日照觀測儀的制作與應(yīng)用

科學(xué)課程要求，教師帶領(lǐng)學(xué)生開展各種活動，需要為他們準(zhǔn)備大量的活動器材和實(shí)物材料，自制教具、學(xué)具。自制教具是教師和學(xué)生根據(jù)課程需要通過周邊的事物制作出來可以用于日常教學(xué)使用的教具，其應(yīng)用性會高度符合課程的重難點(diǎn)，因此自制教具在科學(xué)課上應(yīng)用得越來越廣泛。有學(xué)者對廣義的教具的描述為，在教學(xué)過程中使用的自然物或社會產(chǎn)品；對狹義的教具的表述為，各類教學(xué)活動專門設(shè)計(jì)制造的物品。[1]在教具制作前，教師與學(xué)生的共同探究，能拉近兩者間的關(guān)系，營造良好的教學(xué)氛圍；在制作中，教師與學(xué)生的合作，能讓學(xué)生感受到科學(xué)與生活的密切聯(lián)系；在制作后，教師與學(xué)生的總結(jié)交流，能讓學(xué)生感受到科學(xué)知識的奧妙。自制教具在日常教學(xué)中的頻繁使用有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，共同推進(jìn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)的發(fā)展水平，打造優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)課堂。

現(xiàn)以四年級《陽光下的影子》中制作日照觀測儀為例，介紹教師和學(xué)生合作完成自制表具的開發(fā)和使用。

一、搭建自制教具，聯(lián)系課堂與生活

創(chuàng)意的靈感源于生活，科學(xué)的知識也離不開生活，學(xué)生會在不經(jīng)意間發(fā)現(xiàn)許多有趣的生活現(xiàn)象，也會腦洞大開，展示出非一般的想象。在日常教學(xué)中，學(xué)生往往會誤以為課程知識與生活之間有相對的距離，教師可以利用自制教具來將課程知識與生活聯(lián)系起來，提高學(xué)生對課程的投入程度以及快速地讓他們進(jìn)入科學(xué)探究的狀態(tài)中，讓他們既對事物有著自己的見解也保持對事物的好奇心。

在《陽光下的影子》一課中，我們最先使用的是日影模擬器，通過手電筒與紙張快速制作一個(gè)簡易的模擬器，通過觀察木棒影子的位置變化，推斷出太陽在天空中的位置變化。但隨著科學(xué)探究活動的深入，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)諸多不必要的因素會影響到模擬器的使用效果，如手電筒是否與紙張垂直面平行，在不平行的時(shí)候有可能出現(xiàn)木棒影子的長度會比原來的長度長或者短；紙張相對柔軟，在折疊角度時(shí)難以統(tǒng)一控制，而折疊角度的大小會造成實(shí)驗(yàn)的偏差。

為了獲得與實(shí)際效果相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們需要考慮的是如何減少不必要的誤差。在整個(gè)模擬器的使用過程中，最大的誤差來自學(xué)生對模擬器使用的多樣化，也就是人為因素。因此，如何減少人為因素成了關(guān)鍵。在實(shí)際生活中，學(xué)生會聯(lián)想到工廠為了減少誤差最直接的辦法是使用機(jī)器來代替人工，用機(jī)器解決人為因素的方法就占了絕大部分。在搭建機(jī)器的過程中，教師與學(xué)生共同設(shè)計(jì)，有利于提高學(xué)生的參與度，使課堂氣氛活躍，提高知識的應(yīng)用度。如在設(shè)計(jì)好不同的模擬器外形之后，可以利用在校的第二課堂時(shí)間利用激光切割對板材進(jìn)行切割。在教具的開發(fā)過程中，學(xué)生充分“動”起來，以愛好為驅(qū)動力，在知識的道路上不斷探索。做出第一代教具之后，學(xué)生內(nèi)心會有巨大的成就感，這也是對科學(xué)知識的滿足和自己學(xué)習(xí)能力的肯定。

二、使用自制教具，建構(gòu)課堂實(shí)驗(yàn)

在課堂中通過對自制教具的使用，也能凸現(xiàn)出教師教學(xué)過程中的多樣化。教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式可以是多樣的，教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容采用不同的教學(xué)方式與策略，讓學(xué)生將探究式學(xué)習(xí)與其他方式的學(xué)習(xí)充分結(jié)合起來，以獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。不同設(shè)計(jì)的自制教具表明了學(xué)生對于知識點(diǎn)的理解程度，教師可以因此掌握教學(xué)進(jìn)度，適時(shí)改變教學(xué)策略，和學(xué)生一起突破教學(xué)重難點(diǎn)。

第一代教具，很大程度地解決了人為因素對于測量結(jié)果的影響，可以在圓弧軌道中模擬出太陽在天空中位置的變化，此時(shí)觀察木棒影子的長度變化會更符合現(xiàn)實(shí)。在圓弧上有相應(yīng)的時(shí)間刻度，是學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)結(jié)合科學(xué)知識總結(jié)出來的。雖然太陽東升西落的軌跡變化并不是半圓軌跡，但是科學(xué)研究表明這個(gè)過程實(shí)際的距離是變化不大的，可以用半圓來表示，而弧度上的刻度也與生活中的時(shí)間所對應(yīng)，能更好地反映出每一時(shí)間段上木棒影子的長度。這樣的設(shè)計(jì)能讓學(xué)生更好地收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

三、改進(jìn)自制教具，反思課堂構(gòu)架

有學(xué)者認(rèn)為，英國的科學(xué)教師都認(rèn)為自己制作的起電盤比學(xué)校配送的感應(yīng)起電機(jī)的教學(xué)效果更好。[2]合適學(xué)生的才是最好的，隨著科學(xué)探究活動的深入，不斷地改進(jìn)教具才能適應(yīng)不同的知識環(huán)境。自制教具是學(xué)生接觸科學(xué)知識的載體，有了這個(gè)載體，知識的應(yīng)用將不再遙不可及。

隨著第一代教具的深度使用，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的缺乏，既然剛開始的設(shè)計(jì)就是以機(jī)器代替人工的方案，何不再增加智能控制模塊以實(shí)現(xiàn)全智能的模式呢？自制教具的設(shè)計(jì)是以學(xué)生的認(rèn)知為基礎(chǔ)的，設(shè)計(jì)不應(yīng)超出學(xué)生現(xiàn)有的知識范圍，不然會陷入知識模糊的困境。隨著第一代教具深度使用以及新知識的應(yīng)用，學(xué)生會基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的層層分析，得出改進(jìn)自制教具的優(yōu)化方案。第一代教具需要用人工來照射木棒，使用久了手臂很累，因此，學(xué)生可以用不同的方案去解決問題，而教師只需在適當(dāng)時(shí)候引導(dǎo)即可。例如，在學(xué)生無法使用智能方案時(shí)，教師可以提議使用scratch編程方案解決智能化問題，也可以讓學(xué)生將設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在自動化燈光照射和驅(qū)動系統(tǒng)當(dāng)中。這些解決方案都是以學(xué)生所接納的知識為主，教師的作用只是引導(dǎo)學(xué)生再次使用該知識。學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識時(shí)，會使其對課程產(chǎn)生濃厚的興趣。

四、提升自制教具，拓展課堂理念

科學(xué)課程承擔(dān)了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重任，注重使學(xué)生保持與生俱來的好奇心，發(fā)展學(xué)習(xí)科學(xué)的潛力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。創(chuàng)新精神的培養(yǎng)能讓學(xué)生推陳出新，快速地應(yīng)用各種知識；而實(shí)踐能力的培養(yǎng)是讓知識有了用“武”之地，不再只停留于課堂之中。通過自制教具能更好地培養(yǎng)學(xué)生這兩種基礎(chǔ)能力以適應(yīng)未來的社會生活。

在不斷地完善日照觀測儀的設(shè)計(jì)中（如圖1），教具會愈發(fā)地趨向于功能化，并兼顧外觀的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的功能與外觀設(shè)計(jì)是同等重要的。

提升教具的應(yīng)用價(jià)值需要不拘一格地拓展學(xué)生理念，以開拓的態(tài)度放眼于知識的海洋，以開闊的胸襟去接納不同的科學(xué)知識，在知識的交匯中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（作者單位：聶錦新，廣東省東莞市黃江鎮(zhèn)第二小學(xué)；莫春榮，廣東省東莞松山湖中心小學(xué)）

參考文獻(xiàn)

[1]劉濟(jì)昌.教具理論研究導(dǎo)論[M].北京：教育科學(xué)出版社，2011.

[2]王岳.英國小學(xué)的科學(xué)教育[J].課程·教材·教法，1992（12）.