《创新案例》PPT课件.ppt

第9章 创新案例,山东大学通识教育核心课程 创新理论与技能,前 言,创新能力是一个人能力素质的核心，也是综合素质的集中体现。在诸多创新品质中，最重要的是自信力、观察力、意志力和质疑力。本章将通过对古今中外典型创新案例的分析，以期对同学们在创新理论的认识、创新规律的把握、创新兴趣的培养、创新信心的增强和创新技能的提高等方面有所帮助。,本章内容,1,3,山东大学创新案例,山东大学大学生创新案例,2,世界创新案例,9.1 世界创新案例,1王选发明汉字激光照排技术 王选（1937-2006）：汉字激光照排系统的创始人，曾任中国科学院院士，中国工程院院士，第三世界科学院院士（见图9.1）。,图9.1 王选院士,9.1 世界创新案例,1王选发明汉字激光照排技术 1975年，王选对国家正要开展的汉字激光照排项目发生了兴趣。当年5月，在激光照排技术研究中，北京大学成立了汉字精密照排研制协作攻关组，王选任攻关组技术负责人。当时国外已经在研制激光照排四代机，而我国仍停留在铅印时代，我国政府打算研制自己的二代机、三代机。王选以超前的思维，大胆地选择技术上的跨越，直接研制西方还没有产品的第四代激光照排系统。而当时的难题是汉字的储存以及汉字字形信息的还原输出。,9.1 世界创新案例,1王选发明汉字激光照排技术 如何攻克这难题呢？王选运用了“轮廓描述和参数技术”相结合的方法解决了汉字信息压缩问题，发明了高分辨率字形的高倍率信息压缩技术和高速复原方法，率先设计出相应的专用芯片，在世界上首次使用“参数描述方法”描述笔画特性，并取得欧洲和中国的发明专利。这些成果开创了汉字印刷的一个崭新时代，引发了我国报业和印刷出版业“告别铅与火，迈入光与电”的技术革命，彻底改造了我国沿用上百年的铅字印刷技术。国产激光照排系统使我国传统出版印刷行业仅用了短短数年时间，从铅字排版直接跨越到激光照排，走完了西方几十年才完成的技术改造道路，被公认为毕升发明活字印刷术后中国印刷技术的第二次革命。,9.1 世界创新案例,2亨利贝西默首创转炉炼钢法 亨利贝西默（HenryBessemer，1813-1898）：1813年生于英国的哈法德夏的查尔顿。他的父亲热衷于搞发明创造，曾语重心长地对贝西默说：“你要想有所发明创造，就要打好基础，学好各门功课。我就是吃了基础不扎实的亏。”贝西默对此牢记在心。1831年，18岁的贝西默经过一年的努力，发明了一台邮票印刷机。之后，又发明了一种研磨金属的机器。,9.1 世界创新案例,1853年，在“克里米亚战争”期间，贝西默研制了一种新式步枪，并据此发明了一种新式大炮。起初，新式大炮在战场上表现出强大的威力。然而，使用一段后，炮膛很容易破裂，不但炸死了不少炮手，而且在进攻中影响军队的推进速度。这时，各种风凉话也向贝西默袭来：有人甚至说：“贝西默是个科学骗子”。 贝西默承受着巨大的精神压力，对新式大炮的缺点进行了深入研究。他发现炮膛破裂的原因是铸铁制成的炮膛无法承受火药的爆炸力。显然，要解决这一问题，必须用一种强度大的材料。在当时，最理想的材料就是钢，可炼钢的方法很复杂，钢的价格极为昂贵，要用它制造大炮，必须找到一种新的炼钢方法，以有效地降低钢的生产成本。,9.1 世界创新案例,于是，贝西默全身心地投入炼钢新技术的研究工作中去。他跑遍了法国各大图书馆，企图寻找有参考价值的资料，结果令他失望而归，只能从实践中寻找突破口。可是，一直到克里米亚战争结束，贝西默也没找到一种炼钢的好方法。贝西默坚信如果炼钢问题解决，将对工业产生革命性的影响，他继续进行冶炼方法的研究。一天，贝西默在做实验时，无意中发现了一块铁片粘在坩锅的边上。凭着一种对铁的变化的敏感，他命令助手取下这块铁片。经过仔细观察、辨认，认定这块与众不同的铁片就是钢铁!,9.1 世界创新案例,贝西默在高兴之余，进一步探讨这块钢片的成因。原来，铁片贴在坩锅的边上，得到了鼓风箱吹进的足够的氧气，使铁片内的碳被氧化，降低了含碳量，由此变成了钢。根据这一原理，贝西默很快就设计、制造了一种从炉底吹氧的新式炼钢炉。这种炼钢炉不同于以往炼铁的高炉，它是一个罐形装置架在转体上。贝西默把这种可以回转的炼钢炉命名为“转炉”。1855年7月，贝西默用一根陶土制成的管往转炉铁水里吹氧。炉中的火焰欢快地跳跃着。冶炼结果证实：取出的样品就是钢铁！,9.1 世界创新案例,3布莱士帕斯卡发现帕斯卡原理（定律） 布莱士帕斯卡（Blaise Pascal，16231662），是法国著名的数学家、物理学家、哲学家和散文家。主要贡献是在物理学上，发现了帕斯卡定律，并以其名字命名压强单位(见图9.2)。,图9.2 布莱士·帕斯卡（Blaise Pascal）,9.1 世界创新案例,1648年帕斯卡设想并进行了对同一地区不同高度大气压强测量的实验，发现了随着高度降低，大气压强增大的规律。随后，帕斯卡在实验中不断取得新发现，并且有多项重大发明，如发明了注射器、水压机，改进了托里拆利的水银气压计等。,9.1 世界创新案例,帕斯卡23岁那年的一天，老仆人勒威耶提了满满一桶水进屋，由于木桶破旧，桶的侧壁往外喷水，这个现象吸引了斯卡，他不让仆人把水桶提走，眼看水流得遍地皆是。水流完后他让仆人再提水、再观察。那几天忙得他少吃饭、不睡觉。他经研究发现：水桶侧壁小孔离水面越深，压强就越大，水流出的速度也就越大。又过了些日子，帕斯卡又设计制作了一个完好的木桶，盖子密封在桶上，在盖子的中心开一个不大的小孔，桶里灌满水后，木桶没有任何异样。后来，他把一根长长的细铁管插到木桶的小孔上，并使接口处不漏水，然后从管子上方倒了几杯水，使管子里的水面提高了好几米，当管内水达到一定高度时，木桶破裂了，您说怪不怪？,9.1 世界创新案例,16511654年，帕斯卡研究了液体静力学和空气的重力的各种效应。帕斯卡在大量观察、实验的基础上，又用虚功原理加以证明，综合成论液体的平衡和空气的重力一书。提出了著名的帕斯卡定律（或称帕斯卡原理）：即加在密闭液体任何一部分上的压强，必然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。世界上为了纪念帕斯卡的贡献，才把他的名字定做压强单位。,9.1 世界创新案例,4门捷列夫创建元素周期表 在化学教科书中，都附有一张“元素周期表”。这张表揭示了物质世界的秘密，把一些看来似乎互不相关的元素统一起来，组成了一个完整的自然体系。它的发明是近代化学史上的一个创举，对于促进化学的发展起了巨大的作用。看到这张表，人们便会想到它的最早发明者德米特里门捷列夫。 德米特里门捷列夫（Mendeleyev，1834-1907)，19世纪俄国化学家，他发现了元素周期律（见图9.4），并就此发表了世界上第一份元素周期表。他的名著、伴随着元素周期律而诞生的化学原理，在十九世纪后期和二十世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。下面让我们一起看一看元素周期表的发明过程。,9.1 世界创新案例,攀登科学高峰的路，是一条艰苦而又曲折的路。门捷列夫在这条路上，也是吃尽了苦头。当他担任化学副教授以后，负责讲授化学基础课。在理论化学里应该指出自然界到底有多少元素？元素之间有什么异同和存在什么内部联系？新的元素应该怎样去发现？这些问题，当时的化学界正处在探索阶段。 为了彻底解决这个问题，他又走出实验室，开始出外考察和整理收集资料。一八五九年，他去德国海德尔堡进行科学深造。两年中，他集中精力研究了物理化学，使他探索元素间内在联系的基础更扎实了。一八六二年，他对巴库油田进行了考察，对液体进行了深入研究，重测了一些元素的原子量，使他对元素的特性有了深刻的了解,9.1 世界创新案例,之后，门捷列夫又返回实验室，继续研究他的纸卡。他把重新测定过的原子量的元素，按照原子量的大小依次排列起来。他发现性质相似的元素，它们的原子量并不相近；相反，有些性质不同的元素，它们的原子量反而相近。他紧紧抓住元素的原子量与性质之间的相互关系，不停地研究着。他的脑子因过度紧张，而经常昏眩。但是，他的心血并没有白费，在一八六九年二月十九日，他终于发现了元素周期律。他的周期律说明：简单物体的性质，以及元素化合物的形式和性质，都和元素原子量的大小有周期性的依赖关系。门捷列夫在排列元素表的过程中，又大胆指出，当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2，按此在元素表中，金应排在锇、铱、铂的前面，因为它们被公认的原子量分别为198.6、6.7、196.7，而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面，原子量都应重新测定。大家重测的结果，锇为190.9、铱为193.1、铂为195.2，而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断，也证明了周期律的正确性。,9.1 世界创新案例,在门捷列夫编制的周期表中，还留有很多空格，这些空格应由尚未发现的元素来填满。门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的最重要性质，断定它们介于邻近元素的性质之间。例如，在锌与砷之间的两个空格中，他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的四年，法国化学家布阿勃朗用光谱分析法，从门锌矿中发现了镓。实验证明，镓的性质非常象铝，也就是门捷列夫预言的类铝。镓的发现具有重大的意义，它充分说明元素周期律是自然界的一条客观规律；为以后元素的研究，新元素的探索，新物资、新材料的寻找，提供了一个可遵循的规律。元素周期律象重炮一样，在世界上空轰响了！,9.1 世界创新案例,5“瘟疫的克星”罗伯特科赫 罗伯特科赫(Robert Koch，18431910)，德国医生和细菌学家，世界病原细菌学的奠基人和开拓者。1905年，罗伯特科赫（见图9.5）以举世瞩目的开拓性成绩，摘走了诺贝尔生理学及医学奖。,图9.5 罗伯特·科赫(Robert Koch),9.1 世界创新案例,1870年婚后的科赫到东普鲁士一个小乡村沃尔施泰因当外科医生，在那里建立了一个简陋的实验室，并多年在此从事病原微生物研究。科赫在没有科研设备，也无法与图书馆联系，更无法与其他科研人员接触的情况下，开始研究炭疽病。1873年，罗伯特科赫在他30岁生日那天，他的夫人用全部积蓄买了一台显微镜送给科赫作为生日礼物，从此科赫把业余时间全部花在显微镜上，潜心研究细菌与疾病的关系。他的实验室就在他的家里，他的科研设备除了他妻子送给他的显微镜外，其余都是他自己设法解决的。1876年他到布雷斯劳用3天时间以公开表演实验的方式证明炭疽杆菌是炭疽病的病因，并报告了炭疽病菌的生活史是从杆菌芽孢杆菌的循环，芽孢可以放置较长时间而不死。他认为每种病都有一定的病原菌，纠正了当时认为所有细菌都是一个种的观点，从而兴起了关於疾病生源的研究。,9.1 世界创新案例,1880年，科赫应邀赴柏林工作，在德国卫生署任职。在这里他拥有了良好的实验室和助手。1881年，他创立了固体培养基划线分离纯种法；应用这种方法，主要的传染病病原菌被相继发现。此后，他转向结核病病原菌研究。他改进染色方法，发现了当时未能得到的纯种结核杆菌。为了大量培养出纯种的结核菌，他又改用在凝固的血清上接种培养，并将培养出的纯种结核菌制成悬液，通过注射豚鼠的腹腔实验，4-6周后豚鼠即死於结核病。他用实验证明结核菌不论来自猴牛或人，均有相同症状，并进而阐明了结核病的传染途径。1882年3月24日，科赫在德国柏林生理学会上宣布：结核杆菌是结核病的病原菌。并研究出纯培养其菌的方法。1882年出版了有关结核杆菌的经典著作。,9.1 世界创新案例,1883年，科赫被任命为德国霍乱委员会主席，并被派往埃及和印度去调查那里的霍乱暴发流行情况。他和他的同事一起发现了霍乱病原菌是形如逗号的霍乱弧菌，并发现该菌可以经过水食物衣服等途径传播。根据他对霍乱弧菌的生物学知识以及其传播方式的了解，科赫提出控制霍乱流行的法则，这些法则于1893年被各大国批准并形成至今仍沿用的控制霍乱方法的基础。科赫因对霍乱研究作出的贡献而获10万德国马克奖金，他的这项研究工作也对保护饮水规划有重大影响。同时他还发现了阿米巴痢疾和两种结膜炎的病原体。1890年他提出用结核菌素治疗结核病。18911899年，他还在埃及印度等地研究了鼠疫疟疾回归热锥虫病和非洲海岸病等。,9.1 世界创新案例,6巴里马歇尔发现幽门螺旋杆菌 巴里马歇尔（BarryJ.Marshall，1951），澳大利亚医师，西澳大利亚大学临床微生物学教授（见图9.6）。他的主要成就是证明了幽门螺旋杆菌是造成大多数胃溃疡和胃炎的原因，而以前的学说认为胃溃疡主要是由于压力、刺激性食物和胃酸过多所引起的。与罗宾沃伦（J. Robin Warren）发现了幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，Hp），以及这种细菌在胃炎和胃溃疡等疾病中的作用，被授予2005年诺贝尔生理或医学奖。,图9.6 巴里·马歇尔,9.1 世界创新案例,1981年，消化科临床医生巴里马歇尔与罗宾沃伦合作，他们以100例接受胃镜检查及活检的胃病患者为对象进行研究，证明这种细菌的存在确实与胃炎相关。此外他们还发现，这种细菌还存在于所有十二指肠溃疡患者、大多数胃溃疡患者和约一半胃癌患者的胃黏膜中。经过多次失败之后，1982年4月，巴里马歇尔终于从胃黏膜活检样本中成功培养和分离出了这种细菌。为了进一步证实这种细菌就是导致胃炎的罪魁祸首，巴里马歇尔和另一位医生Morris不惜喝下含有这种细菌的培养液，结果大病一场。,9.1 世界创新案例,基于这些结果，巴里马歇尔和罗宾沃伦提出幽门螺杆菌涉及胃炎和消化性溃疡的病因学。1984年4月5号，他们的成果发表于在世界权威医学期刊柳叶刀上。成果一经发表，立刻在国际消化病学界引起了轰动，掀起了全世界的研究热潮。世界各大药厂陆续投巨资开发相关药物，专业刊物螺杆菌杂志应运而生，世界螺杆菌大会定期召开，有关螺杆菌的研究论文不计其数。通过人体试验、抗生素治疗和流行病学等研究，幽门螺杆菌在胃炎和胃溃疡等疾病中所起的作用逐渐清晰，科学家对该病菌致病机理的认识也不断深入。 2005年10月3日，瑞典卡罗林斯卡研究院宣布，2005年度诺贝尔生理学或医学奖授予巴里马歇尔和罗宾沃伦这两位科学家，以表彰他们发现了幽门螺杆菌以及这种细菌在胃炎和胃溃疡等疾病中的作用。,当年，马歇尔提出幽门螺旋杆菌是导致胃溃疡的细菌，正好和学界主流的观点相悖。 学界普遍认为，得了胃溃疡，才会产生幽门螺旋杆菌，而胃溃疡的致病原因，只是压力。因此马歇尔得证明这个先有鸡还是先有蛋的问题。 他的方法很简单，给实验动物喝幽门螺旋杆菌，再做胃部内窥镜，看看长没长这菌。但是都没有得到良好的实验效果。 马歇尔就亲自代替荷兰猪上阵，他喝下了一瓶含有数以亿计幽门螺旋杆菌的培养液。几天后，他开始呕吐，反胃，更尴尬的是，夫人告诉他：“你口臭。”,马歇尔乐了，因为他“如愿”地患上了胃炎，并且用抗生素和抑酸剂“神奇”地恢复了健康。 在马歇尔“卧薪尝胆”之前，人们认为胃溃疡是由于压力过大，或不良的饮食习惯等造成的，胃溃疡被当成是一种反复发作、难以治愈的疾病。 马歇尔的发现，打破了人们的错误认识，他揪出了导致胃炎、胃溃疡、十二指肠溃疡的元凶幽门螺旋杆菌。“如果你长期感觉胃部不适、胃胀痛、胃酸、口腔异味，可能是感染了幽门螺旋杆菌。”,幽门螺旋杆菌是存在于人胃黏膜中的一种重要致病菌，它主要的传播方式是口口传播，简单地说，幽门螺旋杆菌是吃进去的。吃了不干净的食物，喝了被污染的水，容易感染幽门螺旋杆菌。孩子和成人都是细菌的目标。 中国人爱吃大桌菜，一家人里一旦有人感染了细菌，其他家庭成员在共餐的时候极容易感染。 幽门螺旋杆菌传染不仅仅局限于成年人，儿童也会感染，而且感染率会随年龄的增长而增高。 还有不少孩子，喜欢吃路边摊位的食品，这也会给幽门螺旋杆菌可乘之机。 马歇尔说，从小培养良好的卫生习惯，注意个人卫生，家庭餐具清洁，消毒，洗净生食蔬菜，才能把幽门螺旋杆菌挡在门外。,9.1 世界创新案例,7开启信息时代新纪元的蒂姆伯纳斯李 蒂姆伯纳斯李（Tim Berners-Lee）爵士（1955年出生于英国伦敦），万维网的发明者，互联网之父，英王功绩勋章（OM）获得者，不列颠帝国勋章（OBE）获得者，英国皇家学会会员，英国皇家工程师学会会员，美国国家科学院院士,图9.8 提姆博纳斯李（Tim Berners-Lee）,9.1 世界创新案例,1984年，一个偶然的机会，蒂姆来到瑞士的日内瓦，进入著名的由欧洲原子核研究会CERN建立的粒子实验室。在这里年轻的蒂姆接受了一项极富挑战性的工作：为了使欧洲各国的核物理学家能通过计算机网络及时沟通传递信息进行合作研究，委托他开发一个软件，以便使分部在各国各地物理实验室、研究所的最新信息数据、图像资料可供大家共享。软件开发虽非蒂姆的本行，但强有力的诱惑促使他勇敢地接受了这个任务。,9.1 世界创新案例,1989年3月，蒂姆向CERN递交了一份立项建议书，建议采用超文本技术（Hypertext）把CERN内部的各个实验室连接起来，在系统建成后，将可能扩展到全世界。这个激动人心的建议在CERN引起轩然大波，但这里终究是核物理实验室而非计算机网络研究中心，虽有人支持但最后仍没有被通过。蒂姆并没有灰心，他花了2个月重新修改了建议书，加入了对超文本开发步骤与应用前景的阐述，用词恳切，并再一次呈递上去；这回终于得到了上司的批准。于是蒂姆得到了一笔经费，购买了一台NEXT计算 机，并率领助手开发试验系统。,9.1 世界创新案例,在1989年的夏天，蒂姆开发出了世界上第一个Web服务器和第一个Web客户机。虽然以现在的眼光来看这只能算是一个简单的电话号码查询，但它却实实在在是一个所见即所得的超文本浏览/编辑器。1989年12月，蒂姆为他的发明正式定名为World Wide Web，即我们熟悉的WWW；1991年5月WWW在 Internet上首次露面，立即引起轰动，获得了极大的成功被广泛推广应用。,9.1 世界创新案例,8手机的发明 1902年，一个叫做“内森斯塔布菲尔德”的美国人，在肯塔基州默里的乡下住宅内制成了第一个无线电话装置，这部可无线移动通讯的电话就是人类对“手机”技术最早的探索研究。手机之父内森斯塔布菲尔德（Nathan Stubblefield）和他发明的世界上的第一部手机如图9.9所示。,图9.9 内森和他设计的手机,这位瓜农将他所有闲暇时间和每一分钱都投入到这项发明中。他在美国肯塔基州默里的乡下住宅内制成了第一个电话装置，于1902年推出了他的发明。他在自己的果园里树起一根高120英尺的天线，利用磁场将语音从一部手机传输到另一部手机里。然而，这部电话内的线圈所需的电线总量比连接它们的线还长，不过这项发明的确具有可以移动的优点。 1902年元旦，这位自学成才的电学家在该镇的公共广场上示范了他的装置。给5个接收器播送了音乐和语音。后来他为马车和船只等移动交通工具设计了电话新版本，并与1908年申请了专利。不幸的是，在他的一生中，这项无线电话发明并没有实现商业化，因此1928年在他去世时，仍然一贫如洗。,不过现在的一本书已经将他尊称为现代手机之父，在他的发明周年纪念日，维京移动网站(VirginMobilewebsite)用一个属于他的网页纪念他。维珍移动网的创始人理查德·布兰森爵士说：“内森是手机之父，他的发明是改变*信方式的方法之一，能为他的发明举行100周年庆典，让我感到万分激动。” 新闻学教授鲍勃·劳克是2001年出版的肯塔基州农民发明无线电话(KentuckyFarmerInventsWirelessTelephone!)一书的作者，他表示，斯塔布菲尔德是一位移动业界的先驱，但是他的发明并没给他带来足够的荣誉。他说：“完全确定是他发明世界上第一部移动电话非常困难，但是他确实第一个申请了专利。因此他很有可能发明了第一部移动手机，只是他的发明从没投入到商业应用。那时来看，这项发明非常不切实际，当时的人根本不知道以后手机的命运将会怎样。”,斯塔布菲尔德是个好人，他只想利用移动电话帮助当地的社团与各家取得联系，因为这些住户间都隔着一段距离。可叹的是，斯塔布菲尔德一部电话也没有卖出去。因为他太保密，他不在的情况下，他的家人不能离开农场，他也不愿意让访客踏入他的农场，因为他害怕他们可能会偷走他的发明。 他有6个孩子，他们一家一直一贫如洗，因为他将所有闲钱都花在这项电话试验上了。后来他妻子离开了他，在生命的最后10年，斯塔布菲尔德过着像流动隐士一样的生活。1928年他离开人世，埋葬在一个没有墓碑的墓穴里。,9.1 世界创新案例,1938年，美国贝尔实验室为美国军方制成了世界上第一部“移动电话”手机；1973年4月，美国著名的摩托罗拉公司工程技术员马丁库帕发明世界上第一部推向民用的手机，马丁库帕从此也被称为现代“手机之父”。手机的发展历史如下： 第一代手机（1G）：是指模拟的移动电话，也就是在20世纪八九十年代中国香港、美国等影视作品中出现的大哥大。最先研制出大哥大的是美国摩托罗拉公司的 Cooper博士。由于当时的电池容量限制和模拟调制技术需要硕大的天线和集成电路的发展状况等制约，这种手机外表四四方方，只能成为可移动算不上便携。此种手机类似于简单的无线电双工电台，通话是锁定在一定频率，所以使用可调频电台就可以窃听通话。,9.1 世界创新案例,第二代手机（2G）：是最常见的手机。通常这些手机使用PHS，GSM或者CDMA这些十分成熟的标准，具有稳定的通话质量和合适的待机时间。在第二代中为了适应数据通讯的需求，一些中间标准也在手机上得到支持，例如支持彩信业务的GPRS和上网业务的WAP服务，以及各式各样的Java程序等。 第三代手机（3G）：3G是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、CDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。,9.1 世界创新案例,第四代手机（3D）：1995年问世的第一代数字手机只能进行语音通话；而1996到1997年出现的第二代数字手机便增加了接收数据的功能，如接受电子邮件或网页；第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。 随着信息技术的飞速发展，最近又出现了3D手机（在这里可称为第四代手机）。3D是three-dimensional的缩写，就是三维立体图形。由于人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉。3D手机正是利用这个原理，把左右眼所看到的影像分离。3D手机的立体显示效果，是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏，将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉，同时能兼容2D画面。,本章内容,1,3,山东大学创新案例,山东大学大学生创新案例,2,世界创新案例,9.2 山东大学创新案例,1创建“倒向随机微分方程”的彭实戈院士 彭实戈（1947出生于山东惠民），数学家，中国科学院院士，山东大学数学学院教授、博士生导师（见图9.10）。长期致力于随机控制、金融数学和概率统计方面的研究，他和法国数学家Pardoux教授一起开创了“倒向随机微分方程”的新方向，成为研究金融产品定价的重要工具。,图9.10 彭实戈院士,9.2 山东大学创新案例,那是1989年4月，他邀请法国著名教授巴赫杜来华访问。有一天，他陪同巴赫杜先生游览豫园，坐在湖心亭的茶楼上，话题自然而然转到他们最近几天一直期望攻克的问题上。晚上回到宿舍思考时，彭实戈感到问题仍茫然无绪，很早就睡下了。次日凌晨，早早醒来，不由自主又想起白天在九曲桥的茶楼上，巴赫杜强调的在要解决的问题中缺乏“强制性结构”。就在这时，灵感再一次光顾，他忽然感到，在倒向随机微分方程中反而可能找到“强制性结构”！而这恰恰就是解决BSDE这个自己长期以来感兴趣的问题的关键。他一骨碌爬起来，抓过纸笔就进行验证，只几分钟，就有了结果。彭实戈激动万分，当即打电话给住在招待所二楼的巴赫杜教授。教授似乎有些不快，拿起电话就问：“你知道现在才几点吗？”彭实戈说，“我知道，但我想我也知道怎样证明BSDE的存在唯一性了！”教授说：“上来吧！”,9.2 山东大学创新案例,之后，两人联名完成的这篇文章，发表在国外杂志上，这标志着被数学界专家一致称为具有奠基性意义的“倒向随机微分方程”的诞生，并以“巴赫杜(Pardoux)-彭方程”命名。巴赫杜教授在公开发表的文章中指出，“特别感谢彭实戈，他在发现这个随机分析的新篇章中起了关键的作用。” 彭实戈教授在随机最优控制系统的最大值原理、倒向随机微分方程理论和非线性数学期望理论的研究方面取得了国际领先水平的原创性研究成果，得到国内外同行的广泛引用和一系列公开发表的高度评价，推动了随机控制理论、金融数学、随机分析等相关学科的发展。2010年受邀赴印度国际数学家大会做一小时报告，成为首位受邀赴国际数学家大会做一小时演讲的大陆全职学者，这份邀请历来被全球数学家视为殊荣。,9.2 山东大学创新案例,2十年破译五部世界顶级密码的女解码高手王小云教授 王小云（1966年生于山东诸城），中国密码学家，1983年至1993年就读于山东大学数学系，先后获得学士、硕士和博士学位，1993年毕业后留校任教。现为清华大学和山东大学的双聘教授（见图9.11）。 自2004年8月以来，“山东大学王小云”吸引了全球的目光。在国际密码学界的会议上、刊物里以及专家学者们的讨论中，“王小云”后面总是与“震惊世界”、“王氏发现”、“密码学的危机”连在一起。,图9.11 王小云教授,9.2 山东大学创新案例,HASH函数，又称杂凑函数，是在信息安全领域有广泛和重要应用的密码算法，它有一种类似于指纹的应用。在网络安全协议中，杂凑函数用来处理电子签名，将冗长的签名文件压缩为一段独特的数字信息，像指纹鉴别身份一样保证原来数字签名文件的合法性和安全性。SHA-1和MD5都是目前最常用的杂凑函数。MD5是由国际著名密码学家、麻省理工大学的RonaldRivest教授于1991年设计的；SHA-1背后更是有美国*局的背景。两大算法是目前国际电子签名及许多其他密码应用领域的关键技术，广泛应用于金融、证券等电子商务领域。其中SHA-1更是被认为是现代网络安全不可动摇的基石。经过这些算法的处理，原始信息即使只更动一个字母，对应的压缩信息也会变为截然不同的“指纹”，这就保证了经过处理信息的唯一性。,9.2 山东大学创新案例,在开始Hash函数研究之初，虽然也有一些密码学家尝试去破译它，但是都没有突破性的成果。因此，15年来Hash函数研究成为不少密码学家心目中最无望攻克的领域。MD5就是这样一个在国内外有着广泛的应用的杂凑函数算法，它曾一度被认为是非常安全的。王小云从事的是Hash函数的研究。她想：知道Hash函数真像看上去的那么牢不可破吗？王小云认为：能够阻止自己的只有理论上证明其不可能破解，但理论分析却表明破解是完全成立的。正是在理论的支持引导下，她一路披荆斩棘，坚忍不拔，顽强努力，为了推出一条能够找到碰撞的真正路线，先后找到了30多条可能的破解路线，并逐一进行破解尝试，常常在熬到深夜时证明此路不通，于是第二天再度从零开始，寻找下一个有效的攻击方法，最后终于摸到了破解密码的神秘通道。,9.2 山东大学创新案例,王小云教授发现，可以很快地找到MD5的“碰撞”，就是两个文件可以产生相同的“指纹”。这意味着，当你在网络上使用电子签名签署一份合同后，还可能找到另外一份具有相同签名但内容迥异的合同，这样两份合同的真伪性便无从辨别。王小云教授的研究成果，证实了利用MD5算法的碰撞可以严重威胁信息系统安全，这一发现使目前电子签名的法律效力和技术体系受到挑战。 MD5密码算法，运算量达到2的80次方。即使采用现在最快的巨型计算机，也要运算100万年以上才能破解。但王小云和她的研究小组用普通的个人电脑，几分钟内就可以找到有效结果。在不断的探索和反复的验证中，她创造了“比特追踪法”、“模差分方法”以及“明文修改技术”，得到国际密码专家高度评价：“这是一个有效并且非常重要的贡献，预计在不久的将来这种方式将会被广泛运用在其他密码分析学研究上。”,9.2 山东大学创新案例,2004年8月17日，在美国加州圣芭芭拉国际密码学会议（Crypto2004）上，这个看上去柔弱普通的东方女子，面带微笑，自信地走向讲坛宣布：她及她的研究小组已经成功破解了MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD四大国际著名密码算法。当她公布到第三个成果的时候，会场上已经是掌声四起。她的发言结束后，会场里爆发的掌声经久不息。而为了这一天，王小云已经默默工作了10年。几个月后，她又破译了更难的SHA-1。 在2006年举行的“中国青年女科学家奖”的颁奖典礼上，由18位来自中科院和中国工程院的院士组成的评审委员会，将奖项授予了清华大学和山东大学的双聘教授王小云，以表彰她在密码分析领域里的杰出贡献。,9.2 山东大学创新案例,3程林团队与太空中的“山大创造” 程林（1962年出生于山东淄博），山东大学能源与动力工程学院教授、博士生导师。现为山东大学热科学与工程研究中心主任，欧洲核子中心高级合作研究员，国家“973”计划项目首席科学家（见图9.12）。,图9.12 程林教授,9.2 山东大学创新案例,美国东部时间2011年5月16日8时56分(北京时间5月16日20点56分)，由诺贝尔奖获得者丁肇中教授领衔、山东大学程林教授担任热系统首席科学家参与研制的“阿尔法磁谱仪2(AMS02)”，搭乘美国“奋进”号航天飞机从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，标志着粒子太空探测新时代的开始。 AMS是20世纪末和21世纪初国际上最重要的科学工程之一，其科学使命是在宇宙中探测反物质和暗物质的存在以及宇宙起源等。包括美国、中国、俄罗斯、意大利、瑞士、德国、芬兰等16个国家和地区的60个著名研究机构的科学家和工程师参加了该项目。山东大学于2004年2月加入AMS02项目组，全面负责AMS02热系统研究与设计，程林教授任首席科学家。,9.2 山东大学创新案例,此热系统涉及热能工程、机械制造、材料料学、电子信息等多个领域，没有任何成功的经验和先例可以借鉴。山东大学AMS团队在程林教授带领下，提出了大型科学仪器太空运行的散热蓄热协同原理、周期性冷热交替的最小温差原理和不稳定分散热源的最优传热方法，解决了粒子探测仪在国际空间站运行的关键科学问题；提出了不同结构形式的散热元件，保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性；提出了利用热管既作为散热元件又作为局部支撑元件的思路，并构建了一种新的特殊结构的热管，设计完成了主散热板，全面完成了热控制系统的热分析及其热控元件的相关设计。整体设计通过了美国国家航空航天局的严格评估与实验，解决了人类历史上首次带电磁铁太空运行的关键科学问题，为国际空间站上唯一的固定实验装置的建设做出了杰出贡献，得到了美国国家航空航天局的高度评价。,9.2 山东大学创新案例,4“读心有术”的张运院士 张运（1952年出生于山东阳谷），内科学心血管病学专家，中国工程院院士，山东大学医学院教授、博士生导师（见图9.14）。 张运最初的成就是对“读心”手段的创新：他是国际上最早把多普勒技术用于心血管疾病定量诊断的学者之一，并围绕这一技术进行了一系列创新，率先提出了一系列的新概念、新方法和新公式。,图9.14 张运院士,9.2 山东大学创新案例,1983年，31岁的张运被学校派往挪威进修。他所在的皇家医院是挪威最高级的医院，各科医生都是通过激烈竞争上来的，年龄一般都在四十岁以上。经过反复考虑，他选定用多普勒超声心动图技术对主动脉瓣关闭不全的定量化研究这个课题，老师怀疑：这么大的课题你能搞完吗？张运对自己说：我必须完成。 他全力以赴地把自己投入到课题之中。课题涉及到许多他还未及掌握的数理基础、流体力学等多学科知识，就借助于各种图书资料、求教于其他学科的中国留学生。几个月后，他的第一篇论文完成了，居然解决了当时世界上的一个多普勒超声难题。但教授们不相信，怀疑其中有假。他就一个病例一个病例地给教授看，详细说明自己的测量和计算，终使教授们心服口服。后来，他把文章寄给欧洲权威专业刊物英国心脏杂志，两个月后来信说，不用修改即可以发表。,9.2 山东大学创新案例,辛苦的付出得到丰厚的回报。在挪威两年，他不仅掌握了多种超声心动图技术和定量诊断方法，而且对近二百名瓣膜性心脏病患者进行了各种综合研究，使定量诊断瓣膜性心脏病的时间由过去心导管检查的几小时缩短到多普勒检查的几分钟，并实现了无创性诊断。他的导师米勒教授和尼特候格教授对这个不同凡响的中国学生赞不绝口。此外，他还发表论文十余篇，在国际著名刊物上就有八篇。美国心脏病年会被世界公认为是最高水平的心血管病学术会议，1985年挪威向该年会推荐了十篇论文，而获选的只有两篇，作者都是张运。其中有一篇被选为代表当年学术最高成就的十篇“特征性研究”论文之一。,本章内容,1,3,山东大学创新案例,山东大学大学生创新案例,2,世界创新案例,9.3 山东大学大学生创新案例,1远距离电能传输充电装置 本项目由山东大学信息科学与工程学院王静轩、张继花、许嘉铭等同学开发完成。 远距离电能传输充电装置是一种采用无线充电技术研制的新型便携充电设备，它摆脱了传统供电方式，而采用无线的方式为用电设备充电。该综合无线充电系统能实现多种电子设备的智能无线充电，利用电磁感应技术和RFID射频识别技术，自动识别被充电设备的电池类型、物理特性、充电电流和充电时间，无需人工干预。在良好的屏蔽防辐射条件下实现了能量的高效无线传输。其特征是基于电磁感应原理的无线充电，实现了电源与电池之间不需要物理连接进行的能量耦合。系统工作时，在输入端将工频交流电经全桥整流电路变换成直流电，然后逆变转换成高频交流电流供给初级绕组。通过一对形状和结构各不相同的PCB线路板绕组进行耦合，次级端口输出的电流为高频电流，再经过全桥整流电路变换成直流电，为电池充电。 本项目荣获2010山东大学大学生科技创新大赛特等奖。,9.3 山东大学大学生创新案例,2全透明不粘油吸油烟机实验平台的研制 本项目由山东大学材料科学与工程学院李明强、曾庆亚、杨乐陶等同学研究完成。 吸油烟机是吸排烹饪过程中产生的油烟和有害气体的一种清洁工具，已成为每个家庭的生活必需品，其需求市场巨大。但目前市场上销售的吸油烟机由于普遍存在粘油严重、低效耗能、污染环境、经常拆洗等问题，因此人们普遍期待“高效节能，不粘油烟，清洁环保，清洗方便”的新型吸油烟机问世。,9.3 山东大学大学生创新案例,本项目通过风机和叶轮结构的创新设计，在机壳内诱导形成绕轴快速旋转的增强的气体旋流场，用该旋流场以“气体带动气体”的方式输送油烟，而不是用叶轮或叶片输送油烟。从而突破传统油烟吸排理论，实现了新的油烟吸排方式；通过叶轮、叶片、风机、电机及滤油器结构的特殊组合设计，使电机与油烟分离、油烟不经过叶轮，从而显著减少机内能量消耗，延长电机和叶片寿命，免除叶轮拆洗；同时实现“高效节能，不粘油烟，清洁环保，清洗方便，经济耐用，易于加工”的研究目标。其主要技术指标是效率提高10%以上，节能10%以上，噪声55dB，油烟吸净率95%以上，油烟净化率90%以上，寿命提高3倍以上。同时具有“高效节能，不粘油烟，清洁环保，清洗方便”等特点，广泛用于家庭厨房、饭店、餐馆、食堂等吸油烟机的制造，其节能减排效果突出，经济和社会效益显著。 本项目获国家发明专利（专利号：CN101294724），并荣获2010山东大学大学生科技创新大赛特等奖。,9.3 山东大学大学生创新案例,3节能型校园饮水装置 本项目由刘硕、王倩男、董明瑞、张晓通、张传