基于自制學具的初中科學探究式教學探索

周新平

（浙江省江山城南中學，浙江江山 324104）

心理學研究表明：如果我們對環境是熟悉的，就會產生一種親切感，同樣的，學生做實驗用的材料是生活中常見的物品，就會產生一種親切感，這樣可以提升興趣，對理解知識就會帶來很大的便利，就可以在自制學具過程中體會到快樂，對挖掘資源、培養思維能力、探究能力會有較大的幫助，做到“知行合一，學以致用”。

1 學生利用學具進行科學探究的必要性

現實中，僅靠學校實驗器材，很難滿足學生的需求，抑制了學生的個性與特長發展，自制學具就顯得很有必要。此外，新一輪課程改革的總趨勢是由知識立意轉向能力立意，注重培養學生動手實驗解決實際問題的能力，這在近幾年的中考中也體現得比較充分，無論是應用、探究，還是運用規律來解決現實問題，自制學具已經成為科學學習中必不可少的一部分。所以指導學生進行自制學具就顯得必要。

以下以《水的浮力》教學片段為例做簡要說明。

1.1 傳統教學方法

（1）教學程序：要求學生觀察手按礦泉水瓶—歸納結果，學生觀察。

總結得出：礦泉水瓶在水中受到浮力，且浮力的方向向上。

（2）簡析：學生通過看教師的演示和短暫的現象，可以得到結論，那如何讓學生認識浮力產生的原因，掌握和理解浮力的大小與排開液體多少的關系呢？

1.2 學生自制學具的探究式教學

（1）教學程序。

要求學生：制作學具—分析討論—動手操作—歸納結果。

學生用礦泉水瓶制作如圖1 所示的浮力感受器，用手按乒乓球，用鉛筆畫出礦泉水瓶中水上升的多少與乒乓球浸入水中多少的關系，同樣可制作圖2 中浮力產生原因的解釋器，通過下面的一次性杯子中有無水(上面容器一直有水)，可以顯示浮力的產生是由于物體受到液體上下壓力存在差值（見圖2）。

圖1 浮力感受器

圖2 浮力原因解釋器

（2）評析。

礦泉水瓶和乒乓球的組合，看似簡單，但可以突出現象，幫助學生理解浮力與排開液體多少的量上關系。這樣處理，不僅達到教學效果，而且浮力產生的原因也迎刃而解。

該案例中，學生能夠主動參與到實驗中。實驗容易完成，激發了興趣，思維能力也得到了很好的鍛煉，彌補了學校實驗室器材的不足。

2 自制學具在學生學習科學過程中的作用

筆者在近兩年浙教版新教材的教學實踐中，通過對實踐及調查學生的自制學具有效性進行研究，發現它有如下作用。

2.1 可以激發學生學習科學的興趣

如對新進初中的學生布置制作學具，制作一份精美的書簽、一個筆筒、放大儀器、溫度計等（見圖3、圖4）通過各類小制作，讓學生提前接觸將要學習的科學知識，也為以后的課堂教學提供素材。激發他們學習科學的興趣，實踐證明這種方法非常有效。

圖3 書簽

圖4 筆筒

2．2 制作學具，拉近了學生與社會生活的距離

新課程標準中指出：“科學源于生活應用于生活。”利用學生在生活中積累的經驗。如利用日常器具（如礦泉水瓶、吸管、紙盒等）做實驗，學生利用飲料瓶和香味食物等器材，制作一個蟑螂捕食器（見圖5），真得讓飲料瓶“活”起來。使生命活動調節的學習“活”起來，學具取材于學生的實際生活中。不僅可以提升學生的環保理念，還可以讓學生真正理解科學確實來自生活等優點。

圖5

2.3 制作學具，提高了學生的動手操作能力

學具的制作，使學生主動參與了實踐過程，很顯然會提高他們的實驗與動手能力，在整個過程中還會促使他們主動了解器材的操作要領。例如，過濾器的設計和制作（教參建議：把重點放在實驗操作的過程中，結合生活經驗，學習沉淀、過濾的原理）。對照學校的實驗裝置（見圖6），通過對比，使對比評價能力可以提升，會對規定器材的使用更加熟悉。

圖6 簡易過濾器

2.4 制作學具，可以更好地提升思維能力

《義務教育教科書科學教學參考書》指出，“教學時，要遵循學生的認知規律，重視學生獲取知識的思維過程”。這里強調了思維能力的培養。筆者在《電動機》一課教學中，直流電動機的組裝從磁鐵到線圈，從線圈到換向器，再轉化整個電路的連接，讓學生動手操作設計，對于降低難度有很好地幫助，整個過程的完成很好地鍛煉了學生的思維能力（見圖7）。

圖7 組裝電動機

2.5 制作學具，提升了學生對科學知識的理解

著名教育家G·波利亞，有句名言：“發現問題比解決問題更重要。”也就是說，自己探索發現理解更深刻，自制學具便是解決從抽象到具體的很好的辦法。如電路的連接是一個重要的基礎知識，也是一個難點，特別是女學生更感到難以理解。筆者就在課前布置自制手電筒，或者說怎樣讓小燈泡亮起來，然后利用他們連接好的電路，分析電流怎樣流動來認識連接方法，從簡單到復雜，從而加深對知識的理解（見圖8）。

圖8 自制手電

3 基于自制學具的初中科學探究式教學實施

自制學具如何能更好地發揮它的作用除了時間和精力，還需要把握以下3 個細節。

3.1 重視教師在制作學具過程中的指導作用

自制學具并非是不要教師的指導。當學生在設計上、方法上、安全上感到困難時還是要進行指導。如“自制小噴泉”實驗。怎樣使它噴得更遠、更安全？失敗了，原因是什么？怎樣加深對原理的理解?加以指導就會減少盲目性，增加有效性，對（流體流速越大壓強越小）理解會更為深刻（見圖9）。

圖9 自制小噴泉

3.2 把握好學生制作學具的時機

如何讓學生感受到自制學具是一種需要，是提高有效性的關鍵。

簡析：如課本中的蒸餾實驗。在講解實驗前，讓學生自己去做，實驗器材多，操作起來不方便，讓他們感受到需要簡化，提醒他們參觀農村里的釀酒過程，激發他們的興趣，讓他們有自制的欲望，以發揮他們的創造力和想象力。

3.3 學具的制作要別具匠心

考慮學生的年齡特點，有利于學生對事物的觀察和對知識的理解體驗。

（1）制作學具，透過現象揭示其本質。

在以往實驗教學中，實驗器材都是教師直接提供的。讓學生自己制作學具，不僅可以豐富學生對事物外觀的觀察，而且有利于培養學生的實踐能力。如學習長度測量時，筆者就讓學生自制一把 “20 cm長，最小刻度為0.2 cm”的刻度尺。制作過程如下:步驟①在硬紙上畫一個長20 cm，寬1 cm 的長方形，如圖10 所示。

圖10 步驟1

步驟②從長方形的左邊量起，每隔2 cm，畫一條豎線，如圖11 所示。

圖11 步驟2

步驟③將每一格進行10 等分，每等份長度等于0.2 cm，寫上長度，如圖12 所示。

圖12 步驟3

當學生自制過刻度尺以后，對刻度尺的量程和最小刻度就有了較為深刻的感性認識，知道記錄讀數時，為什么是記錄到最小刻度的下一位？也為“量筒、溫度計、托盤天平、測力計、電流表”等儀器的使用，做好了知識儲備。

（2）提供多樣選擇，增加實踐的空間。

在自制學具相對熟練了以后，可以改變方式，讓學生選擇儀器或裝置，組成較為復雜的實驗裝置，完成某種探究活動，真正做到學以致用，活學活用。例如，給學生如圖13 所示的氣體發生裝置和收集裝置，請學生回答以下問題，并完成有關的科學實驗活動。

圖13 氣體發生裝置和收集裝置

①實驗室利用C、E 組合，可以制取______氣體；寫出所制取氣體的反應方程式______；裝置C與裝置B 相比，有何優點______？。

②G 裝置具有廣泛的用途：

A 集氣：收集某種氣體，若需要利用裝置G 由a端進入，則可推測該氣體具有什么性質？。

B 如要收集較為純凈的氧氣，可以先將裝置G灌滿水，再將氣體由______（填“a”或“b”）端進入？

C 儲氣：若要將儲存在G 中的氧氣排出，水應從___（填“a”或“b”）端進入？

D 氣體或液體到底從a 端進還是從b 端進，與瓶中的的氣體或液體的______（填“密度”或“溫度”）有關。

愛因斯坦說過：“結論幾乎總是以完成的形式出現在讀者面前，讀者體會不到探索和發現的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程，也很難達到清楚地理解全部情況。”所以教師要首先“動起來”，引領學生“知行合一，學以致用”讓學生從制作中體驗到探究的樂趣，在探究中提升創新能力，從而提高學生科學素養。