自制實驗教具及思考

孟祥忠 王守國

〔摘? ? 要〕? 科學是人類在研究自然現象、發現自然規律的基礎上形成的知識系統，以及形成這些知識系統的認知過程和在此過程中所利用的方法。科學課程是實踐性很強的課程，教師需要帶領和指導學生開展各種活動，進行大量的實驗、動手操作等，需要為學生準備大量的活動器材和實物材料、自制教具等。內燃機的知識是在小學和初中學段科學課程中都有講述的內容，內燃機的一個工作循環都要經歷四個沖程，做功沖程是最重要的一個沖程。巧妙選用身邊生活中的材料自制教具，形象直觀地模擬內燃機做功沖程，既讓學生理解掌握了內燃機的做功沖程，又讓學生進一步增強了學習的興趣。

〔關鍵詞〕? 小學科學；內燃機；做功；自制教具

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 15? ? 058-060

觀察和實驗既是人類認識自然、研究自然的基本路徑，又是學習科學的重要方法，教會學生觀察和實驗，是科學教學的重要目標。直觀性是科學教學的重要原則之一，教具以它的直觀性在小學科學教學中起著非常大的作用。而自制教具是對現有教具的有效補充，在教學中有著不可估量的作用。

小學科學課是基礎教育課程之一，《義務教育科學課程標準》在核心素養內涵“探究實踐”部分中指出，利用工具和材料進行加工制作；用自制的簡單裝置及實物模型驗證或展示某些原理、現象和設想。這說明新課標為實驗教學提出了更高的標準和要求，為自制教具開創了新的空間。在科學課堂教學中，教師根據實際需要，對教具進行發明、創造、改進，會達到事半功倍的效果。

以下就以自制教具模擬內燃機做功沖程為例，把自己在教學中的點滴做法用文字形式表述出來，呈現給大家，愿和各位同行共勉。

一、自制教具的背景及意義

（一）課程對內燃機內容的安排

青島出版社小學科學六年級下冊第22課《科技改變世界》一節中，講到內燃機的出現為汽車、飛機的技術革新提供了條件。現在，內燃機廣泛應用于工業、農業等領域，在人們的生產、生活中發揮著重要作用。

上海科學技術出版社初中物理九年級全一冊第十三章第三節《內燃機》一節中，講到燃料直接在發動機氣缸內燃燒產生動力的熱機，叫作內燃機。內燃機中最常見的是汽油機和柴油機。內燃機的一個工作循環要經歷四個沖程，在爆破沖程即做功沖程中，缸內的燃料爆發性燃燒，高溫高壓的氣體迅速膨脹，推動活塞運動。

綜上所述，內燃機知識點在各個學段都有涉及，究其原因是內燃機在現代化生產生活中有著重要作用和廣泛應用。

（二）對知識點處理的常用方法

對內燃機的工作過程、工作原理簡單地、機械地講解。

利用結構簡圖進行講解。

播放內燃機的工作視頻，但是學生無法看到其內部的具體工作情況。

動畫演示內燃機的工作過程。

以上是教師在教學中常用的幾種方法，但都不能對內燃機工作原理進行真實的呈現，對于學生來說，也缺少一種眼見為實、身臨其境的體驗。

為了讓學生學懂、學通。筆者在充分講解內燃機工作原理、工作過程的基礎上，巧妙地選用生活中的材料自制教具，形象直觀地模擬內燃機做功沖程。

二、制作方法和流程

教具的結構組成：氣缸；活塞；啟動點火器。

所需的材料：塑料瓶、橡皮塞、酒精、壓動點火裝置、導線、縫衣針、雙面膠、木板。

（一）制作氣缸

取一只塑料飲料瓶（如圖1），容積大小500ml的即可，最好取質量較好、有一定硬度的塑料瓶來模擬氣缸。

在塑料瓶的底部粘貼雙面膠，然后，把其粘在一塊20cm×10cm左右木板上即可（如圖2），目的是固定塑料瓶，防止其在實驗操作中傾倒。

（二）制作活塞

取一只橡皮塞模擬活塞（如圖3），橡皮塞大小要能塞入塑料瓶的瓶口（如圖4）。

（三）制作點火裝置

取兩根1號縫衣針，每根長度約為7cm，（如圖5）。

取兩根兩端帶有鱷魚夾的導線（如圖6）。

壓動點火器從打火機上拆取（如圖7）。

將兩根縫衣針在距塑料瓶底部往上2cm的位置正對著插入塑料瓶，注意使針尖端保持3mm左右的距離（如圖8）。

將其中的一根導線一端夾在縫衣針在瓶外的位置上，另一端和大地接觸；將另一根導線的一端夾在另一根縫衣針在瓶外的位置上，另一端和壓動點火器的放電線頭接通（如圖9）。

（四）選取燃料

用95%醫用酒精做燃料（如圖10）。

三、演示操作過程

將粘有塑料瓶的木板置于平整的地面上。

在塑料瓶內倒入20ml左右的95%醫用酒精。

快速用橡皮塞塞住塑料瓶口，并輕輕晃動塑料瓶幾下（目的是在瓶內產生濃度足夠大的酒精蒸氣）。

快速檢查壓動點火裝置連接及位置情況是否符合要求，必要時做適當調整。

按壓點火啟動器（注意：人不要處于橡皮塞正上方，且要保持一定距離），瓶口的橡皮塞被頂出。

四、實驗原理及現象

按壓點火啟動器時，在兩根縫衣針尖端處放出電火花，瓶內酒精蒸氣瞬間劇烈燃燒，同時，隨著“嘭”一聲，瓶口的橡皮塞被頂出。

五、制作與創意說明

整體設計結構簡單，取材容易，所需材料都是生活中的常見物品，造價低廉。

用塑料瓶模擬氣缸，一是因為塑料瓶有一定的硬度和韌性，安全可靠；再一個重要的原因是塑料瓶透明，實驗現象可見，能對學生的感官產生較大的刺激，實驗效果好。

用橡皮塞模擬活塞，是因為橡皮塞有韌性，能夠塞緊瓶口，保證氣密性，增強實驗效果，而且在頂起及隨處下落時安全。

用95%醫用酒精做燃料，主要是因為95%醫用酒精揮發性適宜，不快不慢，在短時間內能保證瓶底有少量的液態酒精，瓶內還有大量的酒精蒸氣，能確保點火的成功率及實驗效果。

用打火機的壓動點火器點火，安全、可靠、可控、方便。

所示實驗演示內容符合實驗原理，實驗效果明顯，幫助學生既有效理解了科學知識，掌握了內燃機的做功沖程，又進一步增強了學習的興趣。

六、反思總結

經過對自制教具模擬內燃機做功沖程進行文字性描述以后，我對教具制作有了更深的認識，于此，我對教具制作進行了認真的反思，感悟和體會如下：

（一）自制教具的優點

教師根據實際需要，對傳統教具進行改進、創造、發明，會對教學效果起到畫龍點睛的作用。恰當地運用自制教具，能輔助學生形成感性認識，提高課堂感知效率；恰當地運用自制教具，能激發學生學習興趣和探究欲望，培養學生科學探究精神；恰當地運用自制教具，還能彌補傳統教具的不足，讓科學知識在實踐中更好地再現。而教具制作的過程實現了知識與技術的融合，既加深了教師對知識的理解，又培養了學生的動手能力和創新意識。

（二）自制教具靈感的獲得

自制教具需要有良好的素材，同時也需要教師有發現的眼光去獲取創作靈感。這就要求教師能做實驗教學的有心人：首先要關注科學課堂探究中的點滴細節。細節決定成敗，作為新課程背景下的小學科學探究教學，同樣需要對探究教學中的細節問題進行有效研究。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。其次要有效提高科學課堂的演示直觀性。科學課的探究教學需要學生的實驗探究，也需要教師的演示實驗。在教具數量較多或者教具制作方便的情況下，應盡可能地滿足學生探究實驗的需要。但教師的直觀實驗演示也是一種很好的教學手段，提高教具的直觀性也是自制教具的一個原則。最后要以探究實驗的難點突破為出發點。探究實驗是學生進行科學學習的有效載體。

（三）自制教具的構思與設計

自制教具的動機一是源于現有實驗設備短缺與探究過程有效生成的矛盾，二是源于教師對科學知識升華的需要。

《中國教育改革和發展綱要》中明確指出，中小學要由應試教育轉向全面提高國民素質的軌道。這就要求教師要轉向從社會發展需要出發，遵循人才成長的客觀規律，在傳授知識的同時，注重學生個性的發展和各種能力的培養，從而提高學生的全面綜合素質。自制教具是新時代教師需要具備的一項基本功，自制教具活動的廣泛開展，是培養提高師資隊伍素質的一個很好的途徑。在此倡導廣大教師努力掌握自制教具的本領，使自己的教學高效有趣。

【本文系山東省教育發展研究微課題“農村小學科學實驗教學的策略研究”的階段性研究成果，課題編號：FJ180】

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]中華人民共和國教育部.關于加強和改進中小學實驗教學的意見[S].北京：教基〔2019〕16號，2019.11.