液态金属创新实验室的构建和应用

张政 刘彦平

摘 要 通过液态金属创新实验室帮助学生了解科学知识和一些有趣的科学现象，培养青少年学生的科学素养。由此开展的创新课程可以调动学生学习的积极性，激发学生学习物理、化学、艺术的兴趣和创造性，开拓学生的思维，丰富教学内容，使学生在做中学、在学中做，既动手又动脑，对学生综合能力的培养和提高有着非凡的意义。

关键词 创新实验室；液态金属；创新实验教学；素质教育

中图分类号：G482 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）11-0131-02

1 前言

“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。”学校应全面培养学生的综合素质、创新精神和实践能力，而怎样在教学中开展创新性教育，引导和培育学生的创新能力，则是所有教育工作者都要思考和解决的问题。为进一步提高学校科学创新活动水平，创新实验室的建设将有利于弥补学校科技教育的发展不足，满足在学校开展各种科学和技术活动的需求，提高学生的科学素养，有助于培养年轻人的创新意识和实践能力。创新实验室是开展素质教育的有效载体，它为定期提供方便学生和年轻人从事学校科技活动的公共活动场所，更好地贯彻落实《全民科学素质行动计划纲要》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》精神，有助于加强青少年的创新意识和实践技能培训。

2 建立液态金属创新实验室的意义

液态金属是与传统的固态金属不同，在室温下甚至可以保持液态的镓铟合金。中科院理化技术研究所和清华大学刘静教授及其团队研究发现，液态金属具备多种特性，如自主形态变化，电场磁场作用下可有很多神奇变化等，可广泛应用于3D打印等多个领域。因此，将其应用于创建液态金属创新实验室，帮助学生理解科学知识和一些有趣的科学现象，培养青少年学生的科学素养。此创新实验室将成为课堂知识的延伸，更是学生课余时间的好去处，既能激发学生的探索精神，又能培养学生的兴趣爱好，有效地提高学生的创新能力和动手能力。因此，要在液态金属创新实验室的气氛、环境、内容等方面做好相应的前期准备工作，才能够更好地激发学生的创新能力。

营造有利于创新教育的环境和氛围 开展创新活动首先要创造两个条件，一是学生的“心理安全”，二是学生的“心理自由”，只有营造出有相應的环境和氛围，才有利于学生创新能力的培养，形成适宜的“生态”和“环境”。

1）建立美化创新实验室，为学生提供良好的实验环境，而色彩抑制的环境不利于激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力。因此，需要建立和美化创新实验室：打扫教室，在挂图上张贴规则和专业知识，使实验室项目干净整洁，使学生在实验室里感到舒适。在一些无聊的实验中，及时播放一些学生喜爱的音乐，可以创造一种轻松而活跃的氛围。

2）发挥团队的作用。个人思维往往受自身知识和思维习惯的制约，碰到问题，很多的学生常常不知道从哪里入手。创新实验教学要以学生为本。在平时的实验中，可以将学生划分为若干小组，通过团队合作进行实验，小组成员相互讨论、相互学习、互相鼓励，跳出自己封闭的圈子，激发思维的火花，形成新的思路和方法，从而促进创新学习的发展。

3）营造心理自由的氛围。很多实践已经证明，如果一个人有创新精神和行动，就必须冒风险。因此，教师必须包容学生在实验中犯错误，尊重学生提出的各种问题，允许学生的好奇心和探究行为。在创新实验课中，学生经常对液态金属印刷提出自己的看法，教师应允许并鼓励学生分析其原因，并根据自己的观点讨论修改意见。虽然这不一定是一个成功的解决办法，但它不仅给学生一种心理自由感，而且培养了学生创新的素质。

设计有利于培养创新意识的实验训练内容

1）加强基础理论的学习。一般来说，缺乏基本知识的人是不能进行高层次训练的。因此，学生的实验设计就以加强综合实验训练、拓宽学生思维作为目标，使学生产生一种从日常所学知识中寻求答案并积极查询探索的能力和素质，通过发挥自己的主观能动性，用理论来指导实践，使得两者有机地结合起来。这不但可以加深学生对日常所学知识的进一步理解、巩固记忆，而且能够启发学生思考和验证在实验中遇到的问题，如参数的变化等。

2）重视实验内容的实用性和趣味性。瑞士著名心理学家皮亚杰曾指出：“教师不应把知识硬塞给学生，而是要找到能激发学生兴趣、让学生自己解决问题的材料。”经过精心设计的实验，引入创设情境，其趣味和现实意义能够让学生有新鲜感，从而激发学生的兴趣，使学生在实践中观察，既能够愉快地实现实验目的，掌握理论知识，又能够培养创新意识。

3）注重实验内容的层次性和创造性。根据学生的实际能力，对不同层次的学生提出不同的要求，让学生根据自己的兴趣，引导其利用身边的报纸杂志或图书馆寻找信息，并根据自己的情况选择实验或设计实验。教师要不断地进行全面而富有创造性的设计。同时，实验室要长期开放，让学生随时来实验室开展自主实验活动。既可以针对学生的个体差异进行培养，又可以给学生提供自由发挥的空间，更好地开展创新教育。

3 液态金属创新实验室的主要活动

液态金属创新实验室创建后，学校可从以下几个方面开展活动。

1）配合省、市创新竞赛活动开展培训指导工作，组织参加省、市各类科技竞赛活动。

2）液态金属创新实验室长期坚持开放给学生，让实验室成为学生在业余时间开展活动的场所，让学生走出网吧、游戏室，远离网上聊天、游戏。为此，建议实验室开放时间为星期一至星期五课外时间。

3）创新打印社团，每周教师辅导三小时左右，培养学生中的优秀实验者参加省、市科技创新大赛。每次比赛完成后，在全校师生中进行广泛宣传。

4）每年举办科技节，组织学生参与一系列科技活动，丰富学校的课余生活，让学生学以致用。培养学生的科学思维和科学素养是一个长期的过程。创新实验室的建立将有助于学校拓展科技教育形式和内容，培养学生的创新意识和实践能力，提高学校的科技创新活动水平。

4 液态金属打印技术在创新课程教学中的应用

配备创新实验室是为了发挥作用。课程设计由简单的线设计到多脚原件的电路设计，再到芯片级电路设计，通过这样一个进阶过程，逐步提高打印机使用的难度，使创新实验室与课程有机结合，以提高学生的创新能力。

5 建设液态金属创新实验室的策略

培养学生的思維能力和创新能力，使学生更好地适应素质教育的要求，是建立液态金属创新实验室的初衷。从目前来看，很多学校开始重视素质教育，但如何开展基于素质教育的创新实验教学仍是一个难题。因此，可以尝试运用以下策略。

结合课程，活动内容要有典型性和启发性 开展创新实验活动，必须使学生系统地掌握教学内容的基本知识和基本规律，通过典型的、具有启发性的内容教学，使得学生知道这些知识的内在联系，这是培养学生创新能力的基本条件，是学生认识客观世界、发展能力的基础。在创新实验教学活动中，应该引导和培养学生比较、类比、抽象、概括、总结、归纳等各种技能，使其将学到的各种知识纳入知识体系，通过实验不断将知识点弄懂弄通，最终达到将知识点连接起来形成知识网络的目的。学生只有牢固掌握了基本知识，才能更好地提高创新能力。因此，在教学中应选择教学内容、实例、习题和测验的范例，注重其典型性、启发性和代表性，避免广泛化。

改进引导方式 在创新实验活动中要引导学生，让学生自己去尝试，并通过多种方式的思考和探索，充分调动学生的学习主动性，通过引导学生进行各种实验和实践，提高学生的创新思维能力，积极开展研究性学习。帮助和引导学生学习，让学生在开放思维中学习，主动思考、学思结合。同时，要特别注意开放的教学活动和教学方法，积极引导学生自主学习、相互学习，特别是激发和引导有学习困难的学生，鼓励学生有自己的观点和见解，引导学生有不同的视角、不同的问题和深入的观点。此外，还要开展研究性学习，使学生的思维能力和创新能力得到发展和提高。

创设探究学习环境，为学生创造开放、民主、创新的氛围 只有为学生提供思考、探索和创新空间，才能激发他们的创新欲望，培养和发挥学生独立思考能力，引导学生独立发现问题，开展创造性学习。要鼓励学生提出问题，激发学生的思考和创新精神。

在创新实验活动中适当增加跨学科的知识，拓展创新实验范围，丰富实验内容 液态金属创新课程可以调动学生学习的积极性，增加学生学习物理、化学、艺术的兴趣和创造性，开拓学生的思维，丰富教学内容，对学生综合能力的培养和提高有着非凡的意义。

6 结语

贯彻科教兴国战略，深化教育改革，全面推进素质教育，是坚定不移的教育战略。每所学校、每位教师都应在创新教育实践中不断更新教学理念，通过液态金属创新实验室等活动注重培养学生的创新能力，引导学生全面发展，为培养适应社会发展和经济建设的人才打下坚实基础。