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1、中国科协2049青少年科学素质培育行动计划研究课题中学生发明活动方案厦门一中 黄建通发明活动是青少年科技教育活动的主要形式之一。在中学开展发明活动对开发学生的创造力十分有益，是培养青少年科学素养、提高中学生综合实践能力的重要途径。本方案依据中学生特点和知识水平及自学能力，以厦门一中学生发明活动现有的形式为基础，因校制宜地提出另一些拓展性改进措施，形成一个具有可操作、可持续发展的具体活动方案。本活动方案是我校在若干年内发明活动的指导性方案，亦可作为其他中学开展发明活动的参考方案。一、活动背景 学生创新能力的培养需要学校构筑一个活动平台，这个活动平台包括对发明活动的高度重视、活动时间和经费的保证、
2、师资力量、培训教材、活动场所和必要的设备等诸多因素，这是学校开展发明活动的前提条件。厦门一中是福建省重点中学，1994年通过一级达标学校评审， 2001年被评为“全国科技教育先进单位”。从1982年起，我校开展了发明与制作的科技活动，并长期参加各级的科技竞赛。20多年来，我校学生的作品共摘取市级以上奖牌111枚（其中国际级奖牌5枚、国家级奖牌35枚），涌现出一批具有创新精神和动力实践能力的科技人才，他们分别获得中国少年科学院小院士、长江小小科学家、福建省小科学家、福建省小发明家等称号。我校实施本发明活动方案具有下列有利条件：（1）有扎实的活动基础。发明活动是我校科技活动的一个亮点，是传统的竞赛
3、项目，有着广泛的群众基础和长期的经验积累。（2）有雄厚的物质基础。学校为学生的发明活动创立了发明活动基地，设置了活动室、展览室、钳工室及车床等相关设备。积极支持开展各种形式的发明与制作活动，并在学生的活动时间和活动经费上予以保证。（3）有较强的师资力量。作为发明基地的负责人，本人具有工科专业基础，热衷于发明创造，先后有15项发明获得专利权，有着指导学生发明活动的丰富经验和热情，有较强的动手制作能力。同时，我校还有一批热心支持学生发明活动的各学科教师，他们在学科理论知识方面给予充分的支持和帮助。（4）现成的校本课程教材。本人以多年的从事发明活动的经验，编写了青少年发明技法教程一书，鹭江出版社于2
4、004年出版，该书为厦门市第一本正式出版用于青少年发明活动的专著。二、活动目标通过多种形式的发明活动，让参与的学生在活动过程中掌握一些创造性思维方法和发明技法，而获得创新精神和动手实践能力的培养，提高科学素养和解决实际问题能力，激发科学兴趣和创造潜能；在研究课题的过程中，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力，从中进一步学会观察、学会思考、学会创造。在学习中创造，在创造中学习，这种良性的互动使学生成为具有广博的知识结构、突出的实践能力、强烈的创新意识的一代新人。三、活动模式1兴趣型的发明活动兴趣型的发明活动是指召集一些热衷于发明创造、思路敏捷的学生组成课外兴趣小组，利用课余时间进行创造性思维、
5、发明技法、制作技能的系统培训，通过一个学年的发明活动，使其成为具备一定创造能力的实践者，并能提交一项发明作品或创新设计方案。课外兴趣小组的人数以3040人为宜，可分为初、高中两班分别授课，活动内容与时间安排可参照附表1。课外兴趣小组活动的重点是对学生进行较为系统的培训，掌握基本的操作技能，激发科技发明的兴趣、捕捉创造的灵感。活动的难点是如何合理利用学校的资源，如何科学地指导学生的发明作品并使之脱颖而出。课外兴趣小组活动的优点是培训内容与学生的兴趣及愿望一致，教学效率高，收效大；缺点是培训面小，少数学生受益。厦门一中于1994年开展发明兴趣小组活动，1998年创建发明与制作活动基地，参加活动的学
6、生是历届科技竞赛的主力军，摘取了大部分奖牌。课外兴趣小组活动是我校发明活动的主要方式，也是一种行之有效的传统模式。2任务型的发明活动 任务型的发明活动是指针对每年一次的青少年科技创新大赛和全国发明展览会，向全校学生征集发明设计方案的活动（征集方案表可参照附表2）。从众多的方案中选取若干个较有份量的作品或构思，经完善后参加各级竞赛。任务型的发明活动可利用每年科技宣传周活动或中小学生科技月活动，进行一些相关知识的讲座和宣传发动，调动大部分学生参与活动的积极性和创造性，有利于发明活动的普及与提高。任务型的发明活动最大的特点是参与面大，作品的涉及面广，普及率高，在活动的过程中可发现一些科技苗子，这些苗
7、子又将成为发明兴趣小组的新成员；最大的弱点是培训的力度小，作品的质量较差。厦门一中自1982年起，经常性地举办校内发明创造，科技制作、奇思妙想等形式的竞赛活动。这种任务型的活动能让每一位学生有展示才华的机会，获得参与科技活动过程的体验，存在着由量变到质变、从失败到成功的可能。这种任务型的发明活动与兴趣型的发明活动相互依赖，优势互补，亦为我校开展发明活动不可或缺的活动方式之一。3渗透型的发明活动渗透型的发明活动是指某些具备创造学基础的教师，在本学科的课堂教学中利用每节课的三分钟时间进行创造教育的活动。其目的，是让学生在一个学年内，除了学会课本中的知识外，还要对创造学有初步的认识，并能掌握一些基本
8、的创造性思维方法和发明技法，使学生的创造力得到开发。“三分钟创造教育”的教学形式通常是以一则故事的方式出现的：先介绍故事主人翁面临的问题，然后请同学们帮他想办法、出主意，接着描述主人翁解决问题的绝招，并指出其采用何种创造性思维和创造技法，最后给同学们留下“你从这个故事中获得哪些启迪”的思考。 在“三分钟创造教育”的教学内容的选择上，我们应注重如下几个方面：（1）教学内容应包含创造性思维方法和创造技法的基本类型，要由零散的故事组合成较为系统的创造学课程。比如：巧用泥鳅疏通下水道（横向思维）、长明灯最节约（逆向思维）、超声波驱虫（偶然发现）、三色猫都是雌猫（观察发现）、放屁与挖耦（捕捉信息）、六面
9、发光的手电筒（缺点列举）、婴儿尿急报警器（希望点列举）、打水漂与高速飞机（移植）、猫为何抓老鼠（类比）、酒味西瓜（组合）等故事，就有点代表性（这些故事及教学方法可参考中国科技教育杂志近三年连载，由本人撰写的青少年发明技法教学案例）通过这些范例介绍，能使同学们较全面地接触到创造原理和发明技法的一些基础。（2）教学内容应向学科渗透。比如在高二制图课正多边形画法的教学中，教师除了讲解尺规法、查表法、等分圆法以外，还特意介绍了一种正多边形绘图板。这项专利产品可快速画出任意半径值的正多边形，其原理只涉及到初二的数学知识，同学们听完后发出了“我为什么没想到”的感叹。又如，轴测图通常是从坐标的原点向上和向前
10、画，而教师在黑板上讲解演示的图却是倒过来画。经过比较，同学们发现了后一种画法可以少画许多线条，免去擦掉多余线条的麻烦，是一种便捷的画图方法。在这节课“三分钟创造教育”的时间里，教师安排的故事就是“大小硬币的故事”，这两桩毫不相干的事情，被“逆向思维”的应用有机地贯穿起来。(3）“三分钟创造教育”只能占用每节课三分钟左右时间，因此内容的选择要短少精悍，故事情节要富有趣味性和新颖性，这样才能唤起学生的共鸣。(4)在讲述的过程中要刻意创造一个宽松的氛围，鼓励学生积极参与讨论，发表各自的见解，同时还尽可能地给学生留下想象和回味的空间。(5)创造教育的内容与学科内容结合在一起是最佳的教学方法，但很难做到
11、每节课都能合拍。倘若遇到与学科内容不关联时，宜在下课前三分钟进行创造教育。如果一上课就讲故事，往往会出现学生静不下来的局面，影响学科内容的教学。开展创造教育并非劳技课的“专利”，各学科都可在课堂教学中渗透创造教育的内容：语文、政治、历史、音乐、美术等学科可引用一些典故、谋略、名人的事例；数学、物理、化学、生物等学科可引用一些发现、发明和科学家的故事。在确保学生掌握学科知识和基本技能的前提下，寻找出与创造性思维培训的结合点，进行创造性教学。如果我们的教师能在各学科的教学中有意训练学生的创造性思维，那么，呈现在我们面前的将是一个充满创造活力的世界。渗透型的发明活动的优越性体现于培训面较广、创造性思
12、维培训与学科教学内容有机结合，既能加深对学科知识的理解，又能活跃课堂气氛，是一种学生喜闻乐见的活动形式；不足之处在于培训时间太短促，基础知识量少，上升到理性认识层面的学生不多，受启迪而引发出的发明作品较少。厦门一中自1999年起，率先在高二年段劳技课的教学中进行“三分钟创造教育”教学尝试，并取得一定的教学经验和收获。经过一年的探索与实践，我们看到了一些可喜变化：（1）学习兴趣有所提高。劳技课属非高考科目，学生中普遍存在着“走过场”的心理。自从进行“三分钟创造教育”后，同学们渐渐地喜欢上这门课。若遇到没剩余时间讲故事的情况，同学们还是强烈要求用下课的时间来听。甚至在期末考试时，同学们还要求先讲个
13、故事再考试。这说明“三分钟创造教育”是学生可以接受的模式，也说明了在学科中渗透创造教育是提高学习兴趣的一条途径。（2）学生在学习中的参与意识有所增强。以往学生在课堂教学中多数充当“旁听者”，主动提出问题的人廖廖无几，如今多半学生积极介入教学讨论，把自己摆到合作者的位置上来，这说明了创造教育对改善教学环境是有益的。（3）学生分析和解决问题的能力有所提高。经过初步阶段的启示后，同学们在分析问题时，常常会无意中出现一题多解甚至是相反的结论，呈现出发散思维的流畅性、变通性和独特性三种明显特征。（4）学生对创造性思维方法和创造技法有了粗浅的认识。当教师讲述的故事与以前的类型相同时，部分学生就可答出这个故
14、事的主人翁是采用什么思维方式或发明创造技法。这种举一反三、触类旁通能力的提高，着实让我们惊喜不已。（5）学生的创造力所提高。在我校举办的发明创造和奇思妙想的竞赛中，该年段学生的水平最高。如“制造缺氧的武器”、“能自动退色的黑板书写笔”、“恶梦催醒手表”、“带传染病毒的鼠药”等优秀作品；又如：高二（4）班李丹同学针对物理课现有的转盘式向心力演示器提出质疑，发明了单摆式向心力演示器，实现了从定性分析到定量分析的质的突破，该发明项目共获得四项国家级奖牌。（6）教学效率有所改观。高二年段制图课每节的教学时间，第一学期平均用35分钟，第二学期递减为25分钟左右，这也间接说明了学生接受能力的高低，是与创造
15、力开发程度成正比的。4.学科型的发明活动学科型的发明活动是指开设专门的创造学课程，让学生全面介入创造与发明活动。目前，某些学校已把创造学课程列为高中劳技学科的科目之一，并且实施多年，取得了一些经验和成果。设置创造学课程，也符合新一轮高中课程改革的精神，可列为高中技术课程必修单元或选修单元。与其他学科的教学一样，创造学课程的教学以班级为单位，有固定的教学时间，有专职的科任教师，有现成的教材，有必要的设备，有考核标准和手段等。创造学课程可采用已出版的相关教材，也可自编校本课程，或者配合使用。教学内容与课时安排视各校具体情况而定。创作学课程的教学重点是让学生分别掌握创造性思维的基本原理和发明技法，提
16、高学生的创造力和动手实践能力；难点是教师应依据学生的个性特征，因材施教，既重过程又重成效。开设创造学课程的优点是教学模式规范，课时保证，易教易学，培训面大，收效明显；缺点是绝大部分学校因高考的压力和师资力量的限制，难以实施这种活动模式。厦门一中目前虽然尚未开设创造学课程，但正积极充实和构筑相关的软硬件，预计于2006年与新一轮高中课程改革同步实施。四、问题与对策1.活动模式的选择在中学开展发明活动，是一个循序渐进、由浅入深、从易到难、逐步开发和完善的过程。各校应根据本校科技活动的基础、师资力量、活动场所及相关设备等情况，因地制宜地选择适宜的活动模式。要注意普及与提高相结合、点与面相结合、过程与结果相结合
