科學游戲的智慧與啟示

前言

由于各種機緣，我經常參與中央電視臺“異想天開”欄目的策劃和論證，也經常以專家的身份在節(jié)目中進行點評。2008年底，中央電視臺“異想天開”欄目推出了“大師挑戰(zhàn)賽”系列節(jié)目，我集中地為節(jié)目量身設計了大量游戲，這些游戲的共同特點是：利用盡可能簡單的工具和材料，運用相關的知識和經驗，靈活巧妙地解決問題。節(jié)目拍攝時由于時間的限制，很多分析問題的思路和方法沒能在節(jié)目中充分展示出來。我希望有機會把自己設計的題目和參加過的活動匯集成冊，以便充分地介紹游戲背后的原理和概念、處理問題的方法和技巧，以及引申出來的相關話題，希望讀者（特別是看過該節(jié)目的讀者）能從中獲得更多的啟發(fā)和收獲。這本書之所以獻給我的女兒，是因為她和節(jié)目有特別的關系。中央電視臺“異想天開”欄目開播時，我女兒正好出生，她從小就跟隨我參加節(jié)目的拍攝：在北京拍攝紙橋過車時，3歲的她曾經在紙橋上興奮地打滾；在昆明拍攝彈簧秤稱大象時，6歲的她曾經被大象用鼻子卷起來而嚇得畦畦叫；在湖北省赤壁市拍攝節(jié)目時，9歲的她十分自信而成為當地學生們羨慕的對象。她偶爾也會在節(jié)目中作一些示范表演，如用鐵釘扎氣球，空手做泡泡，放飛紙蜻蜒，還有完成一些中學生未成功的游戲等?？傊?，她見證了很多游戲，并有自己的見解。因此我在寫作本書的時候，從開始就定下了一個目標：希望我女兒（目前正在讀小學四年級）以及很多沒有學過物理知識的小讀者也能看懂絕大部分內容。所以我在書中沒有用任何物理或力學公式，最多只需要利用“+一×÷”這類最基本的數學知識（當然，某些內容對具有高中知識的人來說更容易理解，特別是其背后引申的含義）。書中采用了大量日常生活中的現象來解釋游戲背后的原理和概念，我寫完后給她看并征求她的意見。初稿完成后，為了照顧像我女兒這樣的小讀者，在游戲之前專門增加了一個單元基本概念的介紹，把很多游戲中涉及的概念或原理匯集在一起進行介紹。書中正文介紹采用宋體字，重要的概念和結論采用黑體字，而引申出來的相關話題一般用有灰色底紋的楷體字。書中有大量的插圖和照片，其中絕大部分照片由我拍攝，少量照片由中國科學院力學研究所工作人員拍攝，或是從視頻上截取下來的：書中的插圖配合文字說明，其內容和人物均由我設計，希望通過人物簡短幽默的對話，使讀者更容易理解書中的內容。

內容概要

本書介紹了24個動手游戲，以力學內容為主。這些游戲均在全國不同的中學或大學中開展過比賽，并已在中央電視臺《異想天開》欄目中播出過。每個游戲包括三部分模塊：（1）游戲的內容和要求、工具和材料、比賽規(guī)則，難易程度；（2）游戲涉及的原理和概念、分析和處理的方法，如何從身邊簡單的現象中獲得啟發(fā)，并從中引伸出很多相的關話題；（3）學生們在比賽中的表現和小花絮、特別的技巧和成敗的關鍵等。    書中的重點是以游戲的原理和概念為線索，介紹處理問題的方法和思路。作者用生動有趣的生活現象或專門設計的圖片來說明道理，讀者可以從中領悟如何快速分析問題、如何把復雜問題簡單化。例如，利用人們在厚薄不同的冰層上的行為，說明扎氣球破而不爆的道理；從平時走路鞋帶可能會自己松開的現象，說明慣性力和摩擦力在里面所起的作用。另外作者還從游戲所涉及的原理中引伸出很多有關聯的現象或典故，例如，從用振動法測大象的質量，引出判別西瓜生熟的方法和古代自鳴罄的故事；從柔繩繞圈的摩擦，引出幾何級數的增長和國際象棋的故事，等等。    本書內容豐富，文筆流暢，相關的成語和典故信手拈來，是一本文理交融的科普讀物。本書可以作為中小學生的課外科普讀物和試驗指南，也可以作為中小學科學課教師的補充教材和案例，還可以作為大學生力學競賽和動手實踐環(huán)節(jié)的參考書。

作者簡介

高云峰，清華大學航天航空學院副教授，主要的研究領域為：航天器動力學與控制。作者長期以來一直提倡動手實踐教育，理論聯系實際，是中央電視臺《異想天開》欄目的特別顧問，參與了眾多節(jié)目的策劃和論證，設計了大量的科學游戲。

書籍目錄

零 開卷有益游戲1 巧扎氣球游戲2 旋轉風車游戲3 巧綁繩索游戲4 加密解密游戲5 無處藏身游戲6 巧找平衡游戲7 天降雞蛋游戲8 平移水杯游戲9 深不可測游戲10 雞蛋承重游戲11 巧測重心游戲12 前仰后翻游戲13 草船借箭游戲14 歪打正著游戲15 降雨滅火游戲16 隔三岔五游戲17 空中傳水游戲18 動物爬繩游戲l9 以大測小游戲20 以輕搏重游戲21 百足爬蟲游戲22 架橋過河游戲23 紙橋過車游戲24 巧稱大象附錄A 游戲內容索引附錄B 加密解密中的答案附錄C 無處藏身中的答案附錄D 紙橋過車比賽后記

章節(jié)摘錄

插圖：首先利用給定材料設計制作一個發(fā)射裝置用于射擊氣球。把氣球排成一排并依次編上號碼，但在這排氣球的延長線上只能看到第1號氣球。要求擊破2、4、6號氣球，而保持1、3、5號氣球不破。發(fā)射裝置的出口高度與氣球高度接近，水平距離與氣球最近為1米，最遠為2米。比賽規(guī)則：擊破2號氣球，得15分；擊破4號氣球，得25分；擊破6號氣球，得35分。但是如果擊破1、3、5號氣球，則每個扣10分。制作發(fā)射裝置時間為1小時，比賽時問為5分鐘。工具：鉗子1把，裁紙刀1把。材料：牙簽或大頭針1盒，粗鐵絲1米，木筷或竹筷10雙，繩子1束，橡皮筋10根，圓珠筆1支。如果是學校開展活動，需要準備好氣球和懸掛氣球的竹竿。公共工具為秒表。如果你在家自己做，不必受時間限制，可以考慮不同方案，爭取好的結果。本活動適合小學和中學各年級學生參與。對于小學生，3人一組，難度系數為★★★。對于初中生，3人一組，難度系數為★★。對于高中生，3人一組，難度系數為★。如果1人一組，難度系數增加1顆★。本游戲對場地沒有要求，需要準備好桌子和椅子，讓學生有地方做發(fā)射裝置和炮彈。要注意發(fā)射裝置不能對著人發(fā)射，另外在用裁紙刀時注意不要劃著手。

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《科學游戲的智慧與啟示》：無處不在的異想天開的游戲融會貫通的別出心裁的啟示

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