融合智能技術(shù)的學(xué)生自主創(chuàng)新實驗

陳海鋒

(廣東省佛山市南海區(qū)南海實驗中學(xué) 廣東佛山 528200)

未來是一個充滿智慧的創(chuàng)新時代，對于學(xué)生而言，決定將來發(fā)展的關(guān)鍵就是創(chuàng)新力，隨著新時代的到來，創(chuàng)新成為社會發(fā)展的第一動力，學(xué)生自主創(chuàng)新實驗是這個時代背景下催生出的全新物理教學(xué)途徑，傳統(tǒng)的學(xué)生自主創(chuàng)新實驗已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求，如何融合智能技術(shù)進行學(xué)生自主創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，成為當下需要研究的重要課題，在日常教學(xué)中，很多教師、學(xué)生都認為要進行自主創(chuàng)新實驗太難了，現(xiàn)在物理實驗都應(yīng)有盡有，哪里還輪到我們?nèi)?chuàng)新？甚至還有同學(xué)說：“好的實驗都被前人創(chuàng)新完了，早就沒有我們的?！笔聦嵣?，現(xiàn)在的每一個實驗，都有缺陷與不足，針對這種缺陷，可以進行新的創(chuàng)新實驗，針對這個，每年都會講授一些發(fā)明技法，如“十二問發(fā)明法”：加一加，減一減，擴一擴，縮一縮，變一變，改一改，拼一拼，學(xué)一學(xué)，代一代，搬一搬，反一反，定一定。通過這些發(fā)明技法，讓學(xué)生知道發(fā)明創(chuàng)新并不神秘，是人人可為的，只要用心，處處是創(chuàng)新[1]。

一、傳統(tǒng)實驗玩出新樂趣——智能馬德堡半球?qū)嶒?/h2>

在科學(xué)史上，為了證明物理原理，出現(xiàn)了很多著名實驗，如為證明大氣壓強的存在，德國馬德堡市的市長奧托格里克做了著名的馬德堡半球?qū)嶒灒且粋€非常有趣的實驗。學(xué)校大型戶外科技表演是每年學(xué)?？萍脊?jié)的重頭項目，因為具備很強的觀賞性，成為學(xué)生每年最期待的節(jié)目，我們運用了“擴一擴”這種發(fā)明技法，用了兩個34cm直徑的大壓力鍋進行改裝，增大了受力面積，以增大馬德堡半球受到大氣的壓力，這樣的科技表演有更震撼的效果，當時我們各邀請23個同學(xué)，共46位同學(xué)參與拔河比賽，才把這兩個馬德堡半球拉開，場面非常壯觀，看完表演，很多同學(xué)涌過來問：為什么，為什么會產(chǎn)生這么大的壓力？是誰施加了這個力？這個力到底有多大？到了最后一個問題就不好回答了，第一，這個要計算，第二，計算出來了也不夠直觀，沒有說服力。

我班的黎子森同學(xué)對其產(chǎn)生了興趣，產(chǎn)生了借助傳感器顯示壓力大小的念頭。學(xué)生自主創(chuàng)新實驗活動正是基于學(xué)生的生活經(jīng)驗，通過豐富的體驗、實踐活動幫助學(xué)生建構(gòu)知識的一種有效手段。數(shù)字傳感器是一種新工具和新技術(shù)，可為師生開展自主創(chuàng)新實驗錦上添花。我們鼓勵他動手驗證自己的想法，他給馬德堡半球的兩邊圓環(huán)上安裝了2個拉力傳感器，拉力傳感器同時與LED顯示屏連接，這樣做馬德堡半球?qū)嶒灂r，兩邊的同學(xué)開始用力拉，用多少力就可以通過顯示屏看出來，非常直觀，讓實驗變得更有樂趣。手巧方能心靈，應(yīng)該讓學(xué)生在動手中豐富智慧，在實驗中體會物理學(xué)科的魅力和學(xué)習(xí)物理的樂趣。

傳感器是一門新技術(shù)、新工具，在發(fā)明創(chuàng)造方面有很大的潛能，可為學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造提供廣闊的天地。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。實踐方能出真知，教育的過程實質(zhì)上是一個“實踐—理論—實踐—理論”循環(huán)往復(fù)的過程，這與哲學(xué)的觀點十分契合。動手創(chuàng)作是學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的初級階段，關(guān)注的是學(xué)生的直觀體驗和興趣激發(fā)，關(guān)注的是對學(xué)生動手操作能力和實事求是科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。傳感器的使用，對學(xué)生而言并不是多么神奇的事，因為他們對新事物有著天然的好奇心，融合智能技術(shù)把傳感器應(yīng)用到創(chuàng)新實驗中，可謂是學(xué)生創(chuàng)新實驗的神來之筆。

二、探索出新意——智能土電話

打土電話是小學(xué)手工課傳統(tǒng)項目，土電話制作方便，用兩個竹筒或紙杯、牛皮紙、一根線，封上牛皮紙的竹筒或紙杯一端開口，用棉線穿洞而過相連，線頭固定在話筒的牛皮紙或紙杯底中央。兩人各拿一個話筒，拉直棉線，就可以通話了，一百米范圍內(nèi)皆有效。一人在話筒開口說，另一人在話筒開口邊用耳聽，聲音就可以通過棉線振動遠距離傳過來，好玩、易做、有趣、明顯這是傳統(tǒng)游戲項目可以恒久流傳的不變真理。

到了初中，學(xué)生要學(xué)習(xí)聲音，就要重做土電話的實驗，并知道聲音的產(chǎn)生，傳播原理，此時學(xué)生不滿足于這種簡單的重復(fù)，提出了新的問題。土電話只能這樣說話傳聲，能不能試一試把音樂也傳過去呢？能不能融合現(xiàn)在的智能技術(shù)，讓土電話不再那么“土”，變得高大上呢？學(xué)生提出問題，我們也是積極響應(yīng)，跟學(xué)生一起探討，一起出修改方案。最后學(xué)生決定在土電話中加入功放模塊和空心杯電機，用手機播放音樂作為聲音來源，然后通過數(shù)據(jù)線把信號傳送到功放模塊，用充電寶給功放模塊供電，以最大限度降低電流聲音，功放模塊把聲音信號轉(zhuǎn)換成電流信號從而帶動空心杯電機發(fā)生振動，土電話紙杯上棉線的一端綁在空心杯電機的中軸上，這樣就可以從紙杯上清晰地聽到手機傳來的音樂了。但音樂經(jīng)過這樣傳輸后，有很大的失真，學(xué)生們對這個很不滿意，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，都做不到很好的還原，后來有學(xué)生提出她很喜歡這種效果，因為現(xiàn)在土電話傳來的聲音很像中央電視臺《開門大吉》中聽音樂猜歌曲的環(huán)節(jié)，大家一聽都樂了，就用這套智能土電話來玩《開門大吉》猜歌游戲，提升了土電話功能性的同時還增加了趣味性，真是誤打誤撞成就美事。智能創(chuàng)新實驗就是要做到好玩、易做、有趣、明顯，這樣才能吸引更多同學(xué)的參與。

智能創(chuàng)新實驗創(chuàng)作不僅可以提高學(xué)生的觀察能力、動手操作能力，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和批判性思維。學(xué)生需要運用多學(xué)科知識解決物理問題，由此不斷提升獨立思考的能力，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，同時在合作過程中培養(yǎng)學(xué)生良好的協(xié)作精神和團隊意識。

三、欲與天公試比高——智能水火箭升降系統(tǒng)

水火箭比賽制作是學(xué)?！翱萍脊?jié)”的一項傳統(tǒng)項目，水火箭制作原理與真實火箭相同，其利用了反沖作用力推動火箭發(fā)射。水火箭制作簡單，操作易行，利用廢棄汽水瓶等材料，能夠真實實現(xiàn)節(jié)能減排的科學(xué)環(huán)保理念，達到科技創(chuàng)新，變廢為寶的活動目的。設(shè)計制作一個性能良好的水火箭需要用到數(shù)學(xué)、物理、飛行力學(xué)、空氣力學(xué)等許多知識，完成這一設(shè)計和制作任務(wù)需要相當?shù)募记珊洼^強的動手能力。學(xué)生玩過幾年后，制作變得很熟練了，也沒有什么新意，新的問題就突顯了，比如：1.只是簡單地把水火箭升上天，到底飛了多高呢？誰的飛得最高？不知道。2.每次水火箭升上天，都是自由落下，由于重力的作用，摔到地上基本就散架了，不能重復(fù)使用。3.現(xiàn)在做的都是一級動力的水火箭，能不能做出二級動力，甚至是三級動力的水火箭呢？

學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題后，我馬上鼓勵他們針對存在問題進行廣泛的討論，提出整改方案，學(xué)生的創(chuàng)新能力從哪里來？源于每一次動手實踐，源于每一次對物理原理深入思考后的靈光一現(xiàn)。學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，真的超乎你的想象，最后提出的修改方案是：1.在水火箭內(nèi)安放無線測高器，跟地面的LED顯示屏連接，這樣就可以解決飛了多高，誰的水火箭飛得最高的問題。2.在水火箭內(nèi)安放簡易的降落傘，下降時打開降落傘，實現(xiàn)平穩(wěn)降落。3.嘗試對水火箭的結(jié)構(gòu)進行改造，做出二級動力，甚至是三級動力的水火箭。最后還有同學(xué)提出，在發(fā)射水火箭時，應(yīng)該用兩臺無人機實時監(jiān)控，一臺從上面向下拍攝，一臺從下面追趕水火箭，并同時進行跟蹤拍攝，全程、全方位地拍攝水火箭的飛行狀態(tài)，并同時投放到大屏幕上。學(xué)生在這個過程中的參與熱情并沒有因為這些困難而減弱，相反更有信心，最終獲得了成功。在這個過程中，他們不僅獲得了制作智能水火箭的成功，而且學(xué)會了協(xié)作，懂得了合作力量的巨大，促進了學(xué)生團結(jié)協(xié)作意識的形成。

善于觀察、勤于思考是一個學(xué)生學(xué)習(xí)的優(yōu)秀品質(zhì)，思考過程中學(xué)生往往會有意想不到的發(fā)現(xiàn)或產(chǎn)生新問題，而學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高正是源于解決每一個疑難問題。經(jīng)歷頭腦風(fēng)暴的過程，學(xué)生能思出深度，才能不斷逼近事物的本質(zhì)。學(xué)生只有經(jīng)歷了“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”之后，才能享受到“驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處”帶來的驚喜。值得指出的是：思想改變是學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的較高階段，它是在經(jīng)歷體驗—模仿—改進之后的新階段，是成蝶之前的破繭[2]。

四、總結(jié)與思考

物理學(xué)科的魅力在于實驗，學(xué)生的智慧成長根源于學(xué)生自主的體驗與感悟。融合智能技術(shù)開展學(xué)生自主創(chuàng)新實驗是實現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展的有效途徑，對民族、國家的進步都有重大意義。在實施過程中，需要教師有心存大愛的教育情懷，以仁愛之心呵護學(xué)生的點滴進步；需要教師擁有睿智的眼光，不斷發(fā)現(xiàn)學(xué)生每一個閃耀的創(chuàng)意火花，以更審慎的態(tài)度呵護創(chuàng)意之火；更需要教師有堅持不懈的信念和為國家發(fā)展培育人才的崇高使命感和責(zé)任感。