小學科學自制教具開發與優化

摘" 要" 隨著新課程改革的不斷深入，實驗室中現有教具由于技術陳舊、精度不高、與新版教材不匹配等問題，已經不能滿足當前教學的需求，需要科學教師通過自制教具的方式來更好地開展教學。根據多年的教學經驗，針對小學科學教材中的物質科學、生命科學、地球與宇宙科學三個領域進行自制教具的開發與優化，并將其運用在教學活動中，取得良好的效果。

關鍵詞" 小學科學；自制教具；光學組合教具；月相模擬及四季成因演示儀；環氧樹脂標本

中圖分類號：G623.6" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）23-0075-04

0" 引言

小學科學是一門實踐性很強的綜合課程，能夠有效地綜合自然科學的各個領域和技術領域中基礎的知識和技能，因此，教育部在2017年頒布的《義務教育小學科學課程標準》中將小學科學課列為與語文、數學同等重要的基礎性課程。由于小學科學課程中存在大量的探究實驗，因此應當以探究為中心組織教學活動，而在探究活動過程中，教具能夠起到非常重要的作用。隨著新課程改革的不斷深入和新版科學教材的應用，小學科學實驗室中原有的教具出現技術陳舊、精度不高、與新版教材不匹配等問題，難以滿足教學的實際需求，無法提高學生的探究興趣和求知欲，需要科學教師通過自制教具來更好地開展教學。

自制教具是教師、學生或其他人員根據教學需要，選用易得的材料，自行設計制作的教學用具或儀器，而能否有效指導、輔助學生進行探究活動是判斷自制教具是否有應用價值的重要標準。在小學科學課程中開發和優化自制教具，就是為了讓科學探究更高效、更有趣，讓數據更精準。優秀的自制教具能夠激發學生的探究欲望，啟發學生的科學思維，便利學生的實際操作。針對小學科學課程中的物質科學、生命科學、地球與宇宙科學三個領域，筆者進行自制教具的開發與優化，并將其運用在小學科學教學活動中，取得良好的效果。

1" 物質科學領域：光學組合教具

小學科學課程中的物質科學領域僅限于無生命的物質世界，主要包括一些物理和化學的基礎知識。以教科版（2017）科學教材五年級上冊為例，其第二單元“光”的探究實驗主要包括光和影、光的傳播、光的反射、光和熱等內容。光和影的實驗探究包括影子形成的條件、光源和影子方向的關系、光源與遮擋物的距離遠近和影子變化規律等。光的傳播實驗是為了讓學生理解光是沿直線傳播的，光的傳播路徑被不透明物體遮擋會造成光的傳播中斷。光的反射實驗是探究入射光線與反射光線的關系以及不同顏色物體反射光的能力差異。探究光和熱的關系則是讓學生理解不同顏色的物體吸熱差異。為彌補實驗室配備教具的不足，幫助學生掌握并完成本單元的知識和實驗，筆者設計一套制作方便、取材容易、操作簡單的光學組合教具供教師演示和學生分組實驗使用。

1.1" 制作材料及方法

光學組合教具的主要材料包括：寬度5 cm的PVC線槽100 cm，直徑1.5 cm的PVC線管（不透光）100 cm截成所需要的長度若干段，PVC底座若干個，微型手電筒一只，激光筆一支，不同顏色卡紙各一張，蠟燭一截。

光學組合教具制作步驟：截取100 cm×5 cm的線槽作為實驗用的滑槽并將中間截斷，底面用透明膠帶粘住方便折疊，側面將塑料米尺用雙面膠粘牢作為刻度尺；利用PVC線管和卡座制作直通兩個、彎頭一個、光屏架一個等，將做好的支架及底座安裝組合在一起。

1.2" 教具應用

1.2.1" 光和影的實驗

將微型手電筒、遮擋物、光屏放在滑槽中，調節三者之間的距離，即可直觀看到影子的大小與遮擋物、光源的遠近關系，見圖1；若拿手電筒從不同的角度照射遮擋物，則影子的方向和光源方向相反，見圖2。

1.2.2" 光的傳播實驗

光的直線傳播實驗需要利用激光筆、兩個PVC直通和光屏進行，如果兩個直通和激光筆在一條直線上，則紅色光線穿過直通后會在光屏上出現光斑，見圖3；若其中一個直通發生偏轉，光不能通過，則光屏上就無法呈現光斑（圖4）；光不能通過一個彎曲線路（圖5）。

1.2.3" 光的反射實驗

利用手電筒（或激光筆）、平面鏡和不同顏色的卡紙，可以探究入射角與反射角的關系及不同顏色卡紙的反射光能力。當光源方向保持不變時，轉動平面鏡，可以清楚地看到反射光線也在發生偏轉，入射光角度越大，反射光角度也就越大，入射角等于反射角（圖6）。在光源不變的情況下，將平面鏡和彩色卡紙放在光屏架上，當平面鏡反射光線很強時，反射光有明亮的光斑；當卡紙反射光線較弱時，反射光無明亮光斑（圖7）。通過上述實驗可以得出結論，顏色越深的卡紙反射光線能力越弱，顏色較淺的卡紙反射光較強，見圖8、圖9。

1.2.4" 探究凸透鏡成像規律

雖然小學科學教材中并未涉及凸透鏡成像，但可以在科學社團中對凸透鏡成像的規律進行簡單探究。具體做法：將蠟燭、凸透鏡、光屏保持在同一高度，然后調整三者之間的距離，即可對凸透鏡成像的變化規律進行探究（圖10）。

2" 生命科學領域：環氧樹脂標本

由于生命科學領域的內容以理論為主，且實驗室中沒有適合的教具，因此，科學教師大多利用視頻、影像等結合課件進行這一領域的教學，而不開展實踐操作。筆者認為，生命科學領域的教學不能只局限于知識的傳授，應從培養學生的科學探究精神和科學思維著手，通過觀察昆蟲、花朵、種子等標本來提高學習知識的興趣，在實踐中學習科學。就目前來看，生命科學類的實物大多為干制或浸制標本，干制標本不易保存，容易生蟲，而浸制標本使用的福爾馬林溶液有刺激性、毒性和血腥感，容易對學生的生理和心理產生影響，且兩種標本的自制難度較大。筆者認為，可以利用環氧樹脂制作動植物標本，既能克服上述兩種標本的缺陷，制作過程又簡單易操作，且教學效果良好。

2.1" 制作材料和方法

制作環氧樹脂標本所需的材料主要包括：環氧樹脂A、B膠若干，各種昆蟲、花朵、樹葉、種子和干燥劑等。

具體的制作方法如下。

1）標本處理：昆蟲類標本要對昆蟲進行整姿并在自然情況下風干；花卉、樹葉等要用干燥劑進行干燥。

2）調制環氧樹脂：根據需要制作標本的量，按照3∶1的比例調制環氧樹脂。

3）制作標本：在模具里先鋪一層底膠，等干透后放入整姿過的標本，再填滿環氧樹脂，待干燥后脫模。

4）分類裝盒。將脫模后的標本打磨邊角并分類裝盒。

昆蟲類標本如圖11所示，花卉類標本如圖12所示。

2.2" 教具應用

小學科學中有很多可供教師利用環氧樹脂標本進行教學的內容。課堂上，教師通過發放標本讓學生進行觀察，激發學生的學習熱情；課后，學生可以通過誘導、網捕等方法捕捉昆蟲，分類制作標本，像科學家那樣去探究科學的魅力。學與玩的有機結合，在豐富學生知識的同時，能夠激發學生的好奇心和求知欲，讓學生在實踐中體驗并積累認識世界的經驗。

3" 地球與宇宙科學領域：月相模擬及四季成因演示儀

“觀察月相”和“月相變化規律”分別是小學科學教材（新版）二年級和三年級的課程，教學目的是讓學生知道為什么月相在不同時期有不同的形狀，并根據平時的觀察，通過邏輯推理，知道月相變化的規律，建立持續觀察月相的興趣。教材中模擬月相變化規律的實驗是將籃球模擬為月球，學生當作地球，但是教師手持“月球”圍繞“地球”轉動時，因為月相是從地球的角度觀察月球反射太陽光的部分，而籃球并不能反射光，所以學生很難發現月球被照亮面的變化特征，也就不能清楚地發現月相變化的規律。為清晰展示月相的變化規律且不受時間、地點的限制，筆者自制月相模擬及四季成因演示儀，幫助學生直觀感受和掌握日地月三者之間的關系，自傳、公轉方向與周期和地球四季成因等知識點。

3.1" 制作材料及方法

月相模擬及四季成因演示儀的制作材料包括PVC發泡板、PVC線管及底座、地球儀一個、泡沫球一個、放大鏡一個、白熾燈泡一個、電線若干、開關一個。

具體制作步驟：利用PVC發泡板制作一個橢圓形底盤，并在底盤的邊緣設置一個滑道模擬地球軌道；利用PVC線管制作一個地球儀底座，裝上地球儀，底座可以手持在軌道中轉動；在底盤的中央安裝一盞白熾燈，并用開關控制電源；利用PVC板制作一個燈罩，燈罩里面貼有可反光鋁箔，燈罩的前面安裝一個直徑3 cm、可放大15倍的放大鏡；用直徑約1 cm的白色泡沫球模擬月球，利用PVC三通和彎頭固定在地球儀的底座上。

演示儀以底盤中心的白熾燈泡模擬太陽，燈泡的亮度和溫度代表恒星是發光發熱的星球；燈泡的外面是可伸縮的燈罩，燈罩的前端裝有放大鏡以調節匯聚光線；當燈泡點亮時，匯聚的光線會形成光斑投射到地球儀或月球上，如圖13所示。

3.2" 教具應用

3.2.1" 模擬四季成因

四季成因模擬實驗操作步驟：用燈罩罩住燈泡后接通電源，調節凸透鏡與地球儀之間的距離，使光斑最小化呈現在地球儀上；將地球儀逆時針在滑道上滑行模擬地球圍繞太陽公轉，并分別在春分、夏至、秋分、冬至點停留，代表春、夏、秋、冬四個季節。在地球圍繞太陽轉動過程中，由于地球自轉軸方向不動，根據太陽光斑照射到地球的位置及角度不同，地球表面同一單位面積因光的直射與斜射會導致接收光照強度不同，夏季太陽光近似直射北半球，單位面積光照強度強，地表溫度高（圖14）；冬季太陽光斜射北半球，單位面積光照強度弱，地表溫度低（圖15）。

3.2.2" 模擬月相形成

模擬月相形成的做法是逆時針轉動白色小球，模擬月球圍繞地球公轉。調整燈罩距離使光斑投射到白色小球上，小球上的光斑不同形狀就代表不同時間的月相；地球儀自身逆時針轉動模擬地球自轉（圖14）。

4" 結束語

自制教具是教師個人教學能力與長期思索的集中展現，通常運用一些新材料、新技術、新方法，不僅具有科學性，還有新穎性和趣味性。教師使用自制教具進行教學，能夠促使學生參與科學探究活動，是吸引學生學習科學，積極參與探究活動，體驗成功愉悅的最有效因素。因此，科學教師要認識到自制教具是小學科學教學中的重要組成部分，應不斷提升開發與優化自制教具的意識，加強專業學習，善于思考，增強開發與優化自制教具的能力。

作者：周陽，蕪湖市育紅小學旭日天都校區（241006）；茆龍偉，蕪湖市教育技術裝備中心（241000）。