陳 紅

(杭州市建蘭中學(xué) 浙江杭州 321002)

拓展性課題是以課本為依據(jù),但又突破課本的束縛,具有開放性、實(shí)踐性、探索性、創(chuàng)造性等特點(diǎn)的課題.創(chuàng)新思維是通過發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用事物的規(guī)律,預(yù)測、推測某種事物的存在與變化規(guī)律,或設(shè)計(jì)某種新事物的思維活動.科學(xué)探究本身就是一個(gè)充滿創(chuàng)造性思維的過程,在培養(yǎng)科學(xué)思維能力方面有著不可替代的作用.因此在科學(xué)教學(xué)的活動中,教師要積極優(yōu)化和拓展各種資源,挖掘創(chuàng)造性思維的因素,突破傳統(tǒng)教學(xué)方式中對時(shí)間和空間的限制,從生活中選擇和確定探究專題;在學(xué)生親自動手實(shí)踐體驗(yàn)的過程中,開拓思維,重視創(chuàng)新思維的形成過程,調(diào)動學(xué)生的思維積極性,為學(xué)生思維能力的發(fā)展提供良好的環(huán)境,使學(xué)生能在廣闊的時(shí)空中展開思維的翅膀,有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.

1 自此及彼,培養(yǎng)發(fā)散思維

發(fā)散思維又叫求異思維,是指思維者突破思維定勢而充分發(fā)揮想象力,針對問題從各個(gè)方面求解,并達(dá)到正確認(rèn)識的創(chuàng)造性方法.

【課題1】探究自行車

小組成員利用兩個(gè)早晨(7:20～8:20)對經(jīng)過校門口的車流進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)約有78%的人騎自行車上班、上學(xué),29%的人坐公交車,3%的人員用小汽車等其他交通工具.

小組成員對校自行車停車場、工廠停車場的車型進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),并走訪了本市自行車銷售市場.抽樣調(diào)查一天中自行車的銷售情況,并設(shè)計(jì)了“自行車種類和需求意向”調(diào)查表(表1).

對自行車使用時(shí)間的長短和前后車胎及其他部件的磨損情況進(jìn)行了分析對比,分別對輕便車、載重車、賽車、山地車、電動自行車的剎車性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,繪制了各種車型的“剎車速度 -路程關(guān)系圖”(圖1).結(jié)合所學(xué)能源、環(huán)境、材料等知識,提出新的設(shè)計(jì)方案.

表1 自行車種類和需求意向

圖1 剎車速度-路程關(guān)系圖

發(fā)散思維:車閘要改進(jìn)、車速可改變、可設(shè)計(jì)節(jié)能環(huán)保型自行車、自行車行駛過程中要有更好的減震效果、尾燈反射面的改進(jìn)等等.

創(chuàng)新方法:

(1)針對車閘有關(guān)部件的磨損程度,剎車的靈活性容易變化等,他們提出了:

1)改進(jìn)剎車閘盤、閘盒及車圈的材料,增強(qiáng)耐磨性;

2)選用表面摩擦系數(shù)大的材料;

3)增長剎車車臂.

(2)為了提高變速效果,提出:

1)改進(jìn)鏈條材料結(jié)構(gòu);

2)增加齒數(shù);

3)增加轉(zhuǎn)動過程的靈活性;

4)改變輪軸的性能并加粗輪軸;

5)用更輕而強(qiáng)度更大的納米材料;

6)降低車把高度改進(jìn)車的外形以減少行進(jìn)過程中的阻力.

(3)根據(jù)需求意向中人們對車型、輕便、價(jià)格等因素以及對未來能源的開發(fā)利用,認(rèn)為可以設(shè)計(jì)生產(chǎn):

1)太陽能自行車;

2)燃?xì)庾孕熊?

3)風(fēng)能自行車.

(4)對自行車的減震、照明等問題作了探討和研究.

2 求異質(zhì)疑,激活逆向思維

逆向思維,即反向思維的方法,是創(chuàng)造性思維的重要方式.

【課題2】托里拆利實(shí)驗(yàn)

[實(shí)驗(yàn)1]教材中的托里拆利實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)器材:水銀若干,粗細(xì)不同長約1m一端開口、一端封閉的玻璃管各1根,水銀槽1個(gè),米尺1根,水平器1個(gè),還有縫衣針、細(xì)線、漏斗等實(shí)驗(yàn)輔助器材.

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)把水銀灌滿玻璃管(排出管內(nèi)空氣);

(2)用手指堵住開口端把玻璃管倒立在水銀槽中;

(3)放開手指(液柱下降,管內(nèi)液面上方為真空);

(4)用米尺、水平器測量內(nèi)外水銀面高度差(約為76 cm);

(5)求出大氣壓的值.

逆向思維:什么情況下管內(nèi)液面不下降而上升呢?

創(chuàng)新方法:若能使管內(nèi)空氣壓強(qiáng)減小,大氣壓就可以把水銀壓入管中,使水銀柱上升.

[實(shí)驗(yàn)2]學(xué)生吸水比賽

實(shí)驗(yàn)器材:長約2m和4m的硬塑料管各2根、果汁1瓶,桌子、凳子等輔助器材.

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)選派吸水比賽代表(一高個(gè)男生,一矮個(gè)女生);

(2)把長約為4m的塑料管一頭插入果汁瓶中吸果汁(果汁在管中上升,但兩人所吸果汁高度一樣,難分高低);

(3)兩學(xué)生都站到2樓,用長4m的管子及用同樣方法吸果汁(女生反比男生吸得更高);

(4)繼續(xù)比賽(結(jié)果又難分高低).

如何才能比出高低呢?

創(chuàng)新方法:用更長的管子來比賽吸水,可以比出高低.

[實(shí)驗(yàn)3]用水做托里拆利實(shí)驗(yàn)(1)

實(shí)驗(yàn)器材:長約11m的硬塑料管1根,裝上有顏色水的水槽,卷尺1個(gè),剪刀等.

實(shí)驗(yàn)步驟:用嘴吸水,欲使水柱充滿整根管子.

說明:實(shí)驗(yàn)2的正向思維,但管中水柱斷裂,實(shí)驗(yàn)失敗.

逆向思維:把水吸入管中改為把水壓入管中.

創(chuàng)新方法:利用水柱的壓強(qiáng)把空氣壓出塑料管.

[實(shí)驗(yàn)4]用水做托里拆利實(shí)驗(yàn)(2)

實(shí)驗(yàn)器材:同實(shí)驗(yàn)3.

實(shí)驗(yàn)思路、步驟和現(xiàn)象:

(1)把管子一端接在水龍頭下(自來水把管子中的空氣、斷裂水柱壓出管外,管中充滿自來水);

(2)再利用虹吸現(xiàn)象把管中自來水壓出而充入有色水(極易成功);

(3)封閉兩端管口(用火燒至熔化壓匾捏緊);

(4)把管子倒在水槽中(上端管口位于四樓高處);

(5)在水中把下端管口剪破(液面下降至內(nèi)外水柱高度差約10m左右);

(6)計(jì)算并同實(shí)驗(yàn)2結(jié)果對比.

設(shè)疑猜想:如果把約4m長的管子灌滿水后倒立水槽中,也把上端管口剪破,如何?

正向思維:大氣壓能支持約10m高水柱,猜想:液柱上升.

逆向思維:猜想:液柱下降.

[實(shí)驗(yàn)5]大氣壓壓落水柱實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)器材:為長約4m的管子,其他同實(shí)驗(yàn)4.

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)灌水;

(2)倒立;

(3)剪破上端管口(剪破后,管內(nèi)上方和大氣相通,液柱下降,直到內(nèi)外水面相平).

同學(xué)們敢于打破常規(guī),克服正向思維定勢的影響,正向思維與逆向思維交替運(yùn)用,從逆向?qū)で蠼鉀Q問題的途徑,使同學(xué)們的逆向思維得到訓(xùn)練,達(dá)到開拓思路的目的.

3 比較收斂,激發(fā)創(chuàng)新思維

收斂思維是在已有的眾多信息中尋找最佳的解決問題方法的思維過程,綜合考察各種思維成果,進(jìn)行綜合比較和分析.在學(xué)習(xí)了全部力學(xué)內(nèi)容之后,我們安排了“秤的研究和創(chuàng)新”這一拓展性課題,運(yùn)用已學(xué)的實(shí)驗(yàn)理論和技能,設(shè)計(jì)出“秤”的創(chuàng)新方案.

【課題3】秤的設(shè)計(jì)

同學(xué)們運(yùn)用所學(xué)的實(shí)驗(yàn)原理和方法,以電子秤、臺式彈簧秤、桿秤、手提彈簧秤為對象展開了積極的探究.

比較與分析:比較和誤差分析如表2和表3.

表2 使用原理、操作方法、功能的比較

表3 誤差大小及誤差產(chǎn)生原因分析

電子秤具有功能多、感量小、方便讀數(shù)和計(jì)算、準(zhǔn)確度較高等多種優(yōu)點(diǎn),但較笨重,攜帶不方便,售價(jià)較高.桿秤、手提式和臺式彈簧秤雖使用方便,但存在功能較少,準(zhǔn)確度較低,不良商販易作弊等缺點(diǎn).

創(chuàng)新設(shè)計(jì):學(xué)生們根據(jù)各種秤的原理、功能、操作方法,進(jìn)行了改進(jìn)、組合等創(chuàng)新設(shè)計(jì).他們首先對原有的“秤”在外形、精度等方面進(jìn)行了改進(jìn).還利用液壓原理設(shè)計(jì)了“液壓秤”和根據(jù)阿基米德原理制作了“浮力秤”.擴(kuò)展了桿秤和手提秤的的功能.根據(jù)浮力知識、杠桿平衡條件及彈簧的長度變化與外力的關(guān)系制作了“杠桿密度計(jì)”、“彈簧密度計(jì)”等.

思維能力的提高和發(fā)展,必須在創(chuàng)造性的實(shí)踐活動中進(jìn)行.讓同學(xué)們親自動手,在“做”中思考,在“做”中創(chuàng)新.