孟富林　湯金波

摘要：學(xué)生自主創(chuàng)新實驗不同于一般的學(xué)生實驗，它指向?qū)W生的創(chuàng)新和自主，是由學(xué)生利用身邊的物品、儀器等資源，自主提出問題、創(chuàng)新設(shè)計方案、實驗分析論證、得出科學(xué)結(jié)論的一種綜合性實踐活動。學(xué)生自主創(chuàng)新實驗基于生活、取材方便、自主性強、強調(diào)合作。玩、改、思、創(chuàng)“四部曲”，既是學(xué)生開展自主創(chuàng)新實驗的幾種途徑，又是學(xué)生開展自主創(chuàng)新實驗相互關(guān)聯(lián)、不斷遞進的各個階段——玩中體驗，改中求變，思中頓悟，創(chuàng)中提能。

關(guān)鍵詞：初中物理自主創(chuàng)新實驗學(xué)生實驗

一、學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的內(nèi)涵與價值

學(xué)生自主創(chuàng)新實驗不同于一般的學(xué)生實驗，它指向?qū)W生的自主和創(chuàng)新，是由學(xué)生利用身邊的物品、儀器等資源，自主提出問題、創(chuàng)新設(shè)計方案、實驗分析論證、得出科學(xué)結(jié)論的一種綜合性實踐活動。

學(xué)生自主創(chuàng)新實驗具有四大特點。一是基于生活。學(xué)生需要觀察生活，從中選取實驗資源。二是取材方便。學(xué)生借助生活中隨處可得的器材就可以開展活動。三是自主性強。學(xué)生是創(chuàng)新實驗活動的主體，觀察、思考、設(shè)計方案、解決問題都需要學(xué)生充分發(fā)揮自己的主觀能動性。四是強調(diào)合作。學(xué)生個體的動手、動腦能力千差萬別，但通過相互合作，匯聚集體的智慧，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，達到“1+1>2”的效果。

二、學(xué)生自主創(chuàng)新實驗“四部曲”

筆者結(jié)合實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了學(xué)生自主創(chuàng)新實驗“四部曲”——玩、改、思、創(chuàng)。“玩、改、思、創(chuàng)”既是學(xué)生開展自主創(chuàng)新實驗的幾種途徑，又是學(xué)生開展自主創(chuàng)新實驗相互關(guān)聯(lián)、不斷遞進的各個階段——玩中體驗，改中求變，思中頓悟，創(chuàng)中提能。

玩，是學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的初級階段，即學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗，利用身邊的器材進行模仿實驗。這一階段，更多關(guān)注的是學(xué)生的直觀體驗和興趣激發(fā)，是學(xué)生動手能力和科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。

改，是玩的發(fā)展，是創(chuàng)新的一種基本形式。這一階段，是對已有實驗活動的改進，需要針對實驗中存在的問題有意識地加以改良，從而使現(xiàn)象更明顯，操作更簡單。

思，是學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的較高階段。這一階段，是經(jīng)歷體驗、模仿、改進之后的沉淀，需要突破舊有的思路，形成創(chuàng)新路徑。

創(chuàng)，是學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的最高形式和價值追求。這一階段，需要通過自主思考和實踐，形成完整、完善的創(chuàng)新實驗方案，達到預(yù)期的實驗效果。這對學(xué)生創(chuàng)新思維和動手能力的培養(yǎng)意義重大。

三、具體案例

（一）“玩”出樂趣

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！睂嵺`方能出真知，學(xué)習(xí)的過程實質(zhì)上也是一個“實踐-理論-實踐”循環(huán)往復(fù)的過程。手巧方能心靈，讓學(xué)生在動手中豐富智慧，在玩中學(xué)，玩出物理學(xué)科的魅力，玩出物理學(xué)習(xí)的樂趣。

例如，蘇科版初中物理八年級上冊中設(shè)置了有關(guān)聲能的探究實驗：將蠟燭正對著發(fā)聲的喇叭，引導(dǎo)學(xué)生用蠟燭的火焰來探究聲音響度與振幅的關(guān)系。學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)：聲音的響度越大，燭焰晃動的幅度越大。由此，可以得出響度與振幅有關(guān)的結(jié)論。學(xué)生進一步思考，設(shè)計出了“音樂點燃蠟燭”的趣味創(chuàng)新實驗（實驗裝置如圖1）。實驗操作步驟為：（1）將多根高度不同的蠟燭由低到高依次排列成一條直線;（2）將藍牙音箱放置在最低的蠟燭前端;（3）點燃最低的蠟燭，調(diào)節(jié)音箱高度，使發(fā)聲位置正對燭焰，然后播放音樂。實驗現(xiàn)象是：音樂比較激昂時，燭焰晃動幅度比較大，后面的蠟燭依次被點燃。

對于簡單易行的教材實驗，學(xué)生卻玩出了趣味，玩出了創(chuàng)意?！巴妗边@一階段，可以在學(xué)習(xí)新的物理知識之前進行激趣和鋪墊，如研究聲音產(chǎn)生的原因、探究光的色散等;也可以在學(xué)習(xí)新的物理知識之后進行鞏固和應(yīng)用，如研究水果電池、探究樹蔭下的光斑等。

（二）“改”出新意

改進就是改變舊有情況，使之有所進步。實驗過程中的難點往往是改進的出發(fā)點，如現(xiàn)象不易觀察、測量不夠方便等。實驗改進的方式多種多樣，如采用示波器將無形的“聲”變?yōu)橛行蔚摹安ā?，通過傳感器將難以測量的溫度、磁場等物理量輕松記錄下來，將延時對比改為實時對比等。

例如，蘇科版初中物理九年級上冊中設(shè)置了阻值不同的兩個電阻串聯(lián)在電路中，分別加熱液體（煤油）的實驗，讓學(xué)生定性地認識電熱與電阻、電流等物理量之間的關(guān)系。由于本實驗對定量的要求不高，所以不僅煩瑣、耗時，而且效果不佳。

焦耳定律演示器（實驗裝置如圖2）是對教材實驗的一種改進：將加熱液體（煤油）改成加熱密閉的空氣，將溫度計改成一根封有一段水柱的玻璃管（兩端分別插入兩個密閉容器內(nèi)，再比較兩邊水柱上升的高度）。改進后，能比較快速地看到實驗現(xiàn)象，但水柱上升的高度差不夠明顯。

于是，學(xué)生進一步加以改進（實驗裝置如圖3）：將兩個密閉容器分別與一根封有一段水柱的玻璃管的兩端相連，通過觀察水柱的左右移動距離判斷產(chǎn)生電熱的多與少。實驗現(xiàn)象十分直觀，易于觀察。

（三）“思”出深度

在“玩”和“改”的過程中，學(xué)生會有意想不到的發(fā)現(xiàn)或產(chǎn)生新的問題，需要積淀、反思，以更好地理解現(xiàn)象、解決問題。經(jīng)歷“思”的過程，方能實現(xiàn)新的跨越。“思”出深度，才能不斷逼近事物的本質(zhì)。

例如，蘇科版初中物理八年級下冊“探究流速對流體壓強的影響”實驗，學(xué)生利用自己制作的機翼進行探究：讓電吹風(fēng)正對上凸下凹的機翼吹風(fēng)，可以看到機翼上升，由此得出“流速越大，壓強越小”的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生進一步思考，提出了如下兩個新問題：

問題1：能否利用這一原理設(shè)計一個有用的器具呢？

有學(xué)生利用木板、網(wǎng)兜、手持電扇的扇葉、玩具車上的電機和裝電池部分等，自制了一個如圖4所示的“簡易吸塵器”。將瓶口對準輕小垃圾，打開開關(guān)，可以看到：空氣以極高的速度排出，在外界大氣壓的作用下，瓶口的垃圾隨氣流進入瓶中。

問題2：為何機翼上凸的部分流速大呢？如何用實驗證明呢？

學(xué)生經(jīng)過深入思考，自主設(shè)計實驗方案開始實驗。

實驗器材：蠟燭、塑料板、吹風(fēng)機、擋板。

實驗操作：（1）用塑料板做出上表面是曲面、下表面是平面的“機翼”;（2）將“機翼”豎放在水平桌面上，兩側(cè)放置擋板;（3）將點燃的蠟燭分別放置在“機翼”尾部的兩側(cè)（見下頁圖5）;（4）在“機翼”的頂端用吹風(fēng)機正對著吹風(fēng)。

實驗現(xiàn)象：當氣流經(jīng)過“機翼”表面時，兩側(cè)的蠟燭會同時熄滅（晃動）。

實驗結(jié)論：“機翼”兩側(cè)蠟燭同時熄滅（晃動），說明通過“機翼”兩側(cè)的氣體同時到達尾部，即曲面一側(cè)流速大于平面一側(cè)流速（曲面一側(cè)的“路程”比平面一側(cè)的長）。

（四）“創(chuàng)”出能力

學(xué)生的創(chuàng)新能力從哪里來？來自每一次動手實踐，來自每一次對物理概念和原理深入思考后的靈光一閃。

例如，有學(xué)生在學(xué)習(xí)了“電流的熱效應(yīng)”之后，對家中的電飯鍋進行了改進和深入的思考，設(shè)計出了“全自動電飯鍋”。以下是該生的自主創(chuàng)新實驗報告。

1.項目由來：目前市場上的電飯鍋無法真正實現(xiàn)全自動煮飯，需要提前將米和水裝入電飯鍋內(nèi)。盡管有些電飯鍋具備了預(yù)約功能，但由于大米長時間浸泡會影響米飯的口感，所以很多家庭仍然使用傳統(tǒng)的煮飯方式?！叭詣与婏堝仭钡膭?chuàng)意由此而來。

2.基本思路：用一個時控器控制注水時間，用另一個時控器控制老式電飯鍋燒飯和保溫，從而實現(xiàn)自動注水、自動燒飯和保溫的功能。

3.產(chǎn)品優(yōu)點：這款“全自動電飯鍋”采用米和水分離放置，到達設(shè)定時間自動完成注水和燒飯，有效實現(xiàn)“全自動”;改進市場上的老式電飯鍋，無須修改電路，只要增加一個自動注水裝置就可以實現(xiàn)，簡易方便。

看似簡單的原理和器材，卻折射出學(xué)生創(chuàng)新思維的智慧光芒。學(xué)生在思考、實踐的過程中不僅需要動腦設(shè)計出新穎的方案，還需要不斷動手進行調(diào)試，解決出現(xiàn)的各種問題，創(chuàng)新思維和動手能力都得到了有效的培養(yǎng)和提升。

物理學(xué)科的魅力在于實驗，學(xué)生的成長源于自主的體驗和感悟。開展學(xué)生自主創(chuàng)新實驗是實現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展的有效途徑，無論對學(xué)生能力的培養(yǎng)、素養(yǎng)的提高，還是對全面培育適合國家建設(shè)的有用人才，促進民族和人類社會的進步，都具有重大意義。在具體實施過程中，教師需要心存大愛，以仁愛之心關(guān)注學(xué)生的點滴進步;需要擁有睿智的眼光，不斷發(fā)現(xiàn)學(xué)生的每一點閃耀的創(chuàng)意火花，以審慎的態(tài)度呵護它使之形成燎原之勢;更需要有堅持不懈的信念和為國家培育全面發(fā)展人才的使命感和責任感。

參考文獻：

[1] 湯金波，黃網(wǎng)官.學(xué)生自主創(chuàng)新實驗是未來物理教學(xué)的最優(yōu)途徑[J].實驗教學(xué)與儀器，2018（6）.

[2] 丁玉祥.學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的意義、價值與實踐路徑[J].實驗教學(xué)與儀器，2019（5）.