爱实验的发明高手

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爱实验的发明高手
   来源：上海教育    作者：官芹芳 施成




几张小纸片，几根细铁丝，几枚回形针，这些不起眼的东西到了蔡文学手里，就能变成展示物理现象、揭示物理规律的实验器具，产生出奇制胜的实验效果。正是有了蔡文学这位“巧做实验”的高手，上海市嘉定二中的物理实验教学搞得有声有色，不仅教材上规定的实验能改进到更好的效果，即便是教材上没有的实验，教师们也能方便地加以演示。这与当前中学物理实验教学面临的现有实验装备难以取得满意的实验效果，以及教师乐于以虚拟实验代替动手实验的现状大相径庭。在蔡文学二十多年的教学生涯中，他始终坚信“物理是一门实验的科学”，要用丰富的实验把学生领进物理这个神秘世界。

兴趣与工作的完美结合

模拟彩虹实验、水果电池实验、光的干涉与衍射实验、能量穿梭机……这些从字面就能让人产生好奇的实验装置都是蔡文学利用课余时间完成的小发明。一说到这些小发明，蔡文学就会兴奋。我们刚一见面就先被邀请去参观他的这些“宝贝”。在靠墙而立的一面5米多长2米多高的展示柜里，满满地摆放着蔡文学平时因上课需要而随手制作的各类小实验。他拿出一个用硬纸条粘成的“山”字形教具，指着上面三根竖立的长短不一的纸条，向我们演示它的用途：“我想叫哪根纸条摆动哪根纸条就会摆动。”果然，随着他手摆动的幅度不同，随之摆动的纸条也不同。“这说明的其实就是共振的频率问题。”说着，他又拿起一个“迷你”教具：一根细铁丝绕成一个高约5厘米的底座，在绕圈中倒插入一根火柴。“这是一个小火箭的模型。点燃火柴，它就能向上飞去。学生很喜欢这个实验，而且他们还对实验进行了改造。我原先只用一根火柴，他们想到用三根火柴。经他们这样一改造，小火煎飞得更高了。”这些小制作虽然毫不起眼，但是从蔡文学的现场演示中，我们不难想象它们在课堂上的效果。

最近蔡文学接了个特别的任务——制作200个挂壁实验。所谓挂壁实验，就是把小实验设计成挂在走廊墙壁上的装置，让学生方便地在玩玩试试中观察物理现象，思考物理规律。挂壁实验是蔡文学首创的，嘉定区教育局得知后，觉得这一实验形式很有价值，希望能够将其辐射到更多的学校，向蔡文学提出制作出200个挂壁实验的要求。“现在已经做好了28个，准备今年做到100个，明年再做100个。等完成之后，这些挂壁实验要拿到各个学校巡展，打算每周展出5个，一个学期差不多20周，两个学期40周，刚好展出200个。”虽然一大部分挂壁实验尚未出炉，蔡文学说起来却是丝毫不含糊。

当记者问他：“要做这么多的创造发明，会不会也有觉得痛苦的时候？”蔡文学笑着反问道：“怎么可能会痛苦？这就是我的兴趣。我小的时候就喜欢自己动手做各种各样的小东西。”正是因为一直保持着对小制作的兴趣，在蔡文学成为物理教师后，他总是想方设法自己动手巧妙地设计一些小实验，通过妙趣横生的实验教学，帮助学生更好地理解物理知识，掌握物理规律。经过一段时间的积累，他将自己设计的各种小实验汇编成册，并由上海科技出版社出版，书名就叫《巧做实验》。

发明创造紧贴物理教学需要

在物理教具制作领域，蔡文学小有名气。在各类相关的创新作品展评活动中，蔡文学和他指导的学生不仅是常客，而且也是获奖大户，他们的创造发明共获得过47项发明专利、45项实用新型专利以及8项外观设计专利。尽管如此，蔡文学并没有过多介绍哪个作品获了什么奖，他只是向我们描述说：“我们把这个拿去参赛，人家看了都说很好。”

蔡文学一直有一个观点：“创造发明的目的是转化成产品，而不是为了得奖。”事实上，我们在参观中所看到的实验仪器，有不少已经是教学仪器生产厂家根据蔡文学原创的制作生产出来的成品，其中有一部分已经进入市教学装备部的教学仪器装备目录单，今后将配备到每所中学。对此，蔡文学很是自豪，“中国目前的专利转化率仅为5%，而我们嘉定二中的专利转化率已经达到50%”。

为什么会有这么高的专利转化率？蔡文学告诉记者，这是因为他有一个得天独厚的优势。生于1960年的蔡文学，念中学时，正逢“学工学农学军”的大潮，蔡文学到工厂学工3年。这段特殊的经历让他对工厂的制作流程非常熟悉，知道怎样的设计才能适合工厂的生产，自己平时在设计小制作的时候就会比较注意，尽量避免做出一些工厂无法生产的实验装置。

而更重要的一点在于，蔡文学对自己的创造发明有着非常明确的定位，那就是始终围绕物理教材，紧扣物理教学的需要来进行设计。“跟中学物理有关的实验还有很大的空间可挖，目前各个学校已经配备的实验装置其实只是很小的一部分，他们对简单易用的实验器材有着潜在的需求。”蔡文学还留了一个心眼，只要有教具类的展会，他都会去瞧瞧，悉数记下又出来了哪些新的教具，回来之后他就会避免再去设计类似的教具，因为“创造就是要做出人家没有的东西来”。
在指导学生进行物理小制作时，蔡文学也特别强调与中学物理教学的密切联系。高二学生丁逸君在他的指导下获得数项国家专利，他制作的矢量合成演示装置貌不惊人，却可以做到夹角角度、矢量大小均可变，为相关内容的课堂教学带来了极大的便利。

学校给了我宽松的环境

蔡文学2000年从哈尔滨来到嘉定的一所中学任教。在一次活动中，作为评委的时任嘉定二中校长吴晶，看到蔡文学的《巧做实验》一书，便对他产生了浓厚的兴趣。通过多方努力，最终在2005年将其引进到嘉定二中。其实，吴晶对蔡文学“一见钟情”，根本原因在于吴晶的教育理念中非常重要的一条是“勿离手”物理小实验理念，并已在嘉定二中形成浓厚的物理学习和探究的氛围，蔡文学的加入，无疑能进一步强化这一特色。

现任嘉定二中副校长的周礼邦也是物理小制作的主力成员之一。我们到物理实验室时，周礼邦正在往一个平时常见的10ml口服药液空瓶上缠胶带。等我们参观完物理展示厅出来，他已经做好了两个实验器具——一大一小两个装满水的饮料瓶中，各有5个10ml空药瓶高低不一地倒浮在水面。周礼邦边说边演示：“这就是一个握力器。你看，每一个小药瓶上标着不同的重量。用力一握，2千克的沉下去了，再用点力，4千克的沉下去了。其实原理很简单，就是一个压强的变化。这个大瓶给男生握，女生就握这个小瓶。”事实上，嘉定二中物理小制作的各类获奖作品中，不少就出自周礼邦或是他指导的学生之手。

现任嘉定二中校长周凤林也是物理专业出身，他对物理小制作的观点非常鲜明：“动手是动脑动口的最高表现形式。”他充分理解物理小制作的“大”价值，所以尽可能地为蔡文学创造条件。一方面，他把物理小制作作为学校物理展示厅的有机组成部分进行布置和展示，另一方面，他从时间、地点、资金上给予大力支持，创造宽松的氛围。目前，蔡文学只担任“物理小制作”拓展课的教学，其他时间全都用来进行小制作、小实验的创造发明。每当有新的创造发明需要申请专利时，学校会承担所有费用。对此，蔡文学非常感慨：“上海比我聪明的人多得多，但是我相信，能有我这么好的条件来进行创造发明的应该不会多。我倒希望能多一点。”