組合創(chuàng)新思想在物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘? ?要?發(fā)明創(chuàng)造中組合創(chuàng)新法是一種有效的方法。在物理教學(xué)中應(yīng)用組合創(chuàng)新的思想，使物理知識(shí)的教學(xué)更加優(yōu)化，從而提高教師教學(xué)成效，提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的成績。

關(guān)鍵詞 組合創(chuàng)新思想? 物理教學(xué)? 物理實(shí)驗(yàn)

組合創(chuàng)新就是將多個(gè)獨(dú)立的技術(shù)因素（如現(xiàn)象、原理、材料、工藝、物品等）進(jìn)行重新的組合，從而產(chǎn)生新的功能或新產(chǎn)品的創(chuàng)新方法。若將組合創(chuàng)新的方法用于物理教學(xué)，不僅有利于學(xué)生習(xí)得創(chuàng)新思維和方法，還有利于對物理知識(shí)的內(nèi)化，對提高物理學(xué)業(yè)成績起到意想不到的教學(xué)效果。

一、組合創(chuàng)新思想的教學(xué)價(jià)值

組合創(chuàng)新不是簡單的不相干的物體疊加在一起，而是通過組合能產(chǎn)生新的價(jià)值，即1+1>2的效果，這才是組合創(chuàng)新的價(jià)值意義所在。

1.應(yīng)用上更方便

物理實(shí)驗(yàn)儀器的使用都有一定的規(guī)則或方法，如溫度計(jì)使用時(shí)玻璃泡不能與容器底和容器壁接觸。若依據(jù)組合創(chuàng)新的思想，對有些實(shí)驗(yàn)器材和儀器進(jìn)行組合會(huì)使應(yīng)用更加方便。如將兩個(gè)止水夾垂直地組合在一起，一個(gè)止水夾豎直夾在燒杯壁上，另一個(gè)止水夾水平地夾住溫度計(jì)。這樣不但方便調(diào)節(jié)溫度計(jì)在液體中的深度，而且溫度計(jì)用止水夾夾住后比較穩(wěn)定，不用擔(dān)心溫度計(jì)與燒杯壁和燒杯底接觸。我們在做測定斜面機(jī)械效率、測定摩擦力大小實(shí)驗(yàn)時(shí)，都會(huì)用到彈簧秤拉著木塊滑動(dòng)。這里涉及到的操作有：用手抓住彈簧秤秤環(huán)，水平勻速地拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，并保證彈簧秤與水平面不接觸。還要注意觀察彈簧秤的示數(shù)大小，若將彈簧秤安裝在木塊內(nèi)部，將指針伸出露在側(cè)面的刻度上就方便讀數(shù)了。

2.增強(qiáng)原有功能

利用組合創(chuàng)新的思想，對實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行組合可以增強(qiáng)單個(gè)器材或儀器的功能。早期的望遠(yuǎn)鏡存在著明顯的色差，影響到觀察的效果，以致當(dāng)時(shí)牛頓也武斷地說過色差不能消除。但經(jīng)過凸透鏡和凹透鏡有機(jī)巧妙地組合，就會(huì)大大地減小色差。為了能直觀形象地說明浮力產(chǎn)生的原因，將兩個(gè)飲料瓶巧妙地組合地一起，制成了浮力產(chǎn)生原因的裝置（見圖1）。演示時(shí)，往小飲料瓶中加水，彈力球不浮起，繼續(xù)加水直到大飲料瓶中的水達(dá)到小飲料瓶中水面時(shí)，彈力球才浮起，從而說浮力是向上與向下的壓力差。

3.產(chǎn)生新的功能

物理實(shí)驗(yàn)器材，最初使用和生產(chǎn)時(shí)都是一事一物、功能單一。因此，利用組合創(chuàng)新方法，可以從單一的生活用品中挖掘出新的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。如自行車內(nèi)袋上的單向氣門芯與塑料飲料瓶組合制成有壓強(qiáng)的流體實(shí)驗(yàn)裝置（見圖2），可完成空氣有質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)、做功改變內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)、流速與氣壓的實(shí)驗(yàn)等[1]。

二、組合創(chuàng)新思想的教學(xué)實(shí)例

1.理解物理知識(shí)

有些物理概念和規(guī)律比較抽象，教學(xué)中通過實(shí)驗(yàn)可獲得一些事實(shí)和表象，但真正“消化”在學(xué)生己有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，需要認(rèn)知結(jié)構(gòu)的同化或順應(yīng)。為了使知識(shí)內(nèi)化于己、外化于物，應(yīng)用組合思想來思維會(huì)起到事半功倍的效果。

（1）透鏡對光線作用的教學(xué)

通常的教學(xué)處理是教師讓平行光經(jīng)過凸透鏡或凹透鏡，讓學(xué)生觀察到光線會(huì)聚或發(fā)散現(xiàn)象。從而總結(jié)得到：凸透鏡對光線有會(huì)聚的作用，凹透鏡對光線有發(fā)散作用。這是實(shí)驗(yàn)事實(shí)無可爭辯，可思維活躍的孩子會(huì)思考其中的奧秘，為什么會(huì)是這樣呢？這時(shí)教師先對一個(gè)三棱鏡進(jìn)行光折射的作圖分析，得到光經(jīng)過三棱鏡時(shí)向棱鏡底部偏折的規(guī)律;然后將兩個(gè)三棱鏡進(jìn)行組合，形成凸透鏡或凹透鏡模型，這樣很自然地得到兩種透鏡對光線的作用模型（見圖3）。

（2）電阻串聯(lián)、并聯(lián)效果的教學(xué)

根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)可知：兩個(gè)物體相疊加起來，總量就會(huì)增加。因此，學(xué)習(xí)電阻串聯(lián)學(xué)生沒有什么障礙，但學(xué)習(xí)電阻并聯(lián)時(shí)，總電阻比任何一個(gè)并聯(lián)的電阻小，學(xué)生理解起來就會(huì)困難。因此，基于電阻值大小與材料、橫截面積、長度有關(guān)的已有知識(shí)基礎(chǔ)上，也可采用組合的思想進(jìn)一步處理。如圖4所示，a、b是導(dǎo)線，若串聯(lián)就是兩根導(dǎo)線首尾相連，長度變長了，因此，電阻就會(huì)變大。若a、b導(dǎo)線并聯(lián)，就是兩根導(dǎo)線首與首、尾與尾相連，導(dǎo)線橫截面積變粗了，電阻就會(huì)變小。這樣組合的好處是喚醒學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)：導(dǎo)線越長，電阻越大;導(dǎo)線越粗，電阻越小，使學(xué)生的思維流暢，對知識(shí)的理解有理有據(jù)，易內(nèi)化為己。

（3）望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡原理的教學(xué)

對望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡原理的教學(xué)，現(xiàn)行人教版教科書中寫道：“目鏡的作用則像普通的放大鏡，把這個(gè)像再放大。”[2]而對物鏡卻沒有闡述，這個(gè)物鏡的作用相當(dāng)于什么！其實(shí)，望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡都是組合發(fā)明的產(chǎn)物。從原理上來看，望遠(yuǎn)鏡是照相機(jī)和放大鏡的組合，而顯微鏡是投影儀和放大鏡的組合而成。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置

組合思想是生活中發(fā)明創(chuàng)造的有力武器。在物理教學(xué)中，我們也會(huì)應(yīng)用組合發(fā)明的思想，自主創(chuàng)新一些新的實(shí)驗(yàn)裝置，從而提高物理教學(xué)效果。

（1）可變式面鏡的實(shí)驗(yàn)裝置

通常的教學(xué)是教師會(huì)提供固定形狀的凸、凹面鏡，觀察形狀和現(xiàn)象，這種教學(xué)比較單一，表象呆板。若從組合的思想出發(fā)，會(huì)發(fā)現(xiàn)凸、凹面鏡是由無數(shù)個(gè)“小平面鏡”組成，從而研制出一種“動(dòng)態(tài)”的面鏡來呈現(xiàn)凸面鏡、凹面鏡，以及呈現(xiàn)凸凹形狀變化時(shí)，對光線的連續(xù)“無級”控制作用，實(shí)現(xiàn)面鏡的凸、平、凹形狀的連續(xù)改變，從而感受到事物的變化是從量變到質(zhì)變的哲學(xué)思想。其制作方法為：在薄玻璃鏡子的背后涂上膠，沾在一個(gè)大氣球橡膠皮上。然后用玻璃刀切割成邊長1cm的正方形小平面鏡備用。找一個(gè)硬質(zhì)的飲料瓶，去掉底。在備用的“小平面鏡”的橡膠皮上再涂上膠水后，“小平面鏡”反射面向外，沾在飲料瓶底部上，使飲料瓶內(nèi)部重新構(gòu)成封閉的系統(tǒng)。這樣就制作好了可變式面鏡的實(shí)驗(yàn)裝置，見圖5。演示時(shí)，擰開瓶蓋，用手?jǐn)D壓飲料瓶，將一部分空氣排出后，再擰緊瓶蓋，形成封閉的系統(tǒng)。手接著擠壓“小平面鏡”就形成凸面鏡。松手后由于飲料瓶體積膨脹氣壓減少，外面的大氣壓將“小平面鏡”向內(nèi)擠壓形成凹面鏡。若手?jǐn)D壓用力適度就會(huì)形成平面鏡。

（2）磁懸浮式真空不能傳聲的裝置

真空不能傳聲的實(shí)驗(yàn)，按照教科書的方法，使用真空罩裝置時(shí)，由于發(fā)聲體與真空罩底座相接觸，聲音會(huì)經(jīng)固體傳遞出來，從而影響實(shí)驗(yàn)的效果。若采用玩具或商業(yè)已有的磁懸浮展示架、無線擴(kuò)音器（包括無線話筒）、賀年片上音樂集成板等現(xiàn)成的器材組合起來，就能實(shí)現(xiàn)磁懸浮式真空不能傳聲的新裝置，見圖6。演示過程如下：首先，將磁縣浮展示架放在水平桌子上。將它的電源插頭插入照明電路中的插座。其次，將帶有發(fā)聲器的磁懸浮托盤，放入開口的玻璃罐頭瓶底。并通過玻璃罐頭瓶的開口，用手拿著木條壓住磁懸浮托盤上。同時(shí)將玻璃罐頭瓶底靠近磁懸浮底座，手就感受到磁懸浮托盤受到了力。接著繼續(xù)移動(dòng)玻璃罐頭瓶的位置，通過木條手感受到磁懸浮托盤似乎不受力時(shí)，磁懸浮托盤達(dá)到了平衡位置，此時(shí)木條從磁懸浮托盤上移走，磁懸浮托盤懸浮在玻璃瓶中了。再次，將帶有單向氣門閥、微型無線話筒的金屬瓶蓋擰緊。這時(shí)學(xué)生會(huì)聽到通過微型無線話筒發(fā)射的賀年卡音樂電磁波，被放置在學(xué)生中的聲音接受器（與無線話筒配套的擴(kuò)音器，圖中末畫出）所接收到。最后，用抽氣筒通過單向氣門閥向外抽玻璃罐頭瓶里的空氣，學(xué)生感受到外聲音接受器的聲音響度逐漸減小，直至聽不到聲音為止。

總之，組合創(chuàng)新方法的應(yīng)用，不僅體現(xiàn)在物理知識(shí)的教學(xué)中，還可以在深度備課、教學(xué)設(shè)計(jì)、試題命制、試卷講評以及物理實(shí)驗(yàn)等教學(xué)環(huán)節(jié)中發(fā)揮獨(dú)特的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 管維三，王愛生.一種有壓強(qiáng)的流體實(shí)驗(yàn)裝置[J].物理教學(xué)，2016（06）.

[2] 人民教育出版社，課程教材研究，物理課程開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書·物理：八年級·上冊[M].北京：人民教育出版社，2012.

【責(zé)任編輯? ?郭振玲】