基于解決問題的創(chuàng)新理念和方法

筆者在60歲之前的30年，一直致力于理化實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，到2010年2月退休年齡時(shí)，將所有各類理化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成果，進(jìn)行分類、匯總和整理，于2011年7月正式出版了68萬字的《中學(xué)理化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究》一書（2014年9月榮獲首屆國(guó)家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)）。我國(guó)技術(shù)教育頂級(jí)專家顧建軍教授評(píng)價(jià)：“本書在對(duì)理化新課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到示范教學(xué)的同時(shí)，對(duì)通用技術(shù)課程的實(shí)施也能起到良好的支撐，對(duì)廣大的通用技術(shù)教師的創(chuàng)造性教學(xué)提供積極的啟發(fā)?！盵1]該成果匯編通過鮮活的實(shí)驗(yàn)案例，揭示出被中小學(xué)師生廣泛認(rèn)同的基于解決問題的創(chuàng)新理念和方法——“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”，等同于技術(shù)設(shè)計(jì)過程。

1 確立“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”創(chuàng)新理念源于實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

1.1 金屬絲電阻率測(cè)定固定架的研究

普通高中物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)“測(cè)定金屬的電阻率”，是一個(gè)學(xué)習(xí)、掌握、運(yùn)用螺旋測(cè)微器的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，也是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶骄啃詫?shí)驗(yàn)。學(xué)生對(duì)于如何正確用螺旋測(cè)微器測(cè)定金屬絲的直徑及計(jì)算截面積，如何用伏安法測(cè)電阻都沒什么問題。問題在哪里呢？倒是要對(duì)極易忽視的該用哪些實(shí)驗(yàn)器材、什么實(shí)驗(yàn)裝置、如何減少實(shí)驗(yàn)誤差和提高實(shí)驗(yàn)精度方面應(yīng)引起足夠重視。

1.1.1 發(fā)現(xiàn)和明確問題

如何去測(cè)量金屬電阻絲的長(zhǎng)度問題，較多學(xué)生隨便拿一根電阻較大的捋得不怎么直的金屬絲，連到電路中就去測(cè)定它的電阻率，看似很簡(jiǎn)單，其實(shí)不然。如何將它拉直？如何改變其長(zhǎng)度且測(cè)量得又快又準(zhǔn)？這要有具體措施去保證。

1.1.2 設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)一個(gè)能持續(xù)拉直金屬絲且改變其長(zhǎng)度測(cè)電阻值比較方便的固定架，就能滿足實(shí)驗(yàn)便捷、測(cè)量精度高的要求。

1.1.3 技術(shù)制作

依據(jù)設(shè)計(jì)方案制作（組裝）一個(gè)如圖1所示金屬絲電阻率測(cè)定固定架。

1）組裝器材

光具座架1、光具座及附件金屬插桿4、雙孔有機(jī)玻璃片2、接線柱（帶帽）2、自制有機(jī)玻璃標(biāo)牌2、電阻絲（300W）約950mm、魚嘴夾導(dǎo)線2。

2）組裝方法（略）

1.1.4 技術(shù)試驗(yàn)

采用實(shí)際做實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)不斷改進(jìn)后其實(shí)驗(yàn)效果十分理想。

1.1.5 技術(shù)評(píng)價(jià)

（1）改變金屬絲長(zhǎng)度方便，測(cè)得的電阻較為準(zhǔn)確，求得的電阻率精度相對(duì)較高；

（2）金屬絲易拉直，測(cè)量其直徑或長(zhǎng)度均方便，實(shí)驗(yàn)省時(shí)間；

（3）光學(xué)、力學(xué)儀器用于電學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試了一儀多用、拓寬現(xiàn)有儀器使用范圍、開發(fā)低成本組裝式教具的探索工作；

（4）能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)，可培養(yǎng)他們的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和探究能力。

以上案例有力證明“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”的創(chuàng)新理念源于實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐。

2 運(yùn)用“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”創(chuàng)新理念是基于解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題

2.1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)為保護(hù)儀器而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

2007年筆者任物理實(shí)驗(yàn)員期間，曾被高一物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)四“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”困擾：學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)不但小車、滑輪或重物桶易被損壞；實(shí)驗(yàn)課堂秩序混亂；大部分學(xué)生難以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，即使完成其實(shí)驗(yàn)誤差也較大。經(jīng)觀察和分析，發(fā)現(xiàn)了重物落地迅急，極易撞損重物和砸傷地面；由重物下落并通過線繩牽引的勻加速前進(jìn)的小車，一不留神會(huì)翻過斜面板端頭的滑輪掉到地面被嚴(yán)重摔壞；滑輪極易被小車撞壞或使固定螺絲松動(dòng)等問題并通過研究，形成了解決問題的思路與方案（見圖2）：

（1）設(shè)計(jì)制作沙盤，置其于斜面板端定滑輪下面的地面上；實(shí)驗(yàn)時(shí)接納重物并消力；

（2）設(shè)計(jì)制作撞車器，將其安裝在斜面板接近滑輪一端，以碰阻勻加速行進(jìn)的小車，防止與滑輪接觸碰撞；

（3）調(diào)整線繩長(zhǎng)度，在重物落地時(shí)，使小車距滑輪約有20～30mm。

實(shí)驗(yàn)裝置采取保護(hù)措施后，具有以下特點(diǎn)和效果：

（1）防止了多種儀器被碰損，起到了很好保護(hù)作用；

（2）實(shí)驗(yàn)前經(jīng)維修的小車及滑輪摩擦力小，實(shí)驗(yàn)精度高；

（3）改善了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，保持了課堂秩序，學(xué)生情緒良好，實(shí)驗(yàn)效果好。

實(shí)驗(yàn)裝置的多處創(chuàng)新不僅解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題，也啟發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新的興趣，對(duì)其創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高具有積極意義。

3 “發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”是科學(xué)與技術(shù)課程融合教學(xué)的橋梁

3.1 基于光具座組裝的系列教具

基于光具座組裝的系列教具是挖掘校本教育資源，拓寬現(xiàn)有教學(xué)儀器用途，將繼承與創(chuàng)新結(jié)合，采用通用技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，以不太常用的光具座為主，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器（或其零件）和廢舊材料組裝而成的創(chuàng)新性低成本教具（見圖3）。

該套教具的設(shè)計(jì)、制作及使用過程，是通用技術(shù)實(shí)踐與物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新融合實(shí)施的過程，充分體現(xiàn)了技術(shù)的目的、創(chuàng)新、綜合、兩面、專利五大性質(zhì)和設(shè)計(jì)的創(chuàng)新、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀、技術(shù)規(guī)范、可持續(xù)七個(gè)原則，所以也是訓(xùn)練學(xué)生將知識(shí)與能力、過程與方法結(jié)合開展創(chuàng)新，且提升情感態(tài)度與價(jià)值觀的過程。

全套教具含6種11件（品名、制作及試驗(yàn)過程略），其綜合特點(diǎn)如下：

（1）將光具座的雙滑軌、四滑塊和一條刻度尺的特有功能，分別用于不同教具的設(shè)計(jì)中，是對(duì)通用技術(shù)設(shè)計(jì)方法的拓展性應(yīng)用；

（2）拓寬光具座使用范圍，把電學(xué)儀器稍加改進(jìn)后跨學(xué)科移植到力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、聲學(xué)領(lǐng)域做實(shí)驗(yàn)，賦予系列教具創(chuàng)新、實(shí)用性；

（3）利用現(xiàn)有儀器或其零件，由師生共同組裝教具并用于教學(xué)，既是對(duì)開發(fā)教具模式的大膽探索，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)腦動(dòng)手能力，符合新課改理念。

將現(xiàn)有物品用途一再拓展，設(shè)計(jì)出多種新作品，這是極有意義的“創(chuàng)新”，所以它對(duì)科學(xué)課程與技術(shù)課程的融合教學(xué)起到了橋梁作用。

綜上對(duì)三個(gè)案例所涉及問題的研究表明，“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”既是創(chuàng)新的過程，也是技術(shù)設(shè)計(jì)的過程，體現(xiàn)著濃郁的“學(xué)科統(tǒng)籌”思想；基于解決問題的創(chuàng)新理念和方法，就是不斷“發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”的過程。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：王楠]