物理實驗創(chuàng)新方法：“三步走”創(chuàng)新方法

岑澤 陳艷燕

（浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院 浙江金華 321004）

物理實驗創(chuàng)新方法：“三步走”創(chuàng)新方法

岑澤 陳艷燕

（浙江師范大學(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院 浙江金華 321004）

物理實驗的創(chuàng)新已經(jīng)引起人們的高度重視，然而，物理實驗的更新速度卻遠遠跟不上學(xué)生需求的速度．在這種情況下，提出了對物理實驗進行創(chuàng)新的“三步走”．第一步，預(yù)備階段，即找出所要創(chuàng)新的物理實驗的“重難點”；第二步，設(shè)計階段，即根據(jù)重難點，設(shè)計出物理創(chuàng)新性實驗；第三步，制作與反思階段，即對所設(shè)計的實驗進行制作，反思制作過程中出現(xiàn)的問題．“天下無不可創(chuàng)新之物”，對于有瑕疵之物我們都應(yīng)該并且有能力去改進它．

物理實驗 學(xué)生需求 三步走 重難點 改造創(chuàng)新

1 物理創(chuàng)新實驗

物理創(chuàng)新實驗是指打破傳統(tǒng)物理實驗原理，改革傳統(tǒng)物理實驗方案，簡約物理實驗器材，優(yōu)化實驗效果，具有創(chuàng)新因子的物理實驗［1］．根據(jù)這個定義，可以看出其內(nèi)涵包括物理實驗原理創(chuàng)新、物理實驗方案創(chuàng)新、物理實驗器材創(chuàng)新、物理實驗的全新設(shè)計和物理教學(xué)創(chuàng)新這5個維度［2］．其中，物理實驗器材的創(chuàng)新備受關(guān)注，“中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實驗”就是證明．

“中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實驗”是在吸收低成本物理實驗成本低廉、易于推廣等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，結(jié)合創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)需求而提出的有獨特內(nèi)涵的名詞，其特色在于實驗器材、實驗條件、實驗手段的生活化，成本低廉，易于推廣［3］．

中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實驗具有很強的發(fā)展前景，其生活化的實驗器材使得學(xué)生對實驗產(chǎn)生了莫名的熟悉感，增強其對實驗的興趣；生活化的實驗條件和實驗手段使得學(xué)生可以自己動手去做，有利于創(chuàng)新思維、創(chuàng)造力的培養(yǎng)；其成本低廉的特點使得貧困山區(qū)的孩子也可以做起物理實驗來了，不會從小到大都沒有見到過神奇的物理實驗；其易于推廣的特性更加適合于大面積推廣．雖說如此，然而低成本物理實驗卻是一塊未開發(fā)的荒地，它需要無數(shù)個教師、學(xué)者、專家、學(xué)生等人的勞作．灑下勤勞的汗水，不辭辛勞的開墾，這塊荒地上才能開出一片片美麗的花，結(jié)出一顆顆碩果．

當(dāng)然，有些人已經(jīng)走在前面了，他們對物理創(chuàng)新性實驗的設(shè)計給我們提出了一些有意義的方向．文獻［1］提出了物理創(chuàng)新實驗的6大設(shè)計原理，即物理平衡原理、物理轉(zhuǎn)換原理、物理比較原理、物理放大原理、物理模擬原理和物理變換原理．另外，“通過分析大學(xué)物理實驗的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱資料可知，現(xiàn)開設(shè)的大學(xué)物理實驗項目的設(shè)計主要從原理創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、儀器創(chuàng)新等方面入手，其設(shè)計方法可以歸納為原理應(yīng)用設(shè)計法、聯(lián)想類比設(shè)計法、改進設(shè)計法、變異設(shè)計法、組合設(shè)計法等．”［4］

從某種程度上說，部分人秉承著這樣的一個觀點：創(chuàng)新有法，但無定法；物理創(chuàng)新實驗設(shè)計有技巧，但又沒有固定的模式［1］．但是，誰又能知道有沒有定法呢？從微觀上來看，創(chuàng)新只有技巧，沒有方法，可是從宏觀上來看，創(chuàng)新卻是有方法的．對于如何對物理實驗進行創(chuàng)新，可以分為“三步走”．

第一步，預(yù)備階段．找出所要創(chuàng)新的物理實驗的“重難點”．

第二步，設(shè)計階段．根據(jù)重難點，設(shè)計出物理創(chuàng)新性實驗．

第三步，制作與反思階段．對所設(shè)計的實驗進行制作，反思制作過程中出現(xiàn)的問題．

2 預(yù)備階段——找出物理實驗的重難點

第一步：仔細觀察所要創(chuàng)新的物理實驗，查閱該實驗相關(guān)的資料，自己動手對其進行實驗體驗，找出其重難點．“重難點”是由重點和難點共同組成的，這個詞的含義大多能夠在教學(xué)設(shè)計當(dāng)中看到，在教學(xué)當(dāng)中是不言自明的一個概念．簡單地說，重點（key points）就是重要、關(guān)鍵的那些部分，在教師的教學(xué)過程中是指按照當(dāng)前的教學(xué)目標(biāo)來說，必須要讓學(xué)生理解、要教會學(xué)生的這一部分知識；難點（difficult points）就是很困難的那些部分，在教學(xué)中的含義是指對于學(xué)生來說，按照他們當(dāng)時的理解能力、智力、經(jīng)驗等一系列因素是比較難以理解、難以學(xué)會的內(nèi)容．其他的領(lǐng)域當(dāng)中也有“重難點”這個概念，但是和教學(xué)中的“重難點”概念有區(qū)別也有相似．

這里所說的重點就是指在該物理實驗當(dāng)中，對于實驗者來說是比較關(guān)鍵的步驟、關(guān)鍵的部分，這些關(guān)鍵的步驟、關(guān)鍵的部分可以是該物理實驗的實驗原理的需要；難點就是在該過程中，對于實驗者來說比較困難的步驟和部分，這些步驟如果不按照規(guī)范來做，就不會得到所要得到的結(jié)論，這些部分如果出現(xiàn)了誤差，也會對結(jié)論造成影響．這些重難點是客觀的，然而每個人思考的不一樣，對重難點的劃分也有所區(qū)別，但是對該物理實驗有所了解的人，知道的重難點卻是一樣的，因為這有老師教．教學(xué)中的重點不一定是難點，難點不一定是重點；但是在這所說的物理實驗的“重難點”卻不是這樣，重點不一定是難點，但難點一定是重點．

引入“重難點”的概念，就是為了找到所要創(chuàng)新的物理實驗的重難點，但卻不要糾結(jié)于這個概念而忘記了創(chuàng)新．其實，簡單說來，物理實驗中的“重難點”就是指該物理實驗的可創(chuàng)新點．當(dāng)想要對物理實驗進行創(chuàng)新的時候，最好要有這個意識，應(yīng)該細分這些重難點，一個重難點就能夠做一個或者一個以上的創(chuàng)新，有多少個重難點就有多少個可創(chuàng)新點．

3 設(shè)計階段——根據(jù)重難點設(shè)計出創(chuàng)新性實驗

第二步：根據(jù)自己所找到的重難點，對其中每一個重難點，思考出可以對其進行怎樣的創(chuàng)新，找到答案后（這是沒有標(biāo)準的答案，或許只是一個方向、一個設(shè)想而已），設(shè)計出創(chuàng)新性實驗．在第一步的預(yù)備階段中，已經(jīng)找到了自己認為的該物理實驗的重難點．得到了這個重難點，就可以動用所學(xué)的一切知識，積極思考，思考哪些重難點可以被其他哪些東西取代，哪些重難點可以再如何改進一下，哪些重難點可以被推翻等等．如果這個可推翻的重難點屬于原理上的話，那么這算是一種物理原理的創(chuàng)新，因為物理上的原理都是理想或近似理想的模型，而現(xiàn)實當(dāng)中卻是一種非理想化的模型，它具有更多的未知，更多的不確定性．所以即使這個物理實驗的實驗原理是專家提出來的，也不能盲目認同，要隨時保持清醒，要看到在地球上做實驗具有很多干擾因素，誰也不知道那些干擾的因素是不是最主要的物理原理，如果不是如今所解釋的原理呢．

這“第二步”是很重要的．如果把實驗的“重難點”都找了出來，然而卻還是不能想出什么創(chuàng)新的方法來，那么可以去研究一下那些實驗設(shè)計的原理和方法來激發(fā)自己的創(chuàng)新意識．對于實驗設(shè)計的原理和方法在“第一部分”中的“物理創(chuàng)新實驗”中也有所介紹，倘若因為這些理論知識生澀難懂，難以用來激發(fā)自己的創(chuàng)新設(shè)想，可以去參考一些創(chuàng)新物理實驗，看看別人是如何設(shè)計的．《物理創(chuàng)新實驗》這本書就是本著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維這個思想而編著的，編者“熱切希望讀者能通過這些范例的啟示，充分激發(fā)創(chuàng)新沖動……激發(fā)無盡的創(chuàng)造潛能，以推進對‘格物致知’理念的認識”．［5］《物理實驗創(chuàng)新研究：“非常規(guī)”物理實驗設(shè)計制作能力培養(yǎng)》這本書“以‘非常規(guī)’物理實驗方案設(shè)計為手段，以‘創(chuàng)新技法’為主要方法，對高師物理師范生實施專題培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維的能力……具有重大的理論意義和現(xiàn)實意義．”［6］《創(chuàng)新設(shè)計方法及應(yīng)用》“通過深入淺出地講解，激發(fā)每一位讀者的潛在創(chuàng)造力……可作為自學(xué)者的自學(xué)參考書．”［7］

為了防止對“創(chuàng)新”這個詞的誤解——把創(chuàng)新和改進等同起來，在這里引入“外發(fā)”和“內(nèi)激”這個概念．“外發(fā)”，就是對一個參照系統(tǒng)來說（在物理實驗中這個參照系統(tǒng)為所要創(chuàng)新的物理實驗），向外發(fā)散．也就是說，這種“外發(fā)”創(chuàng)新是由這個物理實驗推到其他物理實驗的一種創(chuàng)新，一種推己及人的方法，而非該物理實驗本身．“內(nèi)激”就是對一個參照系來說，向內(nèi)激活．即“內(nèi)激”創(chuàng)新就是創(chuàng)新該物理實驗本身，也就是常說的“改進”，是指把該物理實驗的難點改進得簡單一些．由上述對創(chuàng)新的敘述可知，創(chuàng)新一直包含著對舊物質(zhì)的改進，但改進卻不是創(chuàng)新的“全部”．

4 制作與反思階段——根據(jù)所設(shè)計的實驗進行制作并反思其中出現(xiàn)的問題

在第二步中，經(jīng)過不停的追求答案終于把創(chuàng)新的實驗設(shè)計好了，那么制作與反思階段的第三步就呼之欲出了．第三步，根據(jù)所設(shè)計的實驗設(shè)計思路，在必要的情況下利用實驗改造的工具把創(chuàng)新性實驗制作出來．在制作過程中，不可避免地會出現(xiàn)卡殼的現(xiàn)象，這可能是因為實驗出現(xiàn)了難以克服的障礙，或者是隱約頓悟了更好的創(chuàng)新方法．此時就要對其進行反思，反思制作過程中出現(xiàn)的問題，如果是能克服的問題就盡力克服它；如果是不能克服的，那么說明原來想到的方法不是最具有創(chuàng)新性的，還有施展的空間，所以要再次創(chuàng)新、再次設(shè)計，直到把實驗設(shè)計出來．當(dāng)然“創(chuàng)新是沒有邊界的”，你可以針對現(xiàn)有的實驗所出現(xiàn)的問題和瑕疵設(shè)計實驗，但是你改進后的實驗也會產(chǎn)生一些問題和瑕疵，這些問題就讓以后再來創(chuàng)新吧，至少現(xiàn)在可以解決現(xiàn)有實驗出現(xiàn)的一些問題，這就是發(fā)展．

雖說此創(chuàng)新方法只分“三步走”，但它卻并非只有三步，它可以是循環(huán)的，可以從第三步未完成之后再進行第一步，然后第二步再到第三步等等循環(huán)不止．如果實驗創(chuàng)新者在第三步完成之后就停止運行了這“三步走”，那么只能說該創(chuàng)新者已經(jīng)滿足于創(chuàng)新實驗的制作完成，沒有再想對該實驗進行創(chuàng)新的心思了．

5 天下無不可創(chuàng)新之物

上面所說的僅是物理創(chuàng)新實驗的方法，可是，這“三步走”創(chuàng)新方法其實對于實驗的學(xué)科包含化學(xué)、生物等都十分適用．它具有很強的普適性，而不是僅僅局限于物理實驗．“三步走”中的每一步都很重要，這都是需要注意的．第一步的“找出重難點”直接影響了可以有多少創(chuàng)新的地方，第二步直接影響了能否設(shè)計出一個創(chuàng)新的實驗，第三步直接影響了能否做出一個創(chuàng)新的實驗成品出來．在第一步時說到，找到所要創(chuàng)新的物理實驗的重難點，所以對實驗創(chuàng)新的前提是要有實驗基礎(chǔ)，只有了解了實驗（即使不是充分了解），才能進行創(chuàng)新．一點也不了解實驗的人，是不會對實驗有創(chuàng)新的想法的，但是這世界上好像沒有一點也不了解實驗的人，這能不能說明每個人都能夠?qū)嶒炦M行創(chuàng)新呢？說到對實驗進行創(chuàng)新，大部分人都是出于無意識的創(chuàng)新階段，如果每個人都有想要創(chuàng)新的意識（這“三步走”或許可以激發(fā)這種意識），那么天下將無不可創(chuàng)新的實驗了．這種創(chuàng)新意識，不僅僅局限于實驗中，應(yīng)該推廣到生活中，“天下無不可創(chuàng)新之物”．創(chuàng)新，不應(yīng)該只是實驗的創(chuàng)新，還有很多很多東西都是需要創(chuàng)新，而且都是可以創(chuàng)新的．此時，這“三步走”的創(chuàng)新之法依然可以適用．

1 李松嶺，李明雪．物理創(chuàng)新性實驗的六大設(shè)計原理．物理與工程，2007（06）：19～21，24

2 張俊玲．物理創(chuàng)新性實驗的五大設(shè)計方法．實驗技術(shù)與管理，2010（11）

3 錢永昌．指導(dǎo)學(xué)生開展“中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實驗”設(shè)計與開發(fā)的實踐研究：［學(xué)位論文］．福州：福建師范大學(xué)，2008

4 張俊玲．大學(xué)物理實驗中的創(chuàng)新設(shè)計方法及應(yīng)用研究．大學(xué)物理實驗，2011（04）

5 劉貴興，方洪輝，倪閩景．創(chuàng)新物理實驗．上海：上海教育出版社，2007

6 劉炎松．物理實驗創(chuàng)新研究：“非常規(guī)”物理實驗設(shè)計制作能力培養(yǎng)．北京：冶金工業(yè)出版社，2009

7 劉曉宏．創(chuàng)新設(shè)計方法及應(yīng)用．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006

2014- 04- 09）