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【科普】科技创新学习资源

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发表于 2007-07-04 08:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

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[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:32 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:27 | 显示全部楼层

科技创新的选题·选题的定义

一. 科技创新的选题




[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:06 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:29 | 显示全部楼层

选题应注意的问题



[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:17 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:31 | 显示全部楼层

选题的基本来源



[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:18 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:32 | 显示全部楼层

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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:33 | 显示全部楼层

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[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:19 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:38 | 显示全部楼层

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[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:20 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:40 | 显示全部楼层

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[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:01 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:41 | 显示全部楼层

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[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:01 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:43 | 显示全部楼层

选题的基本来源



[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:02 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:43 | 显示全部楼层

选题的基本来源



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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:44 | 显示全部楼层

科技创新的方法·归纳法

二. 科技创新的方法




[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:06 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:44 | 显示全部楼层

演绎法



[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:07 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 08:45 | 显示全部楼层

分析法



[ 本帖最后由 snowhole 于 2007-7-4 09:08 编辑 ]
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:08 | 显示全部楼层

综合法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:10 | 显示全部楼层

类比法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:11 | 显示全部楼层

移植法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:11 | 显示全部楼层

数学方法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:12 | 显示全部楼层

模型化方法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:12 | 显示全部楼层

系统方法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:13 | 显示全部楼层

原型启发与仿生法

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:15 | 显示全部楼层

科技创新的思维方法

三. 科技创新的思维方法


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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:15 | 显示全部楼层

直觉

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:16 | 显示全部楼层

灵感

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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:17 | 显示全部楼层

发散思维

发散思维

  发散思维是对要解决的问题,沿着各种不同方向去思考,从多方面提出解决问题的方案,通过联想、想像、灵感和直觉等思维形式,寻求各种各样的解决方法,以求的最佳方法的思维形式,有横向思维、多向思维、辐射思维、立体思维等形式。

  多向思维包括发散和转向两个思维阶段,发散是指在处理一个问题前尽量提出多种设想、多种方式、扩大选择余地。转向是指思维在一个方向受阻,立即转向其他方向,往往是多次转向,直到成功。例如爱迪生一共有138项重要发明,当他发明白炽灯泡时,有人对爱迪生说,你已经失败1200次了。但爱迪生回答,我已成功地证明了1200种材料不能做灯丝。

  辐射思维是根据最新科学原理或新发明,由点到面,想到与此相关的所有相关点,去开发它的新用途,设计新装置,获取新成果,例如,当人们发现激光原理后,联想到点利用激光发明了全息照相,激光切割、激光焊接、激光打孔、激光打印、激光医疗手术、激光武器等,也在继续开发激光的新用途。

  纵向思维是一步一步地推理,思想的每一个环节都沿着最大可能性的路线前进,在大多数情况下是最有效的方法。

  横向思维是借助于或引入其他事物的原理、方法来解决问题。纵向思维是要向一口井挖深,横向思维是要试试其他位置,是否可以挖井。横向思维可分横向移入、横向移出和横向转换等三个思维阶段。横向移入是引入其他事物的原方法来解决问题的思维。例如,瓦特由水壶中水蒸汽顶着壶盖直响而发明了蒸汽机。横向移出是将已有的成果推广应用到其他领域的思维,例如小哨子装到水壶上,水开哨子就叫。横向转换是指不按最初设想和常规方法来解决问题,而是转化它的侧面问题来解决的思维方法,例如历史上的“曹冲称大象”。下面这些例子,可能对你有些启发:

  【例3.5】一对夫妻在乡村公路旁开了家药店。通常情况下要在旁边打出“××药店开业”或“××药店×折优惠”的广告宣传。可是这对夫妇却从顾客的角度进行了思考,他们在路旁竖起了“本店免费供应冷水——××药店”的牌子,结果引起了许多人的好奇心,乘车过往的人都不由得停车去看。这对夫妇不计得失地把冷水送给来店的人,客人不好意思拿到冷水就走,总要在这家药店转转,买点什么才离开。这样,药店很快就发达起来了。

  【例3.6】美国西部大开发时,当许多人竞相在矿区投资金矿采掘时,有一个人独具慧眼,从采矿者的需要考虑问题,就在采矿者的驻地办起了餐厅和各种娱乐设施,结果大获成功。同样,当美国硅谷众多高技术创始型企业掀起一轮又一轮的创业高潮时,硅谷很快就出现了为这些创业精英服务的各种生产联合企业、风险投资企业以及各种代理服务机构。这一方面为高技术企业的快速成长提供了良好的生态条件,另一方面也使这些参与服务的企业和机构能够分享高技术创新成果的巨大收益,从而也取得了很大的发展和成功。

  【例3.7】第二次世界大战结束后不久,战胜国决定成立一个处理世界事务的联合国。可是在繁华都市购买可以建立联合国总部的土地是需要很大一笔资金的,而刚起步的联合国是难以办到的。洛克菲勒家族听说了这件事情后,立刻出资870万美元在纽约买下了一块地皮,在人们的吃惊中无条件地捐赠给联合国。联合国大楼建起来后,周围的地价立即飙升起来,洛克菲勒家族在买下捐赠给联合国的那块地皮时,也买下了与这块地皮毗连的全部地皮。没有人能够计算出洛克菲勒家族在后来获得了多少个870万美元。这是一个非常有胆识的谋略。

  【例3.8】创新者经常把创新想象得太高深、太复杂,但创新有时是很简单的。多年前,一家酒店的电梯不够用,打算增加一部。酒店请来了建筑工程师研究如何增设新电梯。专家们一致认为,最好的办法是每层楼打个洞,直接安装新电梯。方案定下来后,两位专家坐在酒店大厅里商量工程计划。他们的话被正在扫地的清洁工听到了。清洁工对他们说,每层楼都打个洞,肯定会尘土飞扬,弄得乱七八糟,动工时最好把酒店关闭。工程师看了清洁工一眼说,酒店关闭不行的。清洁工不经意地说,我要是你们,就会把电梯装在楼的外面。工程师们不约而同地为这一想法叫绝。于是,就有了近代建筑史上的伟大变革——把电梯装在楼外。
立体思维就是解决问题突破点。线、面的限制,从各个方向去寻找解决问题的方法。例如用六根火柴搭出四个等边三角形。
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:18 | 显示全部楼层

集中思维

集中思维

  集中思维是根据目标从各种各样的方案中先取解决问题的最佳方法。

(雪洞按:呃,就是这么短:L ,我再加点内容吧。集中思维也称聚合思维、求同思维、正向思维,也就是传统教育模式所推崇的方法。应试教育就是以之为模本的。
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:19 | 显示全部楼层

求异思维

求异思维

  求异指不受任何框框,模式的约束,突破传统观察和习惯势力的禁锢,以新思路、新方法解决问题,如递向思维和异向思维。递向思维是从问题的反方向来考虑问题,异向思维是从问题的其他方向来考虑问题,可能会收到意想不到的效果。如诸葛亮的“草船借箭”是从“造箭”到“借箭”,砸缸救小孩,从“从离水能活”,到“水离人,人也能活”的递向思维。数学中的“反证法”,也是递向思维方法,再如:

  【例3.9】人地火箭的创意。火箭是向天上打的,能否向地下打?前苏联的工程师米海依尔于1968年研制成的钻井火箭,能穿透土壤、冰层、冻土、岩石,每分钟钻进10m,重量只有普通钻机的1/17,耗能是普通钻机的2/3,效率提高5~8倍,引起了钻井、打桩手段的革命。
逆向思维又可分为原理逆反、功能反转、结构反转和状态反转等几种类型。

  【例3.10】对于热力学体系的热动力机大家都很熟悉,如蒸汽机、内燃机等。但是反热力学体系的冷动力机大家就了解得很少了。其实,动物的肌肉就是典型的冷动力机。肌肉纤维和肌肉基质在神经系统的指挥下伸长或收缩。又如羟基的聚电六质,它的高分子链可随着环境酸度而伸长或缩短。如果能仿造动物制造出冷动力机,将是对传统理论的突破。

  【例3.12】为了兴建动物园,讨论怎样才能捉住老虎。会上一位铁派拓扑学家发言说,采用拓扑变换,可以把笼子内部变成外部,把外部变成内部,不管哪里有老虎,都可以用这种办法捉到。看起来很荒谬,但决策人从中受到了启发,建立了天然动物园。在这种动物园中,老虎等野兽在自然环境下生活,而参观者却被关进了笼子——在密封的汽车中游览。正好实现了把“笼子的内部变成外部”。目前在世界上,这样的动物园已经有许多。因为体现了环保精神,让动物能庄严地生存,受到游客和国际绿色组织的欢迎。

  【例3.13】反向电视机的诞生。日本索尼公司的总工程师井深大,有一天去理发,在镜子里看到的电视图像是反的,眼睛不舒服,心里也很别扭。突然他想到,如果设计一种反向画面的电视机,那么就可以在镜子里看到正的画面。于是,他回到公司组织设计出了反向画面的索尼电视机,生意还非常好。许多医院添置这种电视机,让卧床病人在镜子里看电视,能安心养病;理发店和美容院也大量订购,以吸引顾客;体育机构和训练中心大量购买反向电视机,运动员以左(右)手对付习惯用右(左)手的对手;不少人为了避免电视机的有害辐射,特地要在镜子里看反向电视。这种逆向思维开拓了一种电视机的新市场。
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:20 | 显示全部楼层

模型化思维

模型化思维


  “模型化”思维已成为现代科学认识中一种很有价值的认识手段和思维方式。模型是科学认识主体基于抽象和想像而对某其它体系统的一种简化的映像。有物理模型、数学模型、概念模型,
  
  【例3.14】20世纪以来,基本粒子物理学中相继出现的各种基本粒子模型,如费米-杨振宁模型、坂田模型、名古屋模型、夸克模型、层子模型等,就说明了人类在不同历史时期对基本粒子结构与性质的认识成果和认识水平。

  【例3.15】著名化学家、杂化轨道理论和共振论的创始人鲍林在化学研究中就非常善于利用杂化轨道这类具有图像的思想模型,非常有效地解决了一般分子乃至生命物质复杂的化学结构问题,获得了1954年的诺贝尔化学奖。

  【例3.16】科学模型是形象逻辑思维的产物。谢佑卿教授将能带理论同固体分子经验电子理论进行比较,提出了“特征晶格参量”的概念,经过多年的研究和验证,又建立了“合金相的特征晶体模型”。在这个创新过程中,谢佑卿教授应用了理想溶液和实际溶液的比较形象逻辑思维、正向形象逻辑思维和逆向形象逻辑思维。随后,运用数用逻辑思维建立了“纯金属单原子理论(OA理论)”和“合金的特征晶体理论(CC理论)”。他的体会是形象逻辑思维往往产生于长思过程中的灵感或顿悟,数理逻辑思维以形象逻辑思维为基础,形象逻辑思维则由数理逻辑思维来深化,这两种思维方式的综合应用能使创建的理论有高级的完美表达。
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:21 | 显示全部楼层

机遇与创新

机遇与创新

  科技创新研究的机遇是指人们在有计划地进行科学研究过程中,由于某种偶然的机会发现或遇到的出于意料的自然现象。

  【例3.17】胰脏功能和糖尿病关系的发现。冯梅林和明可夫斯基为研究胰脏的消化功能,在1889年做试验,把狗的胰脏切除了。结果意外地发现,这条狗在胰脏切除后的尿液招来了许多苍蝇。他们抓住了这个奇怪的现象进行研究,发现了胰脏功能和糖尿病的关系。

  【例3.18】不锈钢的发明。19世纪下半叶,钢已成为应用十分广泛的一种金属,但钢有一个很难对付的问题——抗腐蚀性能很差,不少科学家都在寻找不受腐蚀的合金钢。1913年,英国冶金学家H.Brearley研究一种做枪管的合金钢,好长时间未果。在一次冶炼中,他往钢水中加入了一定量的Cr。但该钢的耐磨性和强度不够理想,他就失望地把它扔到了废钢堆里。过了一段时间,偶尔发现在放置几个月后的不合格样品堆中惟独有一种Ni- Cr合金材料样品没有生锈,仍然像以前那样光亮,而其他材料的样品都已生锈。他觉得奇怪,于是重新对此合金进行研究。这样,不锈钢就问世了。

  【例3.19】金属玻璃的发现。金属玻璃的发现也是在偶然之中。20多年前,美国科学家杜威兹在实验中发现一种新形态的合金材料。当时,他正在观察熔化的快速冷却过程。在正常情况下,熔化的金属冷却后应该是有规律的晶体结构,但这次他却惊奇地发现,这种合金的内部结构像玻璃那样呈现出非结晶状态,因此他把这种合金命名金属玻璃。

  机遇的学科有两类:一是不成熟的学科,本身有许多理论问题和实践问题需要人们去研究解决,机遇和成功的机会就较多;另一类是借助观察进行探索内部复杂规律的学科。如边缘学科中心遗传工程学,化学仿生学,生物物理学,环境科学,新兴的幼年学科,如量子化学、高分子化学、分子生物学、地震积极学、复杂的研究领域如人的大脑生理生化研究、肿瘤病因和治疗研究等学科。

  机遇在科技创新中具有重要的作用,提供先导、线索和生长点:

  例3.20】现代射电天文学的建立。1942年,英、德两国空战激烈。英国设立了许多雷达站。工作人员发现雷达信号常常被一些莫名其妙的电噪声所干扰,尤其是早晨更加厉害。同年,美国工程师卡尔.詹斯基在检查越过大西洋电话通信的静电干扰时,也意外地发现有一种特殊的弱噪声。这种奇怪的现象促使科技人员去探索它的奥秘。结果发现,这种电噪声来自太阳。进一步还发现不仅太阳能发射宽频带的电磁波,而且宇宙太空的星云也能发射电磁波。这些干扰噪声是来自距地球26000光年的银河系中心。由于机遇提供的先导和追究的结果,为现代射电天文学的建立奠定了基础。

  【例3.21】超导体和超导技术的发现。1911年,荷兰物理学家卡曼林.昂尼斯发现了一个奇妙的现象。他发现在 -269℃(4K)的液化氦中,纯水银的电阻突然消失了,进而追究这种机遇所提供的新信息。终于在1913年确定了这种现象为超导性。自此以后,在全世界范围内进行了超导性的研究,而且非常热门。

  【例3.22】奥斯特和法拉第穷追机遇,开辟了电磁学的新领域,为全部电工学奠定了理论基础。弗莱明抓住奇怪的现象,不断研究机遇所提供的信息,发现了青霉素,从而开辟了人类抗菌素生产的新纪元。

  在机遇之前要果断抓住,如:

  【例3.23】钒(V)元素的发现。德国化学家维勒在研究矿石过程中意外地发现了有些金属化合物呈现多种颜色,以红色为最多。他猜想组成这种化合物的金属是一种新元素,但遗憾的是未能深入研究。与此相反,瑞典化学家塞夫斯特伦在研究矿石时,也发现了与维勒相同的机遇,并且也有相同的猜测。但是他毫不犹豫地追究起来,终于发现了新元素钒(V)。当维勒知道后,悔恨不已。

  要抓住机遇,头脑必须有所准备:

  【例3.24】血流量机理的发展。法国的生理学家克劳德.贝尔纳作了切断家兔颈部交感神经的试验。当时试验的目的是希望引起兔子耳朵变凉,以便研究神经和皮肤温度变化的关系。但意外地发现,兔耳不但不凉,反而变热了。他抓住这一现象,并且意识到这种现象的意义。结果发现神经是通过控制血管的伸缩来控制血流量这一重要的科学秘密。在此前十余年的时间里,他也曾经作过多次切断动物神经的试验,却一直没有发现。这是因为当时他头脑里还没有研究这方面问题的准备。这说明,既使同一个人对同一自然现象,头脑里有无准备,结果也是不同的。

  把自己锻炼成有准备的头脑,要有丰富的理论知识和实践经验的储备;敏锐的洞察力和丰富的科学想像力:

  【例3.25】爱因斯坦从青少年开始思考和想像两个科学问题。他的一个想像是:如果一个人被关在自由下落的升降机里,那他将发现什么呢?他的另一个想像是:一个人如果跟着光速跑,并且努力追赶它,那么他会发现什么呢?对于前者,他后来创立了广义相对论。对于后者,他经过10年的沉思,创立了狭义相对论。对机遇的到来,能否判断机遇是否有价值、有意义,这是一个人的科学判断力问题。当然,判断错误,进行研究无意义的所谓机遇,不但不会成功,而且会造成人、财、物、时间的浪费。

  要善于多路思考和掌握多途径探索的方法:

  【例3.26】爱迪生在研究留声机时,同时又注意研究电光源照明。当他回过头来研究电灯时又获得了一项重要发现:抽真空的白金丝灯泡寿命延长了。从而促成在电灯研究方面的新突破。
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:23 | 显示全部楼层

科技创新的精神

四. 科技创新的精神


科技创新的精神


  ①科技创新精神指与科技创新活动有关的,对活动提供动力和导向作用的非智力性的心理品质,主要体观在敢问敢想敢行动的精神,探索求是的兴趣,意志和毅力,合作与独立的精神,评价、批判、质疑的精神,拼搏进取的精神,奉献与冒险的精神。为了培养学生的科技创新精神,在构建学习资源时,要注重两点:一是资料事例的榜样作用;二是措施的激励作用。具体地说在构建敢问敢想敢行动学习资源时,选取了杂交水稻之父袁隆平院士,在创新过程中的艰苦实践事例为榜样,鼓励学生培养敢问敢想敢行动的事业心和进取精神,特别是敢行动的精神,最为关键。正如微软之帝比尔.盖茨所说“我们比别人胜一筹的地方是因为我们早一步行动,我们抓住了成功的机遇”。

  ②在构建培养学生探索求是的兴趣、意志和毅力等学习资源时,选取了爱因斯坦对科学探索求是的兴趣,霍金、贝多芬在创新道路上所表现出来的顽强的意志和坚韧不拔的毅力,以此鼓励学习者,善成对科技问题,进行探索求是的兴趣和热爱,在探求道路上不畏困苦的意志和毅力。

  ③评价、批判、质疑诚实谦虚的精神,是创新精神培养的基本内容之一,例如华罗庚挑战权威,爱因斯坦对牛顿力学进行诚实谦虚的评价,批判和质疑,创立了相对论的时间观。以生动的素材启发学习者,在创新的过程中,需要诚实谦虚的评价、批判和质疑的精神。

  ④不怕失败和拼搏进取的精神,是创新精神中的重要内容,创新不是一挥而蹴的事情,往往需要经过理想——试验——失败——修改理想——再试验的反复过程,例如居里夫人镭的发现。陈景润,候德榜、海森堡的所取得的成功事例说明,不怕失败拼搏进取的精神是创新成功之母。

  ⑤坚持真理奉献与冒险的精神

  发现问题,解决问题,坚持真理,往往需要作出一定的牺牲,例如布鲁诺为了捍卫真理而被活活烧死,这种奉献自己的青春和生命的榜样,是值得学生学习的,是创新精神培养学习内容构建的必选内容。
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 楼主| 发表于 2007-07-04 09:25 | 显示全部楼层

科技创新的意识

五. 科技创新的意识


科技创新的意识


  意识是对客观世界的反映,科技创新意识指对科技创新的内容,科技创新对人类社会的发展,人类文明的提升的推动作用的认识,并在此基础上,建立起来的人人都能创新的信念,形成评价问题,发现问题和探索求是的自觉的科技创新需要。科技创新意识教育,就是要培养学生建立人人都能进行科技创新的意识和信念。评价问题,发现问题的意识。探索求是的态度习惯。在考虑科技创新意识培养的学习资源时,选择了如下内容:

  ①学生自己科技创新的成果,例如学生自己的论文。设计综合,设计性实验结束,实验仪器的改进,新的实验方案导。这类学习资源,目的是证学生感受到科技创新的不足少数人,只有科学家、发明家做的事。而是人人都具有的潜能,建立一种人人都能创新的意识和信念。我们选取了部分学生具有一定创新意义、应用价值的创新性实验内容。参加省级科技文化节,获奖的作品,作为这类学习资源构建的主要内容。以自信教育为主。

  ②第二类学习资源主要用于培养学生评价问题和发现问题的意识。评价和发现是创新的始点,培养学生对发生在生活、学习、工作中的事情,有所评价,在评价中,有所发现的意识和思维习惯,是学生立志探索求是,展开科技创新活动的源泉。例如我国原铁道科学研究院院长,著名造桥专家茅以升,从小立志造桥的原因。是在他9岁时的端午节。这一天,因看龙舟的人多,压塌了秦淮河上的文德桥,成许多人被淹死,件事使他产生了“桥怎么会塌呢?”的惊问。从此他立下了为国造桥的志向,创造性地设计了钱塘江大桥,武汉长江大桥。表现伟大人性的杰出画家达.芬奇曾说“观察和判断是成功的大前提”可见,有意识地观察评价、判断、发现社会观象和自然现象的所表现出来的问题,是科技创新教育意识培养的重要内容之一。我们选取了相应的事例。作为创新意识培养的网络教育学习资源。同时链接到具有类似资源的相关的网站。以兴趣教育成功教育为主。
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本帖内容  上饶师范学校园科技创新研究课题组  版权所有
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