改造·研發·創新：運用自制教學具的小學科學探究活動

汪洋

（福州市臺江第六中心小學，福建 福州 350009）

在小學科學課堂中，教學具為學生探究活動提供物質材料支持。如何設計制作有意義的，能提高探究實效性的教學具，是科學教師在課前必須要考慮的問題之一?！缎W科學課程標準（2017 年版）》中明確指出：“精心設計的教學具，可以幫助學生更好地理解抽象、難懂的科學知識，體驗科學探究過程，并能激發學生的學習興趣，啟迪思維，培養動手能力。”因此，教師應根據教材特點、學生學情、地域特色等因素，精心設計和制作教學具。合理使用自制教學具，能夠擴大探究視野，培養探究精神，增長探究能力，使學生樂于探究、精于分析、善于總結，進而提高科學素養。

一、改造：筑牢支撐點，優化實驗過程

任何科學結論的提出，都需要有令人信服的現象或者數據作為依據，這是支撐科學大廈的基石，也是學生能輕松掌握科學知識、科學理論的事實基礎。在小學科學課堂的探究活動過程中，往往由于教學具的粗糙，造成實驗數據與理想數據存在較大偏差，或是實驗現象存在歧義，導致支持科學結論的依據不盡如人意，無法達到預期的教學效果。［1］因此，必須改造教學具，改進實驗過程，盡量排除干擾因素，以期獲取準確、有說服力的科學結論，達成課程的教學目標。

例如，在蘇教版四年級《小車的運動》一課教學中，由于小學生的年齡特點以及其他主客觀因素，導致手掐秒表測量的實驗數據誤差較大，學生常常對分析這些數據感到束手無策。針對這一現象，筆者改造教學具，加入電子測量設備，以提高測量數據的準確性。具體做法是利用隨處可得的建筑邊角料電線槽作為小車運動的軌道，在軌道兩端各安裝一個干簧管作為傳感器，將干簧管用信號線焊接到秒表中，另在一輛小車中安裝一塊磁鐵作為信號源（見圖1）。由于該教具使用自動啟停的測量裝置，又配備百分之一秒數字計時器，大大增加實驗數據的精確度。小車安裝的強力磁鐵，還可以將鐵質配重物牢牢吸附住，有效防止由于慣性，導致配重物后移而影響實驗結果可靠性的問題。該實驗操作簡單，數據又具有說服力，學生僅通過自行實驗，就能從實驗現象中觀察到影響小車運動快慢的可能性因素，有助于學生通過分析數據，揭曉小車運動的秘密。

圖1

案例中，教師對原教學具進行改進，優化實驗探究過程，減少實驗干擾因素，降低實驗數據誤差，為學生提煉和總結科學結論筑牢支撐點。同時，在潛移默化中幫助學生建立“數據思維”模式，利用數據來思考事物、解決問題，為學生科學思維的全面發展奠定堅實的基礎。

二、研發：引燃興趣點，達成教學目標

小學生的認知發展特點，決定了其注意力集中度和穩定度較差。［2］教師若能從學生的思維角度出發，研發符合他們年齡特點和興趣的教學具，并將該教學具的應用貫穿在課堂教學始終，就可以點燃學生的好奇心和探究欲，讓其注意力始終集中在課堂活動中。學生經歷親身體驗、動手操作、積極思考的過程，自主探索和掌握科學知識，教學目標水到渠成。

例如，執教新蘇教版二年級《擰螺絲》一課時，筆者根據小學低年級學生的特點和興趣，研發制作了他們熟悉的卡通人物“小豬佩奇”的頭像拼圖教學具（見圖2）。根據教學設計，學生將通過自主探究活動，學習如何利用教師所提供的多種工具，將不同類型、不同型號的螺絲緊固在相應位置，完成卡通頭像的拼接。該教學具在教學導入階段剛一出示，憨態可掬的模樣就吸引學生的目光，引燃學生的興趣點。在興致勃勃的情緒中，學生通過自主探究和操作，掌握了幾種常見類型螺絲及相關工具的使用方法，甚至有的學生無師自通地突破了“使用套筒和扳手組合為螺絲擰螺母”這一教學難點。整個探究過程，學生始終處于興奮狀態，在實踐過程中，在同伴的互助里，在渴望成功的自我期許下，增強探究意識，提高動手能力，培養團隊精神，獲得成功的喜悅。

圖2

三、創新：呵護生長點，建構科學思維

科學思維是指人腦對客觀事物進行反復加工，使用模型建構、推理論證、質疑創新等方式，把感性認識概括上升為理性認識的過程。［3］一個人要建構科學思維，需要經歷漫長復雜的艱苦努力，無一蹴而就的可能。但在此過程中，也存在一些關鍵時刻，使科學思維得到飛速發展。教師面對學生科學思維發展的生長點，應盡力呵護，既不揠苗助長，也不放任自流。應當先令其恣意生長，再伺機摘心疏枝，方能真正啟迪學生的思維，幫助他們成長為參天大樹。

例如，在蘇教版四年級上冊《生活中的電》一課中，課文羅列了幾幅生活中常見電器的圖片，請學生根據生活經驗，依照電的來源，給電器進行分類。教材編寫意圖是讓學生認識到生活中的電源有直流電和交流電兩種不同類型。為了能讓學生更直觀地感受直流電和交流電，并能體驗它們之間的不同，筆者利用3D 打印技術，創新制作了手搖式直流發電機和手搖式交流發電機（見圖3）。探究活動中，學生根據已有的簡單電路知識，分別將這兩種手搖發電機正確連接到發光二極管上。手搖發電機工作后，學生發現發光二極管的發光現象與發電機的手搖方向密切相關，發現兩組電路的發光現象也有所不同。教師再利用手機拍攝投屏等信息技術，將肉眼難以觀察到的高頻閃爍現象，通過慢動作視頻放映在學生眼前，促使學生評估和運用這些科學證據，分析思考交流電和直流電的區別，并提出自己的解釋。在小組討論和匯報環節中，學生從不同的角度思考問題，相互質疑，相互補充，一步步接近交流電和直流電的真相。

圖3

案例中，對自制教具的創新和使用，為學生的思維發展創造一個生長點。在教師引導下，學生嘗試建構模型，讓看不見的電流看得見了，說不清的道理講明了，將原來晦澀的知識形象、直觀、生動地展現給學生。教師再據此啟迪學生，經過科學推理，探尋事物的真相，促進學生建構科學思維。

總之，在小學科學研究活動中，教師對教學具的改造，去操作中的“偽”，存數據里的“真”，有利于學生牢固掌握科學知識；對教學具的研發，舍課堂灌輸的“乏”，取探究活動的“趣”，激發學生濃厚的探究熱情；對教學具的創新，化認識現象的“見”，為探尋本質的“思”，呵護學生科學思維的成長。