开发拓展性课题 激扬创新性思维

陈 红

(杭州市建兰中学 浙江杭州 321002)

拓展性课题是以课本为依据,但又突破课本的束缚,具有开放性、实践性、探索性、创造性等特点的课题.创新思维是通过发现和应用事物的规律,预测、推测某种事物的存在与变化规律,或设计某种新事物的思维活动.科学探究本身就是一个充满创造性思维的过程,在培养科学思维能力方面有着不可替代的作用.因此在科学教学的活动中,教师要积极优化和拓展各种资源,挖掘创造性思维的因素,突破传统教学方式中对时间和空间的限制,从生活中选择和确定探究专题;在学生亲自动手实践体验的过程中,开拓思维,重视创新思维的形成过程,调动学生的思维积极性,为学生思维能力的发展提供良好的环境,使学生能在广阔的时空中展开思维的翅膀,有效地培养学生的创新思维.

1 自此及彼,培养发散思维

发散思维又叫求异思维,是指思维者突破思维定势而充分发挥想象力,针对问题从各个方面求解,并达到正确认识的创造性方法.

【课题1】探究自行车

小组成员利用两个早晨(7:20～8:20)对经过校门口的车流进行统计,发现约有78%的人骑自行车上班、上学,29%的人坐公交车,3%的人员用小汽车等其他交通工具.

小组成员对校自行车停车场、工厂停车场的车型进行了统计,并走访了本市自行车销售市场.抽样调查一天中自行车的销售情况,并设计了“自行车种类和需求意向”调查表(表1).

对自行车使用时间的长短和前后车胎及其他部件的磨损情况进行了分析对比,分别对轻便车、载重车、赛车、山地车、电动自行车的刹车性能进行实验测试,绘制了各种车型的“刹车速度 -路程关系图”(图1).结合所学能源、环境、材料等知识,提出新的设计方案.

表1 自行车种类和需求意向

图1 刹车速度-路程关系图

发散思维:车闸要改进、车速可改变、可设计节能环保型自行车、自行车行驶过程中要有更好的减震效果、尾灯反射面的改进等等.

创新方法:

(1)针对车闸有关部件的磨损程度,刹车的灵活性容易变化等,他们提出了:

1)改进刹车闸盘、闸盒及车圈的材料,增强耐磨性;

2)选用表面摩擦系数大的材料;

3)增长刹车车臂.

(2)为了提高变速效果,提出:

1)改进链条材料结构;

2)增加齿数;

3)增加转动过程的灵活性;

4)改变轮轴的性能并加粗轮轴;

5)用更轻而强度更大的纳米材料;

6)降低车把高度改进车的外形以减少行进过程中的阻力.

(3)根据需求意向中人们对车型、轻便、价格等因素以及对未来能源的开发利用,认为可以设计生产:

1)太阳能自行车;

2)燃气自行车;

3)风能自行车.

(4)对自行车的减震、照明等问题作了探讨和研究.

2 求异质疑,激活逆向思维

逆向思维,即反向思维的方法,是创造性思维的重要方式.

【课题2】托里拆利实验

[实验1]教材中的托里拆利实验

实验器材:水银若干,粗细不同长约1m一端开口、一端封闭的玻璃管各1根,水银槽1个,米尺1根,水平器1个,还有缝衣针、细线、漏斗等实验辅助器材.

实验步骤:

(1)把水银灌满玻璃管(排出管内空气);

(2)用手指堵住开口端把玻璃管倒立在水银槽中;

(3)放开手指(液柱下降,管内液面上方为真空);

(4)用米尺、水平器测量内外水银面高度差(约为76 cm);

(5)求出大气压的值.

逆向思维:什么情况下管内液面不下降而上升呢?

创新方法:若能使管内空气压强减小,大气压就可以把水银压入管中,使水银柱上升.

[实验2]学生吸水比赛

实验器材:长约2m和4m的硬塑料管各2根、果汁1瓶,桌子、凳子等辅助器材.

实验步骤:

(1)选派吸水比赛代表(一高个男生,一矮个女生);

(2)把长约为4m的塑料管一头插入果汁瓶中吸果汁(果汁在管中上升,但两人所吸果汁高度一样,难分高低);

(3)两学生都站到2楼,用长4m的管子及用同样方法吸果汁(女生反比男生吸得更高);

(4)继续比赛(结果又难分高低).

如何才能比出高低呢?

创新方法:用更长的管子来比赛吸水,可以比出高低.

[实验3]用水做托里拆利实验(1)

实验器材:长约11m的硬塑料管1根,装上有颜色水的水槽,卷尺1个,剪刀等.

实验步骤:用嘴吸水,欲使水柱充满整根管子.

说明:实验2的正向思维,但管中水柱断裂,实验失败.

逆向思维:把水吸入管中改为把水压入管中.

创新方法:利用水柱的压强把空气压出塑料管.

[实验4]用水做托里拆利实验(2)

实验器材:同实验3.

实验思路、步骤和现象:

(1)把管子一端接在水龙头下(自来水把管子中的空气、断裂水柱压出管外,管中充满自来水);

(2)再利用虹吸现象把管中自来水压出而充入有色水(极易成功);

(3)封闭两端管口(用火烧至熔化压匾捏紧);

(4)把管子倒在水槽中(上端管口位于四楼高处);

(5)在水中把下端管口剪破(液面下降至内外水柱高度差约10m左右);

(6)计算并同实验2结果对比.

设疑猜想:如果把约4m长的管子灌满水后倒立水槽中,也把上端管口剪破,如何?

正向思维:大气压能支持约10m高水柱,猜想:液柱上升.

逆向思维:猜想:液柱下降.

[实验5]大气压压落水柱实验

实验器材:为长约4m的管子,其他同实验4.

实验步骤:

(1)灌水;

(2)倒立;

(3)剪破上端管口(剪破后,管内上方和大气相通,液柱下降,直到内外水面相平).

同学们敢于打破常规,克服正向思维定势的影响,正向思维与逆向思维交替运用,从逆向寻求解决问题的途径,使同学们的逆向思维得到训练,达到开拓思路的目的.

3 比较收敛,激发创新思维

收敛思维是在已有的众多信息中寻找最佳的解决问题方法的思维过程,综合考察各种思维成果,进行综合比较和分析.在学习了全部力学内容之后,我们安排了“秤的研究和创新”这一拓展性课题,运用已学的实验理论和技能,设计出“秤”的创新方案.

【课题3】秤的设计

同学们运用所学的实验原理和方法,以电子秤、台式弹簧秤、杆秤、手提弹簧秤为对象展开了积极的探究.

比较与分析:比较和误差分析如表2和表3.

表2 使用原理、操作方法、功能的比较

表3 误差大小及误差产生原因分析

电子秤具有功能多、感量小、方便读数和计算、准确度较高等多种优点,但较笨重,携带不方便,售价较高.杆秤、手提式和台式弹簧秤虽使用方便,但存在功能较少,准确度较低,不良商贩易作弊等缺点.

创新设计:学生们根据各种秤的原理、功能、操作方法,进行了改进、组合等创新设计.他们首先对原有的“秤”在外形、精度等方面进行了改进.还利用液压原理设计了“液压秤”和根据阿基米德原理制作了“浮力秤”.扩展了杆秤和手提秤的的功能.根据浮力知识、杠杆平衡条件及弹簧的长度变化与外力的关系制作了“杠杆密度计”、“弹簧密度计”等.

思维能力的提高和发展,必须在创造性的实践活动中进行.让同学们亲自动手,在“做”中思考,在“做”中创新.