师：今天我们学习的课题是明确问题。先来看一个情景，孙宇等同学经过调查发现，贫困山区初中学生对台灯的需求多种多样。有的学生需要亮度和支撑杆都能调节的台灯；有的学生需要既能固定在书桌上，又能随身携带，以便上下学路上使用的台灯；有的学生需要功能齐全且物美价廉的台灯；甚至还有学生希望台灯在疲劳时能播放音乐。

　　贫困山区初中学生对台灯的真实需求究竟该如何把握呢？阅读完情境后，请同学们思考以下两点：一是贫困山区初中学生使用的便携式台灯的设计与制作涉及哪些问题？二是如何实现方便携带？

　　对于这两点，大家可能会提出大量问题，比如如何将台灯制作得安全耐用、稳定性好？怎样的台灯设计新颖美观？用什么材料制作既轻便又不容易摔坏？用何种光源既能保证亮度，又能达到省电的目的？台灯哪种折叠方式符合山区学生的携带要求？音乐播放部分的音量范围如何确定等等。那么，是否所有这些问题都可以成为设计项目呢？这就需要我们对这些问题进一步加以明确。

　　同学们注意到，采用一定的方法和手段可以发现很多技术问题，但这些问题可能模糊不清，需要进一步明确。我们先进入“马上行动”环节，判断以下这些问题是否明确并说明理由。

　　能否设计一款夜晚使用的台灯？

　　怎样才能把冬天的雪都有效利用起来？

　　怎样用垃圾箱对垃圾进行分类？

　　怎样在教室里午睡才舒服？

　　对于第一个问题，表面看是明确的，但进一步分析会发现，这款台灯给谁用、在哪里用等都不明确，设计对象也就不明确了。

　　第二个问题，收集冬天下的雪的用途不明确，范围也不明确，是使用雪控制温度还是把雪化成水？而且要收集所有的雪更是不可能。

　　第三个问题，垃圾种类繁多，有生活垃圾、生产垃圾，有液态的、固态的等，而垃圾箱自身不会分类，设计对象不明确。

　　第四个问题，对教室的环境表达不清楚，对舒服的个人感受也无法判断。

　　通过这四个问题的研究，同学们在设计贫困山区初中学生使用的便携式台灯时，明确问题环节就要注意从问题的目的、表述、产生原因、应用环境等方面考量，重点要从目的出发。

　　接下来，明确问题是否有价值。判断一个问题是否有价值，要从以下方面着手：

　　所提出的问题是否遵循基本的科学原理。

　　迄今为止该问题是否已经得到充分解决。

　　在调查范围里，问题是否具有普遍意义；在更广范围里，这个问题是否有意义。

　　在多个问题发生时，该问题是不是主要问题。

　　现有的技术条件能否解决这个问题；技术发展以后呢？

　　解决该问题所需的投入是多少？投入与产出之比是否理想？

　　以第一个方面为例，有史以来，人们一直梦想制造永动机。所谓永动机，是指一类不需外界输入能源、能量，或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。19世纪之前，人们提出了形形色色的永动机制作方案，比如利用水流、浮力、轮子的惯性、毛细作用等等，但无一例外都失败了。这些人里不仅有达芬奇、焦耳这样的物理学大家，还有无数希望以永动机出名和获利的骗子。

　　直到19世纪中叶，能量守恒和转换定律被发现，人们认识到自然界的一切物质都具有能量，以不同形式相互转换，无法凭空创造能量，其总量既不会多也不会少。这一定律的发现，彻底打破了永动机的幻梦。不过，一些人又梦想制造另一种永动机，希望它不违反热力学第一定律，而且既经济又方便，比如设计一种热机，可直接从海洋或大气中吸收热量，使之完全变为机械功。然而，经过大量实验，英国物理学家开尔文提出一条新的普遍原理：能量转换效率无法达到100%。这样，第二类永动机的想法也破灭了。