组合创新思想在物理教学中的应用

摘   要 发明创造中组合创新法是一种有效的方法。在物理教学中应用组合创新的思想，使物理知识的教学更加优化，从而提高教师教学成效，提升学生学习物理的成绩。

关键词 组合创新思想  物理教学  物理实验

组合创新就是将多个独立的技术因素（如现象、原理、材料、工艺、物品等）进行重新的组合，从而产生新的功能或新产品的创新方法。若将组合创新的方法用于物理教学，不仅有利于学生习得创新思维和方法，还有利于对物理知识的内化，对提高物理学业成绩起到意想不到的教学效果。

一、组合创新思想的教学价值

组合创新不是简单的不相干的物体叠加在一起，而是通过组合能产生新的价值，即1+1>2的效果，这才是组合创新的价值意义所在。

1.应用上更方便

物理实验仪器的使用都有一定的规则或方法，如温度计使用时玻璃泡不能与容器底和容器壁接触。若依据组合创新的思想，对有些实验器材和仪器进行组合会使应用更加方便。如将两个止水夹垂直地组合在一起，一个止水夹竖直夹在烧杯壁上，另一个止水夹水平地夹住温度计。这样不但方便调节温度计在液体中的深度，而且温度计用止水夹夹住后比较稳定，不用担心温度计与烧杯壁和烧杯底接触。我们在做测定斜面机械效率、测定摩擦力大小实验时，都会用到弹簧秤拉着木块滑动。这里涉及到的操作有：用手抓住弹簧秤秤环，水平匀速地拉动弹簧测力计，并保证弹簧秤与水平面不接触。还要注意观察弹簧秤的示数大小，若将弹簧秤安装在木块内部，将指针伸出露在侧面的刻度上就方便读数了。

2.增强原有功能

利用组合创新的思想，对实验器材进行组合可以增强单个器材或仪器的功能。早期的望远镜存在着明显的色差，影响到观察的效果，以致当时牛顿也武断地说过色差不能消除。但经过凸透镜和凹透镜有机巧妙地组合，就会大大地减小色差。为了能直观形象地说明浮力产生的原因，将两个饮料瓶巧妙地组合地一起，制成了浮力产生原因的装置（见图1）。演示时，往小饮料瓶中加水，弹力球不浮起，继续加水直到大饮料瓶中的水达到小饮料瓶中水面时，弹力球才浮起，从而说浮力是向上与向下的压力差。

3.产生新的功能

物理实验器材，最初使用和生产时都是一事一物、功能单一。因此，利用组合创新方法，可以从单一的生活用品中挖掘出新的多功能实验装置。如自行车内袋上的单向气门芯与塑料饮料瓶组合制成有压强的流体实验装置（见图2），可完成空气有质量的实验、做功改变内能的实验、流速与气压的实验等[1]。

二、组合创新思想的教学实例

1.理解物理知识

有些物理概念和规律比较抽象，教学中通过实验可获得一些事实和表象，但真正“消化”在学生己有认知结构中，需要认知结构的同化或顺应。为了使知识内化于己、外化于物，应用组合思想来思维会起到事半功倍的效果。

（1）透镜对光线作用的教学

通常的教学处理是教师让平行光经过凸透镜或凹透镜，让学生观察到光线会聚或发散现象。从而总结得到：凸透镜对光线有会聚的作用，凹透镜对光线有发散作用。这是实验事实无可争辩，可思维活跃的孩子会思考其中的奥秘，为什么会是这样呢？这时教师先对一个三棱镜进行光折射的作图分析，得到光经过三棱镜时向棱镜底部偏折的规律;然后将两个三棱镜进行组合，形成凸透镜或凹透镜模型，这样很自然地得到两种透镜对光线的作用模型（见图3）。

（2）电阻串联、并联效果的教学

根据生活经验可知：两个物体相叠加起来，总量就会增加。因此，学习电阻串联学生没有什么障碍，但学习电阻并联时，总电阻比任何一个并联的电阻小，学生理解起来就会困难。因此，基于电阻值大小与材料、横截面积、长度有关的已有知识基础上，也可采用组合的思想进一步处理。如图4所示，a、b是导线，若串联就是两根导线首尾相连，长度变长了，因此，电阻就会变大。若a、b导线并联，就是两根导线首与首、尾与尾相连，导线横截面积变粗了，电阻就会变小。这样组合的好处是唤醒学生已有的经验：导线越长，电阻越大;导线越粗，电阻越小，使学生的思维流畅，对知识的理解有理有据，易内化为己。

（3）望远镜和显微镜原理的教学

对望远镜和显微镜原理的教学，现行人教版教科书中写道：“目镜的作用则像普通的放大镜，把这个像再放大。”[2]而对物镜却没有阐述，这个物镜的作用相当于什么！其实，望远镜和显微镜都是组合发明的产物。从原理上来看，望远镜是照相机和放大镜的组合，而显微镜是投影仪和放大镜的组合而成。

2.创新实验装置

组合思想是生活中发明创造的有力武器。在物理教学中，我们也会应用组合发明的思想，自主创新一些新的实验装置，从而提高物理教学效果。

（1）可变式面镜的实验装置

通常的教学是教师会提供固定形状的凸、凹面镜，观察形状和现象，这种教学比较单一，表象呆板。若从组合的思想出发，会发现凸、凹面镜是由无数个“小平面镜”组成，从而研制出一种“动态”的面镜来呈现凸面镜、凹面镜，以及呈现凸凹形状变化时，对光线的连续“无级”控制作用，实现面镜的凸、平、凹形状的连续改变，从而感受到事物的变化是从量变到质变的哲学思想。其制作方法为：在薄玻璃镜子的背后涂上胶，沾在一个大气球橡胶皮上。然后用玻璃刀切割成边长1cm的正方形小平面镜备用。找一个硬质的饮料瓶，去掉底。在备用的“小平面镜”的橡胶皮上再涂上胶水后，“小平面镜”反射面向外，沾在饮料瓶底部上，使饮料瓶内部重新构成封闭的系统。这样就制作好了可变式面镜的实验装置，见图5。演示时，拧开瓶盖，用手挤压饮料瓶，将一部分空气排出后，再拧紧瓶盖，形成封闭的系统。手接着挤压“小平面镜”就形成凸面镜。松手后由于饮料瓶体积膨胀气压减少，外面的大气压将“小平面镜”向内挤压形成凹面镜。若手挤压用力适度就会形成平面镜。

（2）磁悬浮式真空不能传声的装置

真空不能传声的实验，按照教科书的方法，使用真空罩装置时，由于发声体与真空罩底座相接触，声音会经固体传递出来，从而影响实验的效果。若采用玩具或商业已有的磁悬浮展示架、无线扩音器（包括无线话筒）、贺年片上音乐集成板等现成的器材组合起来，就能实现磁悬浮式真空不能传声的新装置，见图6。演示过程如下：首先，将磁县浮展示架放在水平桌子上。将它的电源插头插入照明电路中的插座。其次，将带有发声器的磁悬浮托盘，放入开口的玻璃罐头瓶底。并通过玻璃罐头瓶的开口，用手拿着木条压住磁悬浮托盘上。同时将玻璃罐头瓶底靠近磁悬浮底座，手就感受到磁悬浮托盘受到了力。接着继续移动玻璃罐头瓶的位置，通过木条手感受到磁悬浮托盘似乎不受力时，磁悬浮托盘达到了平衡位置，此时木条从磁悬浮托盘上移走，磁懸浮托盘悬浮在玻璃瓶中了。再次，将带有单向气门阀、微型无线话筒的金属瓶盖拧紧。这时学生会听到通过微型无线话筒发射的贺年卡音乐电磁波，被放置在学生中的声音接受器（与无线话筒配套的扩音器，图中末画出）所接收到。最后，用抽气筒通过单向气门阀向外抽玻璃罐头瓶里的空气，学生感受到外声音接受器的声音响度逐渐减小，直至听不到声音为止。

总之，组合创新方法的应用，不仅体现在物理知识的教学中，还可以在深度备课、教学设计、试题命制、试卷讲评以及物理实验等教学环节中发挥独特的作用。

参考文献

[1] 管维三，王爱生.一种有压强的流体实验装置[J].物理教学，2016（06）.

[2] 人民教育出版社，课程教材研究，物理课程开发中心.义务教育教科书·物理：八年级·上册[M].北京：人民教育出版社，2012.

【责任编辑   郭振玲】