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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新已經(jīng)引起人們的高度重視，然而，物理實(shí)驗(yàn)的更新速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上學(xué)生需求的速度．在這種情況下，提出了對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新的“三步走”．第一步，預(yù)備階段，即找出所要?jiǎng)?chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)的“重難點(diǎn)”；第二步，設(shè)計(jì)階段，即根據(jù)重難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出物理創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)；第三步，制作與反思階段，即對(duì)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行制作，反思制作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題．“天下無(wú)不可創(chuàng)新之物”，對(duì)于有瑕疵之物我們都應(yīng)該并且有能力去改進(jìn)它．

物理實(shí)驗(yàn) 學(xué)生需求 三步走 重難點(diǎn) 改造創(chuàng)新

1 物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

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

“中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是在吸收低成本物理實(shí)驗(yàn)成本低廉、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)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(dú)特內(nèi)涵的名詞，其特色在于實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的發(fā)展前景，其生活化的實(shí)驗(yàn)器材使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了莫名的熟悉感，增強(qiáng)其對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣；生活化的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)手段使得學(xué)生可以自己動(dòng)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(diǎn)使得貧困山區(qū)的孩子也可以做起物理實(shí)驗(yàn)來(lái)了，不會(huì)從小到大都沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)神奇的物理實(shí)驗(yàn)；其易于推廣的特性更加適合于大面積推廣．雖說(shuō)如此，然而低成本物理實(shí)驗(yàn)卻是一塊未開(kāi)發(fā)的荒地，它需要無(wú)數(shù)個(gè)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(kāi)墾，這塊荒地上才能開(kāi)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(duì)物理創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)給我們提出了一些有意義的方向．文獻(xiàn)［1］提出了物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的6大設(shè)計(jì)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(guò)分析大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)大綱資料可知，現(xiàn)開(kāi)設(shè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)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(jì)方法可以歸納為原理應(yīng)用設(shè)計(jì)法、聯(lián)想類比設(shè)計(jì)法、改進(jìn)設(shè)計(jì)法、變異設(shè)計(jì)法、組合設(shè)計(jì)法等．”［4］

從某種程度上說(shuō)，部分人秉承著這樣的一個(gè)觀點(diǎn)：創(chuàng)新有法，但無(wú)定法；物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有技巧，但又沒(méi)有固定的模式［1］．但是，誰(shuí)又能知道有沒(méi)有定法呢？從微觀上來(lái)看，創(chuàng)新只有技巧，沒(méi)有方法，可是從宏觀上來(lái)看，創(chuàng)新卻是有方法的．對(duì)于如何對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，可以分為“三步走”．

第一步，預(yù)備階段．找出所要?jiǎng)?chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)的“重難點(diǎn)”．

第二步，設(shè)計(jì)階段．根據(jù)重難點(diǎn)，設(shè)計(jì)出物理創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)．

第三步，制作與反思階段．對(duì)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行制作，反思制作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題．

2 預(yù)備階段——找出物理實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)

第一步：仔細(xì)觀察所要?jiǎng)?chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)，查閱該實(shí)驗(yàn)相關(guān)的資料，自己動(dòng)手對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，找出其重難點(diǎn)．“重難點(diǎn)”是由重點(diǎn)和難點(diǎn)共同組成的，這個(gè)詞的含義大多能夠在教學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中看到，在教學(xué)當(dāng)中是不言自明的一個(gè)概念．簡(jiǎn)單地說(shuō)，重點(diǎn)（key points）就是重要、關(guān)鍵的那些部分，在教師的教學(xué)過(guò)程中是指按照當(dāng)前的教學(xué)目標(biāo)來(lái)說(shuō)，必須要讓學(xué)生理解、要教會(huì)學(xué)生的這一部分知識(shí)；難點(diǎn)（difficult points）就是很困難的那些部分，在教學(xué)中的含義是指對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，按照他們當(dāng)時(shí)的理解能力、智力、經(jīng)驗(yàn)等一系列因素是比較難以理解、難以學(xué)會(huì)的內(nèi)容．其他的領(lǐng)域當(dāng)中也有“重難點(diǎn)”這個(gè)概念，但是和教學(xué)中的“重難點(diǎn)”概念有區(qū)別也有相似．

這里所說(shuō)的重點(diǎn)就是指在該物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)者來(lái)說(shuō)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(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理的需要；難點(diǎn)就是在該過(guò)程中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)者來(lái)說(shuō)比較困難的步驟和部分，這些步驟如果不按照規(guī)范來(lái)做，就不會(huì)得到所要得到的結(jié)論，這些部分如果出現(xiàn)了誤差，也會(huì)對(duì)結(jié)論造成影響．這些重難點(diǎn)是客觀的，然而每個(gè)人思考的不一樣，對(duì)重難點(diǎn)的劃分也有所區(qū)別，但是對(duì)該物理實(shí)驗(yàn)有所了解的人，知道的重難點(diǎn)卻是一樣的，因?yàn)檫@有老師教．教學(xué)中的重點(diǎn)不一定是難點(diǎn)，難點(diǎn)不一定是重點(diǎn)；但是在這所說(shuō)的物理實(shí)驗(yàn)的“重難點(diǎn)”卻不是這樣，重點(diǎn)不一定是難點(diǎn)，但難點(diǎn)一定是重點(diǎn)．

引入“重難點(diǎn)”的概念，就是為了找到所要?jiǎng)?chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)，但卻不要糾結(jié)于這個(gè)概念而忘記了創(chuàng)新．其實(shí)，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，物理實(shí)驗(yàn)中的“重難點(diǎn)”就是指該物理實(shí)驗(yàn)的可創(chuàng)新點(diǎn)．當(dāng)想要對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新的時(shí)候，最好要有這個(gè)意識(shí)，應(yīng)該細(xì)分這些重難點(diǎn)，一個(gè)重難點(diǎn)就能夠做一個(gè)或者一個(gè)以上的創(chuàng)新，有多少個(gè)重難點(diǎn)就有多少個(gè)可創(chuàng)新點(diǎn)．

3 設(shè)計(jì)階段——根據(jù)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

第二步：根據(jù)自己所找到的重難點(diǎn)，對(duì)其中每一個(gè)重難點(diǎn)，思考出可以對(duì)其進(jìn)行怎樣的創(chuàng)新，找到答案后（這是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的答案，或許只是一個(gè)方向、一個(gè)設(shè)想而已），設(shè)計(jì)出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)．在第一步的預(yù)備階段中，已經(jīng)找到了自己認(rèn)為的該物理實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)．得到了這個(gè)重難點(diǎn)，就可以動(dòng)用所學(xué)的一切知識(shí)，積極思考，思考哪些重難點(diǎn)可以被其他哪些東西取代，哪些重難點(diǎn)可以再如何改進(jìn)一下，哪些重難點(diǎn)可以被推翻等等．如果這個(gè)可推翻的重難點(diǎn)屬于原理上的話，那么這算是一種物理原理的創(chuàng)新，因?yàn)槲锢砩系脑矶际抢硐牖蚪评硐氲哪Ｐ?，而現(xiàn)實(shí)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(gè)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是專家提出來(lái)的，也不能盲目認(rèn)同，要隨時(shí)保持清醒，要看到在地球上做實(shí)驗(yàn)具有很多干擾因素，誰(shuí)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(shí)驗(yàn)的“重難點(diǎn)”都找了出來(lái)，然而卻還是不能想出什么創(chuàng)新的方法來(lái)，那么可以去研究一下那些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和方法來(lái)激發(fā)自己的創(chuàng)新意識(shí)．對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和方法在“第一部分”中的“物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”中也有所介紹，倘若因?yàn)檫@些理論知識(shí)生澀難懂，難以用來(lái)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(shí)驗(yàn)，看看別人是如何設(shè)計(jì)的．《物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》這本書就是本著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維這個(gè)思想而編著的，編者“熱切希望讀者能通過(guò)這些范例的啟示，充分激發(fā)創(chuàng)新沖動(dòng)……激發(fā)無(wú)盡的創(chuàng)造潛能，以推進(jìn)對(duì)‘格物致知’理念的認(rèn)識(shí)”．［5］《物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究：“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作能力培養(yǎng)》這本書“以‘非常規(guī)’物理實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為手段，以‘創(chuàng)新技法’為主要方法，對(duì)高師物理師范生實(shí)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(shí)意義．”［6］《創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用》“通過(guò)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(duì)“創(chuàng)新”這個(gè)詞的誤解——把創(chuàng)新和改進(jìn)等同起來(lái)，在這里引入“外發(fā)”和“內(nèi)激”這個(gè)概念．“外發(fā)”，就是對(duì)一個(gè)參照系統(tǒng)來(lái)說(shuō)（在物理實(shí)驗(yàn)中這個(gè)參照系統(tǒng)為所要?jiǎng)?chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)），向外發(fā)散．也就是說(shuō)，這種“外發(fā)”創(chuàng)新是由這個(gè)物理實(shí)驗(yàn)推到其他物理實(shí)驗(yàn)的一種創(chuàng)新，一種推己及人的方法，而非該物理實(shí)驗(yàn)本身．“內(nèi)激”就是對(duì)一個(gè)參照系來(lái)說(shuō)，向內(nèi)激活．即“內(nèi)激”創(chuàng)新就是創(chuàng)新該物理實(shí)驗(yàn)本身，也就是常說(shuō)的“改進(jìn)”，是指把該物理實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)改進(jìn)得簡(jiǎn)單一些．由上述對(duì)創(chuàng)新的敘述可知，創(chuàng)新一直包含著對(duì)舊物質(zhì)的改進(jìn)，但改進(jìn)卻不是創(chuàng)新的“全部”．

4 制作與反思階段——根據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行制作并反思其中出現(xiàn)的問(wèn)題

在第二步中，經(jīng)過(guò)不停的追求答案終于把創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，在必要的情況下利用實(shí)驗(yàn)改造的工具把創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)制作出來(lái)．在制作過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)卡殼的現(xiàn)象，這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)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(shí)就要對(duì)其進(jìn)行反思，反思制作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如果是能克服的問(wèn)題就盡力克服它；如果是不能克服的，那么說(shuō)明原來(lái)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(jì)，直到把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出來(lái)．當(dāng)然“創(chuàng)新是沒(méi)有邊界的”，你可以針對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)所出現(xiàn)的問(wèn)題和瑕疵設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但是你改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)也會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題和瑕疵，這些問(wèn)題就讓以后再來(lái)創(chuàng)新吧，至少現(xiàn)在可以解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的一些問(wèn)題，這就是發(fā)展．

雖說(shuō)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(jìn)行第一步，然后第二步再到第三步等等循環(huán)不止．如果實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新者在第三步完成之后就停止運(yùn)行了這“三步走”，那么只能說(shuō)該創(chuàng)新者已經(jīng)滿足于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的制作完成，沒(méi)有再想對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新的心思了．

5 天下無(wú)不可創(chuàng)新之物

上面所說(shuō)的僅是物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方法，可是，這“三步走”創(chuàng)新方法其實(shí)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的學(xué)科包含化學(xué)、生物等都十分適用．它具有很強(qiáng)的普適性，而不是僅僅局限于物理實(shí)驗(yàn)．“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(diǎn)”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(jì)出一個(gè)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)，第三步直接影響了能否做出一個(gè)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)成品出來(lái)．在第一步時(shí)說(shuō)到，找到所要?jiǎng)?chuàng)新的物理實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的前提是要有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，只有了解了實(shí)驗(yàn)（即使不是充分了解），才能進(jìn)行創(chuàng)新．一點(diǎn)也不了解實(shí)驗(yàn)的人，是不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)有創(chuàng)新的想法的，但是這世界上好像沒(méi)有一點(diǎn)也不了解實(shí)驗(yàn)的人，這能不能說(shuō)明每個(gè)人都能夠?qū)?shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新呢？說(shuō)到對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，大部分人都是出于無(wú)意識(shí)的創(chuàng)新階段，如果每個(gè)人都有想要?jiǎng)?chuàng)新的意識(shí)（這“三步走”或許可以激發(fā)這種意識(shí)），那么天下將無(wú)不可創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)了．這種創(chuàng)新意識(shí)，不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該推廣到生活中，“天下無(wú)不可創(chuàng)新之物”．創(chuàng)新，不應(yīng)該只是實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，還有很多很多東西都是需要?jiǎng)?chuàng)新，而且都是可以創(chuàng)新的．此時(shí)，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(shí)驗(yàn)的六大設(shè)計(jì)原理．物理與工程，2007（06）：19～21，24

2 張俊玲．物理創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的五大設(shè)計(jì)方法．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010（11）

3 錢永昌．指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展“中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的實(shí)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(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011（04）

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

6 劉炎松．物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究：“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)方法及應(yīng)用．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006

2014- 04- 09）