創客視角下創新低成本科學實驗“三維譜系”

[摘? ?要]小學科學研究應該注重低成本實驗器材的開發及應用探析，力爭促進使學生由普通人到創客人的華麗轉身。為此，教師應該構建以下“三維譜系”：注重生活性，點燃創客興趣;注重自主性，提升創客能力;注重開放性，拓展創客視域。創新小學科學實驗材料、框架與路徑，引領小學生真正意識到“創客”的重要性，意識到“低成本實驗”對自身成長的意義和培養科學探究能力的作用，真正提高小學生的創客能力。

[關鍵詞]小學科學;低成本;實驗探究;創客

小學科學實驗器材有兩類：一是按國家標準配置的“正規”器材，二是師生自制器材。前者穩定，但缺乏針對性;后者簡易，但更具操作性。盡管利用自制器材進行科學實驗成為“受不確定因素影響最多的環節之一”[1]，但因其“器材易獲、方便操作、效果明顯”之優勢，而受到廣大師生的青睞。小學科學教師可以通過低成本科學實驗器材的開發及應用，發揮其“資源支撐、工具支撐和技術支撐”作用，提高小學生的創新創造等“創客能力”，同時彌補或改善學校的實驗條件。

“創客”意味著創新、巧干、造物，既指向一個創新創造的過程，也指向一群具有科學探究精神的人。低成本科學實驗和創客的“生活性、自主性與開放性”理念一脈相承，使師生可以進一步驗證“做中學、學中做”“科學源于生活而反哺于生活”“情境教育”“實踐出真知”，重構以生為本的教學觀，有利于提高小學生的動手實踐能力、科學素養和創新能力。

一、注重生活性，點燃創客興趣

陶行知說：“朝著實際生活走，大致不至于迷路。[2]”科學實驗器材的開發及應用也應該“朝著實際生活走”，用鮮活的生活豐富學生的體驗，用生活的根基與抓手創新實驗過程。依據實際生活開發出的實驗器材往往是粗糙的，但因為親切而觸發的靈感閃現，因“生活味”而衍生的濃厚“創客味”，使低成本實驗顯得愈發精彩，這也正是科學實驗的理想境界。

例如，教科版小學四年級“聲音是怎樣產生的”一課，教材中的實驗器材是音叉，在小學生的生活中比較少見，且數量不足，無法達到“覆蓋全體學生”的目標。這時不妨讓學生提前從家中自帶一些玻璃杯，裝上滿杯、半杯等不等量的水，自制“水樂器”，通過依次敲擊水杯，體會不同聲音與水位的關系。學生還可以由此進行更深入的探索。

1.在由此及彼的生活化拓展中培養創客思維

如果上述實驗僅停留在從幾個不同水位的杯子中聽出高低不同的聲音，而未再進入到由粗到細或由此及彼的新境界，那么，創客思維的培養就無從談起。所謂“由此及彼”，指留意實驗背后的更多意蘊，探究實驗擴展中的多維走向與奧妙。例如，上述“水樂器”實驗以水為媒介，還能否以其它事物為媒介？在教師的啟發與鼓勵下，實驗室里出現了大小不同的鐵釘，還有人用細繩綁在衣架上體會吉他粗弦和細弦的不同音高……這樣的“由此及彼”源于生活。學生在親切感和熟悉感的推動下，發現了更多，實驗了更多，也收獲了更多。

2.在不同場域的生活化拓展中培養創客思維

創客思維的培養既體現在不同材質和媒介的轉換，也體現在不同實驗場域的轉換，這是打開學生多重視域的策略之一。場域轉換并非只是換個地方，而是要為學生創設多維立體的窗口與路徑，以便更全面地經歷科學探究的過程。如“聲音是怎樣產生的”一課，就可以創設多種場域：一是自然場域，如讓學生聽窗外的鳥鳴，聽風吹樹葉的沙沙聲等;二是人工技術場域，如水杯、水、敲擊棒;三是多媒體技術場域：音箱、話筒和示波器軟件。值得注意的是，場域轉換也要基于生活。

二、注重自主性，提升“創客能力”

低成本科學實驗器材的開發及應用離不開教師的大膽放權，即讓學生擁有自主權，激發學生的自主性，引導學生“自我探索、自我選擇、自我建構和自我創造”。如果在科學實驗中沒有自我探究的過程，那么，無論實驗“拉風”或“精美絕倫”，都很難在學生的頭腦中留下深刻印象。只有當學生親自實踐和探索，才能使他們從“看客”變成“創客”。

如與透鏡有關的實驗，除了給學生提供標準透鏡，還可以鼓勵學生自制透鏡。比如將銅絲繞成一個封閉的小圈就是一個低成本“水膜透鏡”，實驗時改變沾水量，就可以放大或縮小圖像?？煞攀肿寣W生在廢電線中收集銅絲，完成“自找、自制、自主實驗”的全過程。此外，如“浮沉子”的制作、熱水器的制作等，都可以讓學生自主探索、自我驗證和自主反饋，從而激發學生的好奇心，培養學生的自主意識和自主能力。

1.激發好奇心

空白屬性的事物總是會引發小學生強烈的好奇，使他們本能地想去添加、想象或探究，這正是一個創客的內在動機之一，是發明、創新、創造等的前提，也是科學探究的原始動力。小學生的好奇心需要激發，因此教師需要進行真實情境的創設與鋪墊。如自制水膜透鏡之前，教師先播放了一個視頻并解說：“沒有野草、沒有煤炭、沒有干柴，卻發生了火災，為什么？深入調查之后，科學家發現塑料瓶是罪魁禍首——它們的形狀起到了透鏡的作用，聚焦了大量陽光，形成高溫，導致了火災。聰明的你們，還能發現了哪些聚焦光源的透鏡呢？你能自己制作一個嗎？”如此，學生的好奇心被點燃，動手的熱情被激發，爭先恐后地投入了透鏡的發現、制作與應用中。

2.激發挑戰心

除了好奇心，深度實驗和學習還需要挑戰精神。由好奇心到挑戰心，既是由知識到能力的過渡，也是成為一名創客的必由之路。以水墨透鏡的應用為例。一開始，通過移動透鏡，字體忽大忽小，學生一片歡呼。這時教師應進一步喚醒學生的挑戰心，陸續提出以下進階問題：“你能讓它既匯聚又發散嗎？”“能讓它點燃紙片嗎？“不能點燃是什么原因？還應該改進哪一個環節……”這樣的追問既有激勵也有信任。相對于淺嘗輒止的探索而言，科學探究將激發學生的思維并使其敢于迎接更大的挑戰，發展創客精神。

三、注重開放性，拓展創客視域

雖然教材或教參中提供了實驗安排與細節，但并不意味著教師一定要“按圖索驥”。創客不必囿于“高大上”的正規器材，恪守嚴絲合縫的實驗步驟及過程（但必須保障安全），也不必局限于實驗場所的有限空間，而應以更開放的格局進行改進和創新。唯有開放思路、開放實驗器材、開放實驗過程，才能真正拓展學生的創客視域，促進學生深入科學實驗，探索科學的奧秘。

如小學五年級上冊“光的反射”一課，教材建議師生用手電筒“照亮桌子上書本背后陰影中的小球”，而實驗條件之一是在天花板上安裝鏡子，對于很多條件有限的小學來講，無疑增加了實驗難度。這時，教師不妨利用“透明杯子（兩個）、水和硬幣”等低成本材料進行開放式實驗，學生會驚奇地發現：從某個角度看，未倒水的杯子下面的硬幣清晰可見，但是倒了水的杯子下面的硬幣消失了。學生由此會自動產生疑問：光總是沿直線傳播的嗎？光在什么情況下會折射或者反射？這個實驗就是對教材內容的有效改進，既解決了實驗難度的問題，還更好地體現了創客意識與創客思維。

選擇開放性的實驗探究活動，應在學生思路堵塞或實驗有難度時開展，并要在環保前提下鼓勵學生“造物”，既要有科學性，又要有人文性。此外，還要特別關注以下三個方面。

1.場所開放促進視域洞開

科學發現或發明并非一定要誕生于實驗室。開放可體現在多個方面：一是實驗場域的“移步換景”，隨時、隨地、隨意地發現和演繹科學。靈感閃現或興趣勃發之際，均可以就地取材進行實驗。如對于“光的反射”，上學路上的一塊冰、野外郊游時的一塊光滑的石頭、街邊店鋪明晃晃的玻璃墻，都可能成為低成本實驗材料。保護并鼓勵學生童真童趣童心下的隨機實驗和感悟，將為他們成為小創客奠定基礎。

2.難度開放實現兼顧全體

高效的科學實驗應該“覆蓋所有的學生”[3]。為此，對于有一定難度的實驗探究，應該分層兼顧所有學生。這是“低成本”小學科學實驗器材開發及應用探析中的一個基本視點。如在“光的反射”實驗中，有些學生很快就明白了硬幣消失的原理，但有的學生卻一團疑云。這時可以讓不明白的學生親自操作：用針筒將杯中的水吸出再觀察，就會恍然大悟了。對于很快就明白的學生，則可以給他們布置一個新任務：自己找材料研究自行車尾燈為什么發光，從而做到難易搭配，因材施教，提升全體學生的實驗技能和科學探究素養。

3.技術開放使實驗更清晰

低成本實驗強調原始材料的收集，注重徒手操作與推進，雖然不乏粗糙與遺漏，但同樣也能對接新技術，且越是傳統的、低成本的、粗糙的實驗，愈要利用新技術檢驗，注重“互聯網+”視域下和更深意義上的融合。如“光的反射”實驗，利用低成本實驗器材的實驗固然取得了“立竿見影、快捷方便”之效果，但受位置、光線、平面等局限，可能會出現觀察模糊不清或“一葉障目”等情況。此時，教師可利用信息技術對實驗過程進行立體呈現及評價，將部分實驗器材制作成美圖，評價總結那些能夠提升學生實驗力、學習力和創新力的好做法，利用網絡擴大傳播。

低成本實驗也有其“高明”之處，如實驗器材多樣化、實驗過程與時空開放化、實驗結果創新化，促進學生形成螺旋式提高和整體疊加，引領學生樹立既科學又環保，既發展又穩定，既創新創造又恪守優良傳統的價值觀，做勇于造物的快樂小創客。

參考文獻

[1]蔡紅聰.實驗材料選擇應把握的“三性”[J].教學月刊小學版（綜合），2018（12）：33-34.

[2]陶行知.陶行知文集[M].南京：江蘇教育出版社，2008：170.

[3]程曉云，潘國雙.教師的視野要覆蓋所有類型的學生[J].教師月刊，2016（7）：28.

作者簡介：樊吉福，甘肅省金昌市永昌縣第一小學教師，E-mail：ycxdyxxjcy@163.com（甘肅金昌，737200）

基金項目：甘肅省教育科學“十四五”規劃2021年度一般課題“基于創客理念的‘低成本’小學科學實驗器材開發及應用探析”（編號：GS[2021]GHB0729）