基于解决问题的创新理念和方法

2016-04-01韩独石

科技视界 2016年7期

笔者在60岁之前的30年，一直致力于理化实验教学工作，到2010年2月退休年龄时，将所有各类理化实验创新成果，进行分类、汇总和整理，于2011年7月正式出版了68万字的《中学理化实验创新研究》一书（2014年9月荣获首届国家级教学成果二等奖）。我国技术教育顶级专家顾建军教授评价：“本书在对理化新课程的实验教学起到示范教学的同时，对通用技术课程的实施也能起到良好的支撑，对广大的通用技术教师的创造性教学提供积极的启发。”[1]该成果汇编通过鲜活的实验案例，揭示出被中小学师生广泛认同的基于解决问题的创新理念和方法——“发现问题、研究问题、解决问题”，等同于技术设计过程。

1 确立“发现问题、研究问题、解决问题”创新理念源于实验教学实践

1.1 金属丝电阻率测定固定架的研究

普通高中物理学生实验“测定金属的电阻率”，是一个学习、掌握、运用螺旋测微器的实验，同时，也是一个培养学生设计实验能力的探究性实验。学生对于如何正确用螺旋测微器测定金属丝的直径及计算截面积，如何用伏安法测电阻都没什么问题。问题在哪里呢？倒是要对极易忽视的该用哪些实验器材、什么实验装置、如何减少实验误差和提高实验精度方面应引起足够重视。

1.1.1 发现和明确问题

如何去测量金属电阻丝的长度问题，较多学生随便拿一根电阻较大的捋得不怎么直的金属丝，连到电路中就去测定它的电阻率，看似很简单，其实不然。如何将它拉直？如何改变其长度且测量得又快又准？这要有具体措施去保证。

1.1.2 设计方案

设计一个能持续拉直金属丝且改变其长度测电阻值比较方便的固定架，就能满足实验便捷、测量精度高的要求。

1.1.3 技术制作

依据设计方案制作（组装）一个如图1所示金属丝电阻率测定固定架。

1）组装器材

光具座架1、光具座及附件金属插杆4、双孔有机玻璃片2、接线柱（带帽）2、自制有机玻璃标牌2、电阻丝（300W）约950mm、鱼嘴夹导线2。

2）组装方法（略）

1.1.4 技术试验

采用实际做实验的方法进行试验，经不断改进后其实验效果十分理想。

1.1.5 技术评价

（1）改变金属丝长度方便，测得的电阻较为准确，求得的电阻率精度相对较高；

（2）金属丝易拉直，测量其直径或长度均方便，实验省时间；

（3）光学、力学仪器用于电学实验，尝试了一仪多用、拓宽现有仪器使用范围、开发低成本组装式教具的探索工作；

（4）能启发学生的创新思维意识，可培养他们的科学严谨态度和探究能力。

以上案例有力证明“发现问题、研究问题、解决问题”的创新理念源于实验教学实践。

2 运用“发现问题、研究问题、解决问题”创新理念是基于解决实验教学问题

2.1 学生实验时为保护仪器而改进实验装置

2007年笔者任物理实验员期间，曾被高一物理学生实验四“研究匀变速直线运动”困扰：学生实验操作时不但小车、滑轮或重物桶易被损坏；实验课堂秩序混乱；大部分学生难以完成实验任务，即使完成其实验误差也较大。经观察和分析，发现了重物落地迅急，极易撞损重物和砸伤地面；由重物下落并通过线绳牵引的匀加速前进的小车，一不留神会翻过斜面板端头的滑轮掉到地面被严重摔坏；滑轮极易被小车撞坏或使固定螺丝松动等问题并通过研究，形成了解决问题的思路与方案（见图2）：

（1）设计制作沙盘，置其于斜面板端定滑轮下面的地面上；实验时接纳重物并消力；

（2）设计制作撞车器，将其安装在斜面板接近滑轮一端，以碰阻匀加速行进的小车，防止与滑轮接触碰撞；

（3）调整线绳长度，在重物落地时，使小车距滑轮约有20～30mm。

实验装置采取保护措施后，具有以下特点和效果：

（1）防止了多种仪器被碰损，起到了很好保护作用；

（2）实验前经维修的小车及滑轮摩擦力小，实验精度高；

（3）改善了实验环境，保持了课堂秩序，学生情绪良好，实验效果好。

实验装置的多处创新不仅解决了实验教学中的问题，也启发了学生对实验改进和创新的兴趣，对其创新能力的培养和提高具有积极意义。

3 “发现问题、研究问题、解决问题”是科学与技术课程融合教学的桥梁

3.1 基于光具座组装的系列教具

基于光具座组装的系列教具是挖掘校本教育资源，拓宽现有教学仪器用途，将继承与创新结合，采用通用技术的设计理念，以不太常用的光具座为主，利用实验室现有仪器（或其零件）和废旧材料组装而成的创新性低成本教具（见图3）。

该套教具的设计、制作及使用过程，是通用技术实践与物理实验创新融合实施的过程，充分体现了技术的目的、创新、综合、两面、专利五大性质和设计的创新、实用、经济、美观、技术规范、可持续七个原则，所以也是训练学生将知识与能力、过程与方法结合开展创新，且提升情感态度与价值观的过程。