自制教具在小學科學實驗教學中的應用

小學科學教學以探究活動為核心，實驗教學的深度實施關系到學生科學素養的提升。教師使用自制教具輔助教學，能提高學生的學習熱情和興趣，加深他們對所學知識的理解，實現通過“制教具”促進學生“智增長”的目的。

自制教具在小學科學實驗教學中的應用主要體現在實驗過程的探究上，突出重點、突破難點、聚焦要點，能讓學生更加直觀地觀察實驗過程，激發他們的學習興趣，讓他們主動參與，提升科學實驗教學效率。

一、借助增材制造，突出重點

小學科學是一門以實驗為基礎的自然科學，學生往往通過實驗探究獲取相關數據，發現科學規律。但有些教學內容比較抽象、枯燥，而小學生的抽象思維較弱，常出現對知識難以接受、不易理解的狀況。自制教具能變抽象為形象，降低觀察的難度，不僅讓學生易于理解，還能激發他們的學習興趣。

《相貌各異的我們》一課中，對于不同性狀的特征組合，教材先圍繞“耳垂是否緊貼臉頰”“平發際還是V發際”“舌頭能否向內彎曲”“下顎是否有溝”“大拇指能否向外彎曲”這5個性狀組織學生觀察，再讓他們通過身高、體重、頭發、膚色等推測不同的性狀組合，得出“有無數種組合可能”的結論。但在本課學習過程中，性狀的組合結果只能通過數學的計算方式獲取，學生不能直觀地發現不同性狀組合后的相貌究竟是怎樣的。對六年級學生來說，這種僅存在于頭腦中的抽象思維顯然難以支撐“不同性狀組合有無限種可能”這一認識，而自制教具“遺傳與變異‘相貌’組合研究模型”就很好地解決了這個問題。

如何讓學生從抽象到具象認識“相貌各異的我們”的原因？我們借助3D增材制造技術，采用一男一女的正面肖像作為親代相貌（如圖1），選擇“發際”“眉毛”“眼睛”“鼻子”“嘴巴”這5個可旋轉的人臉性狀拼件，采用旋轉法進行性狀重組。學生只需撥動操作桿，即可將臉部的不同性狀進行組合。如學生選擇移動“發際性狀”操作桿，其他相貌性狀不動，可以獲得兩個不同的相貌；選擇移動“眉毛性狀”操作桿，其他相貌性狀不動，也可以獲得兩個不同的相貌。以此類推，一套簡單的器材，可以拼成32種不同的相貌（如圖2），能幫助學生建構“人的相貌差異是由于相貌特征的不同性狀表現引起的，性狀特征的不同組合造就了多樣的生命個體”的科學概念。此外，學生還通過將后代不同的相貌與親代正面肖像進行比較（如圖3），發現“生物的多樣性”的重要原因之一是遺傳和變異。這為“相貌差異跟遺傳與變異有關”提供了實證。

本教具化抽象為具象，有效地提高了課堂教學的效率，讓學生在活動中提升思維能力，對“性狀組合”“遺傳與變異”有了更深的理解。

二、巧用生活素材，突破難點

四年級《運動的小車》一課涉及了“能量”，不少學生對能量已經有了一定的感性認識，且已經在使用“能量”這個科學詞匯，他們知道發光、發熱的物體是有能量的，也聽說過光能、水能、風能等，但在認知中還沒有關于“能量”更概括性的概念。

本課要求學生通過木塊被撞擊后運動的距離來判斷小車的能量大小。這對四年級學生來說很難理解：為什么木塊被撞擊后運動得越遠，小車的能量就越大？把能量的大小與速度大小關聯起來就更加困難了。同時，物體速度大，能量就大，這一結論對于學生來說不夠直觀，他們難以觀察現象。

怎樣突破這個難點，讓四年級學生既能使用“能量”這個科學詞匯，又能理解能量與速度之間的關系呢？街頭拳擊游戲的力量測試儀給“能量與速度多功能一體數顯測試裝置”的開發與使用賦予了靈感：學生戴上拳擊手套，用力擊打測試儀，測試儀能顯示出拳的速度和力量。如果能把這個原理應用到教具上，學生對能量和速度之間的關系的認識難題就能迎刃而解。

本教具的材料與工具包含：秒表、雪弗板（寬12厘米，厚1厘米，長約1米），數顯推拉計，電路配件（導線兩段、銅箔1米、觸發開關兩個、回形針兩枚），強力磁鐵，小車，棉繩，墊圈，鉤碼，滑輪，膠水和膠帶等（如圖4）。

小車從不同坡度的斜坡上行駛下來時，會撞擊數顯推拉力計和秒表，記錄下測試儀和秒表上的數字。這樣，學生就能分析出能量與物體速度之間的關系（見表1）。

本教具材料簡單、制作方便，提高了“能量與速度的關系”實驗的科學性和有效性。學生通過改進后的實驗直觀地觀察到能量的大小與變化，通過數據分析能量與速度之間的關系，有效建構了“速度大，能量大；速度小，能量小”的科學概念。同時，它還借助了數顯和觸發器技術，避免了某些人為的因素對實驗結果產生影響，讓測試過程中的一些變量得到很好的控制，使探究實驗更具操作性、便捷性、精確性，最終達到化解教學難題、提高教學效率的目的。

三、捕捉孩子興趣，聚焦要點

在學習“營養要均衡”內容時，學生通過中國居民膳食指南（膳食寶塔）大致知道了一天中飲食應該要遵循的原則，但他們如果沒有真正理解均衡飲食“吃什么、怎么吃、吃多少”，學習和生活就會割裂為“兩張皮”，達不到學以致用的目的。為了讓學生從小養成均衡飲食的習慣，把科學學習成果應用到生活中，我們結合學生愛玩的天性，設計開發了“營養與健康”主題的多功能桌游卡牌教具（如圖5、圖6）。

本教具采用學生喜愛的桌游卡牌模式，將教學內容融入卡牌游戲當中，聚焦“吃什么、怎么吃、吃多少才算飲食均衡”的問題。通過觀察和使用多種多樣的食物卡牌，學生更直觀地了解食物所包含的營養，認識食物所含的熱量多少以及售價。通過游戲過程中對卡牌的分析和組合，學生深刻理解和實踐了均衡營養的理念，認識了食物熱量與健康的關系，樹立了成本意識，提高了分析、整理、統計等方面的能力。

本教具創造性地使用了科學教具中很少見的桌游卡牌形式，還特別增加了事件卡和功能卡，讓游戲內容更豐富，趣味性更強。本教具設計了1種基礎玩法（熱量的攝入和營養均衡）和3種進階玩法（熱量限制、成本限制、熱量和成本雙限制），形式多樣，極具挑戰性。桌游卡牌便于學生帶回家使用，克服了該學習內容時間跨度長的難題。

結語

通過研發教具并應用于實踐，我們有效地突破了實驗教學中的重難點，解決了實驗教學中的實際問題，提高了學生學習科學的興趣。合理使用自制教具不僅能提高學生的動手能力、創造力、觀察力和思考能力，促進他們有效學習，還能加深他們對科學原理的理解。

參考文獻

[1]黃國勝.自制創新教具解決實驗教學中的疑難問題[J].小學科學，2022（06）.

[2]俞旭.現代教育技術助推實驗教學的有效性[J].科學大眾（科學教育），2013（07）.