小發(fā)明，大教育

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。發(fā)明創(chuàng)造是創(chuàng)新的一種重要表現(xiàn)形式。樹立中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造意識(shí)，培養(yǎng)他動(dòng)手動(dòng)腦能力，是學(xué)校教育面臨的神圣而艱巨的任務(wù)。教育部歷來(lái)在政策上鼓勵(lì)中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造，在2013年以前，全國(guó)科技創(chuàng)新大賽得獎(jiǎng)?wù)呖梢员Ｋ瓦M(jìn)入國(guó)家重點(diǎn)大學(xué)，2013年之后，依然具有20分的高考加分資格。近年來(lái)，在中小學(xué)的科學(xué)課教學(xué)中，不少學(xué)校把發(fā)明創(chuàng)造當(dāng)成是提高和檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段。越來(lái)越多的中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造成果展現(xiàn)出來(lái)。

靈感源于現(xiàn)實(shí)生活

2013年11月29日，第三屆廣西發(fā)明創(chuàng)造展覽交易會(huì)在桂林拉開序幕。廣西中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造成果展區(qū)展出了83件中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造的作品，其中包含中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造作品展示和青少年科學(xué)互動(dòng)體驗(yàn)兩部分。

這些中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造的靈感源于現(xiàn)實(shí)生活，關(guān)注生活熱點(diǎn)，注重解決實(shí)際問(wèn)題。在學(xué)校教師的指導(dǎo)下，中小學(xué)生們將科學(xué)性、創(chuàng)新性、實(shí)用性進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造出具有一定的研發(fā)和應(yīng)用價(jià)值的作品。參展觀眾表示，這些創(chuàng)造作品造型新穎，構(gòu)思奇妙，發(fā)明點(diǎn)新穎，既科學(xué)又實(shí)用。一件名為智能嬰兒搖籃的作品，便是源于現(xiàn)實(shí)生活的發(fā)明。這作品結(jié)合父母照顧嬰兒的生活習(xí)慣，具有寶寶尿濕感應(yīng)、自動(dòng)室內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)、智能自動(dòng)搖擺、智能聲控等功能，并按照一定比例搭建傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，讓搖籃能按一定的角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)，符合嬰兒的生活需求。

中小學(xué)生的發(fā)明成果與科學(xué)家、發(fā)明家的研發(fā)成果相比，是稚嫩的、不成熟的；但其所彰顯的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法是一脈相承的；而且，這些發(fā)明創(chuàng)造能激發(fā)更多少年的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

不以營(yíng)利為目的

2000年，宋慶齡基金會(huì)與中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)、中國(guó)教育學(xué)會(huì)、全國(guó)少工委共同主辦了“宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)”評(píng)選活動(dòng)，這是一個(gè)全國(guó)性的少年兒童發(fā)明評(píng)選活動(dòng)。“宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)”已經(jīng)國(guó)家科技部批準(zhǔn)立項(xiàng)，屬于國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)。2013年8月，第九屆宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)舉行，實(shí)用而不強(qiáng)調(diào)科技含量的“桶內(nèi)掛圈”“防爆銀行交易窗口”獲得了金獎(jiǎng)、銀獎(jiǎng)。

與此同時(shí)，更多獲獎(jiǎng)項(xiàng)目利用了現(xiàn)代技術(shù)?！坝锰?yáng)能板收集太陽(yáng)能，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，把電能儲(chǔ)存在電池中，通過(guò)把電池中的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)利用PALM和手機(jī)里面的電磁線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)把轉(zhuǎn)換的電能充到手機(jī)的電池中，實(shí)現(xiàn)手機(jī)無(wú)線充電?！?“本系統(tǒng)硬件部分由若干個(gè)陣列式紅外線傳感器和相關(guān)控制設(shè)備組成。軟件部分采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程?！边@些復(fù)雜的說(shuō)明，很像是科研課題申報(bào)，但實(shí)際上卻是少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)小學(xué)組和高中組的部分參賽案例。這些項(xiàng)目沒(méi)有得到大獎(jiǎng)的原因，是評(píng)委們覺(jué)得指導(dǎo)教師介入過(guò)多。

上述發(fā)明，都是利用新科技的組合，使得創(chuàng)造物具有前所未有的新功能。國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局調(diào)研員胡宏偉表示：這就像是很多年前卡拉OK機(jī)的發(fā)明，只是簡(jiǎn)單地把磁帶和電視結(jié)合起來(lái)一樣。今天，各種新技術(shù)更多，其所能產(chǎn)生的組合也更多，只要在生活中稍加留意，就能想出來(lái)許多新的發(fā)明創(chuàng)造?？梢哉f(shuō)，我們正值發(fā)明創(chuàng)造的黃金年代。從這個(gè)角度說(shuō)，這一代中小學(xué)生是幸運(yùn)的。

根據(jù)發(fā)明創(chuàng)造本身的規(guī)律，絕大多數(shù)新發(fā)明是沒(méi)有市場(chǎng)價(jià)值的；所以，成年人和科研機(jī)構(gòu)只會(huì)對(duì)明確有市場(chǎng)價(jià)值的發(fā)明感興趣并投入研發(fā)。而中小學(xué)生的發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)并不以營(yíng)利為目的，這就大大拓寬了發(fā)明創(chuàng)造的范圍。根據(jù)大數(shù)法則，其中出現(xiàn)具有市場(chǎng)價(jià)值的發(fā)明專利也是一種必然結(jié)果。

強(qiáng)調(diào)自行完成

中小學(xué)生有條件進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的探索，中小學(xué)校也開了科學(xué)課。那么，在科學(xué)課上應(yīng)如何引導(dǎo)呢？胡宏偉認(rèn)為，一些小發(fā)明創(chuàng)作過(guò)于復(fù)雜，不像是中小學(xué)生的作品?！坝行┒际谴T導(dǎo)、博導(dǎo)的課題，學(xué)生真正參與的比例能有多大？”胡宏偉表示：發(fā)明課程作為教學(xué)本身，應(yīng)著重指導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，教師不要介入太多；否則，就是教師的發(fā)明創(chuàng)造了。能激發(fā)孩子動(dòng)手動(dòng)腦，對(duì)傳統(tǒng)的事物有所創(chuàng)新，就叫小發(fā)明。他表示，通過(guò)各種發(fā)明大賽，讓孩子們能自己動(dòng)手，有興趣去做，發(fā)明創(chuàng)作課的教學(xué)目的就達(dá)到了。

山西省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副主席關(guān)原成教授表示：“小發(fā)明要反映學(xué)生的能力，是創(chuàng)新能力的具體化?？茖W(xué)課教學(xué)應(yīng)著重在發(fā)明本身，而不在科研及論文上。”

獲得了第九屆宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)金獎(jiǎng)的小發(fā)明“桶內(nèi)掛圈”，就是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的作品，但是反映了創(chuàng)作者的實(shí)際動(dòng)手能力：一個(gè)普通的塑料桶，上部卡了一些鋼圈，鋼圈上設(shè)置了多個(gè)掛鉤，可在桶內(nèi)掛置多個(gè)抹布、雨傘、洗過(guò)的鞋子等，掛鉤上套上一頂“安全帽”，保護(hù)使用者在掛抹布時(shí)不傷手。關(guān)原成認(rèn)為，中小學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，選題要構(gòu)思巧妙，源于生活。這就要求中小學(xué)生在生活中進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，看到大家都看到而沒(méi)有想到的問(wèn)題。構(gòu)思巧妙體現(xiàn)出好的解決辦法，別人沒(méi)想到的，自己想到了。學(xué)生發(fā)明還應(yīng)具有成本低的特點(diǎn)。用最少的錢、最便宜的東西，實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)造，體現(xiàn)節(jié)約意識(shí)和成本意識(shí)。

大連市發(fā)明協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)于春杰認(rèn)為：教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)會(huì)觀察生活。在學(xué)生思考解決方案的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生先學(xué)會(huì)查新，就是查詢以前有沒(méi)有雷同的，是否一樣，自己的創(chuàng)新點(diǎn)在哪里。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生要自己完成最后的構(gòu)思設(shè)計(jì)，這才是完整的發(fā)明創(chuàng)造教學(xué)。

不同地區(qū)均可開展

由于各界對(duì)中小學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造的態(tài)度都是積極的，而且要求并不高，所以從發(fā)達(dá)地區(qū)到內(nèi)地縣城，發(fā)明創(chuàng)造課程適合各種類型的學(xué)校。

在山東省菏澤市，市教育局主動(dòng)推動(dòng)中學(xué)生發(fā)明活動(dòng)，中學(xué)生的發(fā)明創(chuàng)造成績(jī)斐然。2013年底，第五屆 “山東省少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)”揭曉，獲評(píng)“山東省少年兒童科技發(fā)明教育基地”的曹縣第一中學(xué)用發(fā)明創(chuàng)造促教學(xué)，連續(xù)9年在全菏澤市教學(xué)質(zhì)量評(píng)比中名列第一。

在上海，“上海市青少年科技創(chuàng)新市長(zhǎng)獎(jiǎng)”的2013年獲獎(jiǎng)?wù)咧軡?rùn)東，曾是一位調(diào)皮的學(xué)生。他剛升入上海三新學(xué)校初中部時(shí)，不寫作業(yè)、上課睡覺(jué)、有時(shí)還與教師頂嘴。但在校外活動(dòng)課上，他喜歡探究問(wèn)題、善于動(dòng)手的能力被科技教師發(fā)現(xiàn)。周潤(rùn)東對(duì)餐飲店衛(wèi)生間的照明浪費(fèi)現(xiàn)象提出質(zhì)疑，他調(diào)查發(fā)現(xiàn)高檔酒店衛(wèi)生間使用率最低，大多數(shù)時(shí)間都處于無(wú)人使用狀態(tài)，平均每日浪費(fèi)照明時(shí)間約為12個(gè)小時(shí)。每年松江地區(qū)酒店和飯店衛(wèi)生間照明浪費(fèi)的電就超過(guò)345萬(wàn)度，折合人民幣達(dá)207萬(wàn)元。周潤(rùn)東在指導(dǎo)教師幫助下，設(shè)計(jì)出了 “激光阻斷式”照明節(jié)電系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)無(wú)人狀態(tài)下的自動(dòng)斷電。他已申請(qǐng)了國(guó)家專利，獲得“上海市明日科技之星”榮譽(yù)稱號(hào)，獲得“上海市青少年科技創(chuàng)新市長(zhǎng)獎(jiǎng)”。

隴西縣種和初級(jí)中學(xué)教師王永林告訴《教育》記者，該校把科學(xué)小制作作為一項(xiàng)全校性活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。學(xué)生可以將課堂上學(xué)的知識(shí)在驗(yàn)證的基礎(chǔ)上自行運(yùn)用、發(fā)揮，自由地表現(xiàn)豐富的想象力與創(chuàng)造力。為實(shí)現(xiàn)人人參與，要求每班成立科技制作小組，該校長(zhǎng)年在班級(jí)內(nèi)部開展各種小發(fā)明、小制作、小實(shí)驗(yàn)和小考察活動(dòng)，保證科技創(chuàng)新教育的順利開展，并將科技創(chuàng)新教育的成果納入班級(jí)年度考核當(dāng)中，發(fā)動(dòng)同學(xué)們廣泛參與。常年堅(jiān)持科技創(chuàng)新活動(dòng)的結(jié)果，除了產(chǎn)生出一些新穎的小發(fā)明之外，更重要的是，多數(shù)學(xué)生都形成了良好的心理品質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)和制作的過(guò)程中能克服困難、堅(jiān)持不懈。學(xué)生養(yǎng)成了創(chuàng)新意識(shí)，能自主或小組合作創(chuàng)制出小作品。學(xué)生的觀察、思考的能力得到了提高，對(duì)生活中存在的問(wèn)題能提出自己的看法并能制定符合實(shí)際的調(diào)查、研究計(jì)劃。

只要促進(jìn)教學(xué)就是成功

發(fā)明課可以有兩種截然相反的教學(xué)方向，都能產(chǎn)生有效的教學(xué)效果。一種是證實(shí)，還有一種是證偽。相對(duì)而言，證偽似乎更有趣。

永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)違反了能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，因此被一致認(rèn)為是不科學(xué)的，也是不會(huì)成功的。但是指導(dǎo)學(xué)生嘗試發(fā)明“絕對(duì)不可能實(shí)現(xiàn)”的永動(dòng)機(jī)的過(guò)程本身，卻是物理原理和數(shù)學(xué)計(jì)算的絕佳教學(xué)機(jī)會(huì)。雖然最終難免失敗，但還是有一定意義。比如，這樣一種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)：在密閉的容器中，用熱循環(huán)推升的活塞帶動(dòng)馬達(dá)發(fā)電，當(dāng)活塞葉片升到行程頂部時(shí)，葉片從水平改變?yōu)榇怪苯嵌?，重力使得葉片自然下落，下落到底部后再閉合，熱循環(huán)被推升到頂部。所發(fā)電力用于加熱液體或者氣體維持熱循環(huán)。從原理上看，這是可行的，因?yàn)槠淅昧说厍蛞Φ淖饔茫⑼ㄟ^(guò)機(jī)械改變?nèi)~片角度獲得不同的升力和重力。但是在實(shí)際操作中需要精密的計(jì)算或者精細(xì)的制作，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)能力和動(dòng)手制作能力。最終或許會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于摩擦力等因素，這種設(shè)計(jì)也許難以實(shí)現(xiàn)。但整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生了教學(xué)的效果。

另外一種相反的教學(xué)方法是放棄理論環(huán)節(jié)，注重實(shí)際結(jié)果。這也是宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)目前所推崇的。成都師范附屬小學(xué)白鷺溪分校學(xué)生胡禹霄，在觀察生活中發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，并想出了“防爆銀行交易窗口”的點(diǎn)子。這個(gè)設(shè)計(jì)獲得了第九屆“宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)”銀獎(jiǎng)。她和媽媽去銀行的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的銀行交易窗口下面都有一個(gè)很大的凹槽，雖然銀行現(xiàn)在柜臺(tái)上面的安裝的都是防盜玻璃。但劫匪還是可以通過(guò)這個(gè)凹槽把手槍或者是炸彈之類的武器伸進(jìn)去。她把交易窗口設(shè)計(jì)成了一個(gè)長(zhǎng)方形凹槽，里面放用防彈玻璃做的一個(gè)盒子和一個(gè)蓋子。任何時(shí)候，這個(gè)交易窗口有盒子的存在都是封閉的。該發(fā)明基本上沒(méi)有科學(xué)原理蘊(yùn)含其中，但是具有一定實(shí)用性。

宋慶齡少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)的金銀獎(jiǎng)表明，目前中國(guó)的少年兒童發(fā)明教學(xué)觀還是低估孩子們的潛力，并且不重視科學(xué)知識(shí)的傳播。為此，關(guān)原成則建議：學(xué)校建立科學(xué)工作室，進(jìn)行科技含量更高的發(fā)明教學(xué)。關(guān)原成算了一筆賬，如果利用現(xiàn)有的教師，每年一個(gè)科學(xué)工作室需要投入30萬(wàn)元左右?？茖W(xué)工作室可以邀請(qǐng)校外專家，比如企業(yè)工程師、設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)師等。擔(dān)任指導(dǎo)教師，讓實(shí)踐的方法走進(jìn)學(xué)校。“學(xué)校也應(yīng)該主動(dòng)、開放一些。”關(guān)原成說(shuō)，“大家其實(shí)都很愿意為教育做貢獻(xiàn)。”不管哪種方法，只要能促進(jìn)教學(xué)就是成功。