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从设计研究到发明创造
湖北黄冈市罗田县白庙河中学 周威

物理学本来就是具有实践、创造特点的学科，物理教学除了向学生传授物理学的知识，培养学生的观察、实践、分析能力外，更重要的是积极开发、培养学生的创新思维和创造能力．创造能力是指根据一定目的，运用已有的信息，产生出某种新颖独特、具有社会价值和个人价值的产品的智力品质。在物理教学中不能是将物理规律、定律直接告诉学生，而应该引导学生设计方案，运用已有的知识探究总结出物理规律、定律。而组织开展设计活动，是培养学生创新思维和创造能力的有效方式．设计，就是在正式做某项工作之前，根据一定的目的、要求预先制定方法、方案．在物理教学中结合物理知识，给出一些适当的具体研究课题，让学生设计出解决问题的方法、方案．设计是发明的开始，学生的设计大多是融入了丰富的想象，设计的难度大多不高，学生有能力完成。
一、探究性设计
初中物理课本中有很多前人已经成功完成的但又是学生第一次接触的课题，要鼓励学生不看教材自己动脑思考、设计，放心的让学生去大胆的探讨，让学生自己设计出研究、解决这些问题的方案．限于条件、设备和学生的知识、技能，老师可以提供一些器材，同时只要学生设计不必学生动手（如能动手则更好），让学生展示丰富的想象，去设计出与前人不同的或与前人相似的研究方法。如：摩擦力大小与什么因素有关；压强与压力、接触面积的关系；电流与电压、电阻的关系；电流通过导体产生的热量与电流、电阻、通电时间的关系……等课题，让学生探索用什么原理、器材、方法来研究解决这些课题，设计出研究方案充分交流讨论。必要时给出一些学生没有见过的器材，且教会学生使用，以启示、诱导学生的思维方向，减少设计的困难。同时注意辅导学习有困难的同学。会有不少学生能设计出各种不同的方法，课堂教学中，要让学生充分发表各自的设计思想和见解，且把这些方法加以比较．和书本上介绍的方法加以比较，在比较中让学生认识理解科学研究方法的科学性、实用性、简便性、准确性。如：《研究电磁铁》一课中，我鼓励学生自己分组探讨研究方法，讨论中某小组提出：课本上用“吸引大头针的数目”来显示磁性有无和强弱，认为不科学，用“看电磁铁能否吸引住圆铁柱”来显示磁性的强弱和有无更好，令人惊喜。
二、扩展性设计
现行教材中为我们设计了实验方案，大多数学生往往满足于按教材设计的方案进行实验，教师有意识的布置一些扩展性设计，学生兴趣浓厚，有利于培养学生创造能力。例如：
测密度实验中，我拿出体育课上用的铅球，要学生想办法鉴别它是否是铅做的。铅球的质量很好测出来，但铅球的体积用量筒测不出，同学们设计了很多方法，兴致勃勃的完成了任务。
继而提出问题：我手中有一条金项链，能设计一个鉴别它的仪器吗？同学们各抒己见，经过多次研究设计，反复论证，发明了能方便准确地工具“密度秤”。在研究电磁铁时，完成教材中任务后，我要求学生设计方案，进一步研究电磁铁的磁性强弱与内芯材料是否有关系，很快学生运用控制变量法设计出很多方案。

三、实用性设计
在教学中教师有意识地提出一些生活、生产中存在的实际问题，要求学生研究解决问题的方法，设计出解决问题的方案——选择器材，设计图纸。把学到的物理知识应用到实际问题中，边学边用，活学活用，把单纯接受知识的学生角色转化为能创造发明的设计者角色，激发学生兴趣，挖掘创造潜能．器材工具不充足时，可以让他们用电脑把自己的想法制作出来。生活中有待改进或解决的现实问题很多，如：泊车时要先下车开车库门，再上车开车，很麻烦，能不能不下车就可以打开车库门；一台又大又重的冰柜，不有起重设备，如何把它搬运到食堂；场上堆着一堆小麦，怎样估算出这堆小麦的重量；暑假里校园中花木无人浇水，怎样使通到花木边的自来水每天自动放水一次；能否利用空瓶子制作一个“小乐器“；能否在楼梯上装一盏灯，上楼时按开关灯就亮了，上完后按开关电灯就熄灭了；学习了课本上利用温度计、电磁继电器组成的温度自动控制装置，能否设计一个温度报警器，要求室内温度达到危险程度时红灯亮、电铃响报警；设计一个电路，只要我们一拍手就会自动播放音乐；设计一个可测磁场的电磁探测器……这些应用设计，只要学生愿意动一动脑子是能够完成的，许多同学对应用设计非常感兴趣，甚至有的达到废寝忘食的地步，虽然有些设计不切实际，幼雅笨拙，甚至不成功，但这足以调动学生创造发明的积极性，使学生在设计过程、方案选择中学会物理知识的综合运用，潜移默化中培养创新能力和创造能力．
四.课外设计
物理教材中已给出不少实验，这些实验着重培养学生观察、分析、判断、操作、表达能力．学完相关知识后教师给出相应的课题，引导学生在课外进行一些简单的设计，那怕是已经研究过的主题，这样既丰富了学生课外活动，又给学生提供了展示才能的机会。在设计中可以给出一些现代生活中先进的使用简便的器材，以提高设计问题的时代感、科技含量和引发学生的新奇感，如声控开关、光控开关，热敏元件、发光二极管等。对这些课外的设计，不管成绩优秀还是学习困难的学生都会拥跃思考、大胆提出各种各样，甚至连老师都想象不到的方案．比如：在研究压强大小与压力大小、受力面积的关系时，让学生在课外再设计方案研究，有几个学生设计并制作了这样的装置：取木板甲乙，甲上钉一只钉子，乙上钉了很多的钉子。将一大一小的两塑料袋A、B装满水，先后放在甲上，看到大的袋子A刺破了，研究压强大小与压力大小的关系；将大小相同的两塑料袋B、C装满水，分别放到甲乙上，看到B刺破了，C却完好无损，形象生动地研究出了压强大小与受力面积的关系。
设计是创造发明的前奏，组织设计活动是给学生一个思考、练习、创造发明的机会。通过组织设计活动使学生脑子开窍，创造发明的思路源源不断，成果层出不穷。如学生的设计方案比较成功，能够解决现实生活中没有解决的问题，有实用价值的移值、推广，而制作并不非常困难，则应鼓励和指导学生动手制作，把设计活动推向更高层次的发明创造阶段，让学生在创造发明尝试中获得更大成功．

2006.3.