科普实验器材“三妙”制作与“三高”实践探索

1.问题的提出；

实践表明，进行科学探究较为直接的途径是实验，通过观看实验来学习科学知识和对科学知识的普及是一条十分有效的途径[1]。随着现代社会的发展，人们对科学知识、科学思想和科学精神的需求越来越大，这也给科学教育和科学普及提供了很大的机会，特别是科学实验器材方面，但面临以下的现实问题：

1.1 科学实验器材短缺、效果差问题

由于面临实验器材成本越来越高、替代频率越来越快的问题，我们民族地区许多学校的科普课基本上是以讲为主，谈不上有科学实验，在黑板上讲实验，以课件播放代替实验等比比皆是。特别是现在有些学校在实验室建设中投入不可谓不大，但成效甚微，投入产出比与教学效果不理想，现有仪器设备与器材开发制作水平还远远满足不了现代科学教育需求。

1.2 科学实验器材昂贵、成效低问题

长期以来相当部分教师的观念一直认为低成本就意味着低技术，而高智慧就意味着高价钱，不存在高智慧的低成本实验，完全依通过购买高昂的仪器设备解决问题和“等靠要拿”的思想极其严重。特别是面对许多复杂深奥的科学技术原理无计可施、无从着手或方法单一，科学探究能力表现欠佳，普遍存在成效低与低水平理解、判断和创新问题。

.3 科学实验器材枯燥、激发弱问题

由于历史及地区条件等原因，我们民族地区学校科学实验器材枯燥、乏味与古板，激发学习兴趣、激起参与意识与激活科学思维不强。特别是科 台的各项基础设施设备落后，实验器材不仅陈旧老化、机械僵硬，而且很少关注学生思维特点， 决问题能力不强更是突出问题。所以，俗话说“巧妇难为无米之炊”，制作激活思维、激发想象力与创造力实验器材是科普教育的关键。

2.解决问题的过程与方法；

2.1 解决问题的过程

围绕科学教育目标，以推进科学思维发展为主线，经历“发现—探索--创新—分享”四个相互融通、嵌入和促进的解决问题过程:分析定位阶段（研究分析并发现各种实验器材存在的缺陷与不足）、探索改进阶段（站在系统和全局的角度探索并创建理论指导框架）、创新制作阶段（整合各种技术技巧方法，对实验项目、实施策略和实效检验等进行整体部署与安排）和分享成果阶段（对成果进行交流分享、跟踪评价和应用总结，深化理论与优化技术）。

2.2 解决问题的方法

针对以上科学实验器材存在的问题，本研究采取“分析精妙、制作巧妙与激思奥妙（以下简称“三妙”）”方法制作“高效率、高智慧与高享受（以下简称“三高”）”实验器材。

2.2.1 在研发分析中选料精妙并展现高效率

世上资源材料万千种，不可能胡乱挑选，更不可能像猿到人一样全部进行研究。那么，器材制作第一步的精妙分析和精准挑选材料就显得极为关键。特别是面对众多的资源材料，有系统且针对性的进行分析选题，敏锐意识到问题的存在并扎实钻研下去，精挑细选并挖掘功能材料特点进行破解，使得原本很复杂、看起来一筹莫展的科学问题得到迎刃而解。而且，在“材要成器、器要成用”的精挑细选中展现高效率[2]，将简单材料创制成不简单器件其实就不简单，并打破过去传统观念的完全依赖昂贵设备及“等靠要拿”思想。例如：由于尚未见到很直观地演示交流市电特征的实验装置，我们敏锐发掘发光二 极管和灯泡 作装置就能很好说明此特性。这种研发分析选材不仅低本精巧且富高智慧思维，实验方法也简单巧妙得出奇，实验结果却精彩得令人叫绝的制作方法。

2.2.2 在设计构造中制作巧妙并体现高智慧

研究利用低成本与当地本土资源材料，巧妙设计由日常用品甚至废弃物品取代专用器材组成的深奥科学原理的演示实验。特别是针对有时花大价钱买来的昂贵设备只能是“陌生的先进技术”，研究使用原汁原味材料打造的“三高”实验把“陌生的先进技术”变成“熟悉的身边技术”、把传统或昂贵设备不易完成的实验能够出色完成的巧妙构建方法。同时，在器件设计与构造的巧妙制作中体现高智慧，精巧制作出凝结着创新思维和创造性设计的实验器件，特别是原汁原味的素材构造不仅体现设计的高技巧与制作的高智慧，处处体现低成本实验的高教育价值功能。比如：对于如何用实验来演示非常神秘和高深莫测的光通信原理，听起来就似乎很不简单。而我们利用手电筒（红外管）以及红外发光二极管制成的两种光通信演示实验装置、利用废旧电机换向器制成的变频演示器等，这些充分挖掘身边材料与新颖直观的巧妙制作装置，给人一种妙不可言感觉的制作方法。

（3）在应用情境中激思奥妙并得到高享受

源于教学、反映教学又能解决教学问题的器材制作成果在应用中激起参与意识并激活思维，特别是那些真正有价值、有生命力的“三高”实验器材，不仅可以触动心灵、启迪智慧和增强对科学的认识，更能让学生领会这些器材激活思维的奥妙与突破思维定势的神技；对设计者的技术之精湛、方法之巧妙与构思之深奥，对科学树立崇敬、仰慕与向往之情。同时，设置应用情景，激起参与意识并激活思维，使学生从沉默的“旁观者”转向深度参与的“局中人”，让学生只需透过较少但又比较熟悉的技术细节就可领悟其中深奥的科学原理。从而突破思维定势并促进思维发展，送给学生本身就是一种智慧上的科学熏陶和心灵上的高级享受。例如：针对讲解“超重与失重”科学原理没有很直观的演示实验装置，我们创制“超失重实验系统”以波形的方式呈现在超重与失重过程中视重的变化。同时，由于现行教材“用多个开关控制一盏灯”装置是一个比较复杂的电路，而我们采取多个按钮开关组合制作就出色完成同样功能的激活思维的奥妙方法。

3.结语

在精妙分析与精挑细选中展现高效率；在低本设计与巧妙制作中体现高智慧；在参与操作与思维发展中得到高享受。科普实验器材“三妙”制作探索与“三高”实践是理念，更是信念；是方法和机制，更是抓手和本领。打破过去传统观念一直认为的只有购买昂贵的仪器设备才能解决高深的科普教育问题。而且，这不仅适应我国的国情，更适应我们“老少边山穷”欠发达民族地区，将“低本高效”和“巧妙精制”的教育理念贯穿于科技创新教育中，使实验探究和创新活动成为一种具有时代特色的科学教育与科学普及新模式，为未来科学的浩瀚星空拥有更多中国元素而不懈努力。

参考文献：

[1]冯化友.初中物理课外科技活动实施 STSE 教育的探索与实践[J].物理通报, 2017，36（10）: 19-20

[2]尤爱惠.基于“教具设计”的物理实验项目教学—以光学“隐身”魔箱的设计与制作为例[J].实验教学与仪器，2025,42(06):4-6

基金项目：广西教育科学“十三五”规划课题：民族边境地区科技教育特色课程资源的开发与利用研究（2017C439）