貧困地區小學低成本教具設計

劉祉祺 張若晨

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱150000）

同城市中小學教學相比，貧困地區教師在實際展開教學活動的過程中，需要面對教學資源相對緊缺的問題。要想激發學生對知識學習的積極性，實現對學生創造性思維、探究思維等綜合素質的培養，教具的應用就顯得十分必要。在這（轉下頁）種情況下，積極加強對低成本教具在貧困地區中小學課堂教學中的應用研究具有重要意義。

本課題的研究目的是在經濟有限的情況下，結合學齡期兒童的生理、心理發育情況，通過教具設計有效地提升農村學校的教學質量。本研究還通過訪談和觀察了解使用者相關情況，進行簡化結構設計，選用新材料，最大程度減少后續費用，降低教具成本，提高農村教學質量。

1 低成本教具在貧困縣區課堂教學中的應用價值

1.1 貧困地區學校教育現狀

我國是一個農業大國，全國在校中小學生1.69 億，農村約占75%[1]，中國農村正在從封閉型社會向開放型社會整體演進。“上好學”成為廣大農民最為迫切的要求，提高教學質量成為農村教學的重點。目前貧困地區小學教育有如下幾個現狀：

（1）“撤點并校”政策在一定程度上讓農村小學生享受更好的教育資源，但是也使得農村地區的學生因路途遙遠而無學可上。

（2）絕大多數貧困地區的小學規模小，內部設備依然較為簡陋。

（3）貧困地區的教師數量不足。根據《2016 年中國統計局年鑒》數據，農村地區小學數量約為城鎮地區的3.3 倍，而小學專任教師僅占比36%[2]。

1.2 教具應用價值

教具是講解說明某事物的模型、實物、標本、儀器等，是教育活動中必不可少的用具。對于年紀較小的學生來說，玩具和教具并沒有嚴格的差別定義。其應用價值體現在：

（1）有助于提升學生物理核心素養。促使學生逐漸形成持之以恒和實事求是的科學態度，對于學生形成良好的物理核心素養具有重要意義。

（2）有助于提升學生解決問題的能力。在組裝和使用教具的整個實踐過程中，可以鍛煉學生自身解決問題的能力。

（3）有助于營造良好師生關系。教師在引導學生使用教具并參與動手實踐活動的過程中，給予學生肯定與鼓勵，更好地營造學習氛圍，激發學生的學習興趣，拉近師生間的距離。

2 降低產品成本的方法

2.1“低成本”概念注釋

降低成本的設計是企業競爭優勢，技術發展的關鍵。低成本并不意味著低質量，有時還要求提高質量。“低成本”的含義除了包括價格低廉以外還有環保，也就是低生產成本、低使用成本和低環境成本。

本設計的出發點為降低消費者成本，但同時又兼顧降低了生產者成本和社會責任成本。

2.2 降低產品成本的方法

現代企業的任何一種產品從設計到獲利, 其成本貫穿于產品生命周期的全部成本發生過程。包括產品的生產、開發設計及產品銷售過程。在產品設計過程中, 要充分對設計方案進行比較, 對工程設計進行優化，對方案實行科學決策。所以從以下幾個方面考慮降低成本。

（1）從生命周期角度降低產品成本。

（2）從加工工藝角度降低產品成本。

（3）從原材料角度降低產品的成本。

（4）從運輸的角度降低產品成本。

3 設計方案

3.1 設計目標

通過對貧困地區中小學教育現狀、和兒童學習行為特點的研究，發現對于兒童性格行為培養極其重要的自然科學課在貧困地區學校不受重視，學校沒有條件充分開展自然科學教學活動。因此本設計針對貧困地區教學狀況設計一款適用于小學自然科學教學的低成本顯微鏡。

本設計遵循如下設計原則：

（1）材料環保原則；

（2）易維修原則；

（3）易運輸原則；

（4）使用場景多樣化原則。

3.2 設計方案確定

由顯微鏡出發分別考慮了幾個設計因素：低成本、小學生、使用場景，如圖1 所示。

因而，根據使用場景的不同，顯微鏡有不同的配件，如在室內使用時需要長時間的觀察需要支架，在室外使用時就可以舍去支架方便使用。該顯微鏡是光學顯微鏡，兒童觀察的物品基本都不是透明玻片，所以照明系統使用自然光源即可。

如圖1 所示，考慮到材料加工工藝以及產品結構，采用三棱柱的外觀，內部插入圓柱體的顯微鏡結構。本方案，用戶可以自行拼接產品，加深對顯微鏡結構的理解，同時還可以減小包裝體積，降低運輸儲存成本。通過對比分析，采用模塊化，拆分各個部件便于運輸、檢查，同時在安裝過程中學生也了解顯微鏡原理。經過草模型的推敲，如圖2 所示，結構合理。

圖1 方案草圖

圖2 草模型

4 設計實現

4.1 結構設計

（1）顯微鏡的組成

顯微鏡是由物鏡、目鏡和照明系統三個部分組成，如圖3 所示。物體經顯微鏡的物鏡放大成像后由目鏡放大以供人眼觀察[3]。

圖3 顯微鏡的組成

（2）顯微鏡簡化結構

圖4 所示，a 內部一共三組，5 枚鏡片，其中兩組是雙膠合消色差鏡片，都是專業的顯微鏡結構；b 是簡化過后的顯微鏡結構，內部一共3 枚鏡片，這些鏡片可以是相同的。在b 結構中上部（目鏡組）有兩個鏡片，靠近眼睛的鏡片較平的一側向外，另一枚鏡片，較凸的一面向上；下部（物鏡組）僅有一個鏡片較凸的一側向上。在目鏡組物鏡組下端要設置光柵以去除雜色的干擾，在2、3 枚鏡片的下面設置中心有3、4 毫米小孔的遮擋，這是獲得清晰度的關鍵。本設計將使用這種簡化過后的顯微鏡結構。

圖4 顯微鏡簡化結構示意圖

4.2 材料工藝分析

（1）玉米塑料

玉米塑料是一種安全、環保的生物可降解塑料，原材料是玉米淀粉。其機械性能及物理性能良好，相容性良好，是一種新型的可持續發展的材料。玉米塑料適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，具有高分子材料的基本特性。

（2）小麥秸稈材料

小麥秸稈或是淀粉等為原料，添加一些融合劑，融合劑多數都是PP 或是PET 這樣添加之后才可以達到產品成型[4]。其到本設計的顯微鏡的外殼，起到遮光、支承的作用，目鏡支撐和內部的部件都可以用小麥秸稈材料；玉米塑料可制成透明硬塑料作為底部支撐件。

5 教具設計評價

通過對教具展開設計評價，不僅驗證產品在教學層面的情感力量，更重要的是從人文價值角度確證產品在思想層面上構建一種平等與博愛的心理空間。就行為層面而言，該教具邊緣光滑圓潤，產品的性能、特定遷移元素、材料等方面符合《玩具安全》標準，且產品操作簡單、方便易用，增強用戶在使用過程中的愉悅感和滿足感，是一款科學可行的教具產品。就人文價值層面而言，主要包括以下四個方面：

（1）教育性：以自然科學課程為主導，充分表現了產品教育性的基本屬性。

（2）游戲性：教具以“探索”的方式展開訓練，巧妙融合了練習性游戲和科學游戲，這種極具互動性、體驗性、趣味性的游戲化學習方式充分驗證產品的實用性。

（3）具身性：在產品使用過程中，圍繞教具的組裝，涉及拿取、觸摸、放下等一系列的動作語言，學生的身體肢體動作、手部精細動作等被充分調動，具身認知特性在教學展開過程中動態的呈現。

（4）包容性：根據包容性設計所界定的“包容、平等、方便靈活”三個方面思考和確證產品在民主維度的目標和價值。

6 結論

小學階段是學生學習生涯中非常關鍵的一個階段，尤其對于孩子智力的培養尤為重要。這一階段是孩子性格等養成的關鍵時期，對學生今后的學習、性格、能力以及思想道德等綜合素質具有巨大的影響。

本設計通過降低產品成本使得農村學校、家庭可以負擔教學費用，與此同時培養孩子的學習興趣和探索精神、提升觀察力以及動手能力。同時，低成本產品降低環境成本，從生產到廢棄的整個生命周期中都不產生環境污染，對于地球生態環境有著積極的意義。