在今年10月份第68届德国纽伦堡国际发明展上，来自门头沟大峪中学的一个小小的锁头，从658项参赛作品中脱颖而出，占据了30个金奖席位之一。这个小小的3D透明锁，其实最初是大峪中学教师陶术研为了教学发明的教具。
如今，在北京的中小学中，不少教师发挥自己的聪明才智致力于教具改善，3D透明锁、温度传感器、磁场分布演示器、电磁秋千、巨型铁路分布图……“教具是教学过程的重要组成部分，好的教具无疑能让教学锦上添花，对学生掌握新知识、理解新原理、培养创新精神和团队精神都具有极重要的意义。”教育界人士表示。
3D透明锁 考验“观察法”
■发明人：门头沟大峪中学教师陶术研
陶术研是大峪中学创新人才发展中心主任，也是实践活动学科北京市骨干教师。说起3D透明锁的灵感，却是起源于和公安大学刑事科学技术学院教授的一次聊天。
“当时说起他们在课程中研究锁的结构时，通常是把锁剖开，但很不方便。”陶老师说，正好当时自己也正在思考设计一堂关于“观察法”的课程。
“观察法在语文、数学、研究性学习等各学科教学中，都是重要的学习方法，但观察法在具体教学过程中尤其缺少经典、有效的专用教具。”陶老师说，“我当时就想，锁在日常生活中常用，锁内的机械配合非常精密，在大人小孩眼中都很神秘。如果让锁的构造一目了然，能够自由拆卸，是不是能让孩子更有兴趣去观察呢？”
陶老师将目标放在了挂锁上。挂锁是比较传统的锁具，内部机械结构相对简单，对于孩子们来说理解起来比较容易。他最终确定用透明塑料制成透明锁，然后用3D打印技术制作锁芯、锁舌等主要机械部件，在透明的锁壳下，主要部件锁芯、锁舌、弹子、弹簧等部件一览无余，孩子们既可以多角度、动态观察锁具，还能够在钥匙插入锁孔后观察到锁内各部件之间的机械配合过程。而且陶老师还把锁设计成所有零件都可以拆卸，这样学生们就可以自己动手拆卸重新组装，将教具与玩具融为一体，提高孩子的学习兴趣。
一把3D透明锁，不仅成了孩子们用于“观察法”训练的好帮手，而且还一路过关斩将在北京市乃至全国科学创新大赛中崭露头角。今年10月，陶老师带着他的教具参加了世界三大发明展之首、有“小诺贝尔奖”之称的德国纽伦堡国际发明展，最终夺得金奖。“现场许多参赛作品都很高大上，我们的作品装在兜里就来了，开始还以为没戏呢，”陶老师自豪地说。
温度传感器 呈现“水加热”
■发明人：丰台区长安新城小学教师张瑞
烧开水，是人们生活中常见的举动。水怎么就开了呢？对于小学生来说，是一门科学课程。
丰台区长安新城小学科学课教师张瑞自制了一个教具——温度传感器，这个实验教具的尝试，让“水的加热”这堂课变得不一样。
“热水的温度变化，是科学课堂令人纠结的一个实验。传统的水加热课程，需要学生用水银温度计测量，读数不够精确，还得有专人负责计时，然后根据测量结果绘制简单的曲线图，再根据曲线图去分析，一堂课下来，学生就忙着记录这些数据了，很难塌下心来观察加热本身……”张老师想到了传感器。传感器能够自动记录数据，如果能够通过一种方法，将温度测量的环节用传感器自动生成，既增加了温度测量的准确性，也能释放孩子们的课堂时间。
在张老师的设想中，这个温度传感器包括探头，通过USB数据线与电脑连接，再加上软件记录、分析、生成曲线图。可是软件的编程却难住了张老师，最终又找了外援帮忙才最终完成这个设想。
此后张老师的“水加热”课程就变成了这样：酒精灯和烧杯放置好，将传感器探头固定在水中，连接电脑，加热，由电脑自动记录水温变化，而孩子们则着重观察水在加热过程中的变化：起泡、白气、沸腾……再生成温度和时间的曲线图。通过大量实验数据的对比分析和交流，使学生对水温的变化有了深刻的认识。
因为采用了更精密的测量方式，孩子们通过实验还发现了一个问题：“为什么水沸腾的温度达不到100℃？”张老师说，这又给孩子们打开一扇窗，她还会给孩子们讲解大气压、海拔与水沸腾的关系，而这些都是传统水银温度计测量条件下很难呈现的效果。
张老师的温度传感器教具获得了2016年北京市基础教育系统自制教具展评一等奖。而更让张老师高兴的是学生使用这一教具的反应都很不错。“将孩子从枯燥的记录中解脱出来，短短一节课时间里，能让孩子们腾出时间在思维上做更多训练。”
巨型铁路图 操场上学地理
■发明人：朝阳区北京中学教师王娟
在朝阳区北京中学，上过王娟老师的地理课，学生们都有不一样的学习视角和前所未有的新鲜感。
在很多学生看来，学地理无非就是书本上那些枯燥的地图和知识点，对学生们来说只是死记硬背，缺乏想象空间，更不可能频繁地走到户外去直观感受。“尤其是在上铁路分布课程的时候，往往只能看着课本上的地图给学生讲五纵三横，学生也只能枯燥地背诵京沪线、京九线以及沿线城市，学习效果并不理想。”思考很久之后，王老师决定尝试把地图放大，而且要放大到“让学生动起来”。
一不做二不休，王老师把地图放大到近50平方米的大小，把地图铺设在操场上，学生可以在地图上边走边学。和A4大小的课本相比，这个地图足足放大了700多倍。
首先遇到的困难就是找图。高清版的中国铁路地图并不好找，王老师托了好几个朋友最后下载到了高清图，找到打印社喷绘了一张巨型地图。“折叠起来有书包那么大，几斤重，得两个人一起抬着走。”记得巨型地图第一次亮相的时候，上课铃一响，王老师说今天的地理课在操场上进行，同学们哗然了；当王老师把巨型地图展现在同学们面前的时候，同学们惊呆了。中国主要的铁路线以及一些支干线全印在地图上，京广线要走上四五步才能到，每踩一步就走过一个城市，走的过程中就记住了京广线的所有沿线城市。
王老师还把所有同学“撒”到巨型地图上，分头寻找铁路枢纽，让学生自己设计成都行、港澳行、沙漠行等从北京出发的线路，学生们趴在地图上要用彩色胶带贴出标记，最终设计出最佳铁路出行线路。
有了巨型地图，同学们的学习兴趣明显提高了，每次上地理课就像上体育课一样高兴。王老师也在尝试拓展巨型地图的功能，逐步将山川河流、工业农业等知识融汇到地图当中。
