一、观察
观察是小发明入门的向导。世界闻名的生物学家达尔文说过，我既没有突出的理解力，也没有过人的机智，只是觉察那些稍纵即逝的事物并对它进行精细观察的能力上，我可能在众人之上。要想搞小发明作品，首先要注重观察，善于观察周围的事物，提高自己的观察能力。
大发明需要观察。法国园艺师约瑟夫·莫尼埃发明钢筋混凝土就是从观察中得到启示的。大家知道，水泥同沙子、石头混合，制作混凝土，就成了耐高压的人造石头，是很好的建筑材料。但是，它也有一个缺点，就是它的抗拉强度比较低，影响了建筑工程上的使用。莫尼埃搞园艺，整天同花坛打交道，那些用水泥制作的花坛很不结实，常常会被碰坏。有一天，他在观察植物根系的发育情况时，看到植物根系在松软的土壤里，相互交叉成网状的结构。他发现，虽然土壤是松散的，但交叉成网状的植物根系把土壤抱成了一团。莫尼埃从这个现象中得到了启示，他想，如果在制作混凝土时先在里面加上一些网状结构的铁丝，就有可能使建筑的花坛变得结实。果然，这个方法有效。他先后用这种方法建成花坛、蓄水池和第一座钢筋混凝土大桥。
小发明也要观察。例如，获得全国第一届青少年科技创造发明比赛一等奖的“方便香皂盒”，发明者就是通过观察一般香皂的结构和特征，发现了它的不足。由于盒里潮湿，常常使香皂和盒子粘住，不易取出来。然后巧妙地运用了杠杆原理进行构思、设计、制作。当人们打开香皂盒时，杠杆使盒里的香皂立起来，使用起来很方便。可见观察是创造发明的基础，任何创造发明都来自对事物的认真观察。
事实上，每一个人每一天都在观察，但是有些人能从观察中发现发明课题，而有些却不会。为什么呢？法国细菌学家巴斯德说得好：“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”
1918年，英国细菌学家弗莱明正在研究毒性很强的葡萄球菌，他希望能发明一种有效的杀菌药物。有一次，当他度假回来，在整理培养皿时，观察到原来在培养基上生长良好的葡萄球菌消失了。仔细研究发现：原来的培养基受到了带有青霉菌灰尘的污染。正是青霉球菌杀死了葡萄球菌。他的这一偶然观察所得，导致后来青霉素的发明。由一粒灰尘引起的这一伟大发现，使他获得了诺贝尔生理和医学奖。
不过，这个现象早在弗莱明发现青霉菌作用的50年前，就已经出现过。当时，日本科学家古在由直在实验室里也同样观察到了葡萄球菌被污染的青霉菌所吐噬的现象。只是因为，他的观察是无心的，于是，失去了一次获得诺贝尔奖金的机会。机遇真的只偏爱那种有准备的头脑。
怎样提高自己的观察能力呢？怎样才能做到善于观察呢？要做到如下四要：
第一、观察要有目的。就是说，观察时要明确观察什么？主要是要弄清楚被观察事物的特性、特点和原理。这样才能发现事物最本质的特征，有可能进一步发现问题，提出问题，进而提出“怎么办”。有时甚至针对事物的某一缺点进行专门观察，分析原因，研究解决的办法。
法国医生利耐克医术高明，求医者甚多。那时没有听诊器，在诊病时，他总觉得不好意思把脸贴在女人胸前用耳朵直接去听心和肺的声音变化。1816年的一天，他在院子里散步，看见几个孩子把耳朵贴在长木板的一端，倾听着另一端一个孩子用铁钉轻轻地敲击木板的声音。他对这个现象进行了有目的的观察，心中想，为什么不借用这种方法来检查我的病人呢？第二天，他在医院里用几张纸卷了一个纸筒，放在患者胸前仔细一听。当他听到患者心脏发出“嘭嘭、嘭嘭……”的声音，高兴极了。后来又用松木做了一根长30厘米、直径3厘米、中央钻有细孔的圆筒，发明了听诊器。
第二、观察要仔细。要观察事物的方方面面，善于发现某种事物现象的某些微小变化，不放弃任何一点值得探求的线索，这样才会发现原来认为很熟悉了的事物的一些新特征，才能发现原来问题，产生新的构思。1952年4月5日，我国科学家竺可桢在他的日记里，有这样一段观察记录：
“晨六时半起。近日北京大有春意，燕子高飞，闻其鸣声，但不见影踪。晨夕树叶大小不同，至晚桃李盛开，杨柳已全绿……”
竺可桢对大自然物候的观察多么仔细入微！燕子归来，但它飞得高，只听到鸣声，见不到它的踪影。早晨和傍晚树叶的大小不一样，表明树叶在春天的光照下生长迅速。晚上，桃李开花，十分茂盛，杨柳已全部绿了……。他对四月初北京的物候观察多么仔细！
第三、观察要深入。观察时不仅要用“放大镜”看问题，还要用“显微镜”看问题，要从外部深入到内部去观察，这样才能发现常见事物的内部特征，事物的本质，才能启发灵感，产生创造发明的新课题。
瑞士有一位尼龙搭扣的发明者乔治，他是一位很喜欢打猎的工程师，每次打猎归来，裤腿和衣物上都粘满草籽，即使用刷也很难刷干净，非得一个一个把它们摘下来不可。有一次，当他把刚摘下来的草籽用放大镜深入细致地进行观察，竟使他大吃一惊，原来在这些小小的草籽上有一个有趣的奥秘。他看到那些草籽上有诸多小钩子。正是这些小钩子牢牢地钩住了他的衣裤。他想，难道不可以用许多带小钩子的布带来代替纽扣或拉链呢？经过多次试验和研究，他制造了一条布满尼龙小钩的带子和一条布满密密麻麻尼龙小环的带子。两条带相对一合，小钩恰好钩住小环，牢牢地固定在一起，必要时再把它们拉开。乔治依靠他深入的观察而发明的这一尼龙搭扣，获得了许多国家的专利。
第四、观察时要有比较。通过深入的观察，比较两种事物之间的不同特征和它们之间的联系，发现其中的不同点和相同点。并且通过比较、想象，构思出新的事物或新的方法。
著名的瑞士科学家阿·皮卡尔是一位研究大气平流层的专家。他设计的平流层气球，飞到过15690米的高空。后来他又把兴趣转到海洋，研究起深潜器来。他认为，尽管天和海是两个完全不同的世界，然而空气和海水却都是流体。因此，阿·皮卡尔从这个比较中，利用平流层气球的原理来改造海中的深潜器。在此之前，深潜器却是靠钢缆呆入水中的，它既不能自行浮出水面，又不能在海底自由行动，潜水深度也受钢缆强度的限制。由于钢缆越长，自身重量越大，从而容易断裂。所以，它一直无法突破2000米大关。而平流气球由两部分组成：充满密度比空气小的气体的气球和吊在气球下面的载人舱。利用气球的浮力，使载人舱升上高空。如果在深潜器上加一只浮筒，不也就像一只“气球”一样可以在海水中自行上浮了吗？皮卡尔和他的儿子小皮卡设计了一只由钢制潜水球和外形像船一样的浮筒组成的深潜器，在浮筒中充满密度比海水小的汽油，为深潜器提供浮力。同时，又在潜水球中放入铁砂作为压舱物，使深潜器沉入海底。如果深潜器要浮上来，只要将压筒的铁砂抛入海底。如果深潜器要浮上来，只要将压筒的铁砂抛入海中，就可借助浮筒的浮力升至海面。再给深潜器配上动力，它就可以在任何深度的海洋中自由行动，再也不需要抛上一根钢缆了。皮卡尔父子设计的理雅斯特号深潜器可下潜到世界上最深的海洋底——10916.8米，是世界上潜得最深的深潜器。卡尔父子从比较中获得了发明，于是，人们称他俩为“上天入海的科学家”。
由此可知，要想步入小发明的大门，首先要经过有目的地、仔细地、深入地观察，经过思考，广泛地观察比较，提出行得通的、办得到的发明课题。
二、联想
什么叫联想？联想是从一事物想到另一事物的心理过程。从当前的事物回忆起有关的另一事物，或从想起的一件事物又想到另一事物，都是联想。联想能力就是旧观念同现实结合，进而产生新观念的能力。联想能力强的人容易捕捉发明课题，容易形成新的构思。
优秀小发明“充气雨衣”的发明过程就是这样。开始是观察生活。当下雨时，雨衣会贴住身体，雨水打湿裤腿。经过思考，提出问题：如何使雨衣不贴住身体呢？作者开始联想，他想到斗笠、雨伞、芭蕾舞赏的短裙，于是有了“充气雨衣”的外形的构思。怎样才撑得开雨衣呢？他联想到救生圈、自行车胎，便想到充气的方法。在雨衣下摆加上一个宽边并充气，使雨衣像雨伞一样撑开，防止了雨水往裤脚流。
日本有一位化妆品厂的女经理，她到泰国去考察，发现那里的妇女喜欢在河里洗澡，但都不使用肥皂。一问才知道，她们是怕肥皂容易脱手沉浸在水底而丢失。于是，这位女经理就联想到泡沫塑料，她想：“泡沫塑料不会沉底，为什么不能把发泡技术用在肥皂上呢？”回国后，她立即和技术人员一起创制了能够浮在水面上的“多孔肥皂”。这个产品在东南亚大受欢迎。
联想可以使大家接收到更多信息的启示，激发灵感，加速小发明的进程。要想做到善于联想，就要有广博的知识，丰富的阅历，并勇于突破传统思想和习惯势力的束缚。
三、设计
同学们针对某一事物的优缺点，提出了大量的问题和产生了众多的联想，由于受知识的限制，其中有的是可能达到的想象，有的是创造性的积极幻想，但也有的是毫无把握的空想。要获得“小发明”的课题，还必须从联想中进行筛选，淘汰那些不切合实际或暂时达不到的想法。
通过筛选，有了基本上可行的课题，就可以进行初步的设计。在对某一课题的各种设计中，又会出现简单问题复杂化和复杂问题简单化的情况，既有创造性、先进性的，也有没有创造性、过时的；既有有使用价值的，也有没有使用价值的。这时就需要辅导老师帮助你们再次进行筛选，寻找确属小发明的可行的设计方案。
四、绘图
对于中小学生来说，可行性设计方案往往只是一个想象的粗浅轮廓。无论想象物多么简单，都必须绘出加工图纸（根据不同年龄、年级，提出不同的要求）。这是制作小发明前的必要步骤。同时，这也有利于训练绘图能力，培养同学们科学的严谨细致的工作作风。
这里举两个例子，一个作品图有量的表示，一个只有安装示意图。
例1：大庆让区油建红卫小学魏自强发明的塑料笔套。其图：
例2：大庆让区油建奋斗小学泰敌发明的脚踏门铃。其图：
五、制作
有了加工图纸，准备好原材料和各种制作工具，然后按图纸进行制作。制作中，如果发现图纸有问题，可以修改图纸或者重绘。当然，在制作中还可能会遇到各种意想不到的困难，这需要请辅导老师和家长协助排除。
六、实验
小发明作品制作后，要进行实验。在实验中证实或修订自己设计的方案。小发明作品是要不断改进的，需要多次的观察、联想，反复的设计、绘图，进行再制作，再实验。
发明虽小，创作艰难。哪怕是一件极其简单的小发明作品，它的创作都不是一想而就，一作而成的。没有细心观察，善于联想，决不会有闪光的发现；没有绘图制作，反复实验改进，决不会有成功的作品。“观察→联想→设计→绘图→制作→实验”，整个创作过程的各个环节，都不可忽视。只有把握住交叉反复的各个环节，才能搞出高水平的小发明。
七、说明
发明作品完成后，公开时，要写出说明书，以便推广使用。说明书的内容，一般包含功能、结构、器材、制作、操作、原理等几个方面。有些发明作品，一看示意图就明白的，就可写得简单一些，不要面面俱到。
（第五节）小发明的质量标准
在小发明活动中，同学们希望自己的小发明能够取得好成绩，得到人们的称赞；希望自己的小发明成果能够制成产品供人们使用，给人们的生活、工作和劳动带来方便。怎样的作品称得上是成功的、优秀的小发明呢？这就要弄清楚小发明的质量标准是什么。
一项优秀的小发明应当具备新颖性、先进性、实用性和科学性。这“四性”就是小发明的质量标准。
一、新颖性——小发明的实质
一个优秀的发明，应具备新颖性。新颖性是小发明质量标准中最重要的一条。
1.什么是新颖性呢？
新颖性指的是在提出这项小发明以前，或是在申请专利以前，没有出现过同样功能、构思、技术的东西，或同样的制作方法。而且这项小发明并没有以任何形式向公众公开过。这就叫做具备新颖性。
譬如，1879年，美国发明家爱迪生发明了白炽灯，从此，在黑夜里，人们可以不再使用蜡烛、油灯了。白炽灯具有新颖性，是一项大发明。1901年，法国发明家克劳特根据莫尔的实验，在抽掉空气的玻璃灯管中，改用充氖、氩、氦各惰性气体进行实验，从而发明了“霓虹灯”。霓虹灯也是电灯，但它同白炽灯，也有新颖之处，它使人们相信，可以不走爱迪生的使电转化为热，然后再转换为光的道路。1938年，美国通用电子公司的伊曼发明了节电的荧光灯（日光灯）。这只荧光灯是一根玻璃管，管内充进一定量的水银，管的内壁有荧光粉。在灯管的管两端各有一个灯丝做电极。当通电后，首先是水银蒸汽放电，同时产生紫外线，紫外线激发管内壁的荧光物质而发出可见光。因为这种成分和日光很相似，所以，荧光灯也称日光灯。日光灯比霓虹灯又有新颖之处。霓虹灯只能用它五彩缤纷的灯光做广告使用。而它的亮度远不足为人们提供照明之用。而日光灯则可用作照明。霓虹灯是高压荧光灯，日光灯是低压荧光灯，日光灯又有它的新颖性，第二次世界大战后，日光灯作为新的照明灯具迅速进入家庭、学校、工厂、医院……
2.怎样判断一项小发明有没有新颖性呢？
可以从以下几个方面来看。
第一，以时间为标准来判断。在时间上，只要发明者在提出这项发明前，没有出现过功能、构思、制作、技术相同的作品或制作方法，它就具备了新颖性。
譬如，计算器的发明。1642年，法国一位只19岁的、后来成为数学家的帕斯卡看到当税务官的父亲计算税务很辛苦，便决心研制计算的机器，他发明的计算器是利用齿轮转动的原理制成的，不过只是一台原始的加法器。1671年，德国数学家莱布尼兹在帕斯卡计算器的基础上进行改进，历经23个年头，但不能准确完成计算。1802年，英国人托纳斯发现莱布尼兹的样机很符合科学要求，经过仔细研究分析，又增加了新内容，终于制成了可以进行加、减、乘、除的计算器。19世纪末，英国的波德文和瑞典的奥德纳又发明计算器，并先后取得计算器的专利权，于1892年在德国成批生产，并在市场公开出售，这些计算器的发明，时间上有先后，但是，它的结构和性能都不同，因此，在当时都认为是新颖的。
