开展创造教育,培养学生的创新素质 提高学生创造素质之法

　　当今物理教学应重视探究性学习的指导，引导学生通过科学探索活动和借助科学体验方式获取科学知识，逐步养成发现问题、研究问题、解决问题的科学习惯，不断提高自身的创新能力。那么，在物理教学中怎样做才能提升学生的创造力呢？原理物化是一个不错的选择，即，学好物理重探寻，原理物化促创新。
　　一、原理物化背景
　　一天，美国雷声公司的电工技师帕西・斯潘塞在做雷达起振的实验时，偶然发现放在上衣口袋里的巧克力糖融化了。帕西是一个喜欢思考的人，他没有放过这件偶然的事情，他在想：“好端端的，巧克力为什么融化了呢？”但是，随后又有一次，他刚刚爬上雷达的塔台，携带的巧克力又开始熔化了。看看四周，没有炉子，只有雷达正在发出强大的电磁波,他猜想电磁波具有加热食物的功能。经过一系列实验研究，他证实了这一猜测，发现了微波能引起食物内部分子运动并产生热量的原理。于是，世界上第一只微波炉于1947年在帕西手中诞生了，他实现了无需用火就能将食物“烹”熟的创举。
　　从1864年英国科学家麦克斯韦发现电磁波到微波炉的发明，前后不过80余年，人们就将一种物理原理转化成为一项实用技术，使无数家庭从中受益。这种原理物化的例子不胜枚举，所以说，物理原理来源于生活，还要服务于生活，更重要的是创造生活。而物理教学的目标就是要将物理原理与创新实践结合起来，鼓励学生灵活运用物理知识和科学原理，结合日常学习和生活中遇到的问题进行发明创造和技术革新，不断提高自己的创新能力。
　　原理物化1：压强原理的应用――恒定液位墨水瓶
　　如图1所示，该墨水瓶中的钢笔蘸水处的墨水液位保持恒定，使钢笔蘸水或吸水时墨汁不污笔。它所利用的就是物理知识中有关压强的原理：当使用钢笔吸水使蘸水处的液位降低后（低于导气管口），空气会进入墨水瓶中，此时瓶中压强增大，将水压了出来，直到瓶内的压强与蘸水口液面处的压强相等。而此时，瓶内的压强是由进入瓶内的空气产生的压强与墨水水柱（墨水液位差）产生的压强之和，而蘸水口液面处的压强是大气压。以此循环。
　　二、原理物化步骤
　　原理物化就是从某种科学原理出发，经过创造性思维设计，将抽象原理固化到某种新产品或新方法的创意和技术方案上，因此它是一种创造性的实践活动。首先，创造者需要运用所学科学原理和知识创作一个产品或一项新技术，这是创新精神的体现；其次，创造者为了发明新产品，还需要学习和掌握许多实用制作技术，其动手能力也会得到加强；第三，创造者通过创造性思维和动手制作，成功地将科学原理转化为实物，这将大大激发他们的学习兴趣和创造力。
　　通常，原理物化的创造模式如图2所示。
　　1.物理原理探究
　　物理原理都是由某种特定规律构建的，学习物理原理要做到知其然，还要知其所以然，决不能只满足于对内容的死记硬背。即不但要知道物理规律的内容，还必须了解它们产生的背景，以及它们是通过对哪些物理现象的分析归纳总结出来的；同时，要重视对物理原理、规律内涵的探究，尤其要重视实验探究，实验要尽可能自己动手做，自己发现或得到的规律（即使是重复别人的）更容易理解。
　　2.创造课题选择
　　引导学生用创造的眼光在日常学习、生活和社会活动中寻找不方便、不顺手的问题或者不满意的事物，然后结合所学过的物理知识和原理，进行有目的的发明创造或革新。
　　原理物化2：虹吸原理的应用――永不漏水的水槽
　　（1）生活问题：水槽的底部都接有一个排水装置，时间一长由于部件材料的老化导致缝隙加大而渗水，给生活带来麻烦。
　　（2）物理原理：虹吸原理
　　（3）发明创造：设计一个底部无出口的水槽，然后采用虹吸的办法向外排水，如图3所示。将活塞推杆下推到底，水被压入排水管，根据虹吸原理，水槽中的水源源不断地自动向外排出直到流光。向上拉活塞推杆到原位即可重复使用。由于该水槽的底部没有出水口，因此达到了永远不漏水的目的。
　　3.相关资料查询
　　为了不侵犯他人的知识产权，有必要对自己的创造目标进行调查，即市场调研、网上查询和专利检索。如果别人已经制作了相同或相似的产品，那么你就不能再继续研制了，否则就是白费功夫，不能获得知识产权。
　　4.物化模型设计
　　根据基本的科学原理，发挥自己的直觉和创意，设计出选题对象的形态、结构、方法与实施方案，设计方案以取材简单、结构巧妙、容易实现为佳。
　　原理物化3：法拉第电磁感应原理的应用――免电池遥控器
　　（1）生活问题：家用电器普遍都用上了遥控器，造成大量电池消耗，随之而来的是环境污染问题严重，因此需发明一种不用电池的遥控器。
　　（2）物理原理：法拉第电磁感应原理
　　（3）资料查询：①经专利查询，自发电手电筒已经存在，但免电池遥控器还没有，所以该项目可以研制；②研制时可参照自发电手电筒的原理，这样做符合发明创造的技法――移植发明法。或者，直接根据电磁感应原理进行制作。
　　5.其他技能辅助
　　顺理成章指的是写文章或做事情顺着条理就能做好，发明创造亦如此。在创造过程中，所有的科学原理、方法、技巧、经验和技术都是“理”，只有武装了这些“理”，你才能在“创造”的疆场上驰骋，到达成功的彼岸。所以，除了教会学生物理知识和原理外，还要向他们渗透一些创造方法和技巧，甚至培训一些实用制作技术，如组合发明法、机械加工技术等。只有这样，才有可能化虚为实，将无形的物理原理转化为有形的发明作品。
　　6.发明创造成果
　　按照事先设计的方案，制作一个模型进行测试，看看该设计方案是不是有效。然后，不断修改、完善，直至完成作品。
　　原理物化4：浮力原理的应用――水龙头停水未关保护器
　　（1）创造课题：有时候遇到停水情况，而水龙头又忘记了关闭，当突然来水时容易造成水的外溢，既浪费水资源，又会发生水渗漏而造成其他损失。创造一个来水即可关闭水路的装置。
　　（2）资料查询：《水龙头停水未关报警器》已经存在，其他未见相关报道。
　　（3）物理原理：浮力定义――物体在流体（包括液体和气体）中，上下表面所受的压力差。许多教师在验证该原理时曾做过一个重要实验――浮力消失了，如图4所示。
　　器材：大小适当的玻璃漏斗一个、乒乓球一只、红水一杯。
　　步骤：①将乒乓球有意揿入水中，松手后乒乓球很快浮起。②用手托住漏斗，将乒乓球放入其中，以大拇指按住乒乓球，将水倒入漏斗中，松开拇指，可见乒乓球不浮起，（这时漏斗柄下口有水流出，这是因为乒乓球与漏斗间不太密合）。③用手指堵住出水口，可见漏斗柄中水面逐渐上升，当水面升至乒乓球时，乒乓球迅即上浮。
　　（4）物化设计与实验：受到“浮力消失了”实验的启发，有个学生发明了《水龙头停水未关保护器》，其结构原理如图5所示。
　　材料：主体均选用PVC管材，大小自定；浮球应选橡胶材质的空心球。
　　验证：①将浮球从置球口置入；②将保护器进水管与自来水管道、出水管与水龙头分别连接好；③关闭自来水进水阀门，打开水龙头，让水流光；④打开自来水进水阀门，水龙头中的确无水流出，说明浮球下沉堵住了水的出口；⑤关闭水龙头后等一会，根据浮力原理，浮球应该上浮，再开水龙头，水应该流出，但没有水出来。实验失败，为什么呢？
　　探索：①水未流出，说明浮球没有上浮，即浮球没有浮力。什么原因呢？②事实上，验证的第④步就已经预示了问题的所在，由于浮球与光滑的管道壁之间无缝隙，导致无水流出，造成浮球下面永远无水（即使关闭水龙头也无用），所以浮球得不到浮力，浮不起来也就不足为怪了。③将浮球与出水口之间的管道壁处理得粗糙一些，使出水口有少量水漏出。④再重复验证一次，成功。
　　（5）创造成果：①选择合适的材料和一定尺寸制作出成品；②该保护器有一个缺陷，即浮球绝不能完全封闭出口，必须让少量的水流出，这样也会造成小部分水的浪费。因此，还要进行后续的研究，以完善该创造成果。
　　综上所述，物理教学不仅仅是为了提高学生的科学素养，而是要让学生学会创新、勇于创造，不断增强自己的技能。原理物化是一个非常有效的手段。
　　（责任编辑郭振玲）
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文