液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室的構建和應用

張政 劉彥平

摘 要 通過液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室?guī)椭鷮W生了解科學知識和一些有趣的科學現(xiàn)象，培養(yǎng)青少年學生的科學素養(yǎng)。由此開展的創(chuàng)新課程可以調(diào)動學生學習的積極性，激發(fā)學生學習物理、化學、藝術的興趣和創(chuàng)造性，開拓學生的思維，豐富教學內(nèi)容，使學生在做中學、在學中做，既動手又動腦，對學生綜合能力的培養(yǎng)和提高有著非凡的意義。

關鍵詞 創(chuàng)新實驗室；液態(tài)金屬；創(chuàng)新實驗教學；素質(zhì)教育

中圖分類號：G482 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）11-0131-02

1 前言

“創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力?！睂W校應全面培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實踐能力，而怎樣在教學中開展創(chuàng)新性教育，引導和培育學生的創(chuàng)新能力，則是所有教育工作者都要思考和解決的問題。為進一步提高學?？茖W創(chuàng)新活動水平，創(chuàng)新實驗室的建設將有利于彌補學?？萍冀逃陌l(fā)展不足，滿足在學校開展各種科學和技術活動的需求，提高學生的科學素養(yǎng)，有助于培養(yǎng)年輕人的創(chuàng)新意識和實踐能力。創(chuàng)新實驗室是開展素質(zhì)教育的有效載體，它為定期提供方便學生和年輕人從事學校科技活動的公共活動場所，更好地貫徹落實《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要》和《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》精神，有助于加強青少年的創(chuàng)新意識和實踐技能培訓。

2 建立液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室的意義

液態(tài)金屬是與傳統(tǒng)的固態(tài)金屬不同，在室溫下甚至可以保持液態(tài)的鎵銦合金。中科院理化技術研究所和清華大學劉靜教授及其團隊研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)金屬具備多種特性，如自主形態(tài)變化，電場磁場作用下可有很多神奇變化等，可廣泛應用于3D打印等多個領域。因此，將其應用于創(chuàng)建液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室，幫助學生理解科學知識和一些有趣的科學現(xiàn)象，培養(yǎng)青少年學生的科學素養(yǎng)。此創(chuàng)新實驗室將成為課堂知識的延伸，更是學生課余時間的好去處，既能激發(fā)學生的探索精神，又能培養(yǎng)學生的興趣愛好，有效地提高學生的創(chuàng)新能力和動手能力。因此，要在液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室的氣氛、環(huán)境、內(nèi)容等方面做好相應的前期準備工作，才能夠更好地激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

營造有利于創(chuàng)新教育的環(huán)境和氛圍 開展創(chuàng)新活動首先要創(chuàng)造兩個條件，一是學生的“心理安全”，二是學生的“心理自由”，只有營造出有相應的環(huán)境和氛圍，才有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，形成適宜的“生態(tài)”和“環(huán)境”。

1）建立美化創(chuàng)新實驗室，為學生提供良好的實驗環(huán)境，而色彩抑制的環(huán)境不利于激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。因此，需要建立和美化創(chuàng)新實驗室：打掃教室，在掛圖上張貼規(guī)則和專業(yè)知識，使實驗室項目干凈整潔，使學生在實驗室里感到舒適。在一些無聊的實驗中，及時播放一些學生喜愛的音樂，可以創(chuàng)造一種輕松而活躍的氛圍。

2）發(fā)揮團隊的作用。個人思維往往受自身知識和思維習慣的制約，碰到問題，很多的學生常常不知道從哪里入手。創(chuàng)新實驗教學要以學生為本。在平時的實驗中，可以將學生劃分為若干小組，通過團隊合作進行實驗，小組成員相互討論、相互學習、互相鼓勵，跳出自己封閉的圈子，激發(fā)思維的火花，形成新的思路和方法，從而促進創(chuàng)新學習的發(fā)展。

3）營造心理自由的氛圍。很多實踐已經(jīng)證明，如果一個人有創(chuàng)新精神和行動，就必須冒風險。因此，教師必須包容學生在實驗中犯錯誤，尊重學生提出的各種問題，允許學生的好奇心和探究行為。在創(chuàng)新實驗課中，學生經(jīng)常對液態(tài)金屬印刷提出自己的看法，教師應允許并鼓勵學生分析其原因，并根據(jù)自己的觀點討論修改意見。雖然這不一定是一個成功的解決辦法，但它不僅給學生一種心理自由感，而且培養(yǎng)了學生創(chuàng)新的素質(zhì)。

設計有利于培養(yǎng)創(chuàng)新意識的實驗訓練內(nèi)容

1）加強基礎理論的學習。一般來說，缺乏基本知識的人是不能進行高層次訓練的。因此，學生的實驗設計就以加強綜合實驗訓練、拓寬學生思維作為目標，使學生產(chǎn)生一種從日常所學知識中尋求答案并積極查詢探索的能力和素質(zhì)，通過發(fā)揮自己的主觀能動性，用理論來指導實踐，使得兩者有機地結合起來。這不但可以加深學生對日常所學知識的進一步理解、鞏固記憶，而且能夠啟發(fā)學生思考和驗證在實驗中遇到的問題，如參數(shù)的變化等。

2）重視實驗內(nèi)容的實用性和趣味性。瑞士著名心理學家皮亞杰曾指出：“教師不應把知識硬塞給學生，而是要找到能激發(fā)學生興趣、讓學生自己解決問題的材料?！苯?jīng)過精心設計的實驗，引入創(chuàng)設情境，其趣味和現(xiàn)實意義能夠讓學生有新鮮感，從而激發(fā)學生的興趣，使學生在實踐中觀察，既能夠愉快地實現(xiàn)實驗目的，掌握理論知識，又能夠培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

3）注重實驗內(nèi)容的層次性和創(chuàng)造性。根據(jù)學生的實際能力，對不同層次的學生提出不同的要求，讓學生根據(jù)自己的興趣，引導其利用身邊的報紙雜志或圖書館尋找信息，并根據(jù)自己的情況選擇實驗或設計實驗。教師要不斷地進行全面而富有創(chuàng)造性的設計。同時，實驗室要長期開放，讓學生隨時來實驗室開展自主實驗活動。既可以針對學生的個體差異進行培養(yǎng)，又可以給學生提供自由發(fā)揮的空間，更好地開展創(chuàng)新教育。

3 液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室的主要活動

液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室創(chuàng)建后，學校可從以下幾個方面開展活動。

1）配合省、市創(chuàng)新競賽活動開展培訓指導工作，組織參加省、市各類科技競賽活動。

2）液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室長期堅持開放給學生，讓實驗室成為學生在業(yè)余時間開展活動的場所，讓學生走出網(wǎng)吧、游戲室，遠離網(wǎng)上聊天、游戲。為此，建議實驗室開放時間為星期一至星期五課外時間。

3）創(chuàng)新打印社團，每周教師輔導三小時左右，培養(yǎng)學生中的優(yōu)秀實驗者參加省、市科技創(chuàng)新大賽。每次比賽完成后，在全校師生中進行廣泛宣傳。

4）每年舉辦科技節(jié)，組織學生參與一系列科技活動，豐富學校的課余生活，讓學生學以致用。培養(yǎng)學生的科學思維和科學素養(yǎng)是一個長期的過程。創(chuàng)新實驗室的建立將有助于學校拓展科技教育形式和內(nèi)容，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力，提高學校的科技創(chuàng)新活動水平。

4 液態(tài)金屬打印技術在創(chuàng)新課程教學中的應用

配備創(chuàng)新實驗室是為了發(fā)揮作用。課程設計由簡單的線設計到多腳原件的電路設計，再到芯片級電路設計，通過這樣一個進階過程，逐步提高打印機使用的難度，使創(chuàng)新實驗室與課程有機結合，以提高學生的創(chuàng)新能力。

5 建設液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室的策略

培養(yǎng)學生的思維能力和創(chuàng)新能力，使學生更好地適應素質(zhì)教育的要求，是建立液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室的初衷。從目前來看，很多學校開始重視素質(zhì)教育，但如何開展基于素質(zhì)教育的創(chuàng)新實驗教學仍是一個難題。因此，可以嘗試運用以下策略。

結合課程，活動內(nèi)容要有典型性和啟發(fā)性 開展創(chuàng)新實驗活動，必須使學生系統(tǒng)地掌握教學內(nèi)容的基本知識和基本規(guī)律，通過典型的、具有啟發(fā)性的內(nèi)容教學，使得學生知道這些知識的內(nèi)在聯(lián)系，這是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的基本條件，是學生認識客觀世界、發(fā)展能力的基礎。在創(chuàng)新實驗教學活動中，應該引導和培養(yǎng)學生比較、類比、抽象、概括、總結、歸納等各種技能，使其將學到的各種知識納入知識體系，通過實驗不斷將知識點弄懂弄通，最終達到將知識點連接起來形成知識網(wǎng)絡的目的。學生只有牢固掌握了基本知識，才能更好地提高創(chuàng)新能力。因此，在教學中應選擇教學內(nèi)容、實例、習題和測驗的范例，注重其典型性、啟發(fā)性和代表性，避免廣泛化。

改進引導方式 在創(chuàng)新實驗活動中要引導學生，讓學生自己去嘗試，并通過多種方式的思考和探索，充分調(diào)動學生的學習主動性，通過引導學生進行各種實驗和實踐，提高學生的創(chuàng)新思維能力，積極開展研究性學習。幫助和引導學生學習，讓學生在開放思維中學習，主動思考、學思結合。同時，要特別注意開放的教學活動和教學方法，積極引導學生自主學習、相互學習，特別是激發(fā)和引導有學習困難的學生，鼓勵學生有自己的觀點和見解，引導學生有不同的視角、不同的問題和深入的觀點。此外，還要開展研究性學習，使學生的思維能力和創(chuàng)新能力得到發(fā)展和提高。

創(chuàng)設探究學習環(huán)境，為學生創(chuàng)造開放、民主、創(chuàng)新的氛圍 只有為學生提供思考、探索和創(chuàng)新空間，才能激發(fā)他們的創(chuàng)新欲望，培養(yǎng)和發(fā)揮學生獨立思考能力，引導學生獨立發(fā)現(xiàn)問題，開展創(chuàng)造性學習。要鼓勵學生提出問題，激發(fā)學生的思考和創(chuàng)新精神。

在創(chuàng)新實驗活動中適當增加跨學科的知識，拓展創(chuàng)新實驗范圍，豐富實驗內(nèi)容 液態(tài)金屬創(chuàng)新課程可以調(diào)動學生學習的積極性，增加學生學習物理、化學、藝術的興趣和創(chuàng)造性，開拓學生的思維，豐富教學內(nèi)容，對學生綜合能力的培養(yǎng)和提高有著非凡的意義。

6 結語

貫徹科教興國戰(zhàn)略，深化教育改革，全面推進素質(zhì)教育，是堅定不移的教育戰(zhàn)略。每所學校、每位教師都應在創(chuàng)新教育實踐中不斷更新教學理念，通過液態(tài)金屬創(chuàng)新實驗室等活動注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，引導學生全面發(fā)展，為培養(yǎng)適應社會發(fā)展和經(jīng)濟建設的人才打下堅實基礎。