学校怎样培养学生学习发明创造(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：李德信,胡元斌

出版社：安徽人民出版社

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学校怎样培养学生学习发明创造试读：

前言

科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学素质，是我们全社会的重要课题。

科学教育，是提高青少年素质的重要因素，是现代教育的核心，这不仅能使青少年获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使青少年获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。

科学教育，让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力奋斗。

在新的世纪，随着高科技领域新技术的不断发展，为我们的科普教育提供了一个广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。随着科学技术日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通讯传媒事业的日益发达，处处都体现出高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了强烈渴求。

对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使青少年了解当今科技发展的现状，而且可以使之从小树立崇高的理想：学好科学知识，长大为人类文明作出自己应有的贡献。

学校科学技术普及是指采用广大学生易于理解、接受和参与的方式，普及自然科学和社会科学知识，传播科学思想，弘扬科学精神，倡导科学方法，推广科学技术应用的活动。目的是使广大青年学生了解科学技术的发展，掌握必要的知识、技能，培养他们对科学技术的兴趣和爱好，增强他们的创新精神和实践能力，引导他们树立科学思想、科学态度，帮助他们逐步形成科学的世界观和方法论。

为此，我们特地编写了这套“学校科普活动设计与组织实施”丛书，包括《学校科技教学的创新指导与实施》、《学校怎样组织学生阅读科学故事》、《学校怎样培养学生科学幻想思维》、《学校怎样培养学生科学兴趣爱好》、《学校怎样培养学生学习发明创造》、《学校怎样培养学生科学发现能力》、《学校怎样组织学生开展试验与创造发明》、《学校怎样组织学生探索科学奥秘》、《学校怎样组织学生体验科技生活》、《学校怎样组织学生参观科普场馆》共十册，具有很强的系统性、实用性、实践性和指导性，不仅是广大师生科学教学指导的最佳读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。

第一章 学生发明创造指导

1.发明创造的涵义和技法

发明创造的涵义

发明创造是指运用现有的科学知识和科学技术，首创出先进、新颖、独特的具有社会意义的事物及方法，来有效地解决某一实际需要。因此科学上的发现，技术上的创新，以及文学和艺术创作，在广义上都属于发明创造活动。发明创造不同于科学发现，但彼此存在密切的联系。历史上人们利用科学的方法和方式，通过探索、研究、发现、表达、记录、信息传递交流，制作成为口语、书面信息、涂鸦图案、实物产品、科学技术理论、规律揭示，利用自然界存在的或者隐含的人类未知原理等，制作成为可以供生存、生活、生产、交流、信息交换等，具备相当程度的科技含量人类智慧结晶产品。一般地，称之为创造。

所有的创造的开端，都是为了造福人类的科学技术活动！

发明创造的技法

所谓技法就是技巧和方法。技巧是人们经验的总结和提炼，它有助于减少尝试与错误的任意性，节约解决问题所需的时间，提高解决问题成功的概率。

在发明创造的过程中，可以运用以下技法：（1）缺点法。

缺点法，是指从操作方法、使用对象、功能结构等方面去寻找物品的缺点，通过改正这些缺点来形成创造目的的一种方法。（2）希望法。

希望法，也称希望点列举法，就是从社会和个人愿望出发，通过列举希望来形成创造目的的课题。这是寻找发明课题的一种常用的方法.（3）组合法。

组合法，就是将两个或两个以上已有的技术原理或不同的产品，通过巧妙的结合或重组，从而获得整体功能的新技术、新产品的创造方法。（4）扩大法。

发明技术中的扩大法，就是使现有物品的某些方面数量上变大、变多、或者质量上变好。它包括扩大体积、延长寿命和增加用途等方面。（5）移植法。

移植法是将某一领域或某种物品已见成效的发明原理、方法、结构、材料、元件等，部分或全部引进到别的方面。从而获得新成果或新产品。（6）拓展法。

将某产品不断向外进行拓展思维，所发现的有实用价值的新思维，并将其设计成可操作的工程。（7）延伸法。

在同一个方向上考虑思维下一步下一步的工程。从而把发明不断的推向高尖端。（8）排除法。

将所有的错误选项排除在外之后，剩下的选项都是正确的。

专利法保护的发明

中国专利法保护的发明创造分为发明、实用新型和外观设计三类。（1）发明。

发明是指对产品、方法或其改进所提出的新的技术方案。我国专利法规定，可以取得专利权的发明有两类，一类是产品发明，一类是方法发明。（2）实用新型。

所谓实用新型是指对产品的形状、构造或其组合提出的合于实用的新方案。实用新型专利只适用于产品，不适用于工艺方法。

例如：关于机床外型的新设计是产品形状的设计；把旧式电话中分开的受话筒和送话筒合为一体，是对产品结构的新设计；把改革电话机外型和拨号键盘的设计结合起来，就是对电话机形状和构造的结合作出的新设计。（3）外观设计。

它是指对产品的外型、图案、色彩或它们的结合作出的富有美感并适用于工业上应用的新设计。外观设计必须附着在产品上，如果离开产品而单独存在，就不成其为专利法上的外观设计；外观设计只限于产品外观的艺术设计，而不涉及产品的技术性能。

2.学生创造发明能力的培养

发明创造是科学技术繁荣昌盛的标志和民族进取精神的体现。有学者预言，二十一世纪将是一个创造的世纪，而迎接这个创造世纪的主人，正是我们那些在校学习的孩子们。因此对青少年进行发明创造教育，就显得极其重要了。心理学家研究表明，青少年的好奇心正是他们探索世界，改造世界，产生创造欲望的心理基础。通过开展青少年发明创造活动，鼓励青少年去发现新问题，提出新设想，实现新目标，这是培养他们的创新精神，提高他们的创造力的最好途径。

激发学生发明创造的兴趣

有人说成功者与失败者的最大差别，就在于他们的意志、信念、思想、精神和行为。儿童成功在一定程度上却是始于对某一事物的兴趣上。可以设想一下，如果一个学生对所进行的活动连一点起码的兴趣都没有，那他肯定连想都懒得想，就更谈不上发挥他的主动性了。所以，在学生中进行发明创造活动时，要充分激发他们探索科学的兴趣。（1）引导学生明白，发明创造就在我们身边。

一提起发明创造，人们都觉得挺神秘，挺高深。大人们觉得，那是科学家们的事，孩子们觉得那应是大人的事，谁也不愿去想这个“高深”的问题，谁也不愿去揭开这层神秘的面纱。因此，在活动中应首先要向学生指出，发明创造离自己很近，它就存在于自己的周围。看得见，摸得着。复杂的不说，单是我们熟悉的用废纸裹铅做成的新型铅笔，其功能与用木材做的铅笔一样，却节约了木材，还不用刀削；用纽扣电池做电源做的只有大拇指大小的手电，既方便又实用。这些物品都是发明创造的结晶。发明创造一点都不神秘，凡是人们没有做过的，没有想过的事，你做了，想了，就是发明；你在生活中碰到过的不称心，不满意，你给它改进了，就是发明。消除了发明创造的神秘感，就会激发孩子的创造欲望。（2）引导学生知道，人类社会的发展、延续离不开发明创造。

古往今来，人类社会的进步，离不开发明创造，发明创造与人们的生产、生活息息相关，发明创造是促进社会进步的动力。如我国古代印刷和造纸的发明，极大地促进文化交流；指南针的发明极大地促进了航海事业的发展；火药的发明，使整个世界发生了翻天覆地的变化。今天正因为拥有了诸如大到飞机、轮船，小到汽车、电视等发明创造，才使我们的生活有了新的改变。（3）引导学生懂得，信心是发明创造的源泉。

尽量介绍学生的发明成果，因为年龄相近，知识水平差不多，容易激发孩子的兴趣和信心。我们在活动中将全国第一届青少年发明创造比赛和科学讨论会一等奖作用《无泪蜡烛》介绍给学生。普通蜡烛蜡液会沿边缘淌下，污染环境，浪费材料。在蜡烛周围打上45度角，就能使蜡液不致浪费。通过介绍使学生认识到发明创造其实不难，自己要是认真琢磨，也能成为一个发明家。（4）引导学生坚信，发明创造永无止境。

引导学生用发展的眼光去看问题。知道世界上的任何事物都是发展的、变化的，不存在永远不变的事物。知识和技术也是如此，每一种知识都会随时增添新的内容，任何一项技术都会有更完善的方式。用发展的眼光看事物，孩子就会觉得生活中需要我们发明创造的东西还很多，一生中有无尽的机会。

培养学生的发明创造的思维

创造思维可以产生创造意识，而创造意识又是从事创造活动的出发点。要使学生具有科学的创造力，必须使学生真有创造性思维。（1）培养学生的直觉思维。“直觉”是人们认识过程中的一种跳跃式的思维形式，它是人类创造性思维的一个重要组成部分，没有一个创造性行为能脱离直觉活动。科学直觉的产生就象许多经验丰富的医生作出的诊断一样，由于他们积累了许多疾病的表现和特征，因此当观察到病人的某种症状时，很快就能开出治病的良方。培养学生的直觉思维应注意：

①知识和经验的积累，积累多了，尽管可能平时感觉上对直觉思维无意识，在某个外来刺激或紧张思考后会突然涌现。

②养成思考的习惯。要注意广泛的联想，这是培养和形成直觉思维的一种重要方法。不但新旧知识之间存在逻辑联系的地方需要联想，对超越原有知识的地方也要联想。

③学会集中和合理的调节。集中注意力思考某一问题，使头脑下意识地考虑这一问题，有益于直觉产生；在紧张的学习思考之后，悠闲地放松一下，也容易产生直觉。

④愿意与别人讨论。不论是有意识的还是无意识的交流，都有利于获得启示，产生创造的灵感。（2）培养学生的求异思维。

求异思维亦被称为发散思维，它的核心是不受常规束缚，竭力寻求变异。可以不受现代知识和方法的局限，不受传统知识和方法的束缚，能多方位，多角度，多层次地提出问题、分析问题，解决问题。

①让学生学会逆向思维。

三国时期，蜀国丞相诸葛亮所用的“空城计”，所用的就是逆向思维法。利用敌人一向认为他是不会冒险的人，反其道而行之，安然脱险。通过这样的事例引导学生明白逆向思维就是为达到目的，将通常的思考问题的思路反过来，以背逆常规现象或常规方法为前提，去寻找解决问题的新途径、新方法。

②让学生学会转换思维。

这是一种人们常用的思维方法，是求异思维最普遍的形式，也就是所谓转换角度看问题。当以原来的思维角度考虑问题而不能解决时，转换另一个角度，就有可能把问题顺利解决。

③让学生学会完善思维。

1946年的电子计算机，主要部件都是电子管，十分笨重，运算速度慢，但是人们不是弃之不用，而是想法完善。用晶体管代替电子管制造了第二代电脑。然后又用集成电路代替晶体管生产出来第三代电脑。使用一些年后，人们感到它还需要更新完善，于是人们发明了大规模集成电路，用来生产第四代电脑，也就是我们现在使用的电脑。生活中没有尽善尽美的事，每一件事都会有这样或那样的不足，你发现了，把它完善了，你也就成功了。

提高学生发明创造的技法

加强案例教学。结合实例向学生传授发明创造技法，如我们在发明《投影仪遮光板》这个项目之前给学生讲了刘斌小朋友发明的《提醒器》的故事。自行车忘了上锁会被小偷偷走，他就把启动报警器的开关设计在自行车撑脚上。撑脚一放下，便接通蜂鸣器。切断电路安在环锁上，上锁的同时线路被切断。这样把撑脚、蜂鸣器、锁“联一联”就成了自行车提醒器。类似的方法如“加一加”、“减一减”等十余种儿童发明技法，对学生的发明创造都很有实用价值。

合理指导学生进行选题

选题是发明创造的第一步，它决定着发明创造的方向和目标。对学生而言，选题的范围很狭小，所以选题时应尽量本着“小”的原则，引导学生从自己的身边选题。要引导学生观察自己周围的事物，哪些是感到不称心、不顺手及不方便的事物，你怎样去改进它，使它更称心，更顺手，更方便，从而选出自己发明创造的选题。选题要力所能及，要看自己的知识水平和能力。选题确定后，指导老师要千方百计地让学生去独立完成，切不可包办代替，这样做尽管进度会慢一些，但却可以培养学生独立的创造精神。

3.训练学生发明创造的途径

青少年是祖国的未来，他们的科技素质和创造能力将在很大程度上决定着民族的命运。因此必须从小培养他们的科学素质，激发他们的创造热情。实践证明，开展小发明、小创造活动是一条重要有效的途径。

改变传统的观念

一提起发明创造，人们往往认为这是成人的事情，跟学生无关。原因何在呢？我认为一般人之所以不能进行发明创造，是由于他们对发明创造的原理不了解，不会运用。发明创造原理告诉人们，人人都有发明创造的潜力，关键在于如何开发和运用这种潜力。一但老师、家长和学生知道这种情况后，就不会觉得发明创造是高不可攀的，从而使思想上打消了顾虑，为开展发明创造活动奠定了思想基础。为了参加我市第一届青少年科技创新大赛，我就例举了我校的童志强同学发明的摘果机，该摘果机荣获省级三等奖，他是在一个偶然的机会产生发明设想，后制成作品的。由于这个事例，打这以后，我就收到了不少同学制作的小发明和发明设想方案。因此，可以这么说，学生完全可以搞小发明创造，关键在于教师是否会正确地加以引导。

必须符合的标准

发明创造出来的作品的标准是新颖性、实用性和先进性，这三点缺一不可。

新颖性：为了保证发明创造具有新颖性，从事发明创造的人应该查阅技术档案和专利资料，以确保自己的工作不是在简单重复前人的劳动。这对于学生来说具有一定的难度，这就需要老师的指导。教师首先要让学生搞在前人的成果上进行“改进性发明”，然后再在达到一定的水平上再搞“全新性发明”，这样使学生较容易成功。

实用性：如果一项发明创造搞出来后，对现实生活毫无用处，或者成本太高，就无法向社会进行推广，换句话说，就是没有实用性。这一点教师在指导学生搞发明创造时要特别注意。因为学生想象力虽然很丰富，但往往容易与现实脱离。

先进性：一项发明创造出来的作品必须给人带来便利或节约了资金，才具有先进性。这一点教师在指导时必须引导学生进行纵向比较，然后才能得到结论。

教会学生选题

选题是发明创造的第一步，它决定着发明创造的方向和目标，在一定程度上规定了发明创造的价值和可行性。学生搞发明创造，首先遇到的麻烦是如何选题。主要有以下两点原因：（1）年纪小，知识少，生活范围围窄，信息又少。

如果要求他们超出自己的生活范围和能力去发现问题，搞小发明创造，是不符合学生实际情况的。只有启发引导学生在自己生活周围去发现问题，搞小发明创造才是正确的。（2）学生不善于观察生活，更不善于发现问题，也就谈不上解决问题了（即抗小发明创造）。

教师平时要训练学生留心观察生活周围的事物，从而最终形成观察的习惯，为搞小发明创造创设了必要的条件。总之，把哪些生活中熟悉的事物有什么不方便，落后的地方提出来，即产生了选题。如有个同学发明的“防烫手热水袋”，就是他用热水袋装水的时候经常烫到手，于是就分析了原因，把原来的热水袋加以改进。因此可以说，选题并不难，只要留心生活中的事物，有什么不太“对劲”的地方，然后在分析原因，也就产生了“选题”。

教授发明创造方法

常用的发明创造的方法有缺点列举法、联想法、移植法、偶然发明法、逆向思考法等。运用这些方法的目的在于提出创造性的设想和方案，一旦创造性设想和方案产生，就可进入验证和实施阶段，最终才能形成一件发明作品。如有个同学利用缺点列举法发明的防流水菜板，就是看见妈妈在菜板上切菜时水经常流到地上，然后利用这个缺点，而产生了发明设想。所以说，让学生掌握一些常用的发明创造方法非常必要。

克服发明创造的障碍

由于发明创造涉及到的面较广，事先很难预料，再加上学生自身的特点，肯定会出现或多或少的障碍。主要表现在以下几个方面：思维定势、知识面窄、信息饱和、自我过高要求、制作（包括设计、材料）等。该怎么解决这些问题呢？方法如下：（1）作为教师就要使学生在平时打好知识基础的同时，尽早参与发明创造活动，从中积累经验，逐渐了解发明创造的原理。（2）学生在搞小发明创造过程中，如果遇到问题，教师要加以启发，但千万不能包办。同时注意发挥集体的力量，即共同研究、互相启发、相互补充。（3）要经常进行发散性思维训练，从而使学生的思维活跃，不呆板。如有个同学发明的“书式黑板”，最初她是根据宾馆的旋转门而想发明一种旋转式黑板，但是放在教室里，就不切实际了。后来教师根据书的制作方法来启发她，从而发明了“书式黑板”。以上事例告诉我们：学生在发明创造过程中一但遇到自己不能解决的问题，只要教师加以适当的引导，一定会成功的。

4.培养学生创造思维的方法

小发明活动的选题主要来源于日常生活和学习用品。学生容易发现其缺点和不方便处，然后想办法改进，或对前人没有想过和做过的事，大胆地设想和创造，就能产生小发明成果。学生通过小发明从而产生成功感，激发创造潜能。小发明活动作为提高学生创造能力的一个重要途径，对于培养学生的创造精神，创造性思维和创造个性起着极其重要的作用。对于培养未来科技人材以至提高全民族的创造能力也是十分有益的。

激发学生的创造欲望

提到创造发明，人们必然与张衡、蔡伦、爱迪生、瓦特联系起来，认为发明创造是发明家、科学家的事，普通人是搞不出发明创造的。学生也无一例外地认为创造发明就是从无到有，凭空想象制作一样有用的东西出来，而且必须惊天动地。学生们对创造发明怀着神秘感、神圣感，也充满着自卑，决不相信自己能搞发明创造。因此，要搞好发明创造活动首先要打破创造发明神秘论和学生的自卑感，激发学生对发明创造活动的兴趣和欲望。

在教学过程中，老师要时时通过浅显生动的方式激发学生的创造发明的兴趣，还可以把学校自己的创造发明作品和得奖情况进行展示，通过这些典型事例的介绍，使学生明白发明创造并不神秘，并不是高不可攀，发明创造就在我们身边。我们也经常引用教育家陶行知的一句话“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”来鼓励学生参与创造发明活动。在老师们的引导下，原来对发明创造不感兴趣的学生充分认识到了发明创造的作用，产生了别人能做到的，我为什么不能的创造欲望，试一试的念头也油然而生。学生对发明创造的兴趣被充分激发出来。爱因斯坦有句名言“兴趣和爱好是最好的老师”，学生的兴趣浓了，教师就能因势利导，充分发挥学生的积极性和主动性，把学生引入创造的天地。

注重学生创造思维训练

创造思维是发散思维与聚合思维的有机结合，发散思维是构成创造思维的最重要成份。因此，培养和训练学生的创造思维，就要着重训练学生的发散思维与聚合思维，特别是发散思维。同时，也应通过集中－发散－集中－再发散－再集中……的思维活动过程培养学生的集中思维的逻辑性与严密性。

比如，我们在训练过程中，让学生讲出更多的钢笔的作用，一开始同学们只讲钢笔能写字、可以划画。这时，教师就启发引导学生，把自己的思维扩散出去，你还能再找到些什么用途，或把钢笔改一改有什么新的用途……等等。这样，学生的思维一下子就会活跃起来，说出更多钢笔的作用。比如，我们展示一支筷子或在黑板上画一圆，问学生这是什么？在学生只表面说出这是什么的基础上，引导学生的思维扩散出去，产生更多的联想。这样通过一段时间的锻炼，学生的扩散思维和想象能力就有很大的提高。

在课堂教学中注重对学生创造思维的培养。在教学中，经常提一些开放式的问题，或者提一些有争议的问题，给学生思考的空间，让学生的思维活跃起来，发表自己的见解，或课后进行探索研究。这是思维训练的有效方法，而且这个方法可渗透于各学科。

在教学中提倡学生自由思考，大胆想象，灵活变通，使学生不仅习惯于单向思维，而且善于进行逆向思维、多向思维。有时候在上课之前，先给学生做一些脑筋急转弯或一些智力题。这样，一方面使学生的上课兴趣得到提高，另一方面，使学生的思维得到锻炼。布置一定量的具有创造思维的作业，也是开发学生的创造思维的有效途径。我们利用节假日的时间，布置一定的作业，如：爱鸟画的设计，玩具的设计、漫画的设计、小报/板面的设计、利用废旧物品制作一些小玩具等。这样既丰富了学生的课余生活，又使学生的思维得到锻炼。

教师在指导学生进行创造性思维实践的过程中，一应尊重学生的首创精神，爱护他们的积极性，鼓励他们“异想天开”，不求一开始就成熟；二应支持学生大胆实践，学中干、干中学，逐步总结提高，不求一下子就成功；三应指导学生选准重点，总结提高，做到有所取舍，集中集体智慧，不求一揽子都解决。四应欣赏学生，不但欣赏成功，而且欣赏错误。

5.学生实施发明创造的步骤

小发明是我们科技活动的重要组成部分，也是全国青少年科技创新大赛的比赛项目之一，其内容广泛、趣味性强，深受中小学生的欢迎。小发明活动又是提高学生创造能力的一个重要途径，对于培养学生的创新精神和实践能力起着及其重要的作用。当你具备了一定的发明创新的方法后，还要在开展小发明活动中作到：勤积累、多观察、巧动手、善交流、精制作、巧命名。

勤积累

积累和掌握一些基本科学知识和技能是小发明的重要前提，要利用课余时间阅读科普书籍，作好学习笔记，通过运用再学习就能逐步提高科技能力为小发明的开展奠定基础。好的习惯决定人的一生，为培养学生的良好习惯，我们的作法是准备一个小本子，命名为“灵感集”，当灵感产生时马上记录下来。美国心里学家研究得出灵感产生于大脑，只能保存三秒钟，好的灵感你不记录下来，到用时你是无法找到的。甚至强制自己每天提出几个问题，一周后反思归纳，选出具有研究价值的问题，再进行探讨研究，也许你就能找到发明的素材。

多观察

小发明的选题主要来源于日常生活和学习中，我们要多观察生活和学习中的不便，选择各种来自身边而又有研究价值的实际问题进行探索、构思和设计，然后实施验证，最后形成结果。让他们把自己的想法说出来，虽然有许多奇特而不切合实际的幻想。这是很正常的，人类的发明创造就是在前人幻想的基础上实现的。学生的观察力是多角度的，不要把我们的思维强加给他们，让他们自由的发挥，你就会有惊喜的发现。比如我校武婷同学发明的“雨夜照明伞”就是一个很好的例证。

巧动手

有了好的发明设想，你还必须亲自动手制成样品，许多设想、方案经你反复修改，你认为很完善，似乎是可行的。但一付储实践，就会出现一些异想不到的缺点或解决不了的实际问题。所以一件小发明还应将他制成样品，在制作过程中对你的方案进行修改、验证，发现问题及时解决。如不能解决的还要提出改进意见。

善交流

把你的想法，设计方案及制作中出现的困难讲出来，既能营造一个小发明的浓厚氛围，又能在分享成功快乐的同时，对你的设想方案提出修证的意见、建议，集思广议，使你的作品更加完美。

精制作

你的样品尽可能精致。从今年参加第二十二届科技创新大赛展品看，我们以前所有作品都太粗糙。当你的发明已经定型时，你最好不要怕麻烦，尽可能地选择好的材料，精心进行制作，把以前制作中存在的问题（美观性、灵活性、制作工艺等）进一步改进，甚至可以请一些专门的生产人员利用比较先进的工艺，加工成最精品。

巧命名

给你的作品取一个很时尚的引人入胜的名字，会使你的作品增色不少。这个名字既要能概括作品的特点，又能引起人们的注意，特别是引起评委的注意，你的作品就成功了一半。

6.指导学生发明创造的技巧

学校的发明创造教育活动是指教师运用创造教育理论引导学生学习掌握简单的发明方法和技巧进行发明创造，从而培养学生的创新意识、创新精神、创造思维、创新能力及个性品质，促使学生形成良好的创新素质。

营造发明创造氛围，激发小学生发明创造兴趣

兴趣是最好的老师。在对学生进行发明创造教育时，营造一个“人人是创造之人、天天是创造之时、处处是创造之地”的氛围是非常有必要的。我校在“科创”教育活动中，通过组织开展“小发明信箱”、“创新方案设计大赛”、“奇思妙想”、“金点子创意”、“亮眼睛行动”、“红领巾发明俱乐部”、“讲科学家发明家的故事”等活动来激发小学生的发明创造兴趣，营造人人争做“小问号”、“小发现”、“小能手”的创新氛围，引导小学生在丰富多彩的实践活动中发现问题、研究问题、解决问题，在探究的过程中获得实实在在的收获，让他们体验到“处处是创造之地，时时是创造之机，以幻想为快乐，以创造为光荣”的发明乐趣，为学生创新意识和能力发展提供一个校园大氛围。同时，利用课堂对小学生进行教育，教学效果的好与坏关键也在于在课堂学习中创造性氛围，如果教师能够很好地引导学生积极思考，敢于表达自己的见解，会使其创造潜能得到最大限度的发挥。所以教师在教学中应注意激发兴趣，鼓励学生探索求异，为学生营造一个充满创造性的课堂氛围。

让学生充分理解创造力与知识的关系

教师在引导学生进行创造发明之前，必须让学生明白：没有深厚的文化基础知识就不可能有所成就，也不可能成长为高素质的创新人才。并从两个方面引导学生：一方面要求每个学生必须掌握和理解一些发明创造的基本方法和技能，如：缺点列举法、组合发明法、联想发明法、实例发明法、移植发明法等等；另一方面要求学生学会思考，要密切联系生活，并运用所学发明创造的知识巧妙解决自己生活中遇到的难题。对于那些爱好发明创造而不太注重文化知识学习的学生，教师可以以一些案例故事教育他们，例如发明家张开逊教授走向成功之路的经历。张教授之所以能成为当代世界很有影响的发明家，是与他渊博的知识分不开的。也就是说，发明必须以扎实的文化知识做基础，现代杰出创新人才必须是知识渊博者。

多种形式结合，调动学生学习积极性，发挥主观能动性

由于受年龄和知识掌握情况决定，小学生尝试进行发明创造时最困难的是找到好的选题。如何帮助学生确定选题？我认为教师在课堂引导时不能采用传统的教学方法，只凭一张嘴、一只粉笔、一块黑板来讲授，这样学生会感到枯燥乏味；教师应利用自己熟悉的优秀发明作品，引出问题，创设情境，活跃课堂气氛，吸引学生积极参与。如我在讲授“联想发明法”时，特地设计了“用联想发明技法进行发明选题”的活动课，先展示一些学生的优秀小发明作品，用幻灯片在屏幕上投影出这些作品选题产出的大致过程，让学生根据自己的生活经历，联想出一个或几个发明课题，再将部分学生联想获得的选题用幻灯片展示在屏幕上，让学生思考，进行第二次联想活动。经过几次反复，每位学生的课题都得到了展示，便让学生根据自己的体会，总结出“联想发明法”的要领。这样，人人享受到了成功的喜悦，课堂主体作用得到了充分发挥，学习发明创造理论的热情更加高涨，也为小学生进行发明创造活动时探求选题指明了方向。

注重思维训练，促进学生创造性思维的发展

开展小学生发明创造活动，对于训练学生的创造性思维能力有非常大的作用。在活动中，教师要特别注重对学生进行系统的思维训练，如进行发散、想象、联想、类比、组合等思维的训练，以促使学生创造性思维的发展。通过训练，重点帮助学生掌握创造性思维的两种方法，即充分发挥想象力，突破原有知识圈而产生新设想的扩散思维方法和通过分析、比较、推理等手段，寻找最佳答案的集中思维方法。鼓励他们打破常规，多方联想，以启发式调动其“灵感”，激活他们的创造思维，直至达到“入迷”的境界，渐渐形成自己的创新思维方式，并获得好的思维成果。如有同学发明的“紫外线杀毒马桶盖”、“多功能的饮料瓶”等，就是他们通过观察生活中的自然现象受到启发，通过联想思维方法获得的创新成果；还有同学发明的“隐形可伸缩乒乓球网”、“桂花采集装置”等，就是他们运用逆向思维技巧获的好成果；而有的同学发明的“安全雨衣”、“姊妹小鼓棒”等，则是他们利用组合思维方式获得的优秀成果。

帮助学生消除畏难情绪，使学生树立发明创造的自信心

小学生由于受各种条件和能力的限制，发明创造对于他们来说，比中学生要困难得多。这些年来，我一直注意采用多种形式帮助学生消除“发明创造高不可攀”的畏难情绪，树立“别人能做到我也能做到”的坚定信念，启发他们注意观察身边事物，从学习、劳动和生活中寻找课题，然后鼓励他们大胆创新和发明。学生在课题实施中遇到困难，难免会产生波动情绪，这就需要我们辅导教师加以理解，抓住时机进行适当的引导与学生共渡难关，应及时激励他们：“这个难题你一定能够解决好，多想想便可突破！”学生听了之后自信心猛增，很快便进入了独立解决难题的兴奋状态，并通过不断努力，最终找到解决难题的好方法。从而有效地培养学生的创新毅力，为学生完成自己的发明作品做好坚实的后盾。

小学生发明创造活动是一种实践性很强的活动，教师要从学生生活实际考虑，合理安排其实践的广度和深度，否则就会走入发明创造的死胡同。这些年来，我从培养学生创新能力的需要着手，联系生活组织学生进行了一系列的发明创造实践活动；如运用调查法、参观法、情报分析法、专利检索法等寻找发明课题的实践；运用组合法、移植法、智力激励法、逆向构思法等进行解题的实践；运用废物利用、教具改革、学具创新等进行动脑动手相结合的实践；应用实例发明法改进原来发明作品的不足的实践等等，使小学生的发明创造能力真正获得提高。

总之，作为一名小学生发明创造活动的辅导教师，只有自己在教育教学工作中不断创新，努力探索辅导学生进行发明创造的方法和途径，才能提高学生的发明创造能力，才能使学校的科技教育上升到一个较高层次，真正使学生的创新素质得到培养。此外，培养小学生的科技发明创造能力不只是学校和老师的任务，要靠社会和家长的大力支持。这样，才能为孩子们创造一个更好的发明创造环境。相信通过我们对小学生从小进行发明创造教育，将来他们一定会肩负起历史的重任，成为一名合格的建设人才。

7.强化学生发明创造的措施

培养创造型人才，尤其是要培养从事发现或发明活动的创造型人才，就必须要培养他们娴熟地掌握和应用发现的方法或发明的方法。在活动中，适当地开展发现方法与发明方法的训练。遵循正确的途径可以使你的发明变得简单、易行。常用的发明方法有：

偶然发现法

顾名思义就是偶然的发现，如果你对偶然的发现、突发奇想不去思考，这些发现、奇想就会像闪电一样一闪既失，不会有什么结果。但是我们必须明白，现实生活中的所有现象都有它存在的道理，偶然出现的事物也有它的道理，只要我们抓住不放，那就可以通过它发现这些道理搞出一些发明来。

水龙头对于我们来说是最常见的，好象没有什么可发明的，但就是有人在水龙头上大做文章，搞出了方面发明——他就是昆明科技有限公司经理姜立人先生，发明的“向上喷水的水龙头”他的发明就是突发奇想的结果。在一次淋浴时，他拿着淋浴喷头为自己冲澡时淋浴器喷出的水直接喷在了他的脸上好舒服呀，哎，平时洗脸时也这样喷一喷多好。于是他开始研究，终于发明出了“向上喷水的水龙头”经过试验洗脸时的用水量只有平时用水量的五分之一，能够节约大量的水。他的这一产品已经远销欧美等30多个国家，实现了产业化。

联想发明法

有的发明，是靠联想成功的，如有一个同学发明的“售票窗口防盗镜”就是一个典型的联想发明的例子。俗话说，说者无心，听者有意，他的一位叔叔从外地回来和他爸爸在闲谈中，说这次回来在车站买票时被小偷掏了腰包。站在衣柜前打红领巾的他，从镜子中看到身后的一切物品，由此他联想到能否镜子把身后的人物反射到购票人眼前，起到警示作用。后来，经过他多次的实验，老师的指导，终于利用镜子的反射原理发明出了“售票窗口防盗镜”

挖掘潜力法

挖掘潜力法就是破除守旧观念，注意被忽视的事物，使物尽其用，说白了就是变废为宝，一改多用或一改它用。在变废为宝的同时，使其更加环保，更加节约资源，更加经济。如：用废报纸生产的铅笔的发明者刘玉春原是一名记者，他发现出版社每天有大量的废旧报纸，在他外出采访的过程中，也发现各机关单位有大量的废旧报纸，他利用工作之便作了大量的调查。终于下定决心辞去了工作专搞发明，终于经过七年的坚苦努力，他发明的用报纸生产铅笔获得了成功。在每年为国家节约大约50公顷林木的同时，实现了产品的产业化。产品也进入了欧美市场，带来了具大的经济效益。真正实现了废纸换美元的目的。

移植发明法

移植发明法也可称转移发明法、或嫁接发明。就是把已知的原理或熟悉的部件，运用到新的发明上来，这种技术上的移植，是发明创造的一条重要途径，而且往往是一条捷径。

比如说汽车是现有的，太阳能电池是现有的，那么把太阳能电池运用到汽车上即成为太阳能汽车。这即是成功的事例。四川的白新城同学就是根据吸尘器的原理，加上黑板擦，发明出既擦黑板又吸走粉笔灰的《迷你袖珍吸尘器》，它还可以用在生活的许多地方。

列举发明法

既有对其希望的列举，又有对其缺点的列举。

有很多东西，当你看惯了，就会认为没有什么值得改进和发明，可是你用新的眼光去看它，同一个事物，就会有不同的看法。就是看身边使用的东西，有什么不方便，不顺当，不如意的地方。它的缺点如何克服，克服的过程既是发明的过程。经过改进，缺点克服了，新的产品出来了，新的发明也就成功了。或者你对身边的事物，可能有一些希望。当这些希望得到实施以后，发明也就成功了。

如有的同学提出设想，能不能发明“多功能手杖”，他想：老人用的手杖能不能增加其功能，变成坐椅，使老人在转游的同时能够坐下来休息。这些设想的提出，都来源与对生活的观察，对生活的热爱。这在培养学生发明创造的同时，培养他们服务与人，服务社会的良好品质。这可是一举多得的好事，我们何乐而不为呢？

适应需要发明法

了解我们身边有什么需要，也是我们寻找发明目标的重要途径，经过仔细观察，充分调研，抓住生活、工作、学习中的某些需要，下工夫进行研究，就能创造出受人欢迎的产品。青少年参加科技活动，不是在进行真正意义上的科学研究，而是学习科学研究的方法，是接受科学教育的过程，因而提倡青少年要从自己的学习生活和社会生活中选择题目，也就是要研究身边的科学，探索身边的奥秘。

日本的安藤每天都看到许多人在车站旁的饭馆前排队，等着吃热面条。有一天，他突然灵机一动：如果能生产一种“只用开水一冲就可以吃”的面条，估计居家旅行者都会愿意大量购买。于是，他毅然确定了开发“方便面条”的发明课题。安藤百福马上投入发明试验。他买来一个轧面机，为了实现“方便、简易”，他想到“油炸”，这样，可以很快就把面条炸干，便于贮存。面条在油炸后自然会出现很多细孔，这些细孔在热水浸泡时起到吸水作用，可以使方便面很快变软，油炸后的面条味道还会更好。在这期间，他还发明了添加调味料的方法，使自己的方便面味道鲜美、可口。经过长达3年的苦心钻研，安藤百福终于研制成功了“鸡肉方便面”。现在方便面已经进入我们的生活。

思维风暴式

这是美国奥斯本提出的一种寻求发明创造的方法，要求通过特殊的会议，使参加者相互启迪，引起创造性设想的连锁反应。为了能够让大家明白这种方法的适用性，请大家跟我一起做。

检核表法

就是利用分析借鉴，看它能否他用、能否借用、能否改变、能否扩大、能否缩小、能否替代、能否调整、能否颠倒、能否组合。

8.创造发明中师生合作的智慧

学生是创造发明的主体，教师是创造发明活动的指导者。作为辅导教师，应该充分认识到学生是创造发明的主体，在开展活动中教师不能包办、代替。老师不是课题的批发商，学生的创造性和洞察力是课题的真正源泉。课题的发现本身有助于发展学生的创新精神，培养学生发现问题的能力。这就要求我们处理好与学生在创造发明中的位置关系：

教师是探索活动的组织者、服务者

当你和学生一起面对课题时，你不再是知识的辐射源。你是学生创造发明的组织者，服务者，要善于给学生搭建一个创新活动的平台。着重帮助解决研究所需要的资源问题。课题研究活动必须为发展学生的“天才行为”，促进拔尖人才的脱颖而出做出贡献。教师应当为更多青少年新秀脱颖而出、健康成长创造更多机会和条件。让他们在学习、交流、展示、竞争、拚搏中成长成熟，早日成为建设祖国的栋梁之才！如果一味地追求比赛的高成绩，以教师的智慧替代学生，那么可能会得到一时的荣誉，然而却抹杀了学生的创新思维，最终也将失去我们教育的真正目的。

教师是科学方法的示范者、导航者

在学生发现问题，提出问题的基础上，重视对学生研究方法的指导，这是研究型课程的主心骨，其目标是教会学生怎样去研究。学生应在教师的指导下，尝试问题的解决；在解决问题的过程中，教师要善于创设脚手架，替他们搭建解决问题、合作交流的平台，引领学生创造奇迹。培养学生解决问题的能力，同时要提醒学生少走弯路，少做一些无用功。研究出现一些意外时：善于引导同学把握转机教师的辅导要做到“到位而不越位”。尽量让学生感觉到是自己在发现，同时要做个日常的呵护者、辅导者。教师应与学生合作展示问题解决的全过程。

学生作品的欣赏者

对于学生的作品，无论好与坏，都要给予足够的重视，给学生给予高度的评价，并且对学生作品进行面对面的讲评，指出作品的优劣，启发改进思路。大家一定知道爱迪生小时候做凳子的故事。就是哪个做得很糟糕的凳子，也是他的最佳创作。当我们面对这样的作品时，呵护一个具有创造精神的心是最重要的，只有这样才能更激发起学生的创作欲望，使学生获得成功的体验，也更能有效的开展创造发明活动。

情感的激励者

鼓励比参与更重要，要真正成为学生“灵魂”的工程师，善于运用评价技巧，激励学生主动发展。只有对心灵力量有信心的人，才能达到成功。

9.学生发明创造应注意的问题

让学生知道发明创造有什么用

发明创造是很伟大的，人类就是依靠发明创造才懂得使用工具，才懂走出洞穴成为现代人，才懂得使用火把，把光和热带给人间。发明创造使人类的许多幻想变成了现实，比如，卫星上天、火箭升空、飞船登月、克隆动物这些都是人们依靠发明创造实现的。联系前不久我国载人航天飞船成功发射并顺利回收，圆了中国人千年的飞个天梦想，靠的也是发明创造。

激发学生发明创造的理想。我们有的同学不是想发明一种飞行服，穿在身上就能自由自在地漂浮在空中；想发明一座能悬浮在白云间的华丽的别墅；发明创造的多彩光环处处闪烁，编织着一幅又一幅璀灿的图画，也许在过几十年几百年，如今的电灯、电视机、汽车、火车、飞机、电脑统统成了博物馆的古董，那时的孩子们会指着这些东西说：“那时的人真苯！”

破除创造发明的神秘感

在人们的心目中，发明创造是最神秘的事情，多人连想都不敢想，更谈不上“高攀”了。举一些我们身边的发明创造的例子，眼镜、漏勺、笔简、手电、腰带、口红……都是发明创造。说明发明创造无论大小都是伟大的。增强同发明创造打交道的勇气和信心。

鼓励学生从小发明开始

常言道：“万事开头难”，发明创造开头更难。学生学创造要从小做起，先搞一件小发明，小改革。小发明到底小到什么程度呢？如多用回形大头针。就曾经获得全国第八届青少年创造发明比赛小学组二等奖作品（江西南罗右营街小学三年级学生）。

发明创造依托“三力”

培养三种基本能力即观察力、想象力、分析能力。（1）没有观察就看不到问题，没有问题就没有革新的对象。

例如小发明“卫生跳绳袋”，这件作品获全国发明创造比赛小学组二等奖。观察不仅仅是看到了什么，而是要从看到中想到什么。（2）增强想象就在于摆脱习惯思维对自己的束缚。

学生要做到敢想、多想、联想、广想、幻想、深想，让创造的思维随心所欲，自由奔放，例如就洗脸异想天开：想象一种具有消毒功能的洗脸盆，想象一种能调节水温的洗脸盆，想象一种可悬浮起来的洗脸盆，想象一种可呼之即来挥之即去的洗脸盆。想象一种能使洗脸水变清洁而重复使用的洗脸盆，想象一种可大可小的洗脸盆，想象一种无形洗脸盆……想象的价值在于超越现实，超脱平凡，如果说创造力是射向未来的利箭，想像力就是箭头。（3）提高学生的分析能力。

例如，有人想发明一种磁性笔，方便仓管员使用。产生了磁性笔这一发明构思后，接下来要引导学生分析，一是分析磁性笔的设计和制造问题；二是分析磁性笔的使用价值。正确的分析才能把发明设想引到科学创造的方向上来。

发明创造抓住“三性”（1）新颖性。

指前所未有或与旧不同的事物。比如有个学生想发明一种“带护手罩的炒菜铲子”如果这件作品是前所未有，就具有新颖性。又如摩托车电热防风衣，与一般防风衣有所不同，也具有新颖性。对学生作品的要求是较低层次的，主要是“小改革”。（2）先进性。

指的是同类事物相比，在某一方面或某些方面，甚至整个方面进步的事物。例如你设计的多功能手杖不但保持了传统手杖的功能与使用习惯，而且还可以作为机械手使用，还具有照相、紧急呼救等功能，手杖还设有急救药品盒，与传统手杖相比功能齐备整个都领先于现在的各种手杖。（3）实用性。

指能被人们理解、接受、有使用意义（价值）的事物。例如你设计一种“夜光绳”，人们在日常生活中有需要，现有的条件也能制造出来，这种“夜光绳”就具有实用性。

学生创造发明立足“三小”（1）小目标：有个学生，他要发明一种能伸出两个指头的棉手套，以便书写。还有一位学生她要发明一个线团盒，打手衣时把线团装在里面，我免线团掉到地上滚脏。这两个小朋友的发明创造目标是小目标，小目标容易实现。（2）小问题：小问题就是发生在身边微小的人们不易觉察的问题，比如，在屋里擦玻璃时，玻璃的外面擦不到；在厨房拿油瓶，手上总是粘糊糊的；洗澡时，香皂没个合适的地方放……这些都是小问题，像这样的小问题生活中处处都有，无时不在，人人都可能碰到。只要时刻留心身边的小问题，才会从中发现创造的小目标。（3）小设计：比如有个老大爷每天都要坐在沙发上看报纸杂志，茶几上又放满了茶具，报纸杂志看完了无处放，老大爷的孙子总想给爷爷解决这个小问题，于是他应用主体附加的方法，在沙发侧面附加了一个兜子，专供爷爷放报纸杂志。这就是发明创造的设计，小设计就是解决小问题的。

发明创造围绕“三具”

学生开展创造发明活动，可以从改革劳动工具、学习文具、生活用具开始实践，因为这些是你们熟悉常做常用的物品。（1）劳动工具。

劳动工具很多比如锤子、剪刀、锯子、扳手、铁锹等。在使用这些劳动工具时总有不得心应手之处。比如在清洗浴室时，由于部位不同，往往需要的工具不同，要是设计一种该直就直该弯就弯的拖把，即“可弯曲的浴室拖把”也是一种发明。就却定每个人顺手可以做的发明创造。（2）学习文具。

学习文具大家更熟悉，例如文具盒、铅笔、直尺、三角板、卷笔刀、圆规等学习中使用的各种文具。各种各样的文具都值得大家动脑改进，哪怕只是很小很小的一点小改进，比如，改进一下卷笔刀刀片的角度，改变一下卷笔刀削笔的方法，增加尺子的一项功能等等都属于创造。（3）生活用具。

人们日常的生活用具可谓五花八门，桌、椅、碗柜、梳子、小镜、牙刷、指甲剪、勺子、床、钟表、暖水瓶等等。其实生活中的每一件物品都可以再变一变，再改一改。如衣架就可改的可升降的衣架；可变形的衣架；防风衣架；折叠式移动衣架。又如用梳子梳理头发后，在梳齿间的头发和污垢不易清除，把梳子弄得很脏，这不是有可以改进的地方吗？

劳动工具、学习文具和生活用具，这“三具”是我们指导学生进行发明创造的广阔天地。只要我们指导学生留心观察，用心思考，总有一天会在这“三具”上做出发明创造的。

尝试发明创造的方法（1）“加一加”创造法。

是在原有基础上加一些物体、时间、次数、重量或者将两个事物组合在一起形成新的事物的制造方法。

运用“加一加”进行发明创造，常常可以把物与物加或把事与物加，或把事与事加。

①物与物加就是把不同的物组合起来，例如笔简与钟表、鱼缸与盆景、放大镜与镊子、拖鞋与刷子、跳绳与计数器、门锁与拉手等等。

②事与物加就是把不同的事和不同的物组合起来。例如音乐与皮球、谜语与雪糕、保键与电吹风、保键与梳头、生日音乐贺言卡等。有位小朋友发明了一种“枕头叫醒机”。

③“事与事加”就是把不同的事组合起来。例如，气象与医疗，京剧与魔术，就餐与洗衣，教学与旅游等等，事与事加，就是不同的事互相渗透，互相利用，把两种不同的事融合一体，达到一件事包含两件事的目的。（2）减一减。“减一减”就是考虑可不可以在某些事物上减去些什么吗？可以减少环节吗？可以减轻重量吗？可以减少体积吗？

①少环节：什么是减少环节呢？有一个小朋友发明“只拧一颗螺丝的新式锁扣”。

②减轻重量。

例如，明明发明的“家用管道疏通器”，原来全部用金属材料，后来特大部分零件为尼龙，重量大的减轻，使用起来更加得心应手。

③减少体积。

什么是减少体积呢？有些发明创造本身就有体积上的限制，不能太长，也不能太小，像圆珠笔的笔杆、衣服上的扭扣、订书钉、菜刀、手表等。

例如：学生发明尖头鞋刷（3）变一变。

主要有：变原理、变结构、变材料。

①什么是变原理呢？螺旋千斤顶“变”原理，发明设计了液压千斤顶。

学生发明了作品“按扣开关”。

②变结构：

什么是变结构呢？例如，一般沐浴器只有一个喷头，鲤城实小同学发明的多功能沐浴器把喷头分别换成海棉、刷子……

③变材料：

什么是变材料？例如，我国的象棋曾以铜、象牙这样的材料做棋子，后来以木、瓷、塑科学材料来代替，在原理和结构不就的前提下，用其他材料来替代原来的材料就换材料。

又如饮料瓶盖里面的垫片，以前是用橡胶制成的，后来用低发泡沫塑料片代替，节省了大量橡胶。（4）反一反。

任何事物都同方向有关，方向、方法、用法，一经成为人们的既定思想、常规知识和习惯行为，就很难改变。大家如能对此进行“反一反”，把方向过来，把方法反过来，把用法反过来，说不定某个事物经你这么一反，会有新意、出奇效、生生发明创造。“司马光破缸救人”是由“人离开水”，颠倒过来，变成“水离开人”。于是，他搬起石头破缸，使水流出来，小朋友得救了。

英国科学法拉弟，“把磁转变成电”颠倒过来，实现了“磁转变成电”，发明了世界上第一台发电机。

指导学生学习运用“反一反”的方法开展小发明，可能着重从三个方面加以引导：

①反方向；

②反方法；

③反用法。

指导过程中应注意的其他几个问题（1）要注意谋求发明创造的巧，而不是高精尖。（2）要注意引导学生进行一些系列化的设计。

如：椅子系列、衣架系列、各种各样的卷尺（3）要善于发现学生发明创造的闪光点。

从学生幼稚的想法、甚至是幻想中去发现学生发明创造的闪光点。（4）要注意解决学生制作过程中的各种困难。

如：材料、工具、仪表、工艺、制作、解说等困难。（5）有些作品可以反复加以改进。

多角度加以改进，选择出最佳方案。（6）要注意把握教师指导的度。

主要是方向、方法的引导，要注意引导学生自己去探索，充分考虑学生活动中的各种需要和可能，以及可能出现的困难。适度指导，恰到好处。不要包办代替，甚至以老师的思维代替学生的思维。（7）多看相关报刊、杂志，了解相关信息，扩大视野。

10.扫除学生发明创造障碍的方法

在学生中开展小发明、小创造活动是提高青少年科技素质、培养学生创新精神和实践能力的一条非常重要的途径。但一提起发明创造，人们往往会说这是科学家、工程师等专家的事情。对于普通群众，特别是还处在进入学习阶段不久的学生来说，创造发明似乎显得更是神秘，可望不可及，发明创造真的这么难吗？

我国伟大的教育家陶行知先生说过：“处处是发明之地，时时是发明之时，人人是发明之人。”其实这也就是说：发明创造人人都能进行，只不过是发明层次不同而已。那么，问题又出在哪里呢？就出在人们对创造发明的障碍尚未认识到，也不能自觉地加以克服。我们通过探索、研究，发现了原来学生在进行小发明、小创造时，会经常受到心理、思维、技能和时热四个障碍的影响，只要扫除这四个障碍，小发明、小创造活动就会开展得如火如荼，否则活动开展起来只能是事倍功半，甚至是徒劳。

那么学生在小发明、小创造之路上这四个障碍是如何产生又如何扫除呢？

扫除心理障碍

所谓心理障碍，就是认为发明创造很神秘，不是自己能做得了的事，是科学家、工程师等专家的事情，或者说根本不知发明创造是什么。该障碍形成的原因主要是人们的一种从众、定势的心理影响，认为只有搞科学的人才有能力进行发明创造，其实发明创造就在你我的身边，发明创造处处皆有、人人皆行，平常生活中谁都会想些办法，这些办法就是发明创造。

根据心理学研究表明：教育要适应受教育者的心理发展水平，实际上也就是教育要适合受教育者的心理，使受教育者能够接受、掌握教师所教的知识、技能等。因此，一开始不要告诉学生我们来学习如何进行发明创造，而是结合学生较熟悉的事物对学生进行无意识的引导认识：尝试最浅显的改进性发明的认识，这类发明学生容易接受，创作又容易成功。

如：教师刚开始不要告诉学生是学发明知识，而是像平时课堂提问一样，问学生：

你们每天学习都要用到哪些文具，这些文具用起来有没有不方便的情况呢？

这时学生会七嘴八舌地发言：“我的笔有时写了一会儿，突然没水了？”“我的文盒具经常往地上掉。”“我喜欢看书，但经常碰到一些不认识的字，查字典又耽误时间，影响阅读！”

……

大家的问题越来越多，教师就趁机选中一个较容易解决的问题：文具盒放在桌面上，确实容易掉下，那么有没有办法使它不容易掉呢？布置大家回去把自己想到办法写下来作为作业交给老师。

接下来第二次，教师选中学生中提出的一些可行性的办法“制作课桌时，在桌面上安置一块磁铁，文具盒（铁制的文具盒）会被吸在桌面”、“在文具盒的底部加上吸盘（桌面是光滑的）”等方法，与学生一起探讨，请大家点评是否行得通或者说你们还有没有其它办法，这样学生又在不知不觉中对各种办法提出了自己的见解，还想出了其它办法。

最后老师告诉学生们：你们想到的办法，制成实物或模型就是小发明。

学生一听，顿时欢呼道：原来小发明小创造这么简单啦，我也能行。经过多次这样的探讨，使学生们知道：凡是别人没有做过、想过的事或别人没有做好的事，你想了、你做了，这就是发明、这就是创造。即使别人做过，但你不知道，你把问题解决了，对于你自己来说也是发明创造。采取这种方法使学生对小发明、小创造的认识达到了水到渠成的效果，彻底地揭开了学生心理认为发明创造只有科学家、工程师才能办得到而自己不是这块料的神秘面纱，扫除了学生心理第一大障碍。

扫除思维障碍

所谓思维障碍，在明白了何为发明创造后，很多学生对自己提出一个问题、一个新的思想，总怕别人笑话，缺少对旧事物否定的勇气，不敢大胆地破旧立新，或者想到的老是些别人想到过的问题，甚至说我想不出一件思路来。该障碍形成原因是尽管发明创造活动多种多样，但其创造过程是有规律可循的，而学生就是没有掌握这种活动规律。

教育要给学生的心理发展以积极的支持。针对这种思维障碍，首先为学生提供必要的支持和信任，使其明白成功之路积累了或多或少的失败；其次主要原因是学生没有掌握发明创造方法、原理，所以要指导学生掌握各种常用的简单的发明技法。

如克服缺点法：明确每种物品都有或多或少的缺点，改正了其不足缺点就是发明；

希望发明法：设计出能满足某种需要的物品，就是发明；

组合发明法：将不同物品组合在起，增加了功能或减少了材料也是发明；……

再次，学生信息不足、思维定势，为此就要指导学生多看些青少年科技教育的课外书籍、科技教育电视片等多角度收集信息，如《小学科技》中的“小小发明家”、《小爱迪生》中的“挑战爱迪生”、《少年发明与创造》等栏目内的发明创造作品，CCTV－1少儿节目“大风车”栏目中“奇思妙想”、“异想天开”等开阔思路的节目，从中找出别人的发明思路来源，启发和开阔自己的思维；同时引导学生广泛地多参加或接触各种活动，多观察周围的事事物物，从不同人、不地点、不时间活动中找出它们的不足和需要，寻找发明课题。

当然对学生来说，根据他们的知识结构，我们要求的只能是些小发明、小创造，哪怕只是一个想法，只要是有别与其它的，都是值得肯定，关键是让他们的思维得到锻炼、想象能“飞”起来。经过这样一系列的学习，学生的思维活跃了，不再胆怯了，从原来不敢想，变成了大胆地想了，好点子层出不穷。

扫除技能障碍

所谓技能障碍，是指有了一个好的发明课题，但就是由于主观、客观等条件限制，就是不知怎样动手完成作品，或者是动手了难以达到预期目的，导致经常失败，最后干脆与它说声bye－bye。该障碍形成原因是由于学生年龄较小，各方面条件、技能等缺乏或欠佳，如工具缺少、金属焊接技能等动手制作时会出现各种各样的困难，又对成功过于心切。可动手实践是把构想变为现实必不可少的途径，它是培养学生动手的最好机会，如果这一步没有做好，学生会产生畏难情绪，甚至再也不做“回头路”，逐步放弃自己的进行发明创造念头。

俗语说得好“不怕做不到，就怕想不到”，在学生有了好的发明点子，要变成实物时，我根据实际情况，首先并没有要求学生先将作品制作出来，而只是要求他们在脑中设计完成，并将他的想法用文字或简单的图画表达出来，甚至用话语告诉我他是怎样设计的，然后我再与他一起画、找材料、制作、改进；或者让其告诉家长、同学，请家长或同学一起参与完成，有的由于目前条件不具备，甚至还请他人帮忙完成，不过在制作过程我们还有目的、有针对性的、系统地指导和训练相应能掌握的技能。

当然在作品的完成过程中也不能要求太高，以增强其信心。就是经过多次实践，这样一步一步，水到渠成，学生畏难情绪就会不翼而飞了，最终完成的作品既有科学性，又具有一定的工艺水平，同时在制作过程还密切了师生、家长、同学之间的情感关系，集体合作精神也得到了培养，理解了协作的重要性，学生也在作品完成过程中逐步地掌握了必要的操作技能。

扫除时热障碍

所谓时热障碍就是活动刚开始充满激情，但进行了一段时间后就变得冷淡，甚至兴趣全无，对活动不能持续。产生这种障碍的原因是因为少年儿童的好奇心与探究环境的倾向，最初只是潜在的动机力量。这种潜在的因素只有通过实践活动并在实践活动中不断取得成功才能逐渐形成和得到稳固。

为让学生在经常实践活动中通过成就感激发他们的长期的创造动机，学校应坚持开展小发明、小创造活动，在开展活动中做到“六有”，即有计划、有内容、有检查、有总结、有专人负责、学生人人有作品（作品形式可以的实物、模型、图纸、方案、点子等）。

同时针对各年级学生的知识深浅、动手能力强弱的不同特点，采取相应的辅导措施，平时加强引导学生仔细观察周围现象、鼓励启发学生自己提出问题、解决问题，促使学生关心身边事物，主动探讨生活中的科学。

经过一段时间的尝试和实践，学生们掌握了进行小发明、小创造的要领。特别是在学生完成作品的每一阶段直至作品完成，都充满着教师鼓励、家长支持、学校表彰等不同的方式激励学生从事小发明、小创造活动，让学生体验到进步和成功的喜悦。

如制作出现经济困难学校可以帮助解决，作品在省内外展出所有费用学校报销，对学生作品获奖、发表的学校给予嘉奖，现在每年用在学生发明作品制作、在各地参赛展出、获奖奖励费用就达1万多元；同时学校建立活动展览室，不定期开放让学生参观，让学生互相观摩参观自己的活动成果，使他们产生成功感和自豪感；每学年的家长开放日、每年的科技活动月更是把小发明、小创造活动推向高潮，从而进一步提高了师生、家长参与学校小发明、小创造活动的热情，使学生从原来的不敢做转变到现在的大胆做、从原来的不会写转变为会写……有效地促进了小发明、小创造活动的持续开展，避免时热性，大大地激发学生的创造欲望，增强从事活动的信心，也提高了学生的创新能力。

通过了以上“四扫障碍法”的操作扫除了学生进行小发明、小创造活动途中的四个障碍，使他们不再对发明创造感到高不可触，使得许多学生成功地走上了发明创造之路，从而使得学校小发明、小创造的活动取得了突破性的佳绩，从而为培养学生的创新精神和实践能力、提高青少年科技素质取到事半功倍的效果，为持续增强国家创新能力和竞争力的基础性工程打下坚实基础。

第二章 学生物理发明启迪

1.温度计的发明和改进

冷热的观念古已有之，但形成科学概念却经历了漫长的过程。很多科学家都曾为此大伤脑筋。这里的关键在于如何定量表示冷热的程度。

早在我国战国时期，我们的老祖宗就已经根据水结冰来推知气温下降的程度。汉代初年有一种“冰温度计”，按文献记载，“睹瓶中之冰而知天下之寒暑”。意思是说，观察瓶里冰的融化或增厚，就可知气温的变化。

古人也知道利用光的颜色判断温度的高低，“炉火纯青”就是形容炉温达到最高点时火焰从红色变成青色的意思。

最早有意识地依靠热胀冷缩来显示温度高低的是16世纪的几位科学家，其中有著名物理学家伽利略。他发明了第一支温度计，时间大约是1593年。据他的学生描述，有一天，伽利略取一个鸡蛋大小的玻璃泡，玻璃泡接到像麦秸一般粗的玻璃管一端，管长约半米。用手掌将玻璃泡握住，使之受热，然后倒转插入水中，等玻璃泡冷却后，水升高二三十厘米。伽利略用水柱的高度表示冷热程度，测量了不同地点、不同时候、不同季节的相对温度。

伽利略曾经学过医学，显然他是想利用这个温度计来测量人体的体温。但他的温度计有一个重大缺点，就是大气压会对水柱高度产生影响，而且温度计插在水盆里用起来很不方便。

法国化学家雷伊（J.Rey）将伽利略的温度计做了一点改进，他把玻璃泡调头放在下方，从上面灌进一定量的水，于是温度计便可以携带了。但水会蒸发，温度仍然不很可靠。不久，在意大利出现了把酒精或水银密封在玻璃泡中做成的温度计。为了表示温度的高低，在玻璃管上标有刻度，管子太长，就做成螺旋状。可惜，刻度没有统一标准，不适于推广使用。

德国的格里克（O.V.Guericke）在1660～1662年间创制的温度计颇为壮观。该温度计高达20英尺（约6米），由一个中空的大铜球壳及一细长的U形铜管构成，管中灌有一定量的酒精，开口一端的液面上漂移着一铜箔杯，杯子通过绳经滑轮吊着一个小天使，通过小天使的升降来指示气温的高低，刻度上标明“大热”、“大冷”等字样。

通过实践，科学家们逐渐认识到，为了有效地测量温度，必须选取某些温度作为标准点。

惠更斯推荐水的冰点和沸点作为标准，玻意耳认为冰点会随纬度改变，建议用大茴香油的凝固点作为标准。牛顿则选用融雪温度和人体温度作为温标，并将这中间分成12等份。1703年，丹麦学者罗默（Romer）则选用冰、水和食盐的混合温度作为零度，因为这是当时所能达到的最低温度。

德国人华伦海特（D.G.Fahrenheit）从罗默的工作中得到启发，也研究了温度标准。1714年，他用水银代替酒精作为测温物质，于是就有可能利用水的沸点。他做了许多实验研究水的沸腾，认识到水的沸点在大气压一定的条件下是固定的，不同的大气压下，沸点会有所改变。他把结冰的盐水混合物的温度定为零度，以健康人的体温定为96度，中间的32度正好是冰点，后来又确定水的沸点为212度，这就叫华氏温标，以°F表示。

华伦海特的工作推动了精确温度计的发展，在欧洲大陆，他的温度计使用很普遍。

瑞典天文学家摄尔萨斯（A.Celsius）1742年创制的温度计是在水的冰点和沸点间分为100等份。不过，他为了避免冰点以下出现负温度，定冰点为100度，沸点为0度，和现行的摄氏温标（以℃表示）正好相反。我们现在的摄氏温标是1743年法国人克利斯廷（Christin）首先采用的。从伽利略到摄尔萨斯，大约经过了180年，在这些漫长的岁月里，温度计几经沧桑，逐渐完善。有了温度计，没有温度标准和分度规则也是不行的。而温度标准则有待于物态变化的研究。所以，温度计的发展历经这么长的时间，而一旦建立了完善的测量温度的方法，热学的实验研究也就蓬勃展开了。

2.望远镜和显微镜的发明

透镜是最简单的光学仪器，借助它的放大作用，人们可以扩大视力。早在公元前424年，古希腊的一部喜剧中有这样的台词：“用透明无瑕的石头点火吧！”透明的石头就是玻璃。一千多年以后，才有人用透镜制成眼镜。有一幅据说是1352年的教堂壁画，画中一位戴眼镜的技师正在刻字，说明眼镜的使用跟印刷技术的发展有关。这大概是有关眼镜的最早记载。

望远镜的发明有点偶然性。第一个望远镜是荷兰的一位眼镜制造师利佩希于1608年做成的。据说，有一天利佩希无意地将一块双凸透镜和一块双凹透镜组合在一起，对准附近的一座教堂尖顶上的风标，只见风标明显地放大了，距离似乎也近了，使他又惊又喜，后来他还为此申请专利，引起了一场发明权之争。

望远镜的发明虽属偶然，但在荷兰首先发明却不是偶然的，因为当时荷兰的眼镜片制造业比较发达。几百年来，荷兰在研磨玻璃和宝石方面已发展了一套全面的技术，居于领先地位，为望远镜的发明准备了条件。

当时许多人对望远镜的热心纯属好奇。有人视之为玩具；有人视之为生财之道；但是，也有人是从科学的需要出发，认为找到了极有用的观察工具，可以帮助人们扩大眼界。伽利略就是其中的一位。1609年当他得知发明望远镜的消息后，他激动不已，立即亲自动手制作望远镜，然后用来进行天文观测。1610年，伽利略在他的著作《星际信使》一书中写道：“大约10个月以前，消息传到我的耳朵，说有一位荷兰人发明了一种仪器，可以用来使远方物体像近处物体一样清楚。这使我思量我自己如何也来建造这样的仪器。由于有光学定律的指导，我想出了这样的主意，即把两透镜固定在管筒的两头，一个是平凸透镜，一个是平凹透镜，当我把眼睛贴近平凹透镜时，物体就像只有大约实际距离的1/3远，大小为实际的9倍。我历尽艰辛，也不吝惜钱财，终于成功地做出了精良的仪器，使我能看到几乎比肉眼所见大1000倍的物体，而距离只是原来的1/30。”

伽利略用他自制的望远镜观察月亮，发现月球上有许多山岭和火山口；对准木星，发现木星有卫星；对准太阳，发现了黑子，还从黑子判定太阳也在转动。

伽利略多年用望远镜观察天体，以确凿的证据支持了哥白尼的日心说。可能是由于没有保护措施，长期直接观测太阳，他在晚年时不幸双目失明。

伽利略的望远镜以凹透镜作为目镜，观察到的是正像，但视场较小。开普勒采用凸透镜作目镜，可以得到更大的视场，看到的是倒立的像。后来他加了第三个目镜，又把倒像变为正像，就成了现代天文望远镜的雏形。

惠更斯也对望远镜的改进作出过贡献。他为避免透镜的像差，设计出一种长焦距望远镜——高空望远镜，将物镜和目镜分别安装在支架的高处和低处，省去了通常的镜筒。

牛顿在年轻的时候制作了一种与众不同的反射式望远镜。他认为透镜成像是基于折射原理，不可避免会由于色差和其他原因产生像差。如果利用凹面镜的反射和聚焦作用，有可能做出更为理想的望远镜，不但可以避免像差，而且还可以大大缩短镜筒长度。

牛顿亲自动手研磨反射镜，第一台长仅15厘米，口径为2.5厘米，可用来观察木星的卫星及金星的周相。后来又制作了一台较大的反射式望远镜，送给皇家学会，该望远镜现仍保存在博物馆中。

显微镜和望远镜一样，最早也是荷兰的眼镜制造者发明的，用的也是一凸一凹的透镜，镜筒长约45厘米，直径约5厘米。这种结构和望远镜基本相同。伽利略就曾用他的望远镜看过微小物体，并形容说： “我看到的苍蝇就像羊羔那样大。”

胡克对显微镜的推广使用起了特殊的作用。1665年他的著作《显微术》出版，这是最早论述显微镜的专著，书中详细介绍了显微镜的使用方法，并附有胡克亲笔画的显微镜插图和许多用显微镜观察微小物体所得的图像。胡克多才多艺，早年曾在伦敦一位肖像画家那里当过学徒，后在牛津大学学习物理。英国皇家学会成立后，他被选为秘书和实验组长。皇家学会很重视显微镜的应用，鼓励胡克从事这项研究，并要求他每次例会至少要带来一张显微镜观测图。胡克还用显微镜观察软体结构、发现了细胞组织，成为用显微镜研究生物学的先驱者。

3.气压计的发明

真空一般是指气压很低的空间。人们为了研究大气压强，做了很多实验。著名的托里拆利实验就是其中的一个。根据这个实验，托里拆利（E.Torricelli）发现了真空，从而破除了前人一直认为“自然界厌恶真空”的传统说法。

其实，自然界并不厌恶真空，古代科学家之所以主张“自然界厌恶真空”，是因为在当时的条件下真空是一种无法实现的境界。他们用这一理由解释抽水机的作用。到了伽利略时代，这种观念开始遭到怀疑。伽利略根据深井抽水，高不过10米的实际经验作出判断，认为这种“厌恶”是有限度的。他做了一个实验，希望测出抽水机中真空的力。他的装置是一个金属圆筒，内有一木质活塞，活塞中间开有一小口，一铁丝穿过。先将活塞压到圆筒底部附近，然后翻过来。铁丝的上端有一圆锥形头，注入少量的水正好把小口封住，这时在铁丝的另一端的挂钩上吊一只桶，桶里加有沙子或其他重物，直到活塞脱离圆筒为止。称出活塞、沙桶和铁丝的重量就可以得到真空的力，也就是自然界对真空的阻力。

伽利略解释说，抽水机不能把水抽过10米高，就是因为自然界对真空的阻力是有限的。伽利略虽然没有摆脱自然界厌恶真空的传统观念，但是他认识到有可能获得真空，这为后人的研究开辟了道路。

17世纪40年代意大利有一位物理学家叫伯蒂（G. Berti），从伽利略的书中得知抽水机不能把水抽过10米高的事情，他表示怀疑，就专门设计了一套规模庞大的装置。他在楼前架起了一根竖直长管，底端沉入水中，用活塞塞紧，然后在管中灌满了水，上端密封好。打开活塞，水柱下落，这时伯蒂证实，水柱确实只能维持10米的高度。他还在水管的顶端安放了一只铃铛和一把小锤，水柱落下，铃铛和小锤处于真空之中，应该听不到铃声，可是，也许是金属手柄传导的缘故，伯蒂这一实验不很成功，铃声还是传出来了。

伯蒂的真空实验又激起了其他人的兴趣，其中一位就是托里拆利。实验使他想到用比水重的液体代替水，有可能缩短管道的长度。托里拆利是伽利略的学生，伽利略去世前夕，嘱托托里拆利继续研究真空问题。

托里拆利先是用海水，后来改用蜂蜜，最后找到汞（水银），因为就在他所在的意大利中部地区，有一座汞矿。汞比水重13.6倍，因此就可以用短十几倍的管子代替10米长的抽水机唧筒。当时还没有一个地方能生产承受得住像1米高汞柱那样重的长玻璃管，托里拆利就请伽利略的一位年轻学生维维安尼做这样的玻璃管，并和他一起做了实验。将长1米的玻璃管，一头封死，从另一头灌入汞，直到管端，然后用手指捂住管口，再倒置于汞槽中，观察撤去手指后汞面的高度。托里拆利在1644年向友人写信报道了这个实验，并且指出，不论玻璃管的形状如何，汞柱的高度总是76厘米左右。他的实验设计得很巧妙，很有说服力。

托里拆利画了一幅装置图。A、B两根玻璃管，高度相同，形状各异，A管上端是一玻璃泡E，显然AE的体积比B大得多，如果汞柱上升原因是由于“自然界对真空的阻力”，越是稀薄的物质对汞柱的吸力应越大，所以A管的汞柱应升得更高，然而事实上两支管子达到的高度相同，与容器中剩余物质的稀密无关，可见作用不是来自管子内部。

为了证明汞柱上方的容器是完全空的，托里拆利在汞槽里加进纯水，然后慢慢提高玻璃管，他们看到，当管子的开口达到水的那部分时，汞从管中涌出，水却急速地通过玻璃管上升，充满整个空虚部分。可见，使汞不掉下的原因，不在于内部，而在于外部。作用于汞柱的力，不是由于真空，而是由于高达80千米的空气的重量而产生的。他写道：“汞既无偏爱，也无厌恶，它进入容器并且在管柱中升高到足以与压它向上的外部空气的重量相平衡，这有什么好奇怪的呢？”然后，托里拆利说如果用水代替汞做同样的实验，水柱将会升到10米高，才能平衡大气的重量施加于它的力。就这样，托里拆利对抽水机抽水为什么不能高过10米，做出了正确的解释。托里拆利通过上述实验发明了测量大气压的气压计。

不久，托里拆利的实验传到了法国。法国的帕斯卡（B. Pascal）为了检验托里拆利的结论，在巴黎也做起了同样的实验。他认为要对汞柱升高的原因是大气压的说法作出判断，最好的办法是测出高处和地面上气压计汞柱高度的差别。但是当时市内建筑不足以得到明显结果，于是他想到在山顶上做实验。帕斯卡是一位半残人，无法爬山，他就求助于其内弟佩利尔（F.Perier）。佩利尔将气压计带到多姆山顶上，他果然发现，在山顶上管中汞柱高度比山下低3英寸（约0.076米）多。

佩利尔在返回的路上又做了分段观测，证明汞柱升高与高度的降低成正比。当他回到出发地时，得知留在山下的另一支气压计在他离开的一段时间内汞柱高度并没有变化。

这个实验结果使帕斯卡坚定了大气压存在的信念。他明确表示，空气的重量和压力是造成汞柱悬挂的惟一原因。因为在山下比山上有更多的空气压下来，“自然界并不厌恶真空”。

帕斯卡对气压计还做了其他研究，例如，他研究了汞柱高度和气候的关系，从此，气压计得到了广泛的应用。

帕斯卡是法国一位很有才华的数学家和物理学家。他自幼体弱多病，但却是一个神童，12岁就开始对数学发生了兴趣，16岁随父亲参加巴黎的学术活动，17岁提出了投影几何学中的一个著名定理，20岁发明了第一台机械计算机。

1651～1654年间，帕斯卡研究了液体静力学，提出著名的帕斯卡定律。帕斯卡于1662年去世，年仅39岁。为了纪念帕斯卡的功绩，物理量压强的单位就以他的名字命名。

4.真空泵的发明

托里拆利用汞柱倒置的方法使玻璃管的上方出现真空，人们称之为托里拆利真空，可以说这是最早获得真空的方法。他的发现传开后，人们又做了许多实验来研究这个现象。例如，1647年有一位法国物理学家叫罗伯维尔（G.Roberval），做了一个有趣的实验，他从鲤鱼肚里取出鱼鳔，尽可能将里面空气排尽，再把开口扎紧，放在托里拆利真空区内，结果鱼鳔膨胀起来。这个实验令人信服地说明了，大气压下留在鱼鳔中的残余空气，当外部气压减小到零时，会膨胀为很大的体积。不久有人著书评述了这个实验，认为空气具有弹性，就好像海绵或羊毛一样，受到压力会收缩，压力减轻会膨胀。

德国人格里克在事先不知道托里拆利实验的情况下也发现了真空。他的经历饶有兴趣。有一天，他让家人用唧筒抽酒桶中的水，在抽的过程中唧筒脱落了，他们用布条重新绑好，由于填塞过严，桶口封住了，结果把桶内的空气也抽掉了，只听得里面一片沸腾的噪音。格里克从这件事得到启发，就用铜球壳代替木桶，让家人再用唧筒抽。家人越抽越费劲，最后只听嘭的一声，铜球塌瘪了。

1654年，格里克为了向公众演示抽气实验，他安排了两个引人注目的表演。由于他那时是德国马德堡市的市长，所以这两个实验也叫马德堡半球实验。实验之一，两个严密对接的半球形金属壳，中间抽空后，用16匹马也没有将两金属壳拉开。实验之二，一对抽空的半球吊在支架上，可以承受非常大的负荷。格里克没有对吸力的起因提供解释，他的贡献，主要是发明了真空泵。马德堡市长的新奇实验轰动了德国，当消息传到英吉利海峡对岸时，引起一番波澜，又有人做了许多新奇实验。其中一位就是大名鼎鼎的玻意耳。

5.水压机的发明

在帕斯卡之前就有人研究过液体静力学，并且不很明确地得到了帕斯卡定律。例如荷兰人斯蒂文就曾用实验演示过液体中的压强，他得出结论：液体对盛放液体的容器之底部所施的力只取决于承受压力的面积和它上面液柱的高度，而与容器的形状无关。

斯蒂文的实验装置中，容器ABCD注满了水，容器底部有一圆形开口EF，盖着一个木制的底盖GH。另有一个容器IRL与ABCD一样高，也注满水，底部也有同样大小的开口和底盖。他用杠杆拉住底盖，杠杆的另一端加重物T与S，底盖分别被重物T与S提起，而T与S彼此相等。这就证明了，尽管这两个容器的水重不一样，但底盖承受的压力都一样。

接着，斯蒂文在这个基础上，证明了液体中各个方向的压强只决定于所处的高度。

帕斯卡更深入地研究了液体的静压力。他明确地表述了液体中任何点上各个方向的压强相等的原理。他的成功主要是把大气压的成因用于解释液体中的压强，找到了两者的共性，并且巧妙地把实验和推理结合起来。他在死后第二年出版的著作《论液体的平衡及空气重量》（1663年）中论述了液体的平衡和浸在液体中的物体所受的压力，接着根据这些结果解释了以前归结为自然界厌恶真空的种种现象。在这本书中，帕斯卡首先介绍一系列实验结果，然后根据这些实验结果展开了严密的推理。

他在论述液体中压强的传递时，以水压机模型为例进行推理，写道：“如有一充水容器，除两出口外，其余完全封闭。一个出口比另一出口大100倍。设在每一出口中放入一个大小恰好合适的活塞。一个人推小活塞的推力等于100个人对大活塞施加的推力，所以一个人的力可以胜过99个人的力。”

为什么小力能克服大力呢？帕斯卡认为这和杠杆原理有类似之处。他依照杠杆原理的推理来证明上述结论：“由于容器内水的连续性和流动性，压强应遍及容器内各个部分，小活塞把水推动1英寸，水就使大活塞推进1%英寸。100磅水移动一英寸与1磅水移动100英寸，显然是同样一回事。”

也就是说：小力虽然只有大力的1%，但其作用距离却是大力的100倍，所以效果是相等的。

接着帕斯卡进一步推理：大活塞的力虽然比小活塞的力大100倍，但它与水接触的面积也大100倍，所以每部分水的压强即单位面积所受的力和小活塞仍然相等。而大活塞所处的位置是任意的，所以这一关系与大活塞所处的位置无关，与其远近和方向也无关。

于是，帕斯卡就得出了后来表述为帕斯卡定律的明确结论：“在密闭容器里液体中任何地方施加压力，其压强将毫无损失地经液体传递到各个部分并垂直于液体的所有表面。”

6.蒸汽机的发明

蒸汽机的历史可以追溯到古希腊时代。公元50年，希罗（Heron）发明过一种演示用的蒸汽轮球。当加热后蒸汽从喷嘴喷出时，轮球就会沿相反方向旋转。可是当时这一创造成果并没有得到实际应用，发明者自己也没有这种打算。1000多年过去了，当工矿业有了发展，才有人试图制造从矿井里排水的蒸汽泵。1630年就有人曾因发明以蒸汽为动力的提水机械而获专利，不过所有活动都只限于设计或试制，没有实用价值。实际上只有德国的巴本（D.Papin）、英国的萨弗里（T.Savery）和纽可门（T.Newcomen）才是蒸汽机的发明者。

萨弗里是英国工程师，他在1689～1712年间，先后创制了几种蒸汽机。其中有一种直接用于提水的机器。其工作原理是：蒸汽从锅炉通过打开的阀门进入气包，再把水从那里通过活动阀（这时另一活动阀关闭）压到储水池中，当气包中的水所剩无几时，关上阀门，从水箱向气包放水冷却，于是气包内形成负压（负压的意思是这里的气压比大气压低），在大气压的作用下，水从吸筒经活动阀进入气包（这时另一阀门关闭）。如此周而复始，达到连续抽水的目的。这种蒸汽机提水的高度据说只有7米，每小时可提水十几吨，但它需有人每隔十几秒关一次阀门。如果忘记及时启闭阀门，就有可能引起锅炉爆炸。再加上矿井很深，往往需用几台蒸汽机分几个台阶提水，既不经济，也欠安全，所以矿主们不大愿意采用。

纽可门的蒸汽机是在萨弗里的蒸汽机的基础上进一步改进的产物。纽可门是一位铁匠。他在活塞上加了一庞大的摇臂，摇臂的一侧挂有平衡重物，重物下面连着抽水唧筒杆。重物由于自身重量下降时，拉动活塞升起，蒸汽从锅炉经过打开了的阀门进入气包，这时关闭阀门，通过气包的水门打开，冷水从水箱进入气包，使蒸汽冷凝，气包内形成负压。在大气压的作用下，活塞向下移动，将抽水唧筒杆提起。

纽可门蒸汽机的优点是把动力部分的抽水唧筒分开，气压较低，比较安全。后来又有人把阀门启闭的工序改用飞轮，实现了自动化，于是就有不少矿山乐于采用。

纽可门蒸汽机的效率非常低，直到1769年瓦特（J. Watt）进一步改进后，蒸汽机才得到广泛应用。

瓦特是苏格兰发明家，1763年1月19日生于格林诺克的工人家庭里，由于家庭影响，从小就熟悉机械制造的基本知识，18岁到伦敦一家钟表店当学徒工，学会了使用工具和制造器械的手艺。他利用业余时间刻苦学习，努力实践，掌握了罗盘、象限仪、经纬仪等复杂仪器的制造技术。后来瓦特到格拉斯哥大学，负责教学仪器的修理。他在修理工作中进一步熟悉了这种蒸汽机的结构，搞清了它的原理，并找到了效率低的原因。原来，纽可门蒸汽机的汽缸每次推动活塞后都要喷进冷水，使蒸汽凝结，所以汽缸要反复加热，白白消耗掉许多热能。1769年瓦特发明冷凝器，发明了制造精密汽缸和活塞的工艺，创造了单动作蒸汽机。他经过不断试验，又发明了双动作蒸汽机，从汽缸两边推动活塞运动。他利用曲柄机构，使往复的直线运动转变为旋转运动。他还设计了离心式节速器控制蒸汽机的转速。经过他一系列革新，蒸汽机逐步完善，效率也大有提高。工业界广泛采用蒸汽机，促进了工业革命的到来。

7.莱顿瓶的发明

电，这个无处不在、神出鬼没的幽灵，人类从认识它到驾驭它、利用它，历经了好几百年的时间。在古人眼里，雷电是天神发怒的象征。琥珀摩擦后可以吸引纸屑和芥子；梳头解衣时，往往火花伴随噼啪声随之而来。这类现象可以说是人类认识电的开端，这种认识只局限于一些日常现象。人们既没有认识到电现象的普遍性，更没有触及它的本性。

电学的发展，只靠观察是不够的，必须进行实验，通过实验有目的地去探索，才可能掌握电的规律。而实验的进行关键在于能够人为地产生电，按照人的意志实现各种电现象，从而达到研究和应用的目的。所以，基于摩擦起电的道理出现的摩擦起电机在电学史上占有重要地位。而能产生稳定电流的伏打电池，则进一步使人类能够研究和利用电流的各种效应。我们这里就从摩擦起电机的发明讲起，再介绍化学电池的发明和电学基本规律的发现，以及电流磁效应和电磁感应现象的发现。

1660年前后，在前面提到的那位发明真空泵的德国市长格里克创制了一种机械装置，可以连续摩擦生电。他取一个儿童脑袋一般大的球形玻璃烧瓶，把碎硫磺放进瓶里，一起加热，使硫磺融熔，在加热过程中不断加硫磺，最后，瓶里充满熔化了的硫磺。再插入一根木柄，等硫磺冷却后，打破玻璃，得到一个漂亮对称的硫磺球。他把硫磺球支在木架上，让硫磺球转动，同时把一只手按在球上摩擦，于是硫磺球就会显示出像地球吸引万物般的特性。格里克还发表了另外一张图。实验者正举着带电的硫磺球，球体移到哪里，那里的一切轻质物体都受到吸引。纸片、羽毛纷纷朝它飞来，水球滚动，枯叶摇晃。手指靠近，闪光、爆破声，与雷电无异。

为什么格里克会想到用一个旋转的硫磺球来做实验呢？原来他并不是单纯为了演示电现象，而是为了证明地球吸引力乃是某种“星际的精气”，他的真空实验，也和这个总目标有关。

格里克的硫磺球实验确实模拟了地球的吸引作用，甚至他还显示了硫磺球的引力比地球吸引力大。然而，他也发现两者有不同之处。在硫磺球周围，也会有物体被排斥，羽毛在硫磺球和地板之间会上下跳动。格里克开始领悟到，重力并不能归结于电力，它们各有特点。接着，格里克又做了许多电学实验，其中包括电的传导和静电感应，可惜没有得到别人的重视。

格里克发明摩擦起电机的消息和他的真空泵一起在欧洲各国传开了。人们竞相仿制并改进他的起电机。人们发现，格里克的摩擦起电机其实不必把玻璃瓶打碎，甚至不用硫磺，直接用玻璃瓶就可以做实验。很多人对电感兴趣，有的是为了研究电的性质，有的则是为了让王宫贵族取乐而用于表演魔术，但是在有意无意的探索活动中，逐渐摸清了电的性质。

牛顿对电学也很感兴趣。1657年他用玻璃球起电机研究了电的吸力和斥力、火花放电等现象。1703年12月5日，英国皇家学会热闹非凡，这一天他们有两件新鲜事。一件是牛顿就任皇家学会主席，一件是牛顿任命他的助手豪克斯比（F.Hauksbee）担任实验师，牛顿希望在皇家学会提倡实验，恢复实验空气。豪克斯比当众表演了精彩的真空放电实验。他用摩擦起电机使真空发出辉光，说明真空也会产生电的现象。

进一步的实验，豪克斯比还用棉线显示了电力，演示了“电风”。他做了一块玻璃圆柱体，长17.78厘米，直径也为17.78厘米，周围是一根木箍，上面等距离地连着许多条棉线，当他旋转并摩擦圆柱体时，棉线沿半径方向伸直，趋向一个中心。豪克斯比没有忘记他的恩师，他把这一事实联系到牛顿的宇宙学说，解释说：这些线条就像是受到了重力，沿直线方向吸向中心。

1720年又有一位英国人叫格雷（S.Gray），他对电的传导进行了研究，发现摩擦过的玻璃所带的电可以转移到木塞上，再经细绳传到20米以外的骨质小球。他还让一个小孩做人体带电实验。他用丝绳把小孩吊在顶篷下，在小孩身下放许多轻质物体，例如羽毛之类。然后将摩擦过的玻璃管接触小孩腿部，结果小孩的手和头部都能吸引羽毛。格雷通过实验，发现了电的传导性，而且分清了导体与绝缘体。

下一步的进展是法国的杜菲（du Fay）作出的。格雷的实验引起了他很大的兴趣，他总结了前人的经验，提出了许多问题，例如：（1）是不是所有物体都可以靠摩擦带电，电是不是物质的普遍属性？（2）是不是当所有物体接触或靠近带电体时都可以获得电？（3）哪些物体会使电的传递停滞，哪些利于电的传递？哪些物体最容易被带电体吸引？（4）斥力和吸力之间有什么关系？它们之间是否有联系，抑或是完全独立的？（5）在虚空处、在压缩空气中、在高温下，电的强度是增还是减？（6）电和产生光的能力之间有什么关系？这是大多数带电体的共同特性。这一关系可以得出什么结论？

为了解答这些问题，杜菲进行了一系列实验。他首先发现能够带电的不仅限于琥珀之类的物品，任何东西，包括金属都可以带电，于是他纠正了前人将物体分为“电的”和“非电的”两类的做法。为了证实一切物体都可以带电，杜菲以自己的身躯做实验。他让助手用绳子把自己悬吊在天花板上，然后带上电；当另一个人接近他时，从他身上发出电火花，产生噼噼啪啪的声响。

杜菲最大的贡献是分清有两种电。他把两小块软木包上金箔，用丝线悬挂在天花板下，取一玻璃棒，用丝绸摩擦后，分别接触这两块软木，结果软木互相排斥。他又做了一个实验，取一松香棒，用羊皮摩擦后接触一软木，而用丝绸摩擦后的玻璃棒接触另一软木，结果发现两者互相吸引。他再用其他许多材料继续实验，发现有的相互吸引，有的互相排斥。于是杜菲认定电有两种。他把玻璃产生的电称为“玻璃电”，松香产生的电叫“松香电”。

莱顿瓶的发明使电学研究又上了一个台阶。1745年，德国的克莱斯特（E.G.Kleist）做了一个实验。他用铁钉把电通到窄口药瓶中，瓶中盛水，瓶子与其他物体绝缘。原来他是想把电存在水中。读者也许会觉得他的想法太幼稚，请不要讥笑他，原始的观念往往导致科学的重大发明。克莱斯特试验果然有一定效果，他再用铁钉将瓶内的水和外界接通时，出现了强烈的放电现象。

克莱斯特没有放过这一现象，而是进一步寻找储存电的规律。他发现，瓶口及外表面必须干燥，如果瓶里装的是水银或酒精，效果更好。

克莱斯特把这一发现写信告诉了好几位友人，他们都回信说重复做了实验却没有能够得到同样的结果，原来克莱斯特在信中少说了一句话：实验者在用钉子通电时，要手持瓶子的外表面，人站在地上（注：也就是说，瓶子的外表面必须接地！）。由于这个原因，克莱斯特的发明没有引起人们的注意。

与此同时，另外有一位实验家在荷兰也做了类似的实验。他是莱顿大学物理学教授穆欣布罗克（P.Musschenbruck）。他把金属枪管悬挂在空中，与起电机连接，另外从枪管引出一根铜线，浸入盛水的玻璃瓶中，助手一只手拿着玻璃瓶，穆欣布罗克在一旁摇摩擦起电机。正在这时，助手无意识地将另一只手碰到枪管，顿时感到电击。于是穆欣布罗克自己来拿瓶子，当他一只手碰到枪管时，果然也遭到强烈的电击。

穆欣布罗克不久在给友人的信中写道：“蒙上帝怜悯，我才免于一死。就是为法兰西王国我也不愿再冒这个险了。”信中他详细描述了实验的条件，所用器材和人的姿势。写得如此真切，令有冒险精神的读者无不跃跃欲试。后来这封信公开发表，许多人重复了莱顿的实验，莱顿瓶也由此得名。

在用莱顿瓶做试验的人当中，有一位法国电学实验家叫诺勒特（J.A.Nollet）最为出色。他改进了莱顿瓶，大大地提高了电的容量。1748年他在巴黎让二百多名修道士在巴黎修道院前手拉手排成圆圈，让领头的和排尾的手握莱顿瓶的引线。当莱顿瓶放电时，几百名修道士同时跳起来，使在场的贵族们无不目瞪口呆。诺勒特组织的表演使电的声威达到了高潮。

8.傅科摆的发明

胡克曾在1679年给牛顿去信，询问地球表面上落体的轨迹。他问牛顿：如果考虑地球在公转之外还有自转，空中一物体下落的轨迹是怎样的？如果在地球内部物体落在地心附近又会怎样？牛顿在复信中回答：由于地球自西向东转，空中一物体向地心落下的轨迹应向东偏离垂直线，至地心附近沿一螺旋线落向地心。胡克对牛顿的回答很不满意。再次去信指出：根本不类似于一螺旋线，不如说是某种椭圆，沿与赤道平面成51°32′的斜面向东南方向落下。胡克这一提示使牛顿吃了一惊，认识到自己对地球的运动了解得不够清楚。胡克这一很有分量的提示不是凭空提出来的，他详细研究过落体运动。

据说，他曾做过子弹从高处下落的实验，并证明了子弹落点总要落到通过垂直悬吊着的同样的子弹所求出的垂直点的东南方向。如果这一传闻属实，胡克的落体实验应该算是最早能证明地球自转的实验了。

这样的实验直到19世纪还有人在做。因为自从哥白尼提出日心说以来，虽然经过长期的论证，人们对地球的运动已经深信不疑，但还缺少直接的实验以证明地球的自转。这类实验是很有价值的，因为由此可以进一步研究与地球自转有关的许多自然现象。

不少人致力于用落体证明地球的自转。例如：1791年加格利耳米尼（G.B.Guglielmini）从波洛尼亚的塔上、1802年本岑伯（J.F.Bengenberg）从汉堡的塔上都做了落体实验，专门研究这个问题。1833年德国的莱希更进一步找了一个矿井做落体实验。这个矿井在德国萨克森，井深188米。莱希在106次独立的观测中得到的平均偏离为28毫米，方向是东偏南。但是，所有这些实验都无法直接向广大观众演示，因为偏离过于微小，气流的干扰会严重影响实验结果。

以实验方法为地球自转提供直接证据的是傅科（J.B.L. Foucault）的摆锤实验，也就是有名的傅科摆。

傅科是法国著名实验物理学家，他学过医学，当过几年医生，后来转向物理学的实验研究。1845年任《辩论》报的科学记者，经常为科学专栏撰稿，介绍当代科学的新进展。同时，他也在自己家中开展物理实验。他研究过照相术，并用之于天文摄影。他对摆和地球自转问题的兴趣，正是起因于天文观察。1845年，他和斐索（A.H.L.Fizeau）合作，曾拍摄到太阳的照片，后来又想拍摄星体照片，这就需要进行长时间的曝光，望远镜系统在拍摄过程应能连续保持指向天空中的目标。为了控制望远镜系统的运动，使它能跟踪目标，傅科依照17世纪惠更斯未曾实现的圆锥摆钟的设计方案，做了一台特殊的钟。他用一根钢棒支撑摆锤。在实验过程中，他注意到，当把钢棒夹在车床的卡子上，用手转动车床时，钢棒振动总是要维持它原来的振动平面，不随车床转动。

这一不期而遇的现象，引起了傅科的兴趣，使他想到可不可以用类似的方法做一个表演来证明地球的自转。他知道这是一个很有价值的实验。

1851年1月8日，傅科在他家里的天花板下用2米长的钢丝吊一个5千克重的摆锤，组成可沿任意方向摆动的摆。在摆动的最高处用一根丝线拉住，然后用火烧断丝线，摆就开始摆动。傅科发现，摆动平面不断旋转，逐渐转向“天球昼夜运动的方向”。随后，傅科又在巴黎天文台的大厅里，用11米长的摆锤重复这一实验。1851年2月3日，傅科向法国科学院报告了他的发现，宣布摆动平面所描绘的圆的大小与纬度的正弦成反比。这个实验不久又按比例扩大规模，搬到巴黎的伟人祠去做。一个28千克的重球用67米长、1.4毫米粗的金属丝挂起。伟人祠挤满了观众，这个实验引起人们极大的兴趣。

傅科是一位很有才华的实验物理学家。他还在光速的测量上有过重大的发明创造。

9.避雷针的发明

1746年，在美国波士顿举行的电学实验讲演会上，有一位听众入神地听着莱顿瓶实验的故事，他就是富兰克林（B. Franklin），那时他已40岁。他是美国著名的政治活动家和外交家，原先当过印刷学徒工，自学成才，对自然科学很感兴趣，但直到40多岁，才有功夫从事电学研究。

他第一个提出电荷概念，用数学上的正负概念来表示两种电荷的性质，并且通过实验确定电荷守恒定律。大家都知道，避雷针是富兰克林的一项重大发明，由于有了避雷针，人类避免了许多天然灾害。然而，富兰克林发明避雷针，原本并不是为了解决现实生活中的难题，而是出于对天电的探索研究。他的这项研究成果，不但有助于破除人们对自然的迷信，认识了雷电的真实性质，而且对电学的发展有重大意义。

自古以来，天电、地电互不相关，地面上人们已经进行了许多实验，对电的性质已有所了解，但对天上的雷电却仍感到是神秘莫测。到18世纪中叶，已经有不少人认为闪电和电火花类似。富兰克林也和他们一样，通过对比说明两者的相似性，不过富兰克林的认识比别人深刻，例如：他在一封书信中列举了电流体与闪电在如下特点上一致：（1）发光；（2）光的颜色；（3）弯曲的方向；（4）快速运动；（5）被金属传导；（6）爆发时有霹雳声或噪声；（7）在水中或冰中仍能维持；（8）劈开它所通过的物体；（9）杀死动物；(10)熔化金属；（11）使易燃物燃烧；（12）硫磺气味。

然而他又认为，仅仅靠对比，还不足以作出科学论断。要确证天电、地电的一致性，最好的证据是捉住天电，也就是把天电引到地面上来做对比实验。为此他提出了一个方案，在高处安一岗亭，利用尖端把低云掠过时所带的电引到地面上来。

第一个按照富兰克林建议进行实验的是法国的达里巴尔德（T.F.Dalibrard）。他在巴黎近郊马里村的高地上建造了一所岗亭，岗亭上树立起高约14米的铁杆。1752年5月10日，黑云压天，雷雨将临，达里巴尔德和他的同事成功地把天电引进了莱顿瓶。5月13日，他向法国科学院报告了这一实验，并且说，实验的成功不但证明了闪电和电的等同性，还表明可以利用富兰克林的方法保护房屋建筑免遭雷击。

从此，到处都在重复金属尖端做避雷器的试验。富兰克林则认为，巴黎实验中用的铁杆还不够高，难以证明电是从云端引下来的，一个新的思想掠过他的脑海，何不用风筝把天电引下来做试验呢？于是，他用两根轻的杉木条做成小十字架，用丝绸手帕蒙上，扎好。取一根尖细铁丝固定在十字架的一头，伸出约半米长，拴上牵引风筝的亚麻绳，亚麻绳的下端接丝绸带，在接头处挂一把钥匙。在他儿子的陪同下，他把风筝放上天，只等雷雨天气的到来。1752年10月19日他在给友人柯林孙（P.Collinson）的信中描述了实验的情况。由于雨水打湿了风筝和牵引风筝的亚麻绳，云层中的电沿湿绳传到莱顿瓶里。等雨过后，拆下莱顿瓶，再按通常的方法使莱顿瓶放电，放出的电跟用摩擦起电机产生的电毫无两样。富兰克林写道：“由此即可完全证明电物质和闪电纯属同一回事。”

富兰克林还做过一个有名的金属桶实验，目的是设法从带电的金属桶内取出电来，他用木髓球与金属桶的内表面接触，看木髓球是否带电，可是无论如何都无法使木髓球带电。富兰克林只好写信给他的英国朋友请教，这一请教，竟导致了一个新定律的发现。这个新定律甚至奠定了电学的基础。这就是所谓的库仑定律。

10.电报和电话的发明

19世纪上半叶，由于电学研究的开展和电磁方面的新发现，社会上激起了广泛的热情，急切希望把这些科学成果应用于生活和生产中。其中电报和电话的发明和改进，尤其具有突出而深远的影响。

首先发明了电磁式有线电报。早在18世纪初，当格雷发现电传导性后，人们就开始探索如何用电进行通信，许多方案被提了出来，有的还试着实践一番。例如：1774年瑞士有一位工程师叫勒萨奇，利用摩擦起电，实现了最早的有线电通信。1787年西班牙的贝坦考特用莱顿瓶实现了电报传递。1809年法国人赛梅林发明电化学电报机，通过电解的气泡来反映传递的信号。然而，由于传递速度太慢，信号不够准确，这些努力都没有取得成功。

19世纪二三十年代发现了电磁感应，做成了电磁铁，当时的条件就不同了。许多人在不同的地方，不约而同地提出了用电磁效应传递电报的各种方法，纷纷宣布发明了有线电报。

有趣的是，物理学家和工程师提出的许多方案大多因不满足实际需要而被淘汰，真正经得起考验的却是一位不懂电学的画家莫尔斯（S.Morse）所发明的电磁式电报机。莫尔斯电报机并没有什么深奥的原理，可贵的是这位发明者的探索精神和执著追求。

在他之前，著名物理学家安培（A.M.Ampere）曾建议用磁针的偏转指示信号。26根导线对应26个字母，磁针放在接收一端的字母旁边，信号电流通过导线，磁针就偏向一定的方向，指示出电报中相应的字母。1832年，俄国人希林根据这一建议，发明了一台用6个磁针的偏转来表示字母的磁针式电报机，并用6根导线把收、发两端联接起来，在两座大楼间成功地进行了信号传递。

1833年，又有两位物理学家高斯（J.K.F.Gauss）和韦伯（W.Weber）合作，做成磁强计电报机。他们只用了两根导线和一个磁针就实现了信号的传递，可以远距离地传递电报。但也只能在实验中作表演用，仍无实用价值。

真正具有实用价值的是美国人莫尔斯1837年发明的电磁式电报机。莫尔斯青年时代到欧洲学绘画，1832年在返回美国的轮船上，偶然在聊天中听到同船旅客杰克逊谈起电磁铁的神奇功能，他非常感兴趣。当他得知电流可经导线以极快的速度传导，立即想到能否用电流传递信息。尽管自己的电学和机械方面的知识很贫乏，仍决心投身于试制工作。他虚心向化学家盖尔和电学家亨利请教，坚持不懈，亲自动手做各种试验。1837年终于做成了第一台实用的电磁式电报机。开始，他用三种符号代表数字或字母：产生电火花、不产生电火花和电火花间隔的长短这三种情况代表三种符号。这三种符号的适当组合就代表数字或字母。

后来他又发明了一套用点和线代表字母和数字的符号，这就是一直使用至今的莫尔斯电码。

1840年，莫尔斯的电报机取得专利。后来又几经周折，取得美国国会的资助，在华盛顿和巴尔摩之间架设了一条相距64千米的试验性电报线路。1844年5月24日终于成功地拍发了第一份长途电报。莫尔斯从外行变成了内行，成为一名电报专家了。

电话的发明要晚一些。但是它的萌芽却比电报还早。据文献记载，1684年，英国物理学家胡克曾在英国皇家学会作了一次关于通讯的演讲。他提出经远距离传输话音的建议。他说，他曾用一根拉紧的导线传送话音，相距200米可以听到耳语声。把距离加大10倍，可能还会听到。

1837年，美国医生佩济发现一种现象：当铁的磁性迅速改变时，会发出一种悦耳的声音。经过反复试验，发现声音的响度随磁性变化的频率变化。这一新现象引起了大家的注意，很多人重复他的实验。

1844年发明电报，许多人希望运用电报的原理来传递话音。有人建议，用一只活动磁盘，当人靠近磁盘说话，同时让磁盘连续地接通和切断电源时，就可以使一定距离之外的另一只磁盘产生完全相同的振动。大约在1860年，德国的赖斯第一次用电发送了一段音乐。他把自己的装置称为“tele-phone”（电话）。赖斯的发送器中装有用薄羊膜做成的膜片，安有铂接点，接点上安一只铂针起调节作用。接收器中有一只电磁铁，是用一根编织用的钢针绕上导线做成，装在一块发音板上，发送器和接收器都跟电源串联。当接通发送器的接点时，膜片振动，产生间隙电流。电流传到接收器，磁针长度发生变化，发音板振动发出声音。

1875年，有两个美国人同时在研究电话传输的方法。一个叫格雷，他的方法跟赖斯差不多，不同的是在薄膜上加一根小铁杆，铁杆的另一端浸入电解液中，充当电解液的电极。当声音激励膜片时，小铁杆振动，电极在电解液中的深度忽大忽小地变化，电流也跟着变化。电解液的办法固然巧妙，使用起来却很麻烦，因此需要改进。正当格雷提出改进计划时，另一位美国人捷足先登，做出了比较理想的送话器。他就是著名的发明家贝尔（A.G.Bell）。贝尔是声学专家，祖传三代都献身于聋哑人的教育事业。1874年，他想到用电磁感应的方法把声音变成电信号，可是接收到的电流可能太弱，没有成功的把握。

1875年6月2日下午，贝尔和他的助手沃森正在从事电报机的研究，一个偶然的事件使他们发现了解决问题的关键。当时他们两人分在两间屋子里联合做实验。沃森看管的电报机上的一个弹簧突然被磁铁吸上了。沃森把吸住的弹簧拉开。这时正在另一间房子里的贝尔发现那里的电报机发出连续的颤声，原来这台电报机的弹簧也开始了颤动。细心的贝尔立即抓住了这个偶然事件，他想，如果对着铁片讲话，声音就会引起铁片振动。如果在铁片后面放有绕着导线的磁铁，铁片振动时，就会在导线中产生忽大忽小的感应电流。这个感应电流顺着电路传送到对方，使另一个块磁铁做同样的振动。这样，声音就可以从一方传到另一方了。贝尔把这个想法告诉沃森，两人立即开始行动起来，经过一段时间的安装和试验，终于研究出了一种新型的能传话的设备，这就是电话机。

11.留声机和电灯的发明

电报和电话的发明，这是电磁学的两项实际应用，对人类文明的发展有极大影响。在改进电话机的过程中，有一位大发明家做出了又一件极有意义的发明，发明了留声机。他就是妇孺皆知的爱迪生（T.A.Edison）。爱迪生出生于美国俄亥俄州小镇上一个农民的家里，青年时期就是聋子。他一生中共完成了2000多项发明，被人们称为“发明大王”。

爱迪生从小爱动脑筋，有强烈的好奇心，遇事总要刨根问底。他喜欢亲自动手，做各种科学实验，特别是物理和化学方面。他甚至把自己家里的地窖也变成了自己的化学实验室，12岁，小爱迪生到火车上卖报，竟把行李车当成了实验室。他利用一切条件和所有空余时间投入发明创造。1873年发明双重发报机和四重发报机，1877年发明留声机，1879年发明白炽电灯，为了使电灯能广泛使用，他研究出了并联电路、保险丝、绝缘材料、输电网络，制成了当时容量最大的发电机。他还发明了铁镍蓄电池、吸音器、水雷检测器、活动影片，等等。1883年，他在研制电灯的过程中，还发现了金属表面的热电子发射现象。这一现象通称“爱迪生效应”。

在爱迪生众多的发明中，留声机和白炽电灯的发明也许对人类生活产生的影响最大。1875年美国人贝尔发明电话，爱迪生在改进电话的过程中，发明了炭精话筒。在调试话筒时，他把一根细针触到话筒的膜片上，用来检测膜片的振动情况。他发现，当人说话的时候，人的声音使细针按同样的节奏振动。这时爱迪生想，如果使细针带动膜片振动，不就可以使声音复原了吗？经过好几天的试验，终于找到了贮存声音的办法。他拿一张蜡纸当膜片，针尖对准急速旋转的蜡纸，在蜡纸上出现深浅不同的痕迹，这样就把声音的振动记录在蜡纸上了。后来他请技师按他的设计做了一台会说话的机器。这台机器有一根固定在膜片上的小针，小针下面有一个能转动的圆筒，圆筒上铺有锡箔。声音使膜片振动，再带动小针上下颤动，小针的颤动就在锡箔上刻出有深有浅的刻槽。爱迪生用这台机器把歌声记录在锡箔上，接着再重新把小针放在刻槽上，转动圆筒，小针在刻槽里上下颤动，又带动膜片振动。结果，刚才唱的歌又重新放了出来。这就是最早的留声机。这台会说话的机器刚一问世就轰动了美国。

1878年9月，爱迪生在一个博览会上看到一种能产生耀眼光芒的电灯。不过，这种电灯并不是今天人们普遍使用的白炽灯，而是通过强大电流的弧光灯。电弧虽然光芒四射，非常引人注目，但却不能持久，而且耗费极大，需要昂贵的化学电池多个串接，实在是既不经济，又不实用。爱迪生和大家一样，深知社会上迫切需要光线柔和、价格便宜、安全耐用的电光源，他立志要解决这个问题。在这之前，英国人斯旺已经展示过一种碳丝电灯。遗憾的是，斯旺并不能保持碳丝长时间发光。困难在于他没有找到适当的方法使碳丝处于高真空的环境中，所以碳丝很快就烧掉了。

爱迪生一方面寻找合适的通电灯丝，一方面努力改进真空的抽取工艺。他先采用最贵重的金属——铂做成灯丝，经过反复试验，证明铂丝并不符合要求。为此他花了5万美金和整整一年时间。为了选用理想的灯丝材料，他几乎用遍了各种金属，对1600多种耐热材料做了几千次试验。最后，在1879年10月他用碳化棉丝做成白炽电灯

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