STEAM理念下自制教具提升實驗有效性探究

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，“倡導(dǎo)以探究和實踐為主的多元化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實踐的過程”。而STEAM教育提倡培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、批判性思維以及與人溝通的能力，因此，基于STEAM的教育理念下小學(xué)科學(xué)的探索很有必要。自制教具能提升科學(xué)實驗有效性，改變教師的教育理念和教學(xué)方式。本文以粵教科技版二年級下冊第8課《不倒翁》一課為例進(jìn)行說明。

一、提升科學(xué)實驗有效性

自制教具從無到有，從有到優(yōu)，比現(xiàn)成的教具有更大的優(yōu)勢，是為特有的教學(xué)目標(biāo)量身打造的，有利于引導(dǎo)學(xué)生在探究實驗中靠近關(guān)鍵問題思考，積極主動地探究，更好地為探究實驗服務(wù)。要注意所采用的材質(zhì)、規(guī)格的大小、教具的外觀、色彩的搭配等。

執(zhí)教前，教師利用3D打印機制作了一個超大號圓形作為不倒翁的身體， 用輕黏土加工成不倒翁的“香腸”大嘴巴和小眼睛，用一個舊的車輪當(dāng)帽子（如圖1）。當(dāng)這個造型特別的不倒翁一出現(xiàn)在課堂上，馬上吸引了學(xué)生的注意力，這符合低年級學(xué)生在感知事物時首先關(guān)注事物的大概輪廓與整體形象的心理發(fā)展特點。

在學(xué)生的好奇心、求知欲高漲的一刻，教師按倒不倒翁，不倒翁立刻恢復(fù)直立，并沿著底部的圓弧來回運動，順勢拋出對不倒翁的探究目標(biāo)：“不倒翁為什么不倒？你能從它的樣子上發(fā)現(xiàn)秘密嗎？”于是，四人小組進(jìn)行探究活動，通過看一看、摸一摸、想一想，找出不倒翁的外形特點——底部是圓弧形的。教師追問：“底部是弧形的對它的‘不倒’起什么作用？”提供底座是正方形的小木偶，學(xué)生通過觀察對比，得出結(jié)論：弧形為不倒翁提供運動的軌跡。

不倒翁包含了杠桿原理、摩擦力等知識，不過，低年段科學(xué)課的重點不在于科學(xué)知識的講授習(xí)得，而在于培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣、正確的思維方式和學(xué)習(xí)習(xí)慣，激發(fā)他們愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。

不倒翁可愛的外觀，材料的循環(huán)利用，形狀的可塑性強等，都是教師投射在不倒翁上的STEAM理念，自制教具讓課堂充滿了童趣，引導(dǎo)學(xué)生提出有價值的問題，激發(fā)學(xué)生探索的欲望，更好地達(dá)到科學(xué)實驗探究目標(biāo)。

二、突破科學(xué)實驗的重難點

小學(xué)科學(xué)課與其他課的重要區(qū)別之一是，學(xué)生要通過動手做來學(xué)習(xí)，比如，做實驗、制作模型、觀察、測量、種植與飼養(yǎng)。

低年段的學(xué)生動手能力尚未成熟，對工具的運用不熟練，難以獨自完成作品制作，在制作不倒翁這一環(huán)節(jié)上，確定和固定不倒翁的重心，如果沒有任何的輔助工具，只靠肉眼來判斷，是難以成功的。為了突破這一難點，教師事先利用CORELDRAW畫圖軟件、激光切割機技術(shù)，制作了一個輔助工具“中心定位器”（如圖2）。

在1號板子的中心有個圓環(huán)底座，底座固定圈直徑和高度與乒乓球嵌入部分吻合，如圖3，AB為直徑，H為高。把切除球冠的乒乓球放在圓環(huán)底座上，再把2號板子穿過1號板子的柱子，將乒乓球固定。此時，3號模塊的圓片可以上下移動，調(diào)整圓柱體的高度與切除球冠的乒乓球一致，在圓柱底端沾上顏料，通過2號板，讓3號板的圓片壓在2號板上，這樣3號模塊的圓柱就垂直地在乒乓球內(nèi)部點上記號，這個記號就是乒乓球的中心點，也是不倒翁的重心。

定好中心點后，教師讓學(xué)生用橡皮泥把一個鐵螺母粘貼在中心位置，并插上一根牙簽，在牙簽上標(biāo)出乒乓球的高度，以牙簽為中心進(jìn)行填充，讓學(xué)生猜想究竟需要多少橡皮泥，才能讓不倒翁擺動的幅度最合適。經(jīng)過分組探究，學(xué)生得出的結(jié)論是橡皮泥的高度為乒乓球高度的一半，橡皮泥的數(shù)量比1包多，比1包半少，這樣比例的不倒翁效果最理想。通過猜想、探究歸納得到的實驗結(jié)論，在解決科學(xué)問題同時，發(fā)展學(xué)生縝密的數(shù)學(xué)思維和探究意識，實現(xiàn)了科學(xué)課程與數(shù)學(xué)課程的滲透。

三、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

課本上給出的例子只有做個帽子、畫個笑臉，這樣淺層意義上的外觀包裝，并不能真正激活兒童的創(chuàng)新能力。因此，我嘗試用紐扣電池、二極管、電工膠布等材料，用電工膠布把二極管粘貼在紐扣電池上，這對于二年級的學(xué)生來說是可以獨立完成但又并不容易的事（如圖4、5、6）。二極管的長腳和短腳對應(yīng)紐扣電池的正負(fù)極，當(dāng)二極管亮起來時，學(xué)生會驚訝于科學(xué)的奧秘，迫不及待地親身體驗，讓自己的不倒翁亮起來。

用這樣的閃亮的二級管來裝飾不倒翁，學(xué)生的作品變得豐富多樣，創(chuàng)作熱情被點燃，實現(xiàn)了作品的藝術(shù)化、多樣化。

四、延伸實驗有效性

對于“不倒”這一知識原理，我們可以做進(jìn)一步的應(yīng)用，延伸到課外一個很有趣的現(xiàn)象：用一根牙簽撐起兩個叉子。這是個重心問題，與不倒翁的重心原理是相似的，“二叉一簽”應(yīng)視為一個“整體”，其重心恰好就在牙簽的接觸點的正下方，形成了力的平衡現(xiàn)象。

課后，教師把視頻和圖片資料發(fā)到家校群里，讓家長和學(xué)生一起探究這個有趣的現(xiàn)象，借助家庭的力量，擴寬作品的深度、廣度、寬度，深化創(chuàng)新意識，延伸STEAM創(chuàng)客理念。對給出的材料、信息，學(xué)會從不同角度、不同方向，用不同方式去分析和解決問題，是創(chuàng)造性思維的一種主要形式，教師要善于選擇具體例題，創(chuàng)設(shè)問題情境，精細(xì)地引導(dǎo)學(xué)生的求異意識。

責(zé)任編輯 魏文琦