《创客微制作与高中物理的结合及微制作开发》
结项报告
----张俊杰
一．课题提出的背景
传统物理教学模式在新社会的冲击下渐渐显露弊端，从而国家出台了物理教学新课标。物理教学新课标有新的内容，给物理教学注入了新的生命力，使广大教师的教学理念、教学行为及学生学习的学习行为等方面都发生了很大的变化。教学目标的多元化、教学方式的多样化、导致学生在学堂上更加活跃。但在这活跃的教学课堂之上也慢慢体现出了课堂教学的浮躁化和形式化的倾向，导致教学目标不明确，教学效率低下，使新课标的发展造成了严重的阻碍。学生的物理学习兴趣不但没有的到有效的提高反而完全失去了物理兴趣与学好物理的信心。所以，研究如何培养学生的物理学习兴趣以及培养学生的创新能力与创造力更显重要。
要培养学生学习物理的兴趣，那么有趣的知识呈现媒介是必须的。物理小制作是一种很好的物理知识呈现载体，结合物理制作教师进行相关的物理知识讲解会更加高效和生动，所以在此背景下我提出了《创客微制作与高中物理的结合及微制作开发》课题。
二．课题研究的意义
1、物理微制作可以体现新课标的探索精神。一个课题的设计、制作过程，几乎都是提出课题、收集资料、做方案、集体设计、制作实施，中间的每个过程都可以锻炼学生的科技创新意识。物理微制作所有的材料大多来自学生的生活实际，容易寻找，因此老师演示后学生就会产生动手做一做的欲望，教师再适时引导，使学生产生“如何才能做得更好”创造动机，激励学生发明创新，想方设法使教具变得更加完美、适用。这对激发学生创造思维、引导学生用物理学的观点重新认识自己周围环境中的事物和现象，都有重要的启迪作用。同时，学生在制作过程中，不但要亲自动手寻找合适的工具、材料，还要动脑考虑解决一些与之相关的问题：如何使装置更恰当合理，如何使产生的现象更清晰明了。这样培养了学生敏锐的观察能力，积极地思维能力，以及判断、分析、解决问题的能力，对学生创造能力的培养都是十分重要的。
2、物理微制作可以达到突破教学难点，提高教学效果的目的。例如，在讲到液体压强一节时，由于本节课理论性较强，而学生的抽象思维能力相对薄弱，对“液体压强的大小只与液体密度和深度有关，与液体总重、体积等无关”理解困难。为了帮助学生突破难点，正确理解知识，可以补充这样一个演示实验：将一个小塑料袋注满水，然后与一个装满水的细管（可用消过毒的输液管）相连，当把细管举到一定高度时，塑料袋‘‘叭“的一声碎了，学生惊讶不已，百思不得其解，教师趁热打铁，分析讲解，并量出管顶与袋底之间的竖直高度，求出水袋底部受到水的压强是多少，使学生不但深刻理解了液体压强与深度的关系，又受到实践出真知的辨证唯物主义观点教育，可谓是一举两得，教学效果更加突出。
3、物理微制作可以培养学生的动手能力。不论老师还是学生自制的教具，一般制作都比较简易，例如用身边的物品制作简易测力计、杠杆、验电器、电学实验中开关和灯座等，通常就地取材，易制易修，而且可达到人手一个。因而在教学中使用时就不怕弄坏，在课堂上课堂下都可放手让学生去观察、触摸，甚至拆卸、重装。这样可训练学生熟练的实验技能，然后再用正规厂家生产的仪器进行实验，学生们有了前期的操作经验，实验时就会少出差错，甚至不出失误，达到预期实验效果。这样既培养了学生的观察动手能力，又训练了实验能力，教学效果自然很好。
4、物理微制作可以培养学生的科学态度和勤俭意识，物理教具是用来做物理实验的，帮助学生接受物理知识的辅佐工具。因此它的制作必须符合物理原理和科学理论，即教具必须反映出所要学习的物理现象，帮助学生理解所学的物理理论，而它的制作本身又必须遵循一定的科学理论，这就要求学生在物理微制作的过程中把物理知识很好地应用于实践，然后再总结经验，检验检查物理微制作的合理性、科学性及不足，经过反复反馈即应用理论解决了实际问题，又用实践证明了理论的正确，从而培养了学生正确对待知识的科学态度。
三．课题研究的主要内容
1.物理微制作与教学模式的结合
物理微制作与教学结合，是提高学生动手能力、实践能力和创新力的重要教学模式，是运用科学系统的管理方法，实现学生个体能力提高，以达到基本能力为目的的教学方式，是快速加强学生实践能力、思维开发以及创新能力的新型教学方法。
2 、物理微制作开发方向的建立
趣味物理实验开发方向的建立，是物理微制作与教学结合的基本内容。根据新课标提出的内容，我认为物理微制作开发应从多方面入手。从学校实际出发，以培养培养学生兴趣目的，以完成教学内容为目标，可以将趣味物理实验开发化分为多个模块。
“力学机械”模块：研发该模块主要结合初高中物理力学知识，将学校实验室与家庭机械有机的结合，利用家用机械，家用电器，农业机械等。训练学生的力学意识、力学基础原理、结构层次以及施力方式，建立良好的力学模型等。
“能量转换”为主的开发模块：结合太阳能、机械能、热能等能量转化为电能的原理，开发相应的微制作，促进学生相关方面的学习。
“电路学知识应用”为主的简单电路设计模块：学校电学实验室与家庭电器的有机结合，开发直观简易的电学电路，如家用台灯的电路，解刨该电路加深学生对电路的认识，利用家用电器提高学生的兴趣。从而更加直观简易的训练学生对电的认识，学会多种电器元件的原理及使用方法，并能进行简单的维修工作。为以后学习高深电路，电器打好扎实的基础。
“光学观察”模块：开发简易光学趣味物理实验，可以以视觉冲击力引发学生的兴趣，如自制彩虹，水杯光学透镜，平面镜折射等，训练学生认识光的世界，认识基本的光谱知识、光的速度、传播途径以及光的能量应用等。
其他相关模块：根据之后的调研和相关研究素材，进一步确定其他研究模块。
四．课题研究的方法
调查法：针对物理教师群体，调查物理制作借鉴案例、物理中哪些章节对制作的渴望更迫切、在微制作中可预想的困难和建议等问题。
实验法：对已设计的微制作进行调试和实验，测试可行性。
文献研究法：查阅相关资料，形成理论性文稿。
五．课题研究的步骤
1 、对高中物理知识的相关整合
根据模块，分为：力学、电磁学、光学、热学等。然后对每一模块内各章节相关知识的呈现方式进行整合，用来预估微制作实施的可行性。
2 、对高中物理知识相关的科技制作方向进行整合
3 、开发相配套的科技微制作
图：部分制作
4 、微制作在教学中的应用实践
5 、 反思整理相关应用方案
六．课题研究成果
1、物理微制作与物理教学结合的理论形成
（1）物理学科素养培养与物理微制作的相关性
物理学科素养中，关于科学思维和实验探究有相关描述。科学思维角度，要求学生能够从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。实验探究角度，要求学生能够提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。“实验探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。
教师在使用物理微制作进行教学时，能够让学生从物理制作的制作原理去审视物理知识的认识和应用过程。而这一思考过程势必会增强学生的科学思维。学生在参与和使用微制作的过程中，能够锻炼个人的实验探究能力和实验设计能力。在与小组的谈论过程以及对物理微制作的审视过程，更能够促进学生提出物理问题，形成猜想和假设。
（2）物理微制作的设计原则
科学性：物理物理微制作应该有正确的物理学思想，科学性要高。给学生以准确的物理学知识，并且在基本知识到位的基础上，在内容方面力求新颖；给学生以智慧和启迪，注重启发学生的思维，激发学生的创造精神；给学生以方法，努力让学生从死记硬背、应试教育的模式中挣脱出来，受到思维训练和科学方法的熏陶；培养学生积极的进取精神，提倡献身科学的精神，勇于探索，不怕挫折，锲而不舍。
直观性：物理物理微制作是用来更好地演示物理现象、物理规律的，目的是要让全班学生都能清楚地观察到物理数据、规律、现象的变化，能见度要高，因此物理微制作的尺寸要大些，结构要简单明了，重点是能突出要演示的现象。如果物理微制作比课本上安排的还要复杂，学生观看了实验却一头雾水，不能理解实验目的、实验原理，收获很少，那么物理微制作的设计就是不成功的。物理物理微制作要力求让学生较容易地看懂教具要演示的物理知识，能让学生在原有的知识基础上产生迁移，从而更好地理解新的物理知识。
趣味性：物理物理微制作在演示过程中要适当带点趣味性与娱乐性。就像玩魔术那样，让学生观察到意想不到的现象，那样就能大大激发学生的好奇心，发挥学生的想象力与创造力，最终透彻地搞清物理原理，就可以使学生对物理学产生浓厚兴趣，也就可以使学生养成积极主动学习的习惯。
安全性：物理微制作在使用时必须有良好的安全性与稳定性。在演示过程中不能产生有毒、有害的气体，不能发生爆炸、爆裂现象。物理微制作本身不能有锋利边角，电学上的物理微制作不能直接使用高压电，要选用低于安全电压的低压电源。要有良好的自我保护意识，同时要保护好讲台下仔细观察的学生，防止意外事件的发生。
2 、物理微制作的实物开发（部分）
（1）“力学机械”模块：
制作1：能量转换
制作2：斯特林发动机模型
制作3：磁悬浮
制作4：倍力桥模型
制作5：液压传动模型
（2）“电路学知识应用”：
制作1：太阳能发电装置
制作2：火灾报警器
制作3：简易电动机
制作4：光控灯模型
制作5：简易升压装置
（3）“光学、声学”模块：
制作1：光的错觉--超能螺丝
制作2：费纳齐镜
（4）其他相关模块：根据之后的调研和相关研究素材，进一步确定其他研究模块。
制作1：空气电池
制作2：无线电通讯模型
制作3：温差发电模型
制作4：光控模块
制作5：电磁炮
七．课题研究存在的主要问题及今后的设想
1、课题中的理论提炼不够详实，需要作进一步挖掘和提升。
2、课题中所开发的微制作，种类不够多，需要加大开发力度，以便服务于更多的教学实践。
3、课题中的微制作开发过程比较粗犷，未形成详实的开发文稿，这个问题会影响到后续的进一步推广。
4、关于今后的设想，进一步开发微制作；将开发的微制作进行精细化归档，便于推广；查阅相关资料，进行理论提升。