小學科學設計制作課中對制作件標示刻度的實踐研究
——以《制作簡易溫度計》為例

倪偉軍

（浙江省杭州市蕭山區瓜瀝鎮長沙小學，浙江杭州 310000）

1 研究緣起

在試教《制作簡易溫度計》研討課時，教師在學生已經初步了解制作過程之后，嘗試讓學生自主思考，在簡易溫度計制作件上標示刻度以便可以利用簡易溫度計測試未知溫度的液體，發現學生難以理解刻度標示問題，導致課堂教學難以進行。

分析小學科學所有的教材會發現：較多的設計制作課都需要面對制作件標示刻度的問題，所以如何解決好此問題的教學是設計制作課當中至關重要的一部分。嘗試對《制作簡易溫度計》一課進行研究教學，歷經數次試教，試圖利用一定教學策略解決設計制作課中的制作件標示刻度問題。

1.1 教學案例分析

《制作簡易溫度計》一課共試教5個班級，回收到學習設計單共136份。

1.1.1 橫向整體分析

在回收學習單之后，筆者仔細的閱讀分析了每一位學生在學習單上的圖示和表達，將所有學生對于制作簡易溫度計的方法歸結為四種不同的類型，這四種類型表達了學生對此問題思考的不同深度。

1.1.2 毫無思維型（3份）

面對簡易溫度計的設計較少數學生表現出束手無策，在學習設計單上幾乎是空白的，沒有寫下或畫下任何自己的想法。

1.1.3 機械制作型（46份）

此部分占據了大量的學生，這部分學生只在設計學習單上記錄下了簡易溫度計的機械制作部分，對于如何標示刻度沒有表達自己的看法，可以說這一部分的學生也同樣是沒有思維的，他們只是懂得如何將一個簡易的不具備刻度的溫度計組裝好而已，并沒有深入思考刻度標示問題（見圖1～2）。

1.1.4 思考無果型（30份）

此類型的學生有思考到簡易溫度計需要標示刻度才行，但是沒有寫出具體方法。只是意識到刻度問題的存在，思考過此問題，但沒能夠提出具體的解決措施與方法。

圖1 機械制作型

圖2 思考無果型

1.1.5 具體方法型（57份）

這部分學生在面對溫度計標示刻度問題時，提出了自己具體的方法，在同類學生中算是思想比較深刻的了，但是學生們的方法可以說是五花八門，千姿百態。以下列舉3種主要方法。

方法1:將刻度尺放在小細管邊上，直接在細管上標出刻度。

方法2：將標準的溫度計和小細管放置在一起，將標準溫度計上的刻度畫到細管上 （將標準溫度計的刻度畫在紙上，然后貼上去）。

方法3：分別用簡易溫度計和標準溫度實測兩種不同溫度的水，然后根據標準溫度計的示數對其進行標示刻度。

在此類中的學生其實思考已經較為深入，先不去評論方法是否得當，但他們對設計制作件已經有比較完整的認識，知道制作過程，清楚器件的功能，能表達自我對于問題的看法（見圖3～圖4）。

圖3

圖4

2 縱向發展分析

從縱向發展上看，隨著教學設計的改進，對設計制作課中環節優化，問題進行聚焦，學生在面對制作件上標示刻度這一問題的思考是有所進步的。

設計學習單縱向整合分析見表1。

表1

第四次試教沒有回收到學習單，十分遺憾，從上課效果來看，通過不斷的試教調整，制作完成率較高。

通過表1的百分數據，可以清晰的看出毫無思維型，機械制作型，思考無果型的學生數在慢慢減少，具體方法型的學生數在增加。隨著試教次數的增多，教師慢慢把握住課堂難點，引導學生一同突破。

2.1 策略實施

2.1.1 設定科學情境，引導長時觀察

在設計制作課的課堂引入環節，教師嘗試利用簡單的教學物品，給學生創設合理的科學情境，引出課堂學習制作的主角，適時提供給各小組一份制作標準件，引導學生對標準件進行細致入微的長時觀察。只有在前期確保學生對標準件有深刻認識的基礎上，才能在后續的制作環節游刃有余，事半功倍。

2.1.2 設定合理的科學情境

[案例]《制作簡易溫度計》一課中，在課堂伊始教師向學生出示一壺溫度未知的溫水，給學生設定了一個簡單合理的科學情境。

師：老師這里有一壺溫水，溫度未知，我特別想知道它有多熱，你們有什么好辦法嗎？

生：用溫度計。（幾乎學生是異口同聲）

利用非常簡單的物品，創立場景，學生能夠帶著好奇心進行主動的思考，非常高效。

2.1.3 引導細致的長時觀察

[案例]《制作簡易溫度計》一課中，學生已經明確了對象——溫度計，教師開始引導學生對溫度計進行長時觀察并回顧復習溫度計的原理和使用方法。

師：用溫度計可以測量水溫是一個非常好的想法。那溫度計的原理你還記得嗎？

生：……（個別學生能夠說原理，也有一些已經遺忘）

師：請各小組仔細的觀察溫度計的各個組成部分，它們在測量時發揮什么作用。（分發溫度計，開始觀察）

設計制作課要做出合理的制作件，少不了對標準件的充分認識，倡導學生長時觀察，為本課的后續學習奠定基礎。

2.2 開展交流思辨，聚焦核心問題

工程類的設計制作課若想要在一節40 min的課內將所有的環節都進行的面面俱到，那是不可能的，若是勉強去追求整的一個設計制作流程，那無非是蜻蜓點水，淺嘗輒止，學生不可能有深入的思考，有思維的發展。所以，在設計制作課的課堂內教師一定需要課前研究教學內容，抓住核心問題，引導學生對其突破，尋求發展。

[案例]《制作簡易溫度計》一課中的核心問題就是如何用簡易溫度計去測溫，那么簡易溫度計上的刻度應該如何標示？為了節約課堂時間，使學生通過自我思辨，快速聚焦核心問題，教師采取了一定措施。

（1）通過閱讀科學導學作業本上的資料，學生了解簡易溫度計的制作方法。

（2）通過教師和學生的交流互動，學生明確制作過程中的關鍵點。

（3）通過標準溫度計和簡易溫度計的對比，問題引導，學生自我思辨，聚焦到簡易溫度計上如何標示溫度這一核心問題（見圖5）。

圖5

此課的歷經數遍教學，從實際情況來看，從創設情境導入到長時觀察標準溫度計再到簡易溫度計的刻度標示問題，整個過程進行的都較為順利，共用時12min左右。將大部分時間留出交給最核心，最復雜，最難以理解的簡易溫度計刻度標示問題的解決上，是對一節設計制作課強調重點突破某一個環節很好的理解。

在設計制作課中利用一定合理的方式方法將一些機械化的環節弱化，重點突出需要解決的關鍵問題，是此類課型有效的應對措施。

3 究其科學本質，巧用類比思維

類比思維在小學科學的教學過程中用到的不多，但它在解決本文制作件刻度標示問題上可以發揮莫大的作用。通過同類問題的思考，將相同的思維模式運用過來解決當前問題，發揮類比最大的功能。那么，哪些小學科學的內容可以和本文所要解決的問題進行類比呢？以下是分析小學科學3～6四個年段的課本后，羅列出的所有同樣具有刻度標示問題的設計制作內容，并且進行了詳細分析見表2。

表2 教材設計制作課中標示刻度問題羅列

類比1：利用標準力，對應標示力的刻度。

五年級上冊第四單元《運動和力》中第四課《測量力的大小》，學生在學習了力的測量工具——彈簧測力計之后，嘗試利用橡皮筋等材料制作簡易測力計，在簡易測力計上標示刻度需要標準的測力計。利用標準測力計測出物體的重力，將重物放于橡皮筋測力計上再次測量，并且標示刻度。

類比2：利用標準時間，對應標示時間刻度。

五年級下冊第三單元《時間的測量》中有較多的設計制作內容需要用到標準時間，例如第四課 《我的水鐘》，學生在了解了水鐘的工作原理特征之后嘗試制作能夠記錄一分鐘的水鐘（見圖6）。

圖6

機械制作部分比較簡易，可有多種不同的方法制作，問題在于水鐘上標注一分鐘時間的刻度，必須利用利用標準時間與水鐘共同對比進行刻度（時間）的標示。

類比3：利用標準質量，對應標示質量刻度。

六年級上冊第一單元《工具和機械》中第三課《杠桿類工具的研究》，學生習得了杠桿原理，對生活中的杠桿類工具進行了研究，嘗試制作小桿秤以鞏固杠桿知識，對制作的小桿秤標示刻度時需要利用到標準的質量，可以是用標準的秤稱得的質量也可以用標準質量的砝碼，稱量后在制作的小桿秤上標示刻度。

通過類比這種教學策略的實施，學生在分析刻度標示問題時就會擁有一定的思維模式，能在很大程度理解需要通過標準件和制作件同時對同一物體進行測量才能利用標準件來對制作件進行刻度標示。

[案例]《制作簡易溫度計》一課中，教師利用制作一分鐘水鐘的案例與簡易溫度計標溫進行類比，并且出示標溫時可以用到的各類材料，引導學生自主對刻度標示問題進行思考，設計方案，展示分享（見圖7）。

圖7

師：我們分析了一分鐘水鐘的制作方法，發現在對水鐘進行一分鐘刻度標示時是需要一個準確的時間作為標準的，只有在標準的時間對比下，才能對水鐘進行一分鐘水位線的標示工作。同樣的，面對今天我們制作的簡易溫度計的刻度標示，你有類似的想法嗎？

生：我們需要標準的溫度計來知道溫度。

生：標示溫度需要溫度計。

……

師：這是老師今天給大家準備的5種材料，通過和制作水鐘的類比，你能設計出在簡易溫度計上標示刻度的方案嗎？現在請思考完成學習單上的方案設計。

學生在此番類比之后，大部分人能夠有自己的標示溫度的思路，從學習單的反饋分析來看，最終試教的班級能夠獨立思考出具體標溫方法的學生已超過班級人數的一半（見圖8）。

圖8

不可否認，制作件刻度標示問題是難的，一開始大部分學生對此根本沒有思路，但是，找尋與此問題相關的類似制作，通過類比的方式是可以看到效果的。當然此類問題也是沒有先后之分，先制作學習過的內容可以為后制作的內容提供類比資源。

4 強化動手能力，拓展認知視野

設計制作課最主要的兩個部分：“設計”和“制作”，教師在課堂教學設計上緊緊圍繞這兩個核心點展開教學活動，為落實和突破難點問題進行了深入思考，在設計過程中解決刻度標示問題之后，必須重視學生的親身體驗，強化學生的動手能力，拓展學生的認知視野。

[案例]《制作簡易溫度計》一課中，在解決學生較難理解的刻度標示問題后，教師為確保學生在動手能力上的鍛煉，將整個制作過程以三字口訣形式給出，做到方便理解，簡易有效（見圖9）。

圖9

為了加深學生對于簡易溫度計的刻度標示認知方法，教師在課堂教學中也適當加入此問題的拓展知識。“我們利用與標準水銀溫度計同時放入水中測溫的方法制作了簡易溫度計的刻度，那么如果在沒有標準水銀溫度計的情況下，你還能標示刻度嗎？”

利用溫度上的特殊點：0℃冰的熔點，100℃水的沸點來去確定簡易溫度計上的兩個特殊的定點溫度，再平均分格確定其他溫度。拓展利用此方法可以在沒有標準溫度計的情況下，對簡易溫度計進行刻度標示。

5 研究總結

設計制作課中對制作件的刻度標示是一個具有極大挑戰性的問題，此類問題的特殊性決定在開展教學時需要講究一定的策略方法，只有這樣才能達到一定效果，通過以上對《制作簡易溫度計》一課中溫度計的刻度標示問題的研究發現，學生在這樣的教學策略實施下進行設計制作是具有一定發展的。

在科學概念上，學生能通過課堂情景回憶溫度計，掌握溫度計的結構,使用方法，工作原理等核心概念。對于熱脹冷縮這一原理可以清晰表達，并具有更加深刻的理解。學生通過類比學習理解刻度標示的方法，認識到設計制作課中制作件的刻度標示問題需要標準件的校對。

在實驗操作上，學生可以在理解刻度標示方法的基礎上，對制作件進行刻度的標示，并且能利用制作件對未知事物進行測量。對于設計制作有一定的理解，認識制作件的生產需要歷經復雜的設計和制作的過程，初步具有工程意識。

在科學態度上，學生在學習了《制作簡易溫度計》之后，對設計制作有自己的看法，引發對于刻度問題的思考，對刻度問題產生一定的興趣，能自主動手動腦學科學、用科學。

在科學技術社會環境上，學生通過對未知溫度液體的測溫工作，初步認識到科學技術在人們生活生產中發揮著一定的作用。

[1]小學科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2]喻柏軍.浙江省中小學學科教學建議案例解讀[M].浙江教育出版社，2015.

[3]萬嵩海.基于技術設計的小學科學教學[EB/OL].http://www.xxkt.cn/zhxk/2015/47609.html.