初中物理综合实践活动课中融入TRIZ理论的研究

陈云超

【摘要】物理学科在初中学习课程中占据着重要位置，由于物理学科内容较为抽象，如若强制性将知识内容灌输给学生，长此以往，学生不免感觉枯燥和乏味.因此，在初中物理教学工作中，教师应当积极组织学生参与综合实践活动课程.前苏联科学家根里奇·阿奇舒勒在1946年提出了TRIZ理论，揭示了在问题解决和创造发明过程中，人们所遵循的科学规律.如若在初中物理综合实践课程中应用TRIZ理论，能够使学生掌握更加科学的算法和方法，从而更好地解决相关物理问题和各种矛盾.本文着重研究初中物理综合实践活动课中TRIZ理论的融入，以此为相关学者提供可参考的依据.

【关键词】初中物理；TRIZ理论；课堂教学

综合实践活动课相较于普通课堂教学来说，具有显著的开放性和灵活性，在活动中，教师能够为学生提供一些易于操作、程序化的工具和方法，以此强化学生的学习效率，提高教学质量.TRIZ理论的实用性、系统性、有序性特征显著，指的是由多个创新方法共同组合而成的解决发明问题理论.在学生综合实践活动期间，基于TRIZ理论，选择合适的技术方法和创新手段，能够使学生深入学习和掌握相关物理知识内容，以此提升学生的物理能力和学科素养.

1 初中物理综合实践活动的意义

现阶段，课堂教学是学生展开学习探究的主阵地，但是此种方法具有一定的局限性：统一的教科书、评价、进度，导致在小型活动中难以体现学生的个性发展；构建课堂主要是重视部分环节，要求学生学会应用部分知识内容，训练活动缺乏整体性.行之有效的教育方法应当具有多样化的教学手段，能够使学生接触更多与社会和生活有关的内容，训练综合性特征显著［1］.初中物理综合实践活动能够有机结合课外和课内的教学，学生能够自主、独立地对项目进行研究，可以充分调动学生学习的主观能动性，激发其兴趣；结合物理知识原理和社会、科技、生活的关注，并与其他学科进行练习，推动学生探究全过程，从而锻炼学生的创新能力和实践操作意识，提高其物理学科素养.由此可见，在初中课堂中开展综合实践活动能有效改善课堂教学的弊端，推动学生的全面进步与发展.

2 以TRIZ理论为核心创造工具的选择与融入

制作类活动和设计类活动是初中生主要参与的综合实践活动课类型，要求学生结合题目实际要求和物理相关知识内容来展开发明制作.TRIZ理论在此期间属于是解决问题的一种工具，便于使学生明确解决问题的具体方向，为学生提供系统化的操作方法和解决问题的固定流程，使学生能够从多个维度来展开猜想，而后制作和设计产品，有助于培养学生的动手能力和创新意识［2］.

处于初中阶段的学生由于接触知识有限，导致他们缺乏充足的知识储备量和一定的思维水平，想要实现TRIZ理论应用的高效性，在综合实践活动中，初中物理教师应该注意以下问题：第一，立足于学生学习过的知识内容和学习目标，初中物理教师应当从TRIZ理论中选取与实际环境相符合、有助于拓展学生思维逻辑、与学生心理特征相吻合的创新方法；第二，将其组合成便于学生使用和接受的一种工具；第三，指导学生展开使用［3］.

例如 基于根里奇·阿奇舒勒所創建的TRIZ理论体系，在六大核心内容中选取三部分，即技术矛盾解决原理、发明创造原理、工程学原理，而后选择易于被学生理解和接受的发明创造原理和工程参数，将其组合成实践活动中应用的工具，详情见图1.

步骤一，在“工程参数”中，按照活动目标选择产品制作牵扯到的相关参数，如若目标与该参数相反，就需要将其作为恶化参数，并标注在矛盾冲突矩阵之中；如若目标与该参数统一，就需要将其作为改善参数，并标注在矛盾冲突矩阵之中.学生在步骤一中要科学合理地对工程参数进行选择，明确目标与工程参数之间的联系，同时，做好恶化参数与改善参数的标注工作.

步骤二，创建矛盾成对参数，例如，减少或者是增加改善参数1会造成减少或者是增加恶化参数2，那么便可以说恶化参数2与改善参数1是成对的矛盾参数［4］.

步骤三，根据“创造原理表”找到能够应用的相关原理，并在相关位置上进行标注，而后创建矛盾冲突矩阵，基于以上原理做好解决方案的猜想.在问题高效解决方面并非全部的原理都是适用的，要求学生根据问题不断展开探索和分析，最终明确最优解决方法.

在初中物理综合实践活动课程中融入TRIZ理论的过程能够被划分为四个步骤，即：导入课题、布置任务、解决问题与设计方案、交流与评价.全面介绍实践活动背景是课题导入的侧重点.确定产品性能影响的因素和活动目标，同时猜想可能存在的问题是布置任务的重点.基于TRIZ理论，利用核心工具来解决和处理问题是设计方案与解决问题的重点，其中涵盖五大部分，包括提出最佳解决方案、实施方案、创建矛盾冲突矩阵、按照创新对应原理提出实验方案、确定恶化参数和改善参数等.分析、总结和进一步评估解决方案是评价与交流的重点.

3 “室内人工虹”综合实践活动课案例

基于苏科版八年级上册初中物理第1节，光的色彩、颜色中的3W习题，所总结出来的“室内人工虹”主题有效扩展了题目中所说的古代人工虹实验，将装置设计活动课替代原本的室外观察实验，在设计期间，便于学生深层次地了解相关物理现象，包括光的色散、折射规律、反射［5］.

3.1 导入课题

彩虹、阳光总在风雨后，这是一种自然现象.太阳光是由频率不同的色光组合而成的，属于一种复色光.彩虹形成的原理是当空气中类似于球形的水滴受到太阳光照射时，就会出现光的反射和折射，天空中就会呈现出色散现象（太阳光分解成为多条单色光），人们通过肉眼便能够清楚地看到天空中由红到紫的颜色.但是通常情况下，我们只会在室外看见彩虹，结合“室内人工虹”主题，教师可以让学生思考有没有一种办法能够让大家在室内看见彩虹.

3.2 布置任务

按照全班学生的实际数量，将其平均分成若干个学习小组，要求每个小组选一名小组长，由小组长统一分配学习任务.

3.2.1 识别问题

（1）形成彩虹的原理是什么？

（2）能否在室内引入彩虹？

3.2.2 提供方法

雾气法、水杯法、手电法、镜子法、光盘法.

3.2.3 问题思考

彩虹形成原理：当空气中类似于球形的水滴受到太阳光照射时，就会出现光的反射和折射.

（1）我们在室内可以用什么替代阳光和接近于球形的水滴呢？

（2）怎样确保彩虹的完整性和清晰度？

3.3 解决问题与设计方案

3.3.1 明确工程参数

（1）改善参数：结构的稳定性、光照度、物体静止的面积.

（2）恶化参数：事物的数量、物质、能量物质.

3.3.2 创建矛盾冲突矩阵

基于工程参数表格，明确创造发明原理，创建矛盾冲突矩阵.详情见表1.

在表1中，原理32是指环境改变的颜色，即颜色改变；原理13是指颠倒程序或者是物体，即反向作用原理；原理7是指在一个物体中嵌入另一个物体，即嵌套；原理6是指赋予一个物体多个功能，即多用性；原理2是指将物体中必要的属性或者是部分抽出来，即抽取；原理1是指部分组成整体或者是整体分为部分，即分割.

3.3.3 设计与实验

（1）按照实际问题，将具体设计思路替代发明创造原理.

（2）设计具体实验步骤和方案.

（3）展开实验操作，并做好测试状况的记录工作.

（4）结合实验结果，优选“室内人工虹”制作方案.

（5）在实验进行期间，如若选择的原理缺乏合理性，就需要对参数进行二次定义，借助于矛盾冲突矩阵的继续使用来确定原理，而后再次展开测试和实验操作.

3.3.4 成品制作

（1）产品制作时使用最佳方案；

（2）展开调试与测试；

（3）最终得到产品.

3.4 评论与交流

在完成本课题实验活动后，要求每个学习小组安排一位发言人以汇报的形式，将本课题的设计理念表达和描述出来，分享应用感受，阐述制作期间产生的想法和遇到的困难［6］.

在初中物理实践活动中，学生能够使用创造工具展开多次实验操作，基于教师给出的五种方法，总结了许多具有创新性和想象力的设计，例如：有的同学结合了镜子法和水杯法，将浅水槽放在光线较高的区域之中，装上1/2的水，在可调整角度、自制的支架上固定镜子，而后将其放置在水槽之中，朝著一定角度来对支架进行调整，便能够在光屏上或者是地板上看见彩虹，即做到在室内看见彩虹.不仅如此，还有的同学基于上述实验提出在水槽放置更好调节角度、承重能力更强的支架，并通过镜子和水槽角度的调整来确保实验完成的精准率.

4 结语

总而言之，TRIZ理论还包括知识库、演化类型、解决算法、创新原理等其他工具，初中物理教师可以组合不同工具，并提供给学生应用，在实践操作中不断优化和调整，总结有效提升学生实践操作能力和创新能力的教学手段.但是在初中物理综合实践活动中，想要有机融合TRIZ理论并不是容易的，在实际操作中，教师应当不断进行优化和调整.设置具有较强逻辑性的问题，引导学生从多个维度进行思考，加强学生TRIZ 理论使用的主动性和积极性；在实践创新期间，通常会面临较为广泛的知识内容，初中物理教师应当不断提高自我的专业教学能力，通过TRIZ理论的深入学习，增加自我知识储备量；初中物理教师还需要对TRIZ理论融合的相关知识内容进行深入挖掘和分析，通过教学有效策略的使用，使学生能够紧密联系物理知识与TRIZ理论，从而强化教学效果.

参考文献：

［1］陈雨晴，官文聪，郭庆，乔翠兰.基于大科学工程的初中物理跨学科实践活动设计——以子午工程探测电离层电子浓度为例［J］.物理与工程，2023，33（02）：24-30.

［2］毕家骏，骆波.“三步走”开发初中物理综合实践活动——以“简易击剑装备的电路分析与制作”为例［J］.中学物理，2023，41（10）：35-37.

［3］孟春风.基于新课标的初中物理学与工程实践活动探析——以“解开发明的密码”校本化实践活动为例［J］.辽宁教育，2023（15）：31-34.

［4］刘晓雪，宋云霞.初中物理开展综合实践活动的组织与指导--以“设计和制作一个模拟的调光台灯”为例［J］.中学物理，2022，40（12）：44-47.

［5］林雪萍，李宗伦，方一颖，郑渊方.基于STEM教育的初中物理综合实践活动——以“研究奇妙的云悬浮”为例［J］.中学理科园地，2022，18（06）：57-59.

［6］艾伦.STEM理念下的初中物理科学实践活动课程开发与应用研究［J］.中文科技期刊数据库（全文版）教育科学，2022（02）：63-65.