小學科學自制教具的研發

金亞軍

新課程改革以來，小學科學教學堅持以培養科學素養為教育宗旨，以探究為核心的教學理念。但在平時的教學中，教師常常會發現科學教材中存在實驗缺陷和教具短缺的情況，直接影響教學的有效推進。自制教具是科學教學中值得長期研究的重要教研活動，是教師對探究實驗的一種提煉和思考，更是教師對探究實驗的一種改進和拓展。自制教具在實施中充滿研發多重策略的選擇問題。小學科學自制教具的研發要堅持從科學教學的高效達成出發，吃透教材的同時進行創意思考、設計生成、制作完善，最后通過實踐進行檢驗。

一、吃透教材——提供自制教具的原理保障

自制教具是實現科學課堂有效探究的必要補充，必須根據教材提供的科學原理進行研發。因此，自制教具的有效實施必須對教材做一個全方位的探究和思考，這是自制教具有效實施的客觀前提。吃透教材能為自制教具活動打好有效鋪墊，這是一個始終如一的探究過程。教師要在教學過程中沿襲細吞慢咽的原則對教材進行不同層次的思考和探索。

1.初讀教材

教師要讀懂教材設置的基本實驗現象，除了教材的基本布局外，對教材文本和圖片，教師也要做到心中有數。同時，教師要全面理解教材設置的科學概念，這是探究實驗的成果目標，明確基本概念中蘊含的科學原理尤為重要。此外，教師要在現象和概念間建立一種聯系性思考，思考實驗探究活動中傳達的科學信息及其與概念的合理性。

2.細讀教材

教材的細化研讀有利于理清教材細節。教師要思考實驗操作和科學概念的有效銜接，讀懂和理清教材中實驗器材設置的重難點。

3.反思教材

實驗設備的完善是無止境的。教師要帶著科學教學的精神，吸取實驗成與敗的經驗，反思實驗的合理性和高效性，學會質疑教材，分析成敗原因，找準實驗設計的突破點。

4.拓展教材

教師要抓住實驗關鍵，不斷思考、勇于推進、積極嘗試更為有效的實驗探究方式，關注細節、突破難點、有效演示、有效概念等都是進行自制教具的切入點。

二、深化教學——醞釀自制教具的動力支持

對科學教學的思考和拓展是自制教具的源動力。教學中有許多未知領域值得我們去探索和追求，對探究實驗中的腳手架——實驗器材進行有效研究，將有效促進科學教學的發展。

1.目標定位

我們要像科學家一樣學習科學，教學的內在深度和廣度就會得到不斷的拓展和延伸。教師要以探究為核心，貫徹小學科學新課程的先進教學理念，面向全體學生，努力提升自身的科學素養，成為一個研究者，更好地引領課堂教學。

2.課前醞釀

教學設計要切合學生的學習心理，以科學探究為核心。教師在每次上課前要進行下水試驗，找準實驗的成敗點，進行前期思考。此外，教師要注重創新思考，在設計、取材和制作上巧花心思，實現實驗的合理性和有效性。教師要以課堂濃厚的探究味、研討味和趣味化為目標，把握學生的學習心理和課堂教學氛圍，傾聽學生的呼聲。

3.課時生成

在教學中，教師要善于發揚個性，對科學教材進行靈活處理，營造輕松、有趣、高效的課堂氣氛。教材導入部分要切合主題，注重生活化與趣味化，充分調動學生的生活經驗，激發他們探究的欲望。教師要以問題為線索，以有結構材料為鋪墊，引領學生有效思考和跟進。在設計環節，教師要引導學生進行有效醞釀、制訂計劃、思考材料、引出實驗材料和實驗細則。在實驗環節，教師要調動學生個體和小組的積極性，確保實驗的安全與效果；進行實驗后，教師要注重實驗單的整理和研討，以生生或師生的研討為基礎，提煉探究活動的內在價值。

4.課后延伸

基于科學課堂，教師應引導學生向生活領域拓展。小論文、小制作、小發明等創新社團都是學生探究和思考的平臺。對自制教具來說，教師要反思實驗器材在課堂中運用的有效性，從實驗的高效、便捷和簡約性等角度進行思考和突破。

三、創意思考——引發自制教具的靈感生成

發現問題比解決問題更重要。自制教具的研發源于課堂且高于課堂，鎖定探究實驗的教學困惑進行針對性的思考是自制教具的前提。如何挖掘自制教具的問題生成是自制教具的重要內容。

1.關注科學課堂探究中的點滴細節

現有教具在教學中出現的細節性缺陷，尤其會影響實驗的高效達成時，就會讓教師產生自制教具的靈感。關注細節、鎖定細節、突破細節是自制教具靈感獲取的必要途徑。

自制教具：便攜式電路檢測器（教科版小學科學四下“電”）

關注問題：

我在講授“導體和絕緣體”一課時，學生完成對指定材料的檢測后，在他們開始檢測教室材料時意外地發現學生拿取電路檢測器很不方便，有的組將電路檢測器握在手心，有的組是兩人分工檢測。

策略思考：

如何設計便攜式電路檢測器，經過思考和研究，我從學生佩戴的兒童玩具手表中受到啟發，形成將電路檢測器安裝到玩具手表上的創意。

自制教具：白糖加熱實驗改進版（教科版小學科學六下“物質的變化”）

關注問題：

白糖加熱實驗要求學生必須戴上安全手套，手持金屬湯匙用蠟燭給白糖加熱。但在教學中會發生意外，加熱中的液態糖會濺到學生手上。

策略思考：

教師可以制作支架固定金屬湯匙，并在多種材料中進行篩選和改進。經過反復試驗和改進，我決定利用三腳架邊緣，將鉛絲彎折，繞成一個湯匙架，解放雙手，提高實驗的安全性。

2.有效提高科學實驗的直觀演示性

實驗的直觀演示是一種很好的教學手段，如何提高傳統教具的直觀演示性也是自制教具的靈感源之一。

自制教具：磁懸浮列車教具（教科版小學科學三下“磁鐵”）

關注問題：

磁懸浮列車教學往往表述磁極原理，通過環形磁鐵進行同極相斥的實驗探究，但是微型實驗教學不能自然地遷移到大型的磁懸浮列車。endprint

策略思考：

指向設計一個較大的磁懸浮列車模擬效果。我最終從小孩子的強力磁鐵中受到啟發，購買了一個2cm×1cm×0.2cm的強力磁鐵，重點解決強力磁鐵的拼裝難題，經過近2個月的努力終于完成磁懸浮列車模型的搭建。

3.以探究實驗的難點突破為出發點

教師在教學中不難發現配套教具總會存在一些難點問題，導致很多實驗達不到要求的精準性，操作麻煩。實驗的難點突破是自制教具創作的重要源泉。鎖定難點、突破難點是教具制作的重要路徑。

自制教具：小纜車時速測量裝置（教科版小學科學五上“運動和力”）

關注問題：

我在進行測試“拉力大小與小車的運動關系”的實驗時出現了下列操作難題。

（1）計時動作需要專門訓練，浪費時間。

（2）由于小車從起始點到終點的確認僅靠經驗來感覺，計時數據精確性差。

（3）小車沒有專有行駛跑道，容易偏離直線跑道，導致行程變長，干擾數據的可信度。

策略思考：

解決這些技術難題的關鍵是秒表的計時工作，我在對秒表研究時意外發現秒表計時開關可外接，可以在秒表外并聯接出起始開關和終點開關。攻克起始開關和終點開關的設計制作難題后，我又制作了小車導向軌道和終點開關內金屬滑道，至此小車運動快慢測量裝置的設計和制作方案就浮出水面。

自制教具：數字化輪軸原理器（教科版小學科學六上“工具和機械”）

關注問題：

在輪軸的實驗探究中，我發現教材設計中存在一些難以克服的難點。

（1）輪軸原理缺乏足夠的說服力，按照教材的方式操作只能實現兩倍和三倍輪的實驗效果。實驗次數不多，影響結論的有效性。

（2）輪軸的組裝及砝碼懸掛較為繁瑣。

策略思考：

如何實現集成化實驗效果一直是我思考的重點。最初的時候，我想用一到五倍的輪進行組合，但是制作既麻煩又費材料。能否進行簡單、有效的實驗設計？于是，我將多輪進行合并，采用單平面結構，用畫圓的方式繪制五輪圈，在五輪圈橫向直徑交點處設置掛桿，輪軸面左側掛桿掛砝碼，右端掛桿用掛線連接可移動電子稱，實現輪軸實驗數字化、簡約化與高效化的實驗效果。

自制教具：數字化物體穩定性檢測器（教科版小學科學六上“形狀與結構”）

關注問題：

《建高塔》一文的教材設計是塑料瓶大頭朝下則穩定，瓶口端朝下就不穩定。在做“上輕下重穩定性好”的實驗時，在塑料瓶底盛放沙子或水，我們可以得出“底部加重穩定性好”的原理。但是這樣的實驗顯得有些粗糙，用手指撥動僅僅獲得粗略的感覺，缺乏實驗的嚴謹性和科學性。

策略思考：

解決方案的設計靈感來自實驗中用手撥塑料瓶，可以設計用擋板代替手，用螺桿旋轉推動擋板移動，在擋板上設計移動桿和指針刻度盤，以數據的方式配合呈現。設計大小、輕重模塊，作為標準實驗模塊，從而實現實驗的標準化。

4.緊緊圍繞科學概念的有效生成

科學概念是科學探究活動的結晶，既是探究的結果和目標，又是探究活動的主線。教學具是學生建構有效科學概念的載體，使科學概念以實證的科學方法來演繹。關注實驗器材對科學概念的有效達成，成為改進和開發自制教具靈感的重要來源。

自制教具：體驗版與數字化撬棍原理器（教科版小學科學六上“工具和機械”）

關注問題：

杠桿教學中將撬棍翹石頭作為導入，杠桿尺作為原理探究的載體。但是撬棍翹石頭對現代學生來說比較陌生，學生沒有體驗的機會，教材設計變得空洞乏味。在整理杠桿平衡原理所得的數據時，學生很難發現其中的規律。

策略思考一：

為了解決有效體驗的問題，最初的方案是教師在教室里提供實物體驗，但準備繁瑣，存在一定的危險性，之后想到可以在實驗桌上進行體驗。于是，我決定將支點設計為滑道移動式，重物盒可放不同數量的砝碼，用長塊合頁固定在底板上，設計一個多功能、高效的體驗版撬棍原理器。

策略思考二：

如何解決實驗數據整理難的問題，經過思考，緊緊圍繞撬棍進行延伸和拓展，我認為可以在撬棍用力點一端掛取砝碼，阻力點一端用電子秤進行數字化顯示，將阻力點向上的力量利用下端的定滑輪轉化成向下的力量，再用手提電子秤顯示，數字化撬棍原理器的靈感模型就出現了。

四、設計生成——促進自制教具的方案完善

自制教具的創作靈感是成功的開始，在靈感雛形的基礎上教師要努力做到精益求精，不斷完善、反思、改進與突破，巧用圖紙。自制教具的設計方式因人而異，有很多種，但在設計環節要遵循簡約高效的原則，努力達到事半功倍的效果。下列是自制教具設計環節中的階段性示意圖（見圖1）。

教具的構思要遵循針對性研究的原則，在遠景目標指引下，逐個擊破，步步為營。同時，教師要養成先重后輕、首先攻關核心技術的設計要領，然后再研究附加難題，這樣就可以少走彎路。設計方案要堅持從設計草圖，到圖紙的改進細化，再到圖紙完善的路線。教師應在有效反思中，不斷推翻和修正，直到形成精準圖樣為止。

在設計環節，教師要進行有的放矢的多維思考。突破核心技術是關鍵，此外還要考慮制作的可行性，基于簡單有效的原則進行核心技術的試驗。此外，教師也要考慮選材和經費。自制教具的選材可以在商店、商業城或網絡上購買。學校歷年積累下的閑置教具也可以變廢為寶。同時，這一環節要為教具的制作環節做好準備。教具制作的總后臺是設計者，要堅持自主制作、外援參與的原則，在教具制作中要和木工、鐵匠工和油漆工等及時聯系，建立長久合作的關系。

五、制作完善——實現自制教具的有效制作

預先周到的設計和精確的圖紙描繪為教具制作指明了方向。材料的構思與預設基本成型，制作的可行性也應進行明確安排。endprint

（1）檢查設計圖樣：制作前必須對設計圖紙進行排查，確保圖紙的成品效果。檢查的問題有：圖紙結構原理的正確性、圖紙尺寸的規范性、材料選擇的有效性及制作加工的合理性。

（2）準備制作工具：常見的工具有剪刀、老虎鉗、尖嘴鉗、螺絲刀、金屬焊接器及各類膠水、膠帶等粘合劑。非常見工具，如電鉆、拋光機、簡易車床等。對制作工具，教師要做到心到手到，注意積累操作經驗。

（3）預設制作材料：教具的取材設計環節主要是安排和采購，遵循物美價廉的原則，可以在一般小店、商場、商業城購買，或者網上購物。在采購前，教師要列好清單，購買時一目了然。

（4）統籌制作步驟：首先制作關鍵技術部分，再對其他附加難題進行制作，制作中要及時查看和修正，確保質量，進行統籌安排。

（5）自主有效制作：堅持自力更生為主，把圖樣記在心里，努力將其變成實物，把握各個環節。在制作時，教師要控制尺寸和形狀，及時進行試驗。

（6）聯系外援制作：有些環節要求助于外援，如木工、鐵匠工、油漆工等。教師要做好有效指導，和外援做好交接，明確交代制作要求，及時商討，尋找最佳制作方式，建立良好的合作關系。

（7）組裝美化教具：對教具的外形進行美觀設計，如顏色、裝飾涂裝等。

六、檢驗應用——優化自制教具的使用效果

自制教具的試驗是一個必要環節，自制教具的應用是最終的歸宿。自制教具要進行實踐性檢驗，在教學應用中不斷完善和提升教具的價值。在自制教具的預設功能下，教師要有的放矢地進行反復試驗，收集和記錄數據，或借用儀器檢測，在應用中比對實驗數據和實驗要求的達成度，在展示和交流中征求學生的意見和看法。

設計的檢驗：設計環節的檢驗為有效制作的實現奠定基礎，只有經過有效試驗才會推進教具的科學設計，教師要基于先重后輕、逐個擊破的原則，及時進行檢驗、整理、思考和改進。

制作的檢驗：堅持穩扎穩打的原則進行及時檢驗，使制作過程更為順利。教師應堅持從核心技術出發，進行附加技術的檢驗，壓縮次數，提高效率。

后期的檢驗：教師要對教具進行多次實驗操作，做好實驗記錄，整理和比對預設效果，及時進行教具的調整，直到達到設計要求為止。

課堂的應用：教師需要將自制教具預設在教學方案中，針對教具的使用效果，進行多方位的分析和評價，檢驗操作的便捷性、實驗的直觀性與簡約性，針對出現的問題，進行深入的設計和改進。

（作者單位：浙江省杭州市蕭山區朝暉小學）

（責任編輯：孫建輝）endprint