唐勇 林震蒼 王學(xué)光

摘? ?要：文章論述了如何基于中學(xué)生科創(chuàng)來培養(yǎng)物理尖子生，嘗試通過科創(chuàng)項(xiàng)目來鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維，培育他們科學(xué)探究的基本素養(yǎng)，并從“創(chuàng)意激發(fā)”“資源支持”和“成果檢驗(yàn)”三個(gè)維度解析了中學(xué)生科創(chuàng)流程，通過科創(chuàng)讓學(xué)生體驗(yàn)差異化思考，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，學(xué)以致用，知行合一。

關(guān)鍵詞：中學(xué)生科創(chuàng);頭腦風(fēng)暴;創(chuàng)新思維培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2019）12-0074-3

21世紀(jì)呼喚創(chuàng)新型人才，誰(shuí)擁有更多的創(chuàng)新人才，誰(shuí)才能贏得未來，而人才的培養(yǎng)源于我們的教育。

本文利用中學(xué)生科創(chuàng)這個(gè)突破口來培養(yǎng)物理尖子生，給他們“開知識(shí)小灶”和“補(bǔ)思維短板”。

接下來以一道省級(jí)科創(chuàng)項(xiàng)目為例來解讀如何通過科創(chuàng)培養(yǎng)物理尖子生：

裝載水杯的小車，自斜坡頂端下滑，在碰到障礙物后，如何讓杯中水溢出最少（水杯不能加遮蓋）？

1? ? 貴在真實(shí)

中學(xué)生科創(chuàng)，貴在真實(shí)地鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，而不是苛求拿出“超水平”的作品。

我們拿到科創(chuàng)課題后，沒有去簡(jiǎn)單地指定學(xué)生參加這個(gè)活動(dòng)，也沒有幫學(xué)生去做作品，而是將這次活動(dòng)舉辦成校際科創(chuàng)比賽，凡是有興趣的學(xué)生都可參與。報(bào)名結(jié)果令人驚喜，愿意參與科創(chuàng)的學(xué)生有數(shù)十位之多，中學(xué)生對(duì)探索未知的熱情，確實(shí)超乎想象。

2? ? “頭腦風(fēng)暴”

拿到課題之后，我們科創(chuàng)指導(dǎo)老師迅速構(gòu)思了一兩個(gè)設(shè)計(jì)方案。但是我們并不打算透露想法給科創(chuàng)小組的成員，老師提前透露想法很容易影響到學(xué)生自己的判斷，會(huì)違背舉辦科創(chuàng)比賽的初衷。在科創(chuàng)訓(xùn)練中，學(xué)生需要避免“思維固化”，老師更多扮演的是“引導(dǎo)者”的角色——我們傾向于采用“頭腦風(fēng)暴”的方式來激發(fā)科創(chuàng)小組的想象力和創(chuàng)造力。

“頭腦風(fēng)暴”是一種近似于無限制的自由聯(lián)想和討論，這種自由而熱烈的討論很容易點(diǎn)燃討論者的智慧火花。教學(xué)方法中的“小組討論”就比較像輕度的“頭腦風(fēng)暴”。采用“頭腦風(fēng)暴”法教學(xué)時(shí)，師生都應(yīng)力求真誠(chéng)和寬容，圍繞問題本身進(jìn)行思考和討論，避免狡辯乃至詭辯。一個(gè)良好的“頭腦風(fēng)暴”氛圍會(huì)激發(fā)學(xué)生的思考，也會(huì)鍛煉他們交流與合作的能力。

拿到科創(chuàng)課題后，科創(chuàng)小組成員首先討論了這個(gè)問題的“探究本質(zhì)”，他們經(jīng)過激烈的辯論，最終達(dá)成一致觀點(diǎn)：這道題考查的知識(shí)是“慣性”和“能量轉(zhuǎn)化”。自斜坡頂端滑下時(shí)，小車整體的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，當(dāng)小車撞到障礙物從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變成靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，車上搭載的水由于具有慣性，會(huì)繼續(xù)保持運(yùn)動(dòng)，從杯中灑出而導(dǎo)致?lián)p失。

從科學(xué)原理來看，這個(gè)課題比較簡(jiǎn)單。但是真正實(shí)踐起來，就會(huì)發(fā)現(xiàn)想要讓水完全沒有損失，是需要精心設(shè)計(jì)的?？苿?chuàng)小組提出了好幾種設(shè)計(jì)方案，奇思妙想，創(chuàng)意頻出，有一兩種方案更是突破常規(guī)，獨(dú)樹一幟。

設(shè)計(jì)方案甲：給小車增加緩沖裝備。這個(gè)設(shè)計(jì)方案是最先被提出的，而且支持的人數(shù)是最多的，指導(dǎo)老師們第一時(shí)間想到的也是這種方案。

設(shè)計(jì)方案乙：減少杯中水的質(zhì)量。這個(gè)設(shè)計(jì)方案乍聽比較離譜，因?yàn)檎n題要求的是減少水的損失，結(jié)果方案設(shè)計(jì)者卻主動(dòng)減少了水的質(zhì)量。但是學(xué)生的理由是符合科學(xué)道理的：慣性的大小和物體的質(zhì)量有關(guān)，減少水的質(zhì)量可以減少水的慣性。聽了學(xué)生的解釋之后。老師們雖然心里犯嘀咕，但是也鼓勵(lì)他把這個(gè)方案做出來，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在創(chuàng)新思維的培養(yǎng)過程中，指導(dǎo)老師要盡量保護(hù)學(xué)生的創(chuàng)意，不能輕易否定學(xué)生的想法。我們要的不是一個(gè)想法，我們要的是一個(gè)懂得思考和喜歡思考的人。

設(shè)計(jì)方案丙：用一根擺線將水杯懸空吊起來。這個(gè)方案是一個(gè)初三學(xué)生提出來的，他曾做過水杯做圓周甩動(dòng)而水不會(huì)灑落的實(shí)驗(yàn)，所以自然而然地將這種創(chuàng)意用到了設(shè)計(jì)之中。聽完他的設(shè)計(jì)，我們指導(dǎo)老師不禁相視一笑，心里都認(rèn)定這種方案很可能是最佳方案。但是我們依然鼓勵(lì)他先做出模型，然后進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)方案?。航o小車安裝摩擦系數(shù)很大的車輪，讓小車慢速滑動(dòng)。這個(gè)設(shè)計(jì)方案最令人意想不到。我們事后采訪了很多參賽者，絕大部分參賽者都在小車緩沖和水杯保護(hù)上動(dòng)腦筋。而直接讓小車以超慢速滑行的設(shè)計(jì)方案，出乎了我們指導(dǎo)老師的意料，也出乎了很多參賽者的意料。所以，我們也鼓勵(lì)學(xué)生做出模型來。而且令我們驚喜的是，當(dāng)指導(dǎo)老師“友善”地提醒學(xué)生摩擦系數(shù)很大的小車輪不好找時(shí)，學(xué)生的解決方法非常有創(chuàng)意：在普通車輪上粘貼不同粘度的雙面膠，從而獲得不同摩擦系數(shù)的車輪。學(xué)生提出創(chuàng)意并能自主解決不足之處，這本身就是一種思維提升。

3? ? 資源支持

經(jīng)過數(shù)輪“頭腦風(fēng)暴”，科創(chuàng)小組最終確定了四種設(shè)計(jì)方案，但是方案終究是方案，是紙面上的東西，我們需要學(xué)生把方案落實(shí)為成果。而在制作模型的過程中，學(xué)生需要很多資源支持，比如，需要科創(chuàng)老師提供電腦給學(xué)生查資料，需要科創(chuàng)老師給他們提供木板、鋸子、膠水等必備用品，開放通用技術(shù)教室給科創(chuàng)小組作場(chǎng)地。同時(shí)，也需要學(xué)生自己從生活中發(fā)掘材料，比如海綿、氣泡墊、棉花和雙面膠等。沒有資源支持，學(xué)生很難有好的作品。就像一顆好的種子，沒有好的土壤和好的環(huán)境，也很難成長(zhǎng)為棟梁之材。

4? ? 搭建平臺(tái)，檢驗(yàn)成果

經(jīng)過兩個(gè)星期左右的精心準(zhǔn)備，科創(chuàng)小組成員分別制作好了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并在指?dǎo)老師的見證下，依次展開無防護(hù)器具的小車碰撞實(shí)驗(yàn)和使用了防護(hù)措施的小車碰撞實(shí)驗(yàn)，并收集了各次小車碰撞實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1? 無防護(hù)器具的小車碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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方案甲：緩沖型設(shè)計(jì)。小車模型分別在30°、45°角的斜坡（斜坡長(zhǎng)度：100 cm;材質(zhì)：木板）上進(jìn)行數(shù)次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2? 緩沖型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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通過表2數(shù)據(jù)可知緩沖型設(shè)計(jì)在斜坡角度較小時(shí)，對(duì)水杯中的水有一定的保護(hù)作用，但是角度變大后，保護(hù)效果很弱，海綿的形變會(huì)帶動(dòng)小車前后搖晃，水量損失較大。

方案乙：減少車上杯中水的質(zhì)量和體積。小車模型分別在30°、45°角的斜坡上各進(jìn)行數(shù)次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3? ?減少杯中水的質(zhì)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：減少杯中水的質(zhì)量這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)無法保護(hù)杯中的水，水量損失非常大。

方案丙：水杯懸掛式設(shè)計(jì)。該方案小車模型（如圖1所示）由于采用了水杯懸掛設(shè)計(jì)，重復(fù)前述實(shí)驗(yàn)步驟，撞擊到障礙物后，水杯不會(huì)靜止而是進(jìn)入擺動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而將水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。該方案碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

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圖1? 水杯懸掛式實(shí)驗(yàn)裝置圖

表4? 水杯懸掛式小車模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：杯子中的水幾乎沒有任何損失。取得了非常好的保護(hù)效果。

方案?。涸龃筌囕喣Σ亮υO(shè)計(jì)。該小組在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，不斷根據(jù)斜坡的角度調(diào)整車輪上的雙面膠的粘度，進(jìn)而改變小車車輪的摩擦系數(shù)，操作的復(fù)雜度比其他設(shè)計(jì)都大。重復(fù)前面實(shí)驗(yàn)步驟，結(jié)果顯示：在角度較小的斜坡下，車上的水量損失較少，但是車容易卡在斜坡上靜止不動(dòng)。在斜坡角度偏大時(shí)，水量損失依然比較多。 具體碰撞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5所示。

表5? 增大車輪摩擦力小車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

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經(jīng)過這次科創(chuàng)訓(xùn)練，無論實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何，科創(chuàng)小組成員的探究能力都得到了一定的提高。而且指導(dǎo)老師也切身感受到科創(chuàng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作用?！奥槿鸽m小，五臟俱全”，一次小型的科創(chuàng)讓學(xué)生們完整地體驗(yàn)了科學(xué)探究過程。

5? ? 心得體會(huì)

在進(jìn)行科創(chuàng)教學(xué)時(shí)，指導(dǎo)老師應(yīng)盡量做到如下幾點(diǎn)：第一，讓學(xué)生保持足夠的獨(dú)立性，讓學(xué)生有足夠的獨(dú)立思考和獨(dú)立實(shí)踐的時(shí)間。第二，鼓勵(lì)學(xué)生交流和協(xié)作，現(xiàn)代的科研工作往往都是幾人協(xié)作乃至幾百人的協(xié)作，“閉門造車”式的科研已經(jīng)不太適應(yīng)時(shí)代的要求。所以在進(jìn)行科創(chuàng)教學(xué)時(shí)，指導(dǎo)老師應(yīng)該有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生交流和協(xié)作的能力。第三，學(xué)校和指導(dǎo)老師要積極配合學(xué)生，提供必要的研究資源。我們的學(xué)生是不缺創(chuàng)意的，但如果不重視科創(chuàng)，便會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)意往往只停留在紙面上，最后束之高閣。

中學(xué)生科創(chuàng)訓(xùn)練能讓學(xué)生享受主動(dòng)探究的樂趣?？茖W(xué)的高峰布滿荊棘，非熱愛和堅(jiān)持不足以攀登。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈偉云.基于科學(xué)思維品質(zhì)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略研究[J].物理教師，2016，36（9）：14-16.

[2]張玉玲.“頭腦風(fēng)暴”法在初中物理教學(xué)中的運(yùn)用[J].物理教學(xué)探討，2010，28（6）：19-20.

[3]宋海峰.物理尖子生是怎樣“煉”成的[J].物理教師，2012，32（2）：16-17.

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）