巧用内能实验 实施创客教育

湖北省宜昌市第二十五中学(443000)

谢万军

在国家层面提出“双创”倡导之后，我国一部分教育者也积极投入到创客教育，他们纷纷体验创客文化、学习创客理念、实践创客教育模式。创客与创客教育，无论是在“大众创业、万众创新”业态下，或是在职业教育终身化学习理念中，都值得认真研究。”初中物理教育，作为一门基础自然科学，理应承担实施创客教育的使命。

1 初中物理课程目标与创客教育目标具有较大的关联性

关于创客教育的定义，众说纷纭。有人认为创客教育，分狭义创客教育和广义创客教育。狭义创客教育也称为教育创客，在校培养学生创客能力，以“造物”为目的，让学生学习编程，了解电子电路，学会制作模型和工具的使用，再利用所学知识，进行“造物”。广义创客教育即创客式教育，它包含了所有的教育学科，是一种教育模式，亦名为创新教育，可用于所有的学科，用一种创新的教育方式去教育学生，从而影响整个教育体系，这个应该是创客教育的最终目的。华东师范大学祝智庭教授认为：“创客教育就是培养学生创新精神和动手实践能力的教育。”中国电子学会创客教育专家委员会给出如下定义：“创客教育是创客文化与教育的结合，基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数学化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。”美国教育工作者认为：“创客教育是一种倡导基于制造的学习，以培养针对多学科学习以及整体学习过程的自信心、创造力和兴趣为目的的综合性教育。”北京师范大学李亦菲教授认为：“创客教育是‘以创意制作与开源分享为特征的综合性实践教育’。”这一定义将“创意制作”与“开源分享”作为创客教育的核心特征，没有限定制作工具和作品形式。在实施层面上，将创客教育分为手工制作、数字制造、智能硬件、数媒创作、数学益智等类型；根据所制作作品的功能不同，将创客教育分为趣味创意、益智创意、科普创新、发明创造等类型。

综合比较这些定义，可以看出创客教育的核心直指“创新”与“实践”这一价值目标。从教育的本义来看，随着知识经济的更新、“互联网+”的浪潮涌动，青年一代如何适应未来发展这个问题的答案越来越难以寻找。而初中物理教学，以实验为基础，突出学生实践能力，紧密联系生活，倡导探究式的学习，强调科学与实践、科学与社会的联系。所以，结合创客教育和初中物理学科特点，物理教师实施创客教育已具备天然的优势。

2 运用创客教育的基本理念重新审视物理实验

众多的初中物理实验，为实施创客教育提供了丰富的资源。笔者以教育部审定的人民教育出版社义务教育教科书9年级《物理》第13章中有关内能实验为背景，进行创客教育实验取得了较好的效果。

我们知道，除了热传递外，还可以通过做功改变物体的内能，最常见的是利用气体膨胀做功和压缩气体做功。

如图1(a)所示“空气被压缩时内能增大”，实验中可明显地观察到棉花燃烧起来，效果稳定。从现象分析本质原因：棉花燃烧起来。是由于活塞压缩气体做功，使空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的燃点。

如图1(b)所示“空气推动塞子时，内能减少”，如果实验成功，可以观察到塞子跳起来，看到瓶内出现白雾。在学生明确实验现象之后，引导学生分析：气体膨胀对外做功，温度降低，内能减小。

图1 教材中做功改变物体的内能实验

为了渗透创新思维意识，引导学生思考：“在这2个实验中，有什么相同的地方？实验中不用棉花、不放水，能不能进行实验？对实验有什么影响？”由于这是开放性的问题，因此并没有统一的答案，主要目的是开发学生的发散性思维。学生可能从如下方面回答：“都用了力做功”“都增加了容器内部气体的内能”“容器都要求密封”“都利用转化法来显现能量变化”“实验装置中都有活塞”“不放棉花、不放水，实验过程中能量转化不改变”……通过围绕问题的思维活动，学生较好地体会了实验的设计原理。

讨论完相同点之后，再启发学生思考：“你认为2个实验有什么不同之处？”学生可能回答：“第一个实验是压缩气体对气体做功，增大其内能。第二个实验包括两个阶段，塞子冲出之前是充入并压缩气体，增大气体内能；塞子冲出时是气体膨胀对外做功，内能减小。”学生也可能回答：“第一个实验只包括内能增大的过程，第二个实验既有内能增大又有内能减小的过程。”还有的学生回答：“图1(a)中实验只往下压缩一次，图1(b)中实验多次压缩充气筒内的气体，对气体做功更多。”

在充分完成以上实验及知识学习之后，教材在《内能的利用》一节中，安排了内能做功实验。如图2所示。因为学生已经有了“做功改变物体的内能”知识并经历了实验观察过程，在学习热机原理实验时，教师再次引导学生运用创客的一些思维方式，如发散、逆向、比较等来学习这3个实验，将会获得更大的收获。

通过以上思考，学生不仅较好地掌握了“做功与物体内能改变”的知识，创新思维、创新意识都得到了充分的培养。由此可见，反思实验设计及实验过程，对比同类实验相同点及不同点，运用逆向思维、发散思维，是实施创客教育的一种重要途径。

3 利用实验原理进行小制作，践行创客教育“造物”的基本理念

对演示实验进行再创造，尝试利用身边易得的物体模拟演示实验，或利用相似实验原理进行小制作。

3.1 矿泉水瓶弹射瓶盖，模拟压缩空气膨胀对塞子做功实验

拿1个质量较软的矿泉水瓶，瓶内放少量水，将瓶盖拧上，注意不要拧太紧。在扭曲瓶身时，手对水瓶做功，使瓶内气体内能升高，且瓶内压强升高。内能转化为机械能，让瓶盖弹射出去。此时瓶内气体内能降低，温度有所下降，瓶内水蒸气遇冷液，就会形成白气。注意实验时切不可将瓶盖对着人进行实验。

可以组织学生进行弹射瓶盖比赛的实验，就像士兵射击比赛一样；还可以把瓶盖装饰成锥形，从而制作成一把“气动枪”。空气具有可压缩性，经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力增加后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源，与其他能源比，它具有下列明显的特点：输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。这样，在实践应用中拓展了学生的知识，利用这些知识又可以开展其他“造物”活动。

3.2 制作并发射水火箭

制作并发射水火箭是教材内能实验的拓展应用，成为物理教学中著名的案例之一，可以培养学生对于物理学习的兴趣，而其中蕴含的物理原理是了解物理力学知识的重要的基础。水火箭利用压缩气体作为动力源，同时也用到了力学中的反冲原理。关于水火箭的制作方法，网络上有许多介绍，这里不再赘述。需要强调的是，只有学生亲自动手制作并取得成功，才能充分展现这项“造物”活动的育人价值。

4 结束语

反思既是自我超越的起点，又是教育实践理性的体现。笔者认为，创客教育倡导“创新、实践、分享”的理念，实践起着联系创新与分享的桥梁作用。实践既是思想的源泉，又是思想的目的。知行结合，乃是重要的学习原则，创客教育也不例外。培养价值发现者，是教育的终极目标。通过学习创客教育理论，运用于物理教学实践，实施创客教育行动，对于培养适应未来发展需要的人才无疑具有重要意义。