“華夏杯”論壇——教育新時(shí)代背景下中學(xué)物理教具創(chuàng)新開(kāi)發(fā)模式的探索與實(shí)踐

作者

范春赟　劉　衡　王大浩　高永偉*

（寧夏大學(xué)物理學(xué)院；*通訊作者）

摘要：本研究以中學(xué)物理教具設(shè)計(jì)與實(shí)踐為例，構(gòu)建“理論學(xué)習(xí)—教具創(chuàng)新—成果轉(zhuǎn)化／科教實(shí)踐—教具創(chuàng)新”的教具開(kāi)發(fā)與社會(huì)實(shí)踐模式。該模式基于STEAM教育理念和PBL教學(xué)法，通過(guò)設(shè)置模塊化進(jìn)階式課程體系、搭建“雙賽雙創(chuàng)雙陣地”創(chuàng)新平臺(tái)、推行“競(jìng)爭(zhēng)—合作—融合—聯(lián)動(dòng)”協(xié)同機(jī)制、實(shí)行“論文化＋專利化”雙軌轉(zhuǎn)化機(jī)制并打通從教具創(chuàng)新到社會(huì)實(shí)踐的有效路徑，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與能力雙向進(jìn)階，為適應(yīng)新時(shí)代基礎(chǔ)教育人才培養(yǎng)提供可推廣范式。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)　數(shù)智教育　教具創(chuàng)新　課程建設(shè)　科教實(shí)踐

引言

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》[1]和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》[2]對(duì)動(dòng)手操作、情境創(chuàng)設(shè)、跨學(xué)科實(shí)踐及課程資源開(kāi)發(fā)等方面提出了明確要求。2025年1月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了教育數(shù)字化、智能化發(fā)展及學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)[3]。物理教具作為情境創(chuàng)設(shè)、跨學(xué)科實(shí)踐及課程資源開(kāi)發(fā)的核心載體，其價(jià)值超越教具本身，創(chuàng)新開(kāi)發(fā)中學(xué)物理教具已經(jīng)成為融合知識(shí)、能力培養(yǎng)及創(chuàng)新數(shù)智思維培養(yǎng)的重要渠道。

為應(yīng)對(duì)教育數(shù)智化轉(zhuǎn)型需求，提升師范生數(shù)智教育素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，通過(guò)構(gòu)建本碩實(shí)踐課程體系、搭建全鏈條平臺(tái)、推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用融合，形成“理論學(xué)習(xí)—教具創(chuàng)新—成果轉(zhuǎn)化／科教實(shí)踐—教具創(chuàng)新”的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教具創(chuàng)新開(kāi)發(fā)模式。本文將結(jié)合具體教具案例，從課程體系、平臺(tái)機(jī)制、協(xié)同路徑與成果轉(zhuǎn)化4個(gè)方面（見(jiàn)圖1），系統(tǒng)闡述該模式的開(kāi)發(fā)策略與實(shí)踐成效。

圖1　中學(xué)物理教具創(chuàng)新開(kāi)發(fā)模式

中學(xué)物理教具創(chuàng)新開(kāi)發(fā)策略

基于STEAM教育理念構(gòu)建進(jìn)階式課程體系，夯實(shí)創(chuàng)新培養(yǎng)根基

STEAM教育理念是一種跨學(xué)科整合的教育模式，其核心在于融合科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）和數(shù)學(xué)（Mathematics）五大領(lǐng)域，旨在培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力[4]?；诖死砟顦?gòu)建的教具創(chuàng)新與實(shí)踐課程，致力于培養(yǎng)能夠適應(yīng)教育數(shù)智化時(shí)代的創(chuàng)新者與問(wèn)題解決者。項(xiàng)目式教學(xué)法（PBL）作為一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手解決真實(shí)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)從規(guī)劃、執(zhí)行到成果展示的全流程探索，有效推動(dòng)從知識(shí)學(xué)習(xí)向能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)化[5]。

為物理學(xué)專業(yè)（師范）與學(xué)科教學(xué)（物理）碩士專業(yè)分別開(kāi)設(shè)的“中學(xué)物理教具設(shè)計(jì)與實(shí)踐”“中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)”課程，均基于STEAM與PBL理念，構(gòu)建了“基礎(chǔ)認(rèn)知—優(yōu)化設(shè)計(jì)—?jiǎng)?chuàng)新開(kāi)發(fā)”的進(jìn)階式課程框架。該課程體系的成效直接體現(xiàn)在學(xué)生開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新教具上。

案例1. 教具“氫原子光譜演示儀”

該教具源自課程高級(jí)階段的綜合設(shè)計(jì)任務(wù)，其研發(fā)聚焦“電子躍遷”這一教學(xué)難點(diǎn)，系統(tǒng)整合物理原理（科學(xué)）、3D建模與打?。夹g(shù)與工程）、單片機(jī)編程（技術(shù)／數(shù)學(xué)）及結(jié)構(gòu)美學(xué)（藝術(shù)），成功將微觀抽象量子概念轉(zhuǎn)化為直觀的彩色光譜，是STEAM教育理念在物理教具開(kāi)發(fā)中的典型實(shí)踐。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目立項(xiàng)階段即確立了“立足教學(xué)實(shí)際、突破認(rèn)知瓶頸”的設(shè)計(jì)導(dǎo)向。通過(guò)系統(tǒng)分析現(xiàn)有教具，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)“階梯能級(jí)模型”雖能模擬電子能級(jí)躍遷，但存在明顯局限，即僅以機(jī)械滾動(dòng)模擬過(guò)程，無(wú)法體現(xiàn)軌道量子化本質(zhì)，更難以展示躍遷過(guò)程中的電磁波輻射現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)“電子躍遷釋放能量而原子不坍縮”這一量子特性理解困難。

針對(duì)上述教學(xué)痛點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)以人教版高中《物理》（選擇性必修三）第四章“玻爾氫原子理論”為藍(lán)本，進(jìn)行了系統(tǒng)性創(chuàng)新設(shè)計(jì)。從巴爾末公式出發(fā)，設(shè)置4條特定顏色燈帶對(duì)應(yīng)巴爾末系譜線；通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)電子躍遷的隨機(jī)發(fā)光演示，直觀呈現(xiàn)電磁波輻射的量子化特征；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中明確標(biāo)注不同軌道能級(jí)，構(gòu)建了支持探究式教學(xué)的功能框架。該教具使抽象的量子規(guī)律轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)、可推導(dǎo)的視覺(jué)現(xiàn)象，有效幫助學(xué)生通過(guò)光譜分析理解能量量子化概念，為微觀物理知識(shí)體系構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)的認(rèn)知基礎(chǔ)。在第九屆“華夏杯”全國(guó)物理教學(xué)創(chuàng)新大賽科普作品賽道中，該教具榮獲一等獎(jiǎng)并被推薦為優(yōu)秀作品進(jìn)行展示。

搭建“雙賽雙創(chuàng)雙陣地”平臺(tái)，為教具創(chuàng)新提供全過(guò)程支撐

“華夏杯”全國(guó)物理教學(xué)創(chuàng)新大賽與“格致杯”物理師范生教學(xué)技能展評(píng)活動(dòng)，作為國(guó)內(nèi)物理教育領(lǐng)域的重要競(jìng)賽，有效構(gòu)建了“以賽促學(xué)、以賽促創(chuàng)”的實(shí)踐機(jī)制，而學(xué)校層面設(shè)立的“雙創(chuàng)”（大學(xué)生與研究生創(chuàng)新項(xiàng)目）平臺(tái)，則為教具研發(fā)提供了穩(wěn)定的項(xiàng)目孵化與資金支持。在寧夏大學(xué)，“中學(xué)物理教具設(shè)計(jì)與制作室”作為實(shí)體研發(fā)主陣地，配備了3D打印機(jī)、激光切割機(jī)、臺(tái)鉆等數(shù)字化與機(jī)械化制造設(shè)備，有力支撐了多類創(chuàng)新教具的實(shí)物轉(zhuǎn)化。此外，物理學(xué)院設(shè)立了“寧夏物理微科普”微信公眾號(hào)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，以圖文、視頻等多模態(tài)形式，系統(tǒng)展示教具的設(shè)計(jì)理念與應(yīng)用場(chǎng)景，形成了創(chuàng)新成果從研發(fā)、制作到區(qū)域推廣的完整閉環(huán)，顯著提升了教具開(kāi)發(fā)的實(shí)效性與輻射力。

案例2. 教具“現(xiàn)代編鐘——聲現(xiàn)象演示儀”

該教具在研發(fā)過(guò)程中依托研究生創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)支持，系統(tǒng)融合傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代制造技術(shù)，構(gòu)建了兼具文化內(nèi)涵與科學(xué)探究功能的教學(xué)載體。在制作工藝方面，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用3D打印技術(shù)一體成型編鐘鐘架主體，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與形態(tài)還原；同時(shí)對(duì)發(fā)聲腔體模塊采用激光切割工藝精密加工，保障聲學(xué)組件的尺寸精度與振動(dòng)特性。在聲學(xué)機(jī)制設(shè)計(jì)上，教具基于懸臂梁共振理論，選用高彈性模量的碳纖維桿作為核心振動(dòng)單元，通過(guò)調(diào)節(jié)其長(zhǎng)度與固定方式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率共振行為的控制。為將不可見(jiàn)的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)引入光放大法，在懸臂梁端部設(shè)置反射裝置，通過(guò)光路放大實(shí)時(shí)演示振動(dòng)模式與振幅變化。

該教具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上仿照古代編鐘形制，將傳統(tǒng)樂(lè)器轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代聲學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了文化傳承與物理教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生既能聆聽(tīng)不同頻率下的聲音變化，又能通過(guò)光路軌跡直觀觀察共振現(xiàn)象，達(dá)成“聞聲見(jiàn)形”的雙重感知效果。這一設(shè)計(jì)不僅深化了對(duì)聲波特性、機(jī)械共振等物理概念的理解，更彰顯了在教育新時(shí)代背景下先進(jìn)制造技術(shù)與傳統(tǒng)器樂(lè)文化在物理教育中的深度融合與創(chuàng)新應(yīng)用。該教具在第十五屆“格致杯”物理師范生教學(xué)技能展評(píng)活動(dòng)教具賽道上榮獲一等獎(jiǎng)。

推行“競(jìng)爭(zhēng)—合作—融合—聯(lián)動(dòng)”協(xié)同機(jī)制，激發(fā)跨學(xué)科創(chuàng)新活力

在實(shí)施“競(jìng)爭(zhēng)—合作—融合—聯(lián)動(dòng)”協(xié)同機(jī)制中，通過(guò)樹(shù)立先導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，激發(fā)群體間的良性競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的緊密協(xié)作。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由2～3名不同學(xué)科背景的學(xué)生構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了深度的學(xué)科交叉與能力互補(bǔ)：物理學(xué)專業(yè)學(xué)生負(fù)責(zé)原理剖析與教學(xué)設(shè)計(jì)；具備機(jī)械、光電等工科背景的成員則運(yùn)用SolidWorks等工業(yè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用STM32等控制器開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)電路與交互功能。研究生團(tuán)隊(duì)在教具制作的實(shí)踐中為本科生提供理論與技術(shù)指導(dǎo)，幫助本科生團(tuán)隊(duì)在教具的設(shè)計(jì)、制作、匯報(bào)及科普推廣全過(guò)程中協(xié)同共進(jìn)，有力保障了從創(chuàng)意到實(shí)物的高質(zhì)量轉(zhuǎn)化。

案例3. 通信時(shí)光機(jī)

這是一款面向人教版初中《物理》“信息的傳遞”單元開(kāi)發(fā)的交互式教學(xué)演示教具，旨在系統(tǒng)呈現(xiàn)信息傳遞技術(shù)從物理媒介到電磁通信的歷史演進(jìn)與原理躍遷。該教具圍繞有線通信與無(wú)線通信兩大技術(shù)階段，構(gòu)建了3個(gè)可操作性教學(xué)模塊：手搖磁石電話模塊，還原貝爾1876年原型結(jié)構(gòu)，學(xué)生可通過(guò)搖動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生呼叫電流，理解聲-電轉(zhuǎn)換機(jī)制；有線電話模塊，展示完整的有線語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)；無(wú)線通信模塊，模擬現(xiàn)代移動(dòng)通信過(guò)程，呈現(xiàn)電磁波作為信息載體的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。通過(guò)模塊化實(shí)操，學(xué)生可直觀構(gòu)建從電磁感應(yīng)到無(wú)線通信的物理認(rèn)知鏈路。

在該教具的研發(fā)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依托多學(xué)科交叉協(xié)作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)教具從理念到實(shí)物的高質(zhì)量轉(zhuǎn)化。物理學(xué)專業(yè)成員負(fù)責(zé)理論架構(gòu)與教學(xué)適配性設(shè)計(jì)，確保教具的科學(xué)性與教學(xué)實(shí)用性；機(jī)械工程背景成員主導(dǎo)教具的結(jié)構(gòu)建模與集成優(yōu)化，在融合貝爾電話原型的基礎(chǔ)上，將有線與無(wú)線通信模塊整合于一體，兼顧便攜性與現(xiàn)代美學(xué)表達(dá)；電子信息工程背景成員則負(fù)責(zé)電路系統(tǒng)構(gòu)建與程序控制，在手搖與有線模塊中融入基礎(chǔ)電路原理以契合初中認(rèn)知水平，在無(wú)線通信部分則基于STM32平臺(tái)開(kāi)發(fā)底層通信協(xié)議，在實(shí)現(xiàn)撥號(hào)通信功能的同時(shí)，也為學(xué)有余力的學(xué)生提供拓展編程的實(shí)踐接口。該教具榮獲第十六屆“格致杯”物理師范生教學(xué)技能展評(píng)活動(dòng)教具賽道一等獎(jiǎng)。

此外，為促進(jìn)團(tuán)隊(duì)間的技術(shù)共享與協(xié)同創(chuàng)新，具備3D建模、激光切割與嵌入式開(kāi)發(fā)能力的研究生成員，將關(guān)鍵技術(shù)流程錄制成系列微課，通過(guò)“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)跨團(tuán)隊(duì)知識(shí)傳遞。同時(shí)，本科課程“中學(xué)物理教具設(shè)計(jì)與實(shí)踐”持續(xù)整合歷屆優(yōu)秀作品的開(kāi)發(fā)資料，形成可迭代、可復(fù)用的教學(xué)資源庫(kù)，為新時(shí)代教育背景下物理教具的持續(xù)創(chuàng)新提供了有效支撐與實(shí)踐范式。

圖2　通信時(shí)光機(jī)

實(shí)行“論文化＋專利化”雙軌轉(zhuǎn)化機(jī)制，打通教具推廣路徑

創(chuàng)新開(kāi)發(fā)教具的意義在于有效幫助受教育者理解抽象物理原理，只有通過(guò)不斷推廣讓其進(jìn)入物理課堂才能實(shí)現(xiàn)教具價(jià)值。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，寧夏大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷摸索，探索出了“論文化＋專利化”雙軌轉(zhuǎn)化機(jī)制。

案例4. 集成化電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教具

該教具通過(guò)系統(tǒng)整合電磁感應(yīng)、安培力、互感現(xiàn)象、電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)原理及電磁阻尼等5個(gè)典型電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了一個(gè)多功能、模塊化的演示平臺(tái)[6]。其創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在兩方面：一是實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)功能的集成化，通過(guò)巧妙的電路設(shè)計(jì)與開(kāi)關(guān)控制，使教師能夠根據(jù)教學(xué)需求靈活選擇演示內(nèi)容，顯著提高了實(shí)驗(yàn)效率與儀器使用率；二是推行了說(shuō)明材料的立體化，結(jié)合圖文說(shuō)明與操作視頻，形成直觀易懂的教學(xué)指導(dǎo)資源，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的操作門(mén)檻。該教具在設(shè)計(jì)上注重教學(xué)實(shí)用性與原理透明度，所有元件可見(jiàn)可觸，避免“黑箱”操作，有助于學(xué)生建立完整的物理圖像。其制作成本低、操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯，具備良好的教學(xué)適應(yīng)性與推廣價(jià)值，充分體現(xiàn)了“以簡(jiǎn)馭繁”的教學(xué)設(shè)計(jì)理念，為中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新提供了可借鑒的實(shí)踐范例。

案例5. 磁體磁性與溫度關(guān)系演示儀

該教具展現(xiàn)了基于Arduino UNO開(kāi)發(fā)板，集成LM-35溫度傳感器與KY-024霍爾傳感器構(gòu)建的一套完整的磁-溫特性測(cè)量系統(tǒng)[7]，突破了傳統(tǒng)磁學(xué)實(shí)驗(yàn)僅能定性演示的局限，實(shí)現(xiàn)了磁感應(yīng)強(qiáng)度的定量測(cè)量，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀驗(yàn)證了安培分子電流假說(shuō)。研究顯示，在25～60℃范圍內(nèi)，螺線管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度隨溫度升高呈線性下降趨勢(shì)。該裝置兼具成本低、操作簡(jiǎn)便、可視化程度高等特點(diǎn)，為中學(xué)電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了創(chuàng)新的技術(shù)路徑與方法支持。

案例6. 靜電綜合創(chuàng)新教具

該教具針對(duì)中學(xué)靜電教學(xué)中概念抽象、學(xué)生理解困難的問(wèn)題，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置將抽象的電荷相互作用原理轉(zhuǎn)化為直觀可觀察的現(xiàn)象。“靜電跑道”教具通過(guò)靜電魔法棒、鋁箔軌道和帶電小球的巧妙組合，生動(dòng)演示了接觸起電、感應(yīng)起電，以及電荷間相互作用的全過(guò)程；“懸浮靜電泡”教具則利用帶電泡泡的懸浮現(xiàn)象，直觀展現(xiàn)了同種電荷相斥的物理原理。兩套教具均采用低成本材料制作，兼具安全性與可操作性[8]。在教學(xué)實(shí)踐中，這些教具既能作為課堂引入激發(fā)學(xué)生興趣，又能作為探究項(xiàng)目促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，有效解決了靜電教學(xué)中看不見(jiàn)、摸不著的難點(diǎn)，為建構(gòu)探究型課堂提供了有力支持，體現(xiàn)了“在做中學(xué)”的教育理念，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)具有重要價(jià)值。

案例4—6所涉及的教具皆通過(guò)發(fā)表論文的方式展現(xiàn)了教具開(kāi)發(fā)成果，而前述“氫原子光譜演示儀”與“現(xiàn)代編鐘——聲現(xiàn)象演示儀”等代表性教具則通過(guò)系統(tǒng)申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利、實(shí)用新型專利，力求實(shí)現(xiàn)從創(chuàng)意研發(fā)到知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重要跨越。此外，寧夏大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)正積極推進(jìn)與地方教育裝備企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研合作，就教具的工藝優(yōu)化、成本控制及教學(xué)適配性開(kāi)展深入對(duì)接，旨在推動(dòng)創(chuàng)新教具從原型樣品走向批量生產(chǎn)與市場(chǎng)推廣，從而構(gòu)建起“創(chuàng)新研發(fā)—產(chǎn)權(quán)保護(hù)—產(chǎn)品轉(zhuǎn)化—教學(xué)應(yīng)用”的完整閉環(huán)，為中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供高質(zhì)量、低成本、可推廣的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

圖3　氫原子光譜演示儀（左）與傳統(tǒng)階梯能級(jí)模型（右）

圖4　現(xiàn)代編鐘——聲現(xiàn)象演示儀

以主題科普實(shí)踐驅(qū)動(dòng)物理教具創(chuàng)新，服務(wù)科學(xué)教育

為服務(wù)新時(shí)代國(guó)家科學(xué)教育戰(zhàn)略，寧夏大學(xué)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的創(chuàng)新物理教具，系統(tǒng)性開(kāi)展中小學(xué)科普實(shí)踐活動(dòng)。通過(guò)負(fù)責(zé)人兼任附屬中小學(xué)科學(xué)副校長(zhǎng)，組織本碩學(xué)生深入17所中小學(xué)及社區(qū)，3年累計(jì)開(kāi)展30余場(chǎng)活動(dòng)，惠及5?000余名學(xué)生，實(shí)現(xiàn)教具應(yīng)用與教育場(chǎng)景的深度融合。在教研層面，形成了本碩聯(lián)動(dòng)的良性機(jī)制，研究生通過(guò)“理論建?！獙?shí)踐干預(yù)—效果評(píng)估”研究框架，開(kāi)發(fā)模塊化教具，推動(dòng)原理可視化；本科生參與科普方案策劃、本土化教具設(shè)計(jì)與活動(dòng)主講。二者構(gòu)建的“科教實(shí)踐—教具創(chuàng)新”反饋閉環(huán)，既為科普活動(dòng)提供學(xué)術(shù)支撐，又持續(xù)反哺教具的迭代優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)實(shí)踐與科研創(chuàng)新的雙向促進(jìn)。

總結(jié)

本研究構(gòu)建并實(shí)踐了“理論學(xué)習(xí)—教具創(chuàng)新—成果轉(zhuǎn)化／科教實(shí)踐—教具創(chuàng)新”的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教具創(chuàng)新開(kāi)發(fā)模式。該模式以STEAM與PBL理念重塑課程體系，以“雙賽雙創(chuàng)雙陣地”搭建全鏈條平臺(tái)，以“競(jìng)爭(zhēng)—合作—融合—聯(lián)動(dòng)”機(jī)制激發(fā)團(tuán)隊(duì)效能，并以“論文化＋專利化”雙軌制打通成果轉(zhuǎn)化路徑。通過(guò)一系列電磁學(xué)、靜電學(xué)創(chuàng)新教具的成功開(kāi)發(fā)與轉(zhuǎn)化表明，該模式有效提升了師范生的創(chuàng)新實(shí)踐能力與數(shù)智素養(yǎng)，形成了理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐反哺創(chuàng)新的良性循環(huán)。

然而，當(dāng)前模式在跨學(xué)科深度融合、專利成果市場(chǎng)轉(zhuǎn)化率及長(zhǎng)效量化評(píng)價(jià)體系方面仍存提升空間。未來(lái)，我們將著力于三方面深化研究，其一，深化人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智能教具開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，提升教具的交互性與情境化水平；其二，健全校企合作機(jī)制，加速優(yōu)秀教具的產(chǎn)品化與市場(chǎng)化進(jìn)程；其三，構(gòu)建以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的多維、長(zhǎng)效評(píng)價(jià)體系，科學(xué)評(píng)估模式的育人成效。通過(guò)持續(xù)優(yōu)化，本模式有望為基礎(chǔ)教育階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新型師范人才培養(yǎng)提供更具價(jià)值的范式參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部．義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S]．北京：人民教育出版社，2022．

[2] 中華人民共和國(guó)教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]．北京：人民教育出版社，2020．

[3] 中共中央，國(guó)務(wù)院.教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）[EB/OL]．（2025-01-19）[2025-06-29]．https://www.gov.cn/zhengce/202501/content_6999913.htm．

[4] 李學(xué)書(shū)．STEAM跨學(xué)科課程：整合理念、模式構(gòu)建及問(wèn)題反思[J]．全球教育展望，2019，48（10）：59-72．

[5] 董艷，和靜宇．PBL項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在大學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（9）：53-58．

[6] 項(xiàng)浩原，謝祿橋，陳泓宇，等．創(chuàng)新集成化電磁學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教具的設(shè)計(jì)與制作[J]．物理通報(bào)，2022（2）：121-123+127．

[7] 賴毅標(biāo)，盧佳文，張寧，等．基于Arduino平臺(tái)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具——探究磁體磁性與溫度關(guān)系[J]．中學(xué)理科園地，2023，19（5）：51-53．

[8] 陳泓宇，項(xiàng)浩原，郝睿．自制綜合創(chuàng)新教具突破靜電教學(xué)重點(diǎn)[J]．物理通報(bào)，2022（1）：105-108．

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審校 | 若惜、朱志安