實驗儀器創新促進小學生科學素養的提升

于立冬

摘 要：實驗儀器創新是一個常態工作，是提高科學探究效率的保證。不僅如此，3D技術的成熟為實驗儀器的創新提供了可能和保障。技術的支持、儀器的創新，促進了小學生科學素養的提升。

關鍵詞：科學素養;科學探究;探究效率;儀器創新;3D技術

《義務教育科學課程標準》指出：“科學探究是人們探索和了解自然、獲得科學知識的重要方法。以證據為基礎，運用各種信息分析和邏輯推理得出結論，公開研究結果，接受質疑，不斷更新和深入，是科學探究的主要特點。”由此可見，科學探究是培養學生科學素養的主要方式。

科學探究的特點決定了科學教學活動需要時間。然而，低年級學段（1～2年級）每周1課時，中年級學段（3～4年級）每周2課時，高年級學段（5～6年級）每周2課時，這點時間，對科學活動的開展就有些捉襟見肘了。時間的桎梏，完成每課時的教學目標成為奢望。因此，只能從教師充分地備課、完善的教學設計和實驗儀器創新來提高學生科學探究的效率。

“工欲善其事，必先利其器”，完美的教學設計是基于實驗儀器的。由此可見，實驗儀器的創新是推動科學探究效率的關鍵。創新無處不需要，尤其科學探究中，只有如此，才能擁有適合學生探究的實驗儀器，提高學生探究的效率。因此，學生才能獲得完整的探究經歷，提升科學素養：能逐漸發現、關注平日里各種事物的變化，并提出科學的問題;能表述再現一些自然現象，并且能夠解釋，甚至能夠根據發現的規律預測這些現象的產生;能夠讀懂各類媒體上的科學文章，判斷各類宣傳等社會行為的科學性;能夠讀懂地方或國家決策所蘊含的科學邏輯，并做出自己的判斷等。

在教學中，我在實驗儀器創新應用于教學方面進行了嘗試。在執教教科版五年級下冊“浮力”一節時，教師需要指導學生完成物體浮力的測量。在教師的引導下，學生通過小組討論確定了測量的方法：橡膠吸盤在水底固定，細線一端拉引泡沫，一端掛在彈簧測力計上。盡管方法明確，實驗器材齊備，但是學生在操作過程中會出現吸盤脫落、彈簧秤不能保持豎直方向上測量。總之，一堂實驗課在匆忙、草草中結束——只有個別小組順利、正確地完成操作，體驗了整個過程，認識了浮力，大部分小組沒有完成實驗的操作。綜合了學生操作出錯、吸盤不合適的問題，我制作了新的測量工具，將測力桿、彈簧測力計、細線、定滑輪組合固定在一個架子上面，這樣既能保證彈簧測力計豎直測量，又能借助測力桿將泡沫按壓進水里而不擔心器材測量過程中出現故障。在這節課中，我為學生提供了新制的浮力測量工具，學生在課堂上順利、高效地完成了測量，為利用數據得出結論、進行充分討論騰出了充足的時間，使全班學生在實驗探究活動中完成了實驗概念“浮力”的建構，明白了科學的學習不是搬運、填塞別人的東西，而是埋下知識的種子科學地生長。

在科學教學實踐中，我認識到實驗儀器創新是一個常態工作，因為盡管實驗器材室里有很多器材，但是針對每個實驗和學生沒有合適的實驗儀器。如果沒有合適的實驗儀器，科學探究就很難在有限的時間里完成。比如教科版六年級上冊“斜面”這一節中，學生盡管知道測量的方法，但是很難正確地測量。這是我們的實驗器材現有的裝備水平致使實驗操作有難度。在這節課中，我們實驗器材室里有斜面、細線、小車、鉤碼、彈簧測力計，學生在實驗時進行了組裝、操作、記錄、分析等活動，尤其在實驗探究中，操作的環節多而耗時;同時，多環節不足的積累使之與數據的科學性相去很遠。比如，在操作時用這些器材就不能正確地使用彈簧測力計進行測量;同時，很難保證測力的同時小車勻速運動。器材的現狀及常規組合導致了測量的科學性差。因此，為了使學生在實驗中能夠科學地測量，我借助這些器材概念和各個器材正確的使用方法制作了新的儀器——“活動的斜面演示器”，這個實驗儀器在我們濱州市自制教具活動中獲得了一等獎。由此可見，在現有的裝備條件下，只有保持實驗器材的常態創新，才能保證學生科學探究有合適的實驗儀器，有益于學生科學素養的提高。

3D打印（即三維打印）作為一個熱議話題，嚴格來說并不算一項新技術。其誕生于20世紀80年代后期，也稱作快速成型技術（Rapid Prototype），或增材制造技術，是按照計算機中的三維模型，利用數字化的擴展工具，向物品分層添加材料來制造出實物的一種疊層制造技術，可以忽略物件的結構復雜程度。不僅如此，首先，這種生產技術完全摒棄了傳統的刀具、夾具和模具，且數字化控制有效降低了加工成本。其次，3D打印技術可以優化新產品設計開發過程。3D打印的普及與優勢，使之成為制作科學探究儀器的最佳選擇。從實踐來看，3D打印關鍵能快速制造出精密度較高與結構復雜的零部件，為制作出測量更準確、操作更科學的實驗儀器提供了可能和保障。

由此可見，提升學生的科學素養，培養學生的探究能力，提高探究的效率，實驗儀器的創新不可或缺，而且科技的發展應用也為我們的常態創新提供了可能和保障。