太阳能热水器的工作原理是什么——创造聚合思维方法

第七章　太阳能热水器的工作原理是什么 ——创造聚合思维方法

有一次，我在大街上看到一条大横幅，上面写的是“天上太阳，地上华阳”，这是为推销“华阳牌”太阳能热水器作的广告用语。我觉得这条广告语很形象，也颇有创意，于是把它编成一条谜语，以广告词为谜面，打一家用电器的名称。我在给同学讲授本章内容之前，首先提出了这条谜语，请大家猜一猜。结果被几个同学猜对了，他们说是太阳能热水器。

不言而喻，太阳能热水器的热源来自于太阳，那是一个悬挂在空中的巨大的热核反应堆。它所放射出来的能量到达离太阳1.5亿公里的地球表面时为2.8×10²⁴焦耳/年，约为目前人类每年所需能量总和的1万倍。换句话说，太阳1个多小时投向地球表面的能量相当于目前人类一年的耗热值。因此，即便未来地球上的能源消耗殆尽，人们仍不必担心，因为太阳能是取之不尽、用之不竭的能源。

利用太阳能，最简便的方法是对太阳热进行利用。太阳热的利用，是应用光—热转换的基本原理使太阳光聚集，用它来加热某种物体，以获得热能。目前，使太阳光聚集的装置有两种：一种是平板型集热器，另一种是抛物面型反射聚光器。太阳能热水器是最简单的集热器，它由涂黑的采热板与接触水构成，另外用透明盖层使它们与外界隔开，以防止热量的散失。一般把冷水通过水管输入热水器中，就可以得到较高温度的热水。自20世纪40年代起，一些国家把这种热水器放在房顶上，为住宅和建筑物供暖。近年来，我国在太阳能热水装置方面获得迅速的发展，已有许多生产太阳能热水器的工厂，除了供家庭使用外，还逐步扩大到工农业生产的应用上。

平板型集热器的转换率不高，只能在中温和稍高于环境的温度下使用。为了获得高温度的热能，必须采用抛物面型反射聚光器。采用这种方法是利用抛物面反射镜将阳光聚焦，并在聚焦处获得较高的温度。世界上最大的抛物面型反射聚光器(一种太阳能高炉)有9层楼高，它由9000块小反射镜组成，总面积达2500平方米，聚焦处的最高温度可达4000℃。

集热器和聚光器是两种不同类型的太阳能聚集器，但是它们都是按照光—热转换原理设计的，二者共同的特点是“聚”，不同之处在于前者直接吸收太阳辐射，直接转为热能，后者是通过抛物面反射镜使太阳光在聚焦处转化为较高的热能。为了说明“聚”的特点，兹将抛物面型反射聚光器的作用机制表示如下图^[1]：

抛物面型反射聚光器的作用机制

在介绍太阳能热水器的工作原理时，我特别强调了一个“聚”字，目的是从这种光—热转换机制引出一种创造性的科学思维方法——聚合思维方法。其实，这两个“聚”有着相似的地方，聚光是把太阳辐射聚集到焦点，以产生较高的热量；聚合思维的作用是把四面八方的信息，沿着同一方向，聚集到目标上，从而创造出新的思维产品。我们亦可以用下图表示思维的聚合作用(●表示思维目标，①—⑧表示思维基点(已知信息))：

聚合思维过程示意

通过以上对比，我们可以将聚合思维方法定义为：人们从不同的方向，以不同的材料，沿着同一的方向，去寻求相同的目标和结果的思维方法叫聚合思维方法。聚合思维也叫作求同思维、收敛思维、综合思维、集中思维等。发散思维方法与聚合思维方法虽然有着质的区别，但是在实际思维过程中，它们往往交替使用，互相补充。一般来说，集中思维方法的特点是继承与发展，发散思维方法的特点是求异创新，但是这种划分又不是绝对的，亦不能偏执于一方。正确的态度是，坚持二者的有机结合，发挥它们的互补作用。

这样的辩证统一过程，可以表示如下图(●表示思维基点和思维目标，A表示发散的过程，B表示聚合的过程)：

发散思维方法与聚合思维方法的统一过程，是遵循着：聚合思维——发散思维——聚合思维……经过多次循环，逐步深化发展，直至思维的最高级阶段——发明创造。人类大脑的“可塑性”，就在于这样的统一过程。纵观人类的科学发明史，许多杰出科学家都具有共同的品格，既善于应用聚合思维方法，又长于应用发散思维方法，如下表：

发散—聚合思维过程示意

接下来，我们有必要认识聚合思维方法的特点，其概括起来共有五点：

一是目的性。这是思维活动的出发点和归宿，没有目的的思维，是散乱的，是无效的，当然也就谈不上聚合了。1999年1月2日，挪威邮政局发行1套2枚的“发明创造”纪念邮票，向人们讲述了回形针发明的故事^[2]。约翰·瓦勒(Johan Vaaler)是一位自学成才的数学天才，他用一根铁丝弯曲成回形针，目的是为了把分散的纸夹在一起。当时挪威尚没有专利法，他只好到德国去申请专利，于1899年获得批准。

但是，瓦勒当初万万没有想到，这种小小的回形针，在第二次世界大战期间，竟然成了挪威爱国者的象征性标志。回形针可以把分散的纸聚集起来，于是挪威人就把回形针佩戴在西服的翻领上，象征着千千万万的挪威爱国者也将团结成一个整体，共同反击德国法西斯占领军的侵略。同样地，瓦勒也不曾想到，一个世纪以后，这个小发明已经普及到了世界的每一个角落，成了人们学习和工作中不可缺少的小工具。这正是：小发明，贡献大；价格低，效益高。

也许，瓦勒发明回形针是一种偶然性的行为，并未自觉地意识到他采用的思维方法，但其目的是明确的。事后看来，他的发明思路是运用的聚合思维方法。

二是信息的多样性。当人们在进行聚合思维活动时，必须给思维的主体输入大量的原料，否则这种聚合加工过程就成了“无米之炊”。这里所说的原料，也就是思维原料——信息，不仅要有足够的数量，而且还必须具有广泛的多样性，否则就加工不出新的思维产品。40年以前，在世界几个地区先后发生了因喂食了霉花生而导致飞禽和家畜死亡的事件，后来人们从四面八方收集到类似的广泛多样的材料，运用聚合思维方法，找到了导致这些禽畜死亡的原因。案例如下：

1960年，英国一家农场的10万只火鸡、小鸭因喂食了霉花生，在几个月内全死光了；

1964年，澳大利亚一些地方用霉花生喂了大白鼠、鱼和雪貂，过了一段时间，也出现了与英国农场同样的后果；

中国的一个研究所和许多农户，用霉花生喂小鸡和猪，结果也未能幸免于难。

于是，来自欧洲、澳洲和亚洲的信息以及火鸡、小鸡、小鸭、大白鼠、猪、鱼和雪貂等七种动物的死亡资料成了聚合思维的基点，而霉花生则成了思维目标。那么，霉花生又为什么会导致动物死亡呢?经过研究，发现霉花生中含有一种叫黄曲霉素的化合物，它正是罪魁祸首，是一种强致癌物质。

三是客观性。在思维活动过程中，无论是思维的原料或思维的产品，尽管它们往往是以概念化形式表现出来的，但它们却是客观性的，是接受实践检验的。例如，英国外科医生李斯特(Joseph Lister，1827—1912)曾长期为手术后伤口感染而发愁，希望找到一种既不伤人又能杀菌的药物。说来也很巧，“踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫”。有一次，他在马路上散步，看到一个清洁工人在掏阴沟，一股恶臭向他扑来，他掩鼻疾步躲开了。当他再度经过时，只见那清洁工正在向沟里喷洒药水，难闻的气味一下子消失了。他问清洁工人：“这是什么药?”答复说：“石炭酸。”李斯特立即想到，石炭酸是否可以用作杀菌药物呢?经反复试验，终于证明了石炭酸是一种理想消毒剂，使用这种消毒剂，医院外科病人的治愈率一下子上升到95％以上。

四是选择性。多样化的丰富信息是思维活动的基础，要达到思维目标，就必须对大脑中存储的信息进行筛选，保留有用的，去掉无关的。例如，在19世纪，疟疾在世界很多地方肆虐，人们只知道疟疾是由疟原虫引起的。但是，疟原虫是怎么钻入人体的呢?为此，英国细菌学家罗斯(Ronald Ross，1857—1932)于1895年选择疟疾猖獗的印度研究传播疟原虫的媒介。他调查的几个重疫区，尽管自然和社会条件差别很大，但有一点是相同的，那就是蚊子很多。于是他想：难道它就是传播疟疾的媒介?他经过细致的研究，在蚊子的肠道内发现了疟原虫，证实了蚊子是传播疟疾的媒介。为此，他荣获了1902年诺贝尔生理学或医学奖。

五是创造性。上面我们已经指出，不仅发散思维具有创造性，而且聚合思维也会导致发明创造。前面我们介绍太阳能热水器，引出了聚合思维方法。其实，反映这种思维方法的还有可控热核聚变研究和太阳能储存的研究。可控热核聚变是公认的世界未来能源希望之所在，因此，美国和欧共体都在积极研究开发这种能源。自20世纪90年代初，我国等离子体物理研究所着手这项研究，并获得重大突破，等离子体放电时间达到10.71秒，标志着我国在这一重大基础理论研究领域进入世界先进行列^[3]。

太阳能的利用受到两方面的限制：一是它是一种稀薄能源，因此需要聚集；二是受制于日照，因此需要储备。据报道，苏格兰格拉斯哥大学的研究人员经过5年的研究，从干池塘底部发现了一种储存阳光的细菌，它是目前世界上独一无二的高效蓄能体，能在百万分之一秒内完成光合作用并转化为电能，转化率高达95％，而硅太阳能电池的转化率仅为20％。这一发现，诱发出了研究新一代太阳能电池的灵感，有关专家对此充满信心^[4]。

怎么才能训练聚合思维方法呢?下面仅介绍两种简易可行的方法：

一是运用孟德森合作板，培养少年儿童的协调合作精神。我们面临知识经济时代，既需要竞争能力，又要具有合作的精神，二者分别体现着发散思维与聚合思维的特征。心理学家孟德森设计了一种以他的名字命名的合作板，目的在于训练少年儿童的协调合作精神。孟德森合作板实际上是一种游戏，每次4人参加，活动操作如下图所示(1～4分别代表4个空垒，A、B、C、D为一个代表队的4个队员)^[5]。

该游戏的规则是：每队4人参加比赛，每人各执一根系在圆筒笔上的绳索，在互相协作下，牵动圆筒笔依序由1垒到4垒，并使圆筒笔在每个空垒内画下记号，最后以走完全程所耗的时间排出名次，时间最短者为优胜。很明显，这个游戏是训练参赛者的聚合思维能力，如果参赛者没有一致的聚合目标，缺乏协调合作精神，用力不均匀，那是不可能获得优胜的。

孟德森合作板示意图

二是养成良好的写作习惯，提高聚合思维能力。法国画家德拉库瓦说过：“自然只是一部字典而不是一部书。”那么，字典和书是什么关系呢?从思维科学角度看，字典犹如思维原料，而书则是思维产品。怎样才能把思维原料(字典中的字)变成思维产品(书)呢?这就需要聚合思维加工，具体地说，就是通过写作来把字典里的字变成属于自己的一部书。大家都知道，建筑工程师构建高楼大厦，作家构建文字的宫殿，化学家构建分子的世界。这些人的职业不同，他们创造的作品也不同，但是他们构建的思维方法却是共同的，那就是创造性聚合思维方法。

既然写作可以把字变成书，那么学习写作，无疑对提高聚合思维能力大有帮助。坚持写日记、作课堂笔记、写旅行杂记、写工作总结和调查报告等，都是提高青少年写作能力的有效形式。尽管这些写作的体裁不同，但目的是相同的，那就是把看到的、听到的、感触到的东西，归纳、提炼成为文字资料。这种归纳和提炼的过程，就是思维原料加工的过程，能帮助提高创造聚合思维能力。

思考训练参考题

1.请你从日常生活、工作和科学技术成果中列出尽可能多的类似聚合思维特征的事物(如老花眼镜等)。

2.请你根据已阅读过的材料，用聚合思维方法设计一个侦察案件，并写成小小说。

3.为什么在我国常常会出现“热点”?它反映出中国人思维方法上的什么特点?请你列举近10年在我国出现的“热点”并说明其成因。

4.请你从自己的经历中，举出一个例子说明发散思维与聚合思维是辩证统一的，在思维过程中是交替使用的。

【注释】

[1]［美］W.T.威尔福德，R.维恩斯顿.非成象聚光器光学——光和太阳能［M］．北京：科学出版社，1987：134．

[2]武汉晚报，1999-07-23．

[3]武汉晚报，2000-04-05．

[4]科技日报，1997-08-19．

[5]王长沛，陈爱苾，等编著.怎样跨入新世纪——21世纪的教育［M］．北京：科学技术文献出版社，1995：75．