《新课标下高中物理实验教具的师生共创》成果报告
一、问题的提出
中学物理新课程改革的核心是“切实突出‘以人为本’的新教学理念，充分突出实验在物理学中的重要地位，全方位、多角度、多层次地全面培养和提升学生的实验操作和设计能力，培养学生的创新意识”。江西省自2008年2008年开始实施新课程，根据物理组老师要求，我校成立了物理自创教具应用开发项目组，项目研究正式启动。2009年9月申报了省级课题《新课程高中物理实验自制教具的研究》，被省教育厅课题基地办评为重点课题，项目研究进入全面实施阶段。项目组按年级分为三个子项目组，吸收年级学生参与，负责人为各年级物理备课组长。10月，各年级完成对新教材需要的、实验室已有能用、已有需改进、没有需自创的仪器的调查，学生则专门完成科学探究所需仪器的调查。11月，对调查报告中需改进、自创的仪器的任务分解到个人，进行具体的设计制作及应用改进工作。同时着手对学生的问卷调查，从学生角度了解物理实验教学现状。2010年3月，我们请已经做出自创教具的老师和学生作经验介绍，包括教具设计思路，制作材料搜寻，具体制作方法与技巧以及制作应用过程中的体会等，然后请实验室资深老教师徐月清就刚展示的自创教具逐一点评。项目组成员受益匪浅，自创教具的改进工作也水到渠成。也是在3月，宜春市教委教研室举行全市中学物理自创教具评比，项目组推选了两件作品参赛，均获一等奖。9月，项目组共完成19个自创教具，其中学生4个；《新课程高中物理实验自创教具的研究》结题，被省课题办评为优秀课题，并推荐参加了当年12月举办的省第二届教学科研优秀成果展。2012年9月，为了扩大成果，推广应用，形成自创教具系列，长效地解决实验室仪器满足不了新课程要求这个问题，项目组再度申报省级课题《新课标下高中物理低成本实验系列开发的研究》，课题被评为省级重点课题。项目组经过一年半的实践应用又设计创作了14个低成本实验教具（其中学生作品6个），自创教具形成体系；并撰写论文总结制作应用教具的经验体会，摸索出一套师生共创应用教具的长效开发模式。
（二）方法
1、以省级课题研究为引导，带动教具的研发
课题研究立项，不但可以得到上级机关的指导和学校的重视，还能增强项目组的使命感和成效意识，吸引更多老师和学生参与进来。我们在2009年9月申报了省级课题《新课程高中物理实验自制教具的研究》，省教育厅课题基地办公室对本课题很重视，课题立项评审会中，被评为重点课题。它的立项，带动了自制教具的研发。而项目组在2012年9月申报的省级课题《新课标下高中物理低成本实验系列开发的研究》的立项，再度激发了项目组全体人员的创作热情，扩大了自创教具的成果，使其形成系列，比较彻底地、长效地解决实验室仪器满足不了新课程要求这个问题，
2、从学生科学探究和研究性学习应用实践切入，让教具更符合新课程理念
科学探究是新课程改革中最革命的因素，它要求学生经历象科学家进行科学研究一样的各个环节，领悟科学精神，培养科学态度。它是培养有创造性人才的重要环节。但是实施起来却困难重重，原因是物理课的科学探究大多是通过实验来进行探究的。在科学探究过程中，学生带着自己的猜想与设计走进实验室借仪器往往是空手而归，极大地伤害了学生的探究积极性。在老师自创教具的影响下，一些同学也利用日常生活器件，甚至小时候的玩具和能借到的常规仪器开发出能证明自己猜想与设计的自创教具。我们非常珍惜这个创造激情，把他们吸纳进项目组，让他们领略教师自创教具的创造性能，感受着教师自创教具的方法与技巧。这种潜移默化的影响，培养了学生创新精神和实践应用能力。高三（5）班学生在生活中的全反射的探究活动中，陈洲等同学创作了《豆子神秘消失与重现》、卢豫等同学制作了《神秘的汤勺》、皮媛等同学创作了《塑料光纤》、严轶鑫等同学创作了《水中气泡更明亮》、周昊鑫等同学创作了《魔方隐身》、蒋鹏等同学创作了《水流导光》。高一（8）班王鑫等同学在探究摩擦力时利用玩具创作了《滑动摩擦力与压力大小关系演示器》。
研究性学习是新课程展现学生创造力的重要舞台，在教师自创教具创造热情的影响下，学生研究性学习活动开展得有声有色。高二（19）班孙浡宸等同学制作了《最简单的线圈电动机》、张嘉熙等同学制作了《最简单的旋转磁极电动机》、李恒等同学制作了《最简单的铜环电动机》。
3、以调查研究法为先导，以经验交流法促提高
调查研究是解决问题的基本方法。项目组工作启动以后，我们开展了以下调查：各年级完成对新教材需要的、实验室已有能用、已有需改进、没有需自制的仪器的调查；学生则专门完成了科学探究所需仪器的调查，绘制了调查报告。后来，我们还针对学生开展了两次关于高中物理新课程实验内容学习的问卷调查，针对自创教具系列化开发应用作了相关调查，听取各方面的意见。这些调查研究为项目组的工作起到了先导作用。
自创教具是创造性的劳动，它需要灵感，它呼唤灵感。对个人来说，灵感的产生与他知识的积累、创作到达的境界都有关系。对团体来说，互相交流正是迸发灵感最好的方式。有时为一件作品而山穷水尽时，在互相交流中就柳暗花明了。我们项目组定期举行阶段性总结，其中有一固定内容就是互相交流。在交流中产生灵感、在交流中取长补短、在交流中互相促进、在交流中共同进步、在交流中创造佳绩。
4、以撰写论文总结经验体会，形成自创应用教具的模式
项目组一直在摸索在学校条件下自创教具的最佳模式是什么。通过5年来的创作实践，项目组总结经验，项目组老师撰写了多篇相关论文，其中有6篇在全国核心期刊发表，1篇在省级期刊发表，3篇获省一等奖。通过这一系列的论文总结，摸索出了一套符合教学实际的“师生共创应用教具的长效开发模式”。
三、成果的主要内容
（一）自创教具作品成果累累
本项目的重要目标是设计制作出符合新课程要求的自创教具，推广应用，使其能最大限度缓解目前学校实验室已有实验仪器不足的矛盾。经过五年的项目实践和两次省级课题研究以及学生研究性学习和科学探究活动的开展，项目组已设计制作了33件自创教具系列作品（其中含学生自创教具10件），分别为：光热学系列10件，电磁学系列17件，力学系列6件。它们是：
1、“全反射”系列创新实验
2、豆子神秘消失与重现（学生作品）
3、神秘的汤勺（学生作品）
4、塑料光纤（学生作品）
5、光的折射、全反射演示器
6、改进型全反射实验演示仪
7、水中气泡更明亮（学生作品）
8、魔方隐身（学生作品）
9、水流导光（学生作品）
10、利用内能做功演示器
11、电磁相互作用演示器
12、干簧管原理及应用
13、电磁感应演示器
14、涡流热效应演示器
15、磁场对通电导体作用探究仪
16、电磁阻尼演示器
17、电磁感应演示仪
18、温度对金属电阻率的影响
19、电磁炉中电磁感应原理演示器
20、涡流热效应演示器Ⅱ
21、最简单的线圈电动机（学生作品）
22、最简单的旋转磁极电动机（学生作品）
23、最简单的铜环电动机（学生作品）
24、安培力演示仪
25、电磁相互作用演示器Ⅱ
26、非纯电阻电路与纯电阻电路演示仪
27、楞次定律演示器
28、发光二极管（LED）频闪灯
29、超重和失重演示器
30、对“研究平抛物体的运动”实验的改进
31、超重失重演示器Ⅱ
32、滑动摩擦力与压力大小的关系演示器（学生作品）
33、用乒乓球阐释流体力学
这些教具作品涉及到新教材关于实验的各内容：有探究实验，有“演示”栏，有“实验”栏目，有“做一做”栏目。也有新教材没有介绍的、但对学生理解物理概念、掌握物理规律、增强实践应用能力有帮助的自创教具。
这些自创教具质量上乘。有两件分别获国家级二、三等奖，有一件获省级特等奖；有三件获省级一等奖，有两件获省级三等奖；有两件获市级一等奖。自创教具的相关论文，有6篇在国家级核心期刊发表，1篇在省级期刊发表，3篇获省一等奖。项目组有两件学生自创教具分获省级二等奖和市级金奖。
这些教具涉及中学物理新课程的各个实验内容。投放到实验室，经过推广应用，极大地缓解了现有仪器满足不了新课程要求的这个矛盾，达到了预期的目标。
（二）师生共创应用教具的长效开发模式
经过为期五年的《新课标下高中物理实验教具的师生共创与应用》，我们一直在摸索如何使自创教具有效、高效、长效地出成果，在学校条件下师生共创教具的最佳模式是什么。以下是该模式的几个要素。
1、一个志趣相投的项目实践队伍
自创教具是一种创造性的劳动，它首先要求参与人员对自创教具的创作具有浓厚的兴趣，还要有一种出成果的愿望。这样才能不知疲倦地创作，克服创作过程中的各种困难，做出一个个成功的作品。而这些成就感足以慰劳创作过程的疲劳，使之又兴致勃勃投入下一作品的创作工作。一个志趣相投的队伍能互相鼓励、互相启发、互相促进，使自创教具的效率达到最高。
2、不同特长的人的组合
人都有不同特长，而这些特长的形成既有天份，也有后天努力，还有经验的积累。有的人动手能力强，喜欢琢磨，做出来的东西象模象样，堪称制作能力。有的人点子多，受启发能力强，设计相应精巧，堪称点子大王。有的人教学应用能力强，并且经常总结积累，教学经验丰富，对教材的理解、对实验的理解非常到位。这些人组合在一起对于自创教具来说效率最高，效果最好。
3、互相交流，在协作中提高
自创教具是创造性的劳动，它需要群体的协作，它借重个体的灵感。对个人来说，灵感的产生与其知识的积累、创作到达的境界都有关系。对团体来说，互相交流正是解决难题、找到最佳途径的最好方式。有时为一件作品而山穷水尽时，在互相交流中就柳暗花明了。我们项目组定期举行阶段性制作和应用总结会议，其中有一固定内容就是互相交流。在交流中产生灵感形成好的方案，在交流中取长补短互相促进。
4、让学生参与进来
青年人天生就有初生牛犊不畏虎的精神，他们敢想敢干。在科学探究环节学生敢于提出自己的猜想，但是往往苦于没有现成的教具证明自己的猜想。在教师自创教具的创造热情的影响下，学生也有设计教具证明自己猜想的愿望。把学生纳入项目组，让其感受自创教具的创造过程，领略教师自创教具的方法和技巧，使学生在科学探究和研究性学习有不俗的表现，体会了成功的喜悦，培养了科学探究的精神。这种成就感甚至影响着他们今后的人生走向。
5、以老带新模式
宜春一中这所近百年的老校，各方面人才真可谓人才济济。其中在自创教具这一块，就有成绩显著的徐月清老师，他连续参加多届全国优秀自创教具评比，均创佳绩，获得全国自创教具能手称号。在我们项目组，他既亲自制作，又是资深顾问。我们项目组曾请他就近期获全国二等奖的自创教具《发光二极管（LED）频闪灯》作过专门的报告。在各次阶段性总结中，徐老师都就新创作的作品进行点评，项目组成员受益良多。
6、学校的大力支持
我们有一个惯例，自创教具均投放学校实验室应用，最大限度地发挥它的作用，缓解现有实验室仪器满足不了新课程要求的这个矛盾。我们的项目组一直得到了学校的大力支持，自创教具的原材料费用也由学校解决。
四、效果与反思
（一）自创教具自身的展示效果及获奖
《“全反射”系列创新实验》参加首届全国中小学实验教学优秀案例展演取得轰动效应，获得专家好评，江西教育装备、宜春教育网均有报道；《变脸》在中国教育学会物理专业委员会年会上表演，荣获科学晚会杰出实验演示奖；《发光二极管（LED）频闪灯》获国家级二等奖；《你要哪杯》获国家级三等奖；《系列电动机》获省级特等奖；《全反射创新实验》和《楞次定律验证性实验》均获省一等奖；《光的折射与全反射演示器》和《楞次定律演示器》均获省级三等奖。
（二）自创应用教具论文发表及论文获奖
《发光二极管（LED）频闪灯》发表在全国核心期刊《物理教学探讨》2011年第5期；《“海市蜃楼”实验研究》发表在全国核心期刊《物理教学探讨》2013年第10期；《全反射的几个创新实验》发表在全国核心期刊《物理教学探讨》2013年第8期；《电磁阻尼演示器的改进》发表在全国核心期刊《物理教学探讨》2010年第12期；《楞次定律演示器》发表在全国核心期刊《物理教学探讨》2011年第12期；《根据全反射棱镜功能自制“变脸魔术”教具》发表在全国核心期刊《物理通报》2013年第12期；《钕铁硼磁铁在电磁实验中的应用》发表在省级期刊《实验教学与仪器》2010年第7、8期。
2009年12月论文《高中物理新课程呼唤自创教具》获省级一等奖；2011年7月论文《学校条件下自创教具的有效开发模式》获省级一等奖；2010年7月论文《电磁实验效果突破的途径》获省级一等奖。
（三）自创教具在教学应用实践中成效显著
五年来，项目组开发了力学系列、电磁学系列、光热学系列共33个低成本实验自创教具，其中学生自创教具10个。这些自创教具一诞生就投放学校实验室，供师生在教学中选用。最大限度地发挥它们的作用，极大地缓解了现有实验室仪器满足不了新课程要求的这个矛盾。项目组一直在跟踪这些自创教具在实践应用中的效果。
光学系列自创教具10件。其中“全反射”系列创新实验器装置就包含有11个创新实验，课题组老师执教的《全反射》一课在2013年8月15日代表江西省参加了全国第七届中学物理教学创新大赛。这堂课应用了11个创新实验，成为这堂课最大的亮点，使这堂课获得了巨大的成功。其中两个改进实验解决了光在空气和玻璃中传播时光路的不可见问题，达到了直观的教学效果；其中原创实验应用玻璃棒、激光笔、甘油、胶头滴管、大泡沫板、铁架台等制成教具进行产生条件的演示，强化了学生对全反射产生条件的认识，收到了非常好的教学效果；创新实验《变脸》使学生兴致盎然地观看魔术，动脑动手地揭秘魔术，使学生愉快的接受知识并加深对全反射棱镜的认识；课堂竞赛环节学生自行设计应用了六个自创教具“豆子神秘消失与重现”、“水中气泡更明亮”、“神秘汤勺”、“魔方隐身”、“水流导光”、“塑料光纤”，让学生的积极性充分地调动起来，一些同学在实践应用中的成功发现，启发着更多同学的积极思考，越来越多的发现方案设计出来。同学们的发现潜能得到了充分的释放，真正实现了以学生为本的素质教育。
海市蜃楼是自然奇观，可遇而不可求，在教室做海市蜃楼实验，学生激动不已。用水和饱和食盐水的折射率不同而形成扩散层，模拟了自然界中的海市蜃楼。学生兴致盎然地观看蜃景，老师适时引入，让学生兴致勃勃地进入这堂课的学习。课尾揭秘蜃景成因时，自创“海市蜃楼实验装置”使这堂课走向深入。全国比赛的优秀课例点评时，首席专家称该实验具有科研价值。
电磁学系列自创教具17个。在2011年4月全省第六届中学物理教学改革创新大赛上彭鹤群老师的《楞次定律》荣获高中组一等奖。这堂课上引用了自创教具“楞次定律演示器”、“电磁相互作用演示器”、“电磁感应演示器”。其中自创教具“电磁相互作用演示器”使学生带着惊奇走进这堂课的学习，“电磁感应演示器”将磁铁靠近两个反向并联的二极管，靠近红灯亮，远离绿灯亮，很自然地让学生明白感应电流有方向，激发起学生探究的期待，而“楞次定律演示器”在突破本课难点上起到了关键作用。
在2012年4月第十二届全省中学物理青年教师教学大赛中易欢老师的《探究感应电流的产生条件》荣获高中组一等奖。课堂上应用自创教具“电磁感应演示仪”打破电磁感应现象是由电表显示电流的产生的常规。还使用了自创教具“电磁感应演示器”，本教具采用钕铁錋强磁铁，线圈产生的电流及方向由发光二极管显示，使磁生电的效果及应用更为直观，给学生震撼的效果，为本节课有效教学增添了不少魅力，
在日常教学中，为了能通过探究手段定量得出安培力大小规律，高二年级全体学生在老师指导下应用自创教具“安培力演示仪”后，取得极好的教学效果。高二年级在讲授传感器这一节内容时应用了“干簧管原理及应用器装置”。该自创教具取材简单，效果明显，且弥补了学校实验室在传感器这一块器材缺失的空白。为实现从生活走向物理，从物理走向社会，自制的“电磁炉中电磁感应原理演示器”，做到了在不拆解电磁炉的情况下，将电磁感应原理演示给学生。
力学系列自创教具6个。教具“发光二极管（LED）频闪灯”使教材上关于频闪照相的八个力学实验实现了低成本化，既节省了购买昂贵的频闪照相费用，又使八个力学实验的效果得到了突破。在我校举办的青年教师优质课评比中，王鑫等同学在科学探究环节演示他们自己制作的“滑动摩擦力与压力大小的关系演示器”，该教具利用玩具做实验，使实验更加有趣味。这不仅激发了学生强烈的学习兴趣，同时也很好地体现了生活中处处有物理的新课程理念。全市物理教学公开示范课上，谢明生老师使用“超重失重演示器”，将超重失重现象搬进了课堂，学生通过观察杠杆的平衡情况形象地感知超重与失重，课堂上赢得一片喝彩。
在学校举行的研究性学习成果评比活动中，孙浡宸、张嘉熙、李恒等同学展示他们各自设计创作的不同的电动机，其设计之精巧，结构之简单，效果之明显引起了同学们惊奇和赞叹。
（四）自创应用教具，对激发学生科学探究精神的影响很大
自创教具既是教师个人创造性活动的开展，也是全体教师集体智慧的结晶。其实验设计的创造性能对学生产生潜移默化的影响，对培养学生的创新精神和应用实践能力具有重要意义。
影响最大的地方体现在学生研究性学习和科学探究方面，因为研究性学习和科学探究也是创造性活动，并且学生有自己的发展空间。在这种潜移默化的影响下，研究性学习和科学探究开展得有声有色，成果显著。2010年11月李恒等同学在宜春市第二届青少年科技小发明评比活动中“趣味电动机”获金奖。2012年4月孙浡宸、张嘉熙等同学在全省第九届优秀自创教具评比中《奇异电动机》获省二等奖。
（五）反思
五年来，项目组开发了力学系列、电磁学系列、光热学系列共33个自创教具的低成本实验，其中学生自创教具10件。这些自创教具一诞生就投放学校实验室，供老师和学生在教学中应用，极大地发挥了它们的作用，较好地缓解了现有实验室仪器满足不了新课程要求的这个矛盾。项目组在思考一个长远问题，就是在物理新课程中的科学探究活动，学生的猜想和设计永远难以预料。学校里的学生一届换一届，新学生就有新猜想和新设计，所以自创应用教具存在不断更新的问题。同时，在一定时期内的很多地方，还会存在购置实验器材经费的不足。但愿我们的“自创应用教具的长效开发模式”能对解决这些问题有所裨益。
9
|
|
