坚定实施科教兴国战略，把科技创新和教育事业摆在重要位置，科学技术是第一生产力
［1］。科学的本质是发现，技术的本质是发明，技术是一种手段，因此，教师应自主创新设计和生产具有个性和特点的教学设备、教具，以切实满足教学需求。将开发的创新教具运用于小学科学课程中，可以丰富教学内容和形式，使学习更加符合现代教学意义，更具实用价值。针对教科版科学二年级上册“磁铁”单元的第3课“磁铁的两极”，笔者进行实验教具的创新改进，效果颇佳。
1 教具改进与制作的原则
笔者定义的创新教具改进，是指根据课标、教材、学生的认知结构与发展，设计者自主开发的一种用于科学教学的探究工具。该工具具有整体性、高效性、便捷性的特点，能够直观地展现科学现象，帮助学生建构科学概念，从而成为帮助教师有效达成教学目标的教学工具
［2］。在改进过程中需确立科学性、创新性、一体性、实用性、安全性等五大原则
［3］。
1.1 科学性
在科学实验或科学探究的教学过程中，确保实验本身的科学性与认知合理性是核心要求。在实际教学过程中，常因教具使用不规范，导致实验过程产生系统误差，进而使实验结果偏离科学事实。教具制作所依托的内容同样是符合科学原理的，探究过程体现的是与科学知识相统一的过程
［4］。教具改进应该体现科学性原则，这是教具改进的前提。
1.2 创新性
教具改进，是指在原教具基础上的创新，使其便于使用。无论是材料、原理，还是方法的创新改进，都必须依据课标、教材、学生的认知水平来设计，以确保改进教具能直观展现科学现象，有效辅助教学
［5］。因此，创新性是教具改进的核心原则。
1.3 一体性
在进行教具的创新改进时，应尽可能将多个实验整合，做到用一个教具便能完成所有实验，这样不仅可以降低实验操作难度，还能大大提升实验效率，进而促进教学效率的提高。因此教具改进应突出一体性原则。
1.4 实用性
改进教具的实用性体现在两个方面：成本的实用性和教学的实用性。成本的实用性体现在材料应低成本，如尽量使用生活中易获得、可重复使用的材料，不仅让教具贴近学生的生活，符合其认知特点，更具有环保属性，体现了可持续发展理念。对教具进行创新改进的目的是提升教学质量，将教具改得更加简便、实用，可以大大提升学生的学习效率，进而促进教学效率的提高。
1.5 安全性
实验安全是科学教育的基础和保障。在设计创新教具时，要保证教具无尖锐部分，以防学生在使用过程中发生意外事故；应确保所用元件无毒、无污染，不会损伤皮肤。教具改进应遵循整体安全性的原则。
2 “磁力大小”检测教具的创新改进
2.1 原型教具分析
教科版科学二年级上册所用的教具包含条形磁铁、蹄形磁铁、小钢珠、回形针、铁粉盒、塑料尺。“磁铁的两极”一课主要通过4个实验环节，探究磁铁磁力的分布规律。这一课的原型教具较为简单、基础，但过于零散，不方便随时使用。实验结论以感性为主，无法满足精准性，以及实现从定性实验到定量实验的转化。为此，笔者从实验材料、操作、结论等方面阐述教材原型教具的缺点。
（1） 材料选择难。建构“条形磁铁两端磁力大，中间磁力小”概念的难点在于观察回形针被吸引的先后顺序，这需要选用磁力分布均匀且不过强的磁铁，以及未被磁化的外包塑料皮回形针，以免影响实验结果。在利用铁粉盒观察条形磁铁的磁力分布时，同样要选取磁力分布均匀的磁铁，且铁粉盒中的铁粉要控制适量。因此，实验材料的准备较为繁杂。
（2） 实验操作难。学生观察条形磁铁吸引回形针先后顺序的关键是能否平推磁铁。虽然设计的测磁力卡能帮助学生操作，但二年级学生年龄较小，准确平推有难度，易造成较大的实验误差。
（3） 现象模糊，得出结论难。在观察条形磁铁吸引回形针现象时，可能出现与理论预期不符的实验误差。受操作技巧和材料特性的影响，实验现象可能表现为回形针被吸引的先后顺序与理论预期有所偏差。此外，低年级学生对实验误差缺乏认识，可能在观察过程中产生误解，认为两侧回形针同时被吸引，即表示磁力相等。
在探究条形磁铁磁力分布的实验中，学生难以直观观察铁粉的分布情况，且在判断磁铁各部位吸铁粉多少时易受多种因素影响，导致得出实验结论和构建知识框架时存在困难和模糊性。
2.2 创新改进教具的思路
为使教具同时兼容教材中多个关于“探究磁铁的磁极”的活动内容，笔者结合查阅的相关文献
［4-5］，并根据上述分析，决定采取的制作思路是将磁铁吸引铁球实验和磁铁吸引铁粉实验整合于同一个主支撑板的正反两面。
（1） 替换轻质材料：使用小钢珠（镀锌铁球）替代原计件数，减轻重量，降低磁化风险。
（2） 增设磁铁轨道：在主支撑板上设计轨道，使条形磁铁可以沿轨道下移，主动吸引铁球，提高效率。
（3） 整合铁粉实验：在主支撑板后设置铁粉实验区，实现材料一体化，简化操作。
2.3 创新教具的使用方法与创新点分析
（1） 整体展示。笔者将“条形磁铁两端磁力大，中间磁力小”的条形磁铁各部位吸引铁球的实验与“条形磁铁两端磁力最大，然后向中间逐渐减小，最中间磁力最小”的铁粉实验相结合，设计教具。教具示意图如
图1所示。
（2） 使用方法。教具正面为“镀锌铁球轨道”，用于条形磁铁吸引铁球实验；反面为“铁粉轨道”，用于条形磁铁吸引铁粉实验。
正面“镀锌铁球轨道”使用方法：①检查实验器材是否齐全，包括主支撑板、7条装有镀锌铁球（每条轨道4颗）的轨道，以及顶板上的条形磁铁；②将主支撑板向后旋转约30°，固定；③将条形磁铁平行放置于轨道最上方，双手扶住条形磁铁两端，沿着轨道慢慢向下水平移动，观察每条轨道吸取的铁球数量以及速度。
该实验主要是观察条形磁铁的各部位分别可以吸引多少个镀锌铁球，就能以镀锌铁球的数量间接衡量磁铁的磁力大小。由实验现象可以观测到——条形磁铁的两端吸引的镀锌铁球数量最多，磁力也就最大，初步定性磁极概念。
反面“铁粉轨道”使用方法：①检查实验器材，包括各铁粉管中的铁粉含量是否一致、铁粉管是否会泄漏、顶板是否有条形磁铁以及条形磁铁是否被固定住；②将主支撑板向后旋转约150°，直至铁粉管中的铁粉完全与条形磁铁各部分接触到，等待几秒时间；③将主支撑板再慢慢向前旋转约90°，固定；④等待几秒时间，观察各铁粉管上方靠近条形磁体处的铁粉含量。
该实验主要是观察条形磁铁的各部位分别可以吸引多少铁粉，以吸引铁粉的刻度数量格来衡量条形磁铁各部位的磁力大小。该实验比上一个实验更加微观，能够衡量较小的磁力部分。由实验现象可以观测到——条形磁铁两端吸引的铁粉数量最多，而从两端到磁铁中间，吸引的铁粉逐渐减少。因此，可得出条形磁铁两端磁力最大，越往中间磁力越小的结论，从而帮助学生定量建构磁铁的磁极概念。
将两条“铁粉轨道”合并：在上一个实验的基础上，将两条铁粉轨道进行合并，如
图2所示。等待几秒时间，观察实验现象。
观察该实验现象可以发现，当两条轨道合并后，相互靠近的两个条形磁铁G和A1吸引的铁粉会迅速掉落，合并磁铁组的两端A与G1吸引的铁粉最多，并呈现出自两端向中间逐渐减少的分布状态，从而帮助学生进一步完善对磁极可变性的科学认知。
（3） 创新点分析。
①实验一体化：该教具整合多个实验，实现了教学的一体化，增强了实用性。②操作简便化：该教具设计简单，易于操作，降低了实验难度，提高了教学效率。③定量化显著：该创新教具主要是将相对感性的观察，转化为理性、定量的科学探究。磁力大小被量化为吸引铁球的个数；磁力分布由铁粉附着区域的格数来表征。④材料选择优化：使用镀锌铁球代替回形针，方便计数且不易磁化。⑤安全性增强：教具设计考虑了学生的安全。
3 结语
随着我国科学教育政策的推进与新课程改革的深化，小学科学教具的创新改进已成为发展科学教育的必由之路。如今的教具不仅仅是一种教学的辅助工具，它还标志着小学科学教育教学方式的转变，以学生为主体的转变，更是践行“做中学”理念的重要举措，也是学生自己探索发现科学奥秘的第一步。
对小学科学定量化创新教具的开发与设计，让笔者认识到要重视创新性、科学性、非重复性、一体性、实用性等特点，遵循“确立课题—原型分析—现状分析—创新设计—应用实践—反思改进”的思路进行设计。笔者通过该思路开发了“检测磁体磁力大小”的创新教具，且经多次改进，在实际应用中取得了良好效果。在课堂中，教师引导学生亲手操作教具，经历从定量到定性再到定量的转化，逐层建构知识。一方面在“做中学”中深化了对科学知识的理解，另一方面锻炼了动手能力与科学表达能力。创新教具的运用，有效提升了课堂教学效率，激发了学生的学习兴趣。同时，教具的开发与使用过程也有效提升了总体教学质量，从而高效达成了教学目标。
2022年乐山师范学院思想政治教育研究中心课题“高校科学教育专业课程思政的路径探索”(SZZX202213)
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