設計創(chuàng)新型物理實驗導論

前言

在物理實驗教學中，設計創(chuàng)新型實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的有效模式。設計創(chuàng)新型物理實驗是學生經(jīng)過常規(guī)和綜合物理實驗訓練之后，為進一步培養(yǎng)和鍛煉學生的科學素質(zhì)而開設的一種具有創(chuàng)造性的實驗。它不僅要求學生綜合運用多門學科的知識、原理、方法、技能和多種實驗儀器來設計實驗方案，而且要求學生能充分運用所掌握的知識去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。設計創(chuàng)新型實驗的選題具有一定的探索性，實驗內(nèi)容較為先進，難度適中，適合學生作為課題研究。許多高校都在積極探索，并且取得了可喜的成績。但是，目前還沒有教學大綱，很少有系統(tǒng)的教材。在設計創(chuàng)新型實驗研究方面，一方面積極探索和實踐，另一方面進行了廣泛調(diào)研，充分吸取了許多兄弟院校的經(jīng)驗。與同類設計創(chuàng)新物理實驗專著相比，《設計創(chuàng)新型物理實驗導論》具有5個方面特征。1.用創(chuàng)新思維法指導設計創(chuàng)新型物理實驗設計創(chuàng)新型物理實驗，離不開創(chuàng)新思維方法的指導。創(chuàng)新思維方法是人們在長期的社會實踐和科學研究中探索總結(jié)出來的，它對所有的創(chuàng)新實踐活動具有普遍的指導意義。傳統(tǒng)的物理實驗教學計劃和教材沒有涉及創(chuàng)新思維方法的學習，是因為只注重學生的知識傳授，對學生沒有設計和創(chuàng)新的要求。設計創(chuàng)新型物理實驗是以學生為主體的具有創(chuàng)造性的教學實踐活動，學生要根據(jù)實驗要求，設計出科學合理的實驗方案，并對實驗中各種實驗現(xiàn)象給予合理解釋。沒有創(chuàng)新理論作指導是根本不行的，為了彌補這方面的不足，本書在前面兩章對邏輯推理創(chuàng)新思維法和非邏輯創(chuàng)新思維法作了簡要而系統(tǒng)的概述。2.將有關創(chuàng)新技法應用于設計創(chuàng)新型物理實驗創(chuàng)新技法是指創(chuàng)造學家收集大量成功的創(chuàng)造和創(chuàng)新的實例后，研究其獲得成功的思路和過程，經(jīng)過歸納、分析、總結(jié)，找出規(guī)律和方法以供人們學習、借鑒和仿效。也就是根據(jù)創(chuàng)新思維的發(fā)展規(guī)律而總結(jié)出來的一些原理、技巧和方法。創(chuàng)造技法給出了在一定條件下，創(chuàng)新活動可遵循的基本法則，這些法則具有一定的普遍意義。設計創(chuàng)新型物理實驗無論是選擇課題、方案設計、實際操作還是問題分析研究，我們只要主動借鑒組合法、置換法、類比法、列舉法等創(chuàng)新技法，就可以啟迪思路，明確研究的主攻方向和要解決的主要問題。書中重點介紹了幾種對設計創(chuàng)新型物理實驗具有重要啟發(fā)意義的創(chuàng)新技法。

內(nèi)容概要

本書主要內(nèi)容包括創(chuàng)新思維方法和創(chuàng)新技法概述；設計創(chuàng)新型物理實驗與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)；不確定度理論和數(shù)據(jù)處理方法在設計創(chuàng)新型物理實驗中的應用；力學、熱學、電磁學、光學、近代物理及綜合應用設計創(chuàng)新型實驗典型例題分析、專題實驗研究；一種新的物理實驗數(shù)據(jù)分析軟件PAW（Physics Analysis Workstation）的介紹。    本書可作為普通高等學校物理學專業(yè)和其他理工科專業(yè)本科生開設設計創(chuàng)新型物理實驗課程的教材，也可作為高等學校從事物理實驗教學的教師和實驗技術人員的教學參考書。

作者簡介

朱世坤，1955年生，長期從事物理實驗教學與研究。1995年7月獲水電部科技進步二等獎，2009年5月獲湖北省高等學校教學成果一等獎，2006年、2008年連續(xù)兩屆獲得三峽大學教學成果一等獎。主編的教材由科學出版社出版發(fā)行的有：“21世紀大學物理實驗叢書”《二級物理實驗》、《四

書籍目錄

前言第1章　演繹創(chuàng)新思維法  1.1　逆向思維法    1.1.1　功能倒逆    1.1.2　結(jié)構倒逆    1.1.3　因果關系倒逆    1.1.4　缺點逆用  1.2　置換思維法  1.3　移植思維法    1.3.1　方法移植    1.3.2　原理移植    1.3.3　材料移植    1.3.4　結(jié)構移植    1.3.5　功能移植  1.4　分析思維法  1.5　綜合思維法  1.6　類比創(chuàng)新法    1.6.1　類比思維法    1.6.2　模擬思維法  1.7　聯(lián)想創(chuàng)新法    1.7.1　相似聯(lián)想    1.7.2　接近聯(lián)想    1.7.3　對比聯(lián)想    1.7.4　因果聯(lián)想    1.7.5　強制聯(lián)想    1.7.6　培養(yǎng)、提高聯(lián)想能力的方法第2章　非邏輯創(chuàng)新思維法  2.1　想象    2.1.1　發(fā)散思維法    2.1.2　迂回思維法　  2.1.3　智力激勵法  　2.1.4　信息交合法　2.2　直覺思維    2.2.1　主要特點    2.2.2　功能作用    2.2.3　直覺的訓練　2.3　靈感    2.3.1　靈感的定義及其基本特征    2.3.2　如何引發(fā)靈感    2.3.3　引發(fā)靈感時常用的基本方法第3章　創(chuàng)造技法簡介　3.1　創(chuàng)造技法的概念　3.2　創(chuàng)造技法的原理　3.3　創(chuàng)造技法的特點　3.4　創(chuàng)造的基本法則    3.4.1　綜合法則    3.4.2　移植法則    3.4.3　置換法則    3.4.4　對應法則    3.4.5　換向法則    3.4.6　變化法則    3.4.7　群體法則  3.5　常用創(chuàng)造技法介紹    3.5.1　組合法    3.5.2　置換法    3.5.3　移植法      3.5.4　類比法    3.5.5　檢核表法    3.5.6　列舉法    3.5.7　新技術應用法    3.5.8　自然現(xiàn)象探求法第4章　設計創(chuàng)新型實驗與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)  4.1　正確理解創(chuàng)新型人才的內(nèi)涵  4.2　破除枷鎖，大膽創(chuàng)新  4.3　創(chuàng)新人才應該培養(yǎng)的幾種素養(yǎng)　……第5章　測量不確定度與設計創(chuàng)新型實驗第6章　設計創(chuàng)新型物理實驗中常用的數(shù)據(jù)處理方法第7章　力學、熱學設計創(chuàng)新型實驗第8章　電磁學設計創(chuàng)新型實驗第9章　光學與近代物理設計創(chuàng)新型實驗第10章　綜合設計創(chuàng)新型實驗第11章　一種新的物理實驗數(shù)據(jù)分析方法介紹參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1.1.2 結(jié)構倒逆結(jié)構倒逆是為了達到某一目的，對已有事物的結(jié)構形式實行倒逆改造，從而實現(xiàn)創(chuàng)新的思維方法。在結(jié)構上實行上與下、左與右、“合”與“分”、“固”與“活”、“封閉”與“開放”等的反轉(zhuǎn)，從而使問題有所突破。在物理實驗儀器結(jié)構設計方面，以前是將所有結(jié)構封閉在一個暗箱里，學生什么也看不見，人們形象地稱為“黑匣子”；現(xiàn)在有些儀器生產(chǎn)廠家將儀器由“封閉”改造為“開放”，由原來的鐵皮箱換成透明的有機玻璃箱，增強了實驗的直觀性。又如，由氣墊導軌到氣墊桌，由光具座到光學平臺，由固定實驗儀到組合實驗箱等，都是實現(xiàn)了由“固定”向“靈活”的反轉(zhuǎn)，從而提高了實驗設備的利用率，豐富了實驗內(nèi)容。由我國發(fā)明家蘇衛(wèi)星發(fā)明的“兩向旋轉(zhuǎn)發(fā)電機”誕生于1994年，同年8月獲中國高新科技杯金獎，并受到聯(lián)合國TIPS組織的關注。1996年，丹麥某公司曾想以300萬元人民幣買斷其專利，可見其發(fā)明價值之巨大。說到“兩向旋轉(zhuǎn)發(fā)電機”的發(fā)明，也應歸功于逆向思維。翻閱國內(nèi)外科技文獻，發(fā)電機共同的構造是各有一個定子和一個轉(zhuǎn)子，定子不動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。而蘇衛(wèi)星發(fā)明的“兩向旋轉(zhuǎn)發(fā)電機”定子也轉(zhuǎn)動，發(fā)電效率比普通發(fā)電機提高了4倍。蘇衛(wèi)星說：“我來個逆向思維，讓定子也‘旋轉(zhuǎn)起來’?！边@是他得以發(fā)明的思維基礎，也是他對創(chuàng)造發(fā)明思想的一大貢獻。洗衣機的脫水缸，它的轉(zhuǎn)軸是軟的，用手輕輕一推，脫水缸就東倒西歪?？墒敲撍自诟咚傩D(zhuǎn)時，卻非常平穩(wěn)，脫水效果很好。當初設計時，為了解決脫水缸的顫抖和由此產(chǎn)生的噪聲問題，工程技術人員想了許多辦法，先加粗轉(zhuǎn)軸，無效，后加硬轉(zhuǎn)軸，仍然無效。最后，他們來了個逆向思維，用軟軸代替了硬軸，成功地解決了顫抖和噪聲兩大問題。這是一個由逆向思維而誕生的創(chuàng)造發(fā)明的又一典型例子。

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《設計創(chuàng)新型物理實驗導論》由科學出版社出版。

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