初中物理綜合實踐活動課中融入TRIZ理論的研究

陳云超

【摘要】物理學(xué)科在初中學(xué)習(xí)課程中占據(jù)著重要位置，由于物理學(xué)科內(nèi)容較為抽象，如若強(qiáng)制性將知識內(nèi)容灌輸給學(xué)生，長此以往，學(xué)生不免感覺枯燥和乏味.因此，在初中物理教學(xué)工作中，教師應(yīng)當(dāng)積極組織學(xué)生參與綜合實踐活動課程.前蘇聯(lián)科學(xué)家根里奇·阿奇舒勒在1946年提出了TRIZ理論，揭示了在問題解決和創(chuàng)造發(fā)明過程中，人們所遵循的科學(xué)規(guī)律.如若在初中物理綜合實踐課程中應(yīng)用TRIZ理論，能夠使學(xué)生掌握更加科學(xué)的算法和方法，從而更好地解決相關(guān)物理問題和各種矛盾.本文著重研究初中物理綜合實踐活動課中TRIZ理論的融入，以此為相關(guān)學(xué)者提供可參考的依據(jù).

【關(guān)鍵詞】初中物理；TRIZ理論；課堂教學(xué)

綜合實踐活動課相較于普通課堂教學(xué)來說，具有顯著的開放性和靈活性，在活動中，教師能夠為學(xué)生提供一些易于操作、程序化的工具和方法，以此強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高教學(xué)質(zhì)量.TRIZ理論的實用性、系統(tǒng)性、有序性特征顯著，指的是由多個創(chuàng)新方法共同組合而成的解決發(fā)明問題理論.在學(xué)生綜合實踐活動期間，基于TRIZ理論，選擇合適的技術(shù)方法和創(chuàng)新手段，能夠使學(xué)生深入學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)物理知識內(nèi)容，以此提升學(xué)生的物理能力和學(xué)科素養(yǎng).

1 初中物理綜合實踐活動的意義

現(xiàn)階段，課堂教學(xué)是學(xué)生展開學(xué)習(xí)探究的主陣地，但是此種方法具有一定的局限性：統(tǒng)一的教科書、評價、進(jìn)度，導(dǎo)致在小型活動中難以體現(xiàn)學(xué)生的個性發(fā)展；構(gòu)建課堂主要是重視部分環(huán)節(jié)，要求學(xué)生學(xué)會應(yīng)用部分知識內(nèi)容，訓(xùn)練活動缺乏整體性.行之有效的教育方法應(yīng)當(dāng)具有多樣化的教學(xué)手段，能夠使學(xué)生接觸更多與社會和生活有關(guān)的內(nèi)容，訓(xùn)練綜合性特征顯著［1］.初中物理綜合實踐活動能夠有機(jī)結(jié)合課外和課內(nèi)的教學(xué)，學(xué)生能夠自主、獨立地對項目進(jìn)行研究，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，激發(fā)其興趣；結(jié)合物理知識原理和社會、科技、生活的關(guān)注，并與其他學(xué)科進(jìn)行練習(xí)，推動學(xué)生探究全過程，從而鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐操作意識，提高其物理學(xué)科素養(yǎng).由此可見，在初中課堂中開展綜合實踐活動能有效改善課堂教學(xué)的弊端，推動學(xué)生的全面進(jìn)步與發(fā)展.

2 以TRIZ理論為核心創(chuàng)造工具的選擇與融入

制作類活動和設(shè)計類活動是初中生主要參與的綜合實踐活動課類型，要求學(xué)生結(jié)合題目實際要求和物理相關(guān)知識內(nèi)容來展開發(fā)明制作.TRIZ理論在此期間屬于是解決問題的一種工具，便于使學(xué)生明確解決問題的具體方向，為學(xué)生提供系統(tǒng)化的操作方法和解決問題的固定流程，使學(xué)生能夠從多個維度來展開猜想，而后制作和設(shè)計產(chǎn)品，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識［2］.

處于初中階段的學(xué)生由于接觸知識有限，導(dǎo)致他們?nèi)狈Τ渥愕闹R儲備量和一定的思維水平，想要實現(xiàn)TRIZ理論應(yīng)用的高效性，在綜合實踐活動中，初中物理教師應(yīng)該注意以下問題：第一，立足于學(xué)生學(xué)習(xí)過的知識內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，初中物理教師應(yīng)當(dāng)從TRIZ理論中選取與實際環(huán)境相符合、有助于拓展學(xué)生思維邏輯、與學(xué)生心理特征相吻合的創(chuàng)新方法；第二，將其組合成便于學(xué)生使用和接受的一種工具；第三，指導(dǎo)學(xué)生展開使用［3］.

例如 基于根里奇·阿奇舒勒所創(chuàng)建的TRIZ理論體系，在六大核心內(nèi)容中選取三部分，即技術(shù)矛盾解決原理、發(fā)明創(chuàng)造原理、工程學(xué)原理，而后選擇易于被學(xué)生理解和接受的發(fā)明創(chuàng)造原理和工程參數(shù)，將其組合成實踐活動中應(yīng)用的工具，詳情見圖1.

步驟一，在“工程參數(shù)”中，按照活動目標(biāo)選擇產(chǎn)品制作牽扯到的相關(guān)參數(shù)，如若目標(biāo)與該參數(shù)相反，就需要將其作為惡化參數(shù)，并標(biāo)注在矛盾沖突矩陣之中；如若目標(biāo)與該參數(shù)統(tǒng)一，就需要將其作為改善參數(shù)，并標(biāo)注在矛盾沖突矩陣之中.學(xué)生在步驟一中要科學(xué)合理地對工程參數(shù)進(jìn)行選擇，明確目標(biāo)與工程參數(shù)之間的聯(lián)系，同時，做好惡化參數(shù)與改善參數(shù)的標(biāo)注工作.

步驟二，創(chuàng)建矛盾成對參數(shù)，例如，減少或者是增加改善參數(shù)1會造成減少或者是增加惡化參數(shù)2，那么便可以說惡化參數(shù)2與改善參數(shù)1是成對的矛盾參數(shù)［4］.

步驟三，根據(jù)“創(chuàng)造原理表”找到能夠應(yīng)用的相關(guān)原理，并在相關(guān)位置上進(jìn)行標(biāo)注，而后創(chuàng)建矛盾沖突矩陣，基于以上原理做好解決方案的猜想.在問題高效解決方面并非全部的原理都是適用的，要求學(xué)生根據(jù)問題不斷展開探索和分析，最終明確最優(yōu)解決方法.

在初中物理綜合實踐活動課程中融入TRIZ理論的過程能夠被劃分為四個步驟，即：導(dǎo)入課題、布置任務(wù)、解決問題與設(shè)計方案、交流與評價.全面介紹實踐活動背景是課題導(dǎo)入的側(cè)重點.確定產(chǎn)品性能影響的因素和活動目標(biāo)，同時猜想可能存在的問題是布置任務(wù)的重點.基于TRIZ理論，利用核心工具來解決和處理問題是設(shè)計方案與解決問題的重點，其中涵蓋五大部分，包括提出最佳解決方案、實施方案、創(chuàng)建矛盾沖突矩陣、按照創(chuàng)新對應(yīng)原理提出實驗方案、確定惡化參數(shù)和改善參數(shù)等.分析、總結(jié)和進(jìn)一步評估解決方案是評價與交流的重點.

3 “室內(nèi)人工虹”綜合實踐活動課案例

基于蘇科版八年級上冊初中物理第1節(jié)，光的色彩、顏色中的3W習(xí)題，所總結(jié)出來的“室內(nèi)人工虹”主題有效擴(kuò)展了題目中所說的古代人工虹實驗，將裝置設(shè)計活動課替代原本的室外觀察實驗，在設(shè)計期間，便于學(xué)生深層次地了解相關(guān)物理現(xiàn)象，包括光的色散、折射規(guī)律、反射［5］.

3.1 導(dǎo)入課題

彩虹、陽光總在風(fēng)雨后，這是一種自然現(xiàn)象.太陽光是由頻率不同的色光組合而成的，屬于一種復(fù)色光.彩虹形成的原理是當(dāng)空氣中類似于球形的水滴受到太陽光照射時，就會出現(xiàn)光的反射和折射，天空中就會呈現(xiàn)出色散現(xiàn)象（太陽光分解成為多條單色光），人們通過肉眼便能夠清楚地看到天空中由紅到紫的顏色.但是通常情況下，我們只會在室外看見彩虹，結(jié)合“室內(nèi)人工虹”主題，教師可以讓學(xué)生思考有沒有一種辦法能夠讓大家在室內(nèi)看見彩虹.

3.2 布置任務(wù)

按照全班學(xué)生的實際數(shù)量，將其平均分成若干個學(xué)習(xí)小組，要求每個小組選一名小組長，由小組長統(tǒng)一分配學(xué)習(xí)任務(wù).

3.2.1 識別問題

（1）形成彩虹的原理是什么？

（2）能否在室內(nèi)引入彩虹？

3.2.2 提供方法

霧氣法、水杯法、手電法、鏡子法、光盤法.

3.2.3 問題思考

彩虹形成原理：當(dāng)空氣中類似于球形的水滴受到太陽光照射時，就會出現(xiàn)光的反射和折射.

（1）我們在室內(nèi)可以用什么替代陽光和接近于球形的水滴呢？

（2）怎樣確保彩虹的完整性和清晰度？

3.3 解決問題與設(shè)計方案

3.3.1 明確工程參數(shù)

（1）改善參數(shù)：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、光照度、物體靜止的面積.

（2）惡化參數(shù)：事物的數(shù)量、物質(zhì)、能量物質(zhì).

3.3.2 創(chuàng)建矛盾沖突矩陣

基于工程參數(shù)表格，明確創(chuàng)造發(fā)明原理，創(chuàng)建矛盾沖突矩陣.詳情見表1.

在表1中，原理32是指環(huán)境改變的顏色，即顏色改變；原理13是指顛倒程序或者是物體，即反向作用原理；原理7是指在一個物體中嵌入另一個物體，即嵌套；原理6是指賦予一個物體多個功能，即多用性；原理2是指將物體中必要的屬性或者是部分抽出來，即抽取；原理1是指部分組成整體或者是整體分為部分，即分割.

3.3.3 設(shè)計與實驗

（1）按照實際問題，將具體設(shè)計思路替代發(fā)明創(chuàng)造原理.

（2）設(shè)計具體實驗步驟和方案.

（3）展開實驗操作，并做好測試狀況的記錄工作.

（4）結(jié)合實驗結(jié)果，優(yōu)選“室內(nèi)人工虹”制作方案.

（5）在實驗進(jìn)行期間，如若選擇的原理缺乏合理性，就需要對參數(shù)進(jìn)行二次定義，借助于矛盾沖突矩陣的繼續(xù)使用來確定原理，而后再次展開測試和實驗操作.

3.3.4 成品制作

（1）產(chǎn)品制作時使用最佳方案；

（2）展開調(diào)試與測試；

（3）最終得到產(chǎn)品.

3.4 評論與交流

在完成本課題實驗活動后，要求每個學(xué)習(xí)小組安排一位發(fā)言人以匯報的形式，將本課題的設(shè)計理念表達(dá)和描述出來，分享應(yīng)用感受，闡述制作期間產(chǎn)生的想法和遇到的困難［6］.

在初中物理實踐活動中，學(xué)生能夠使用創(chuàng)造工具展開多次實驗操作，基于教師給出的五種方法，總結(jié)了許多具有創(chuàng)新性和想象力的設(shè)計，例如：有的同學(xué)結(jié)合了鏡子法和水杯法，將淺水槽放在光線較高的區(qū)域之中，裝上1/2的水，在可調(diào)整角度、自制的支架上固定鏡子，而后將其放置在水槽之中，朝著一定角度來對支架進(jìn)行調(diào)整，便能夠在光屏上或者是地板上看見彩虹，即做到在室內(nèi)看見彩虹.不僅如此，還有的同學(xué)基于上述實驗提出在水槽放置更好調(diào)節(jié)角度、承重能力更強(qiáng)的支架，并通過鏡子和水槽角度的調(diào)整來確保實驗完成的精準(zhǔn)率.

4 結(jié)語

總而言之，TRIZ理論還包括知識庫、演化類型、解決算法、創(chuàng)新原理等其他工具，初中物理教師可以組合不同工具，并提供給學(xué)生應(yīng)用，在實踐操作中不斷優(yōu)化和調(diào)整，總結(jié)有效提升學(xué)生實踐操作能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)手段.但是在初中物理綜合實踐活動中，想要有機(jī)融合TRIZ理論并不是容易的，在實際操作中，教師應(yīng)當(dāng)不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整.設(shè)置具有較強(qiáng)邏輯性的問題，引導(dǎo)學(xué)生從多個維度進(jìn)行思考，加強(qiáng)學(xué)生TRIZ 理論使用的主動性和積極性；在實踐創(chuàng)新期間，通常會面臨較為廣泛的知識內(nèi)容，初中物理教師應(yīng)當(dāng)不斷提高自我的專業(yè)教學(xué)能力，通過TRIZ理論的深入學(xué)習(xí)，增加自我知識儲備量；初中物理教師還需要對TRIZ理論融合的相關(guān)知識內(nèi)容進(jìn)行深入挖掘和分析，通過教學(xué)有效策略的使用，使學(xué)生能夠緊密聯(lián)系物理知識與TRIZ理論，從而強(qiáng)化教學(xué)效果.

參考文獻(xiàn)：

［1］陳雨晴，官文聰，郭慶，喬翠蘭.基于大科學(xué)工程的初中物理跨學(xué)科實踐活動設(shè)計——以子午工程探測電離層電子濃度為例［J］.物理與工程，2023，33（02）：24-30.

［2］畢家駿，駱波.“三步走”開發(fā)初中物理綜合實踐活動——以“簡易擊劍裝備的電路分析與制作”為例［J］.中學(xué)物理，2023，41（10）：35-37.

［3］孟春風(fēng).基于新課標(biāo)的初中物理學(xué)與工程實踐活動探析——以“解開發(fā)明的密碼”校本化實踐活動為例［J］.遼寧教育，2023（15）：31-34.

［4］劉曉雪，宋云霞.初中物理開展綜合實踐活動的組織與指導(dǎo)--以“設(shè)計和制作一個模擬的調(diào)光臺燈”為例［J］.中學(xué)物理，2022，40（12）：44-47.

［5］林雪萍，李宗倫，方一穎，鄭淵方.基于STEM教育的初中物理綜合實踐活動——以“研究奇妙的云懸浮”為例［J］.中學(xué)理科園地，2022，18（06）：57-59.

［6］艾倫.STEM理念下的初中物理科學(xué)實踐活動課程開發(fā)與應(yīng)用研究［J］.中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）教育科學(xué)，2022（02）：63-65.