技术创新与知识管理课程案例

技术创新与知识管理课 程案例
2020/11/19
技术创新与知识管理课程案例
¨ A 案例：
¨ 凯斯·莫法特（Keith Moffatt）是英国剑桥大学三一 学院教授，《流体力学学报》主编，曾先后执教 于英国布里斯托大学、法国工业大学和巴黎高等 师范学院，他主要致力于磁流体力学和湍流理论 方面的研究。
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F案例讨论题：
¨ 1. 科学研究一定要选择“大问题”或 “前沿问题”才能取得“大成绩”吗？ 如何理解科学研究的“前沿问题”？
¨ 2. 交叉学科研究一定要进行宏大的“顶 层设计”并构建“大平台”才能成功吗？ 如何理解交叉学科研究赖以成功的基础？
¨ （本案例选自《世界真的存在吗？》，上海锦 绣文章出版社，2008年版，P148-153）
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A 案例讨论题：
¨ 1. 莫法特是如何发现问题的？ ¨ 2. 什么是科学问题？发现有价值的科学
问题通常需要什么条件？
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¨ B 案例：
¨ 研究结果在2000年公布后，出人意料地引起了 巨大的反响，来自世界各地的讲座邀请络绎不绝。 一次，当莫法特在剑桥大学举办讲座时，一位听 众就厄莱圆盘和熟鸡蛋在旋转上的相似性提出询 问。
¨ 鸡蛋问题的复杂化其实是一件好事，因为它虽 然看起来无足轻重，但却同众多实际应用领域 有着密切的关系！气流运动往往会带来不可预 见的后果，鸡蛋旋转模型则能为大气层物理研 究提供思路。而内部充满粘稠液体的蛋形体能 帮助研究同卫星燃料箱有关的流体动力学难题。
¨ 莫法特明确指出，“我们有必要搞清楚流体对 卫星加速或旋转的反应，因为这对卫星的运动 会造成很大的影响。由此，对于鸡蛋旋转问题 的看法就要发生重大的改变。”
¨ 莫法特的研究热情随后也感染了其他科 学工作者，吸引他们纷纷迫不及待地为 解决鸡蛋旋转问题出一份力。
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¨ E案例（续）：
¨ 例如，日本横滨大学的学者Ken Sasaki就致力于弄清鸡 蛋是在哪一端竖起来的，他于2003年10月在《美国物 理学报》上撰文指出，“鸡蛋的外形看上去像一个类 球体，但它并非真正的类球体，其两端总会有大小之 分。那么，旋转的鸡蛋会在哪一端竖起来呢？其实这 取决于开始的推力，也就是在旋转开始之前鸡蛋倾斜 的方式。开个玩笑，一旦搞明白其中的奥秘，掷骰子 都不会输钱。”另外，美国加利福尼亚理工学院的部 分数学家于2004年底完成了《杰莱特鸡蛋的几何论 述》，从几何理论的角度对类球体的旋转运动进行了 分析。但是由鸡蛋旋转引发的问题远不止这些。在莫 法特等三位合作者尚未出版的新著中，他们对形状不 对称的鸡蛋进行了研究，形状不对称的鸡蛋，其质量 分布不均匀，质量中心和对称中心不在同一点上。他 们的另一个正在进行的项目是对内部充满多少有些粘 稠液体的类球体进行研究。但这一研究的复杂性已经 达到了令人难以想象的程度。
¨ 2. 你认为类似“鸡蛋旋转”这样的问题 有研究价值或实用价值吗？
¨ 3. 莫法特将会如何对待这位日本教授的 来访以及他所面临的难题？
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¨ C 案例：
¨ 莫法特看了日本学者的研究资料後，才发现熟鸡蛋旋转 原来是一道好几个世纪以来一直令物理学家困扰不已的 棘手难题。科学文献显示，这一现象被学界称为“杰莱 特鸡蛋”，因爱尔兰物理学家杰莱特而得名。后者 1872年在其主要研究陀螺的著作《论摩擦原理》中， 首次提到了熟鸡蛋的旋转。
¨ 那次在剑桥的讲座後不久，日本横滨Keio大学物理 系教授Yukata Shimmomura拜访了莫法特。这位日 本学者也参加了那次讲座，熟鸡蛋旋转问题引起了 他的浓厚兴趣。他利用业余时间试图解答这道简单 的“大学生试题”，但却没有成功。
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B案例讨论题：
¨ 1. Yukata Shimmomura为什么会对熟鸡蛋 旋转问题感兴趣？
¨ 研究文章的发表立即引起了传媒的广泛报道。但让莫 法特始料不及的是，他也立刻成为了争论的焦点。有 些学者批评他未能对概算提供论据。于是，莫法特、 Yukata Shimmomura与一位新的合作者——波兰同行米 歇尔·布拉尼斯基继续进行更为深入的研究。
¨ 他们首先对2002年研究报告中提出的“陀螺仪概算” 进行了更加精确的表述。这一概算当时大大简化了鸡 蛋旋转动力体系的方程演算和解答。不过，莫法特表 示，“陀螺仪概算只是在一定标准范围内才有效，我 们当时本应明确这一点。”三位学者还意识到，模拟 演算中桌面对鸡蛋的摩擦力有时消失……，这就表明鸡 蛋旋转时会作间断的微小跳跃（以毫米计算），而不 是一直同桌面保持接触。
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C案例讨论题：
¨ 1. 莫法特与日本学者合作的动力和基础 是什么？
¨ 2. 你认为他们的合作会成功吗？为什么？
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¨ D案例：
¨ 2002年3月，莫法特和日本学者在《自然》杂志上共 同发表了他们的研究成果。这篇题为《破解鸡蛋旋转 之谜》的文章长仅2页，写满了各种方程。莫法特坦率 地说道：“仅仅用2页的篇幅和16个方程式来阐述这一 现象的原理，实在是一次壮举。实际上，我们在初稿 中计算了不下300条方程式。”
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E案例讨论题：
¨ 1. 鸡蛋旋转问题为什么会引发不同学科 的学者的兴趣？
¨ 2. 在从事鸡蛋旋转问题研究之初，莫法 特及其合作者能够预见到该问题会引发 如此广泛而复杂的研究吗？
¨ 3. 如何理解科学研究的动力和发展？
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¨ F案例：
¨ “起初，我们并没有想到会发展到这一步。” 莫法特笑着说道。但是，从一个看起来毫不起 眼的问题引申出一连串无穷无尽、更加复杂的 问题，这不正是科学的本质吗？
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/19技术创源自与知识管理课程案例技术创新与知识管理课程案例
D案例讨论题：
¨ 1.实现跨国界合作研究的条件是什么？ ¨ 2. 如何判断一项研究的成功？ ¨ 3. 你认为莫法特他们的研究有实际意义
或应用价值吗？
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¨ E案例：
¨ 对莫法特来说，目前的研究还只是停留 在抽象的层面上，他说道：“我们现在 还只是通过计算机模拟进行理论研究， 还没有进行过更加具体的观察活动，例 如拍摄鸡蛋的旋转过程来记录那些跳跃， 但是我认为我们在旋转过程中听到的断 断续续的声音就是鸡蛋发生跳跃的证 明。”
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¨ B 案例（续）：
¨ 熟鸡蛋的这一绝活是一个奇怪的物理现象，生鸡蛋 就无法做到这一点。当旋转的鸡蛋竖立起来，其重 心位置提高，随之增加了鸡蛋的势能。而通常的情 况恰好相反，自由运动物体的势能一般会逐渐减少， 比如说，一个圆球沿着斜面向下滚动，总会在高度 最低的位置到达静止的力平衡状态。
¨ “当时我不假思索地回答说，同厄莱圆盘相比， 鸡蛋的旋转只不过是小巫见大巫。当然，这个问 题倒是可以用作大学生的考试题目。”莫法特后 来回忆道。因为对他来说，熟鸡蛋的旋转是一件 再普通不过的事情了：将鸡蛋放在沸水中煮10分 钟，注意保持蛋壳的完整。煮熟后，把鸡蛋平放 在桌面等略微粗糙的平面上，用拇指和中指捏住， 让它快速旋转起来。多试几次，手法熟练之后， 你就会发现一个令人惊奇的现象，鸡蛋在水平方 向自转数圈之后，突然会以一端站立起来，继续 竖着转动！
¨ 1997年圣诞节，莫法特给孙子买了一个圣诞礼 物——厄莱（Euler）圆盘。这种简单的小玩具看 上去就是一个厚厚的圆币，表面十分平整光滑。 如果在一个光滑平面上空，使圆盘像硬币那样腾 空旋转落下，并让圆盘的边缘接触平面，它就会 越转越快，直到几分钟后戛然而止。厄莱圆盘的 这一特性引发了莫法特极大的好奇心，他于是决 定投入这方面的研究。
¨ 莫法特和日本学者由此展开合作，他们认为，鸡蛋和桌 面之间的摩擦力使得鸡蛋的对称轴在旋转时从水平方向 转变为垂直方向。根据他们的模型演示，如果平面足够 光滑，或者鸡蛋在旋转时没有发生位移，鸡蛋就不会竖 起来，因为使鸡蛋对称轴方向变化的原因正是由于摩擦 引起的不稳定。
¨ 换句话说，摩擦使鸡蛋的侧面在旋转时发生轻微的摆动。 在这一过程中，动能转化成势能，从而使鸡蛋的重心位 置迅速提高。而生鸡蛋内的蛋清和蛋黄则会吸收这些能 量，自身开始运动。