是γ射线之类的东西maxbook118com发现石蜡不仅不吸收铍射线而从石蜡中打出了质子还认为它是一种新的γ射线19322查德威克宣布铍射线就是卢瑟福12年前预言的又一基本粒子中子并独获1935年诺贝尔物理奖1935年约里奥-居里夫妇获诺贝尔化学奖人工合成放射性元素中子的发现铍铍射线石蜡质子流α粒子束卡文迪许实验室居里实验室英法SN1928年英国物理学家迪拉克maxbook118comDirac19021984预言存在反电子1932年美国物理学家安德森CDAnderson19051991在研究宇宙射线时在磁场云室中发现与电子的径迹相似但偏转方向相反的粒子轨迹从而发现反电子并获1936年诺贝尔物理奖居里夫妇在早前也拍过类似照片看到了但没有理解到从而再次与重大发现失之交臂1928年赵忠尧的关于硬γ射线的两篇论文已最早观察到正负电子对产生和湮灭辐射现象瑞典皇家学会郑重考虑受奖但梅特纳等人报告她的实验结果与之不同而

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#A0FFFF'>放弃授奖但后证明是梅特纳等人出了错误居里夫妇用慢中子轰击铀时发现一种半衰期为35小时的元素认为它近似镧原子序数57并认为也许是一种超铀元素92以上实际上他们已发现了核裂变这半衰期为35小时的元素实为裂变产物钇原子序数70虽然约·居里在1935年就预言有核裂变发生可能及连锁反应可能但没有认识到这点第三次错过重大机遇哈恩OHahn18791968年证实这一半衰期为35小时元素为钇并证明为核裂变产物获1977年诺贝尔化学奖变通力由于知识和经验的狭窄单一导致概念视域的偏狭思维状态单调滞化因循守旧导致推理时空局限想象天地窄小甚至概念混乱有好的研究条件和长期的学术积累也可能无益于科学猜想或理论假说之孕生反而与重大科学成果失之交臂摆脱惯性思维束缚的能力惯性思维是生物大脑机械束缚于原有经验跳蚤跳起高度一般为身长的400倍放置于玻璃杯可轻松跳出加上一个透明的盖子再多次起跳都重重地碰壁逐渐调整了高度不再撞盖子了再拿走盖子跳蚤还在自由地跳动很长一段时间跳蚤都没有能逃脱这种本能在人类活动中将如何惯性思维与兼收并蓄零式飞机轻盈省油火力强对野猫战绩为117后发现它无装甲高速下性能差被称为飞行灯笼遭淘汰同样的设计理念表现于本田飞度汽车上被称为易拉罐轿车胎宽度每减少10mm节油051升百公里但制动性安全性下降但良好的驾驶习惯比装甲更实用惯性思维与兼收并蓄虎式坦克88mm强火炮重装甲大装弹量和5人机组导致加宽履带增加负重轮16轴8组液压减震制造成本高虽战绩为33150北非战场但数量不足以同样惯性思维推出宝来轿车同样曲高和寡销路不畅只要把激光焊改为普通焊成本会下降很多惯性思维与兼收并蓄野马式飞机速度快加速性能好原因是诞生于肯德伯格德籍工厂整体设计理念好英国水冷涡轮增压式墨林发动机比利时M2机枪以平衡之美成为二战中最优秀的战机美国汽车挂着美国品牌的汽车也博采各家之长通用的别克凯越车原型是韩国大宇Nubira意大利设计师的车身发动机18升属于澳大利亚霍顿公司变速器属于德国ZF公司惯性思维与兼收并蓄创新思维与

创造能力的养成清华大学化工系金涌20125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国力的竞争最终不决定于财富鸦片战争和甲午战争中因果和日本会先后战胜大清国按当时可比价格计算大清国的GDP分别为英国的4倍和日本的5倍经济合作发展组织OECD经济史学家麦迪逊一流技术是市场换不来的通过引资让出市场会失掉自有技术和品牌成为依附性国家自1984年德国大众合资建第一个汽车组装厂开始各国与中国一汽东风上汽三个规模最大最具有政策和资源优势的厂已合资20年没有出现自主品牌车取得突破的是奇瑞吉利等民营汽车厂洗衣粉的引资失去了活力28白猫等所有品牌一直仍在卖含磷洗衣粉一流技术是买不来的外国不会把第一流技术卖给潜在的竞争者从美国UOP公司引进五条十二烷基苯生产线全部是用剧毒的氢氟酸作催化剂是美国已淘汰的技术80年代我国布置下120条彩色电视生产线发现没有买到彩管技术引进了彩管生产线发现电子枪关键技术没有生产特许权引进了电子枪生产线发现电视已平板液晶化等离子化了随着高级知识的全球扩散及低成本劳动力的出现美国在市场科学和技术方面的优势开始受到侵蚀不强力巩固美国的竞争力基础将很快失去自己的卓越地位通过发展源于天才科学家和工程师的新工艺为全美公民创造全新的高质量的工作美科学院0510咨询报告

《站在风暴之上》正是由于近代科技高速发展的光辉前景世界自由贸易在一定程度内得到放宽金砖四国应该是世界自由贸易的最大受益国发达国家在可以通过科技高速发展获取比较优势垄断高端市场二次世界大战前通过暴力手段达到目的已不是最有利的手段了使金砖四国有了一定的发展空间发达国家通过技术垄断知识产权环境门槛来保护其优势科技竞争人才竞争是国家间竞争的主要形式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maxbook118comace1940s理论上预言过的二维晶体材料实验物理学不一定必须复杂设备但要有创新思维埃瓦贾埃弗因发现超隧道效应获1973年诺贝尔物理奖称其实验条件是液氮杜瓦瓶是借来的伏安计是用普通电表电子示波器则是新学的技术拓展创造力≠广博的知识占有创新是以新方式应用知识解决实际问题与知识的原始性发现完全不同莱斯利剑桥校长创造性成果≠高资源