日照觀測儀的制作與應用

科學課程要求，教師帶領學生開展各種活動，需要為他們準備大量的活動器材和實物材料，自制教具、學具。自制教具是教師和學生根據課程需要通過周邊的事物制作出來可以用于日常教學使用的教具，其應用性會高度符合課程的重難點，因此自制教具在科學課上應用得越來越廣泛。有學者對廣義的教具的描述為，在教學過程中使用的自然物或社會產品；對狹義的教具的表述為，各類教學活動專門設計制造的物品。[1]在教具制作前，教師與學生的共同探究，能拉近兩者間的關系，營造良好的教學氛圍；在制作中，教師與學生的合作，能讓學生感受到科學與生活的密切聯系；在制作后，教師與學生的總結交流，能讓學生感受到科學知識的奧妙。自制教具在日常教學中的頻繁使用有利于提高學生的科學素養，共同推進小學科學教學的發展水平，打造優質的品質課堂。

現以四年級《陽光下的影子》中制作日照觀測儀為例，介紹教師和學生合作完成自制表具的開發和使用。

一、搭建自制教具，聯系課堂與生活

創意的靈感源于生活，科學的知識也離不開生活，學生會在不經意間發現許多有趣的生活現象，也會腦洞大開，展示出非一般的想象。在日常教學中，學生往往會誤以為課程知識與生活之間有相對的距離，教師可以利用自制教具來將課程知識與生活聯系起來，提高學生對課程的投入程度以及快速地讓他們進入科學探究的狀態中，讓他們既對事物有著自己的見解也保持對事物的好奇心。

在《陽光下的影子》一課中，我們最先使用的是日影模擬器，通過手電筒與紙張快速制作一個簡易的模擬器，通過觀察木棒影子的位置變化，推斷出太陽在天空中的位置變化。但隨著科學探究活動的深入，學生會發現諸多不必要的因素會影響到模擬器的使用效果，如手電筒是否與紙張垂直面平行，在不平行的時候有可能出現木棒影子的長度會比原來的長度長或者短；紙張相對柔軟，在折疊角度時難以統一控制，而折疊角度的大小會造成實驗的偏差。

為了獲得與實際效果相應的實驗結果，我們需要考慮的是如何減少不必要的誤差。在整個模擬器的使用過程中，最大的誤差來自學生對模擬器使用的多樣化，也就是人為因素。因此，如何減少人為因素成了關鍵。在實際生活中，學生會聯想到工廠為了減少誤差最直接的辦法是使用機器來代替人工，用機器解決人為因素的方法就占了絕大部分。在搭建機器的過程中，教師與學生共同設計，有利于提高學生的參與度，使課堂氣氛活躍，提高知識的應用度。如在設計好不同的模擬器外形之后，可以利用在校的第二課堂時間利用激光切割對板材進行切割。在教具的開發過程中，學生充分“動”起來，以愛好為驅動力，在知識的道路上不斷探索。做出第一代教具之后，學生內心會有巨大的成就感，這也是對科學知識的滿足和自己學習能力的肯定。

二、使用自制教具，建構課堂實驗

在課堂中通過對自制教具的使用，也能凸現出教師教學過程中的多樣化。教學中，根據教學內容的不同，學生的學習方式可以是多樣的，教師要根據教學目標和內容采用不同的教學方式與策略，讓學生將探究式學習與其他方式的學習充分結合起來，以獲得最佳的學習效果。不同設計的自制教具表明了學生對于知識點的理解程度，教師可以因此掌握教學進度，適時改變教學策略，和學生一起突破教學重難點。

第一代教具，很大程度地解決了人為因素對于測量結果的影響，可以在圓弧軌道中模擬出太陽在天空中位置的變化，此時觀察木棒影子的長度變化會更符合現實。在圓弧上有相應的時間刻度，是學生根據生活經驗結合科學知識總結出來的。雖然太陽東升西落的軌跡變化并不是半圓軌跡，但是科學研究表明這個過程實際的距離是變化不大的，可以用半圓來表示，而弧度上的刻度也與生活中的時間所對應，能更好地反映出每一時間段上木棒影子的長度。這樣的設計能讓學生更好地收集實驗數據，培養他們嚴謹的科學態度。

三、改進自制教具，反思課堂構架

有學者認為，英國的科學教師都認為自己制作的起電盤比學校配送的感應起電機的教學效果更好。[2]合適學生的才是最好的，隨著科學探究活動的深入，不斷地改進教具才能適應不同的知識環境。自制教具是學生接觸科學知識的載體，有了這個載體，知識的應用將不再遙不可及。

隨著第一代教具的深度使用，學生會發現設計上的缺乏，既然剛開始的設計就是以機器代替人工的方案，何不再增加智能控制模塊以實現全智能的模式呢？自制教具的設計是以學生的認知為基礎的，設計不應超出學生現有的知識范圍，不然會陷入知識模糊的困境。隨著第一代教具深度使用以及新知識的應用，學生會基于實驗結果的層層分析，得出改進自制教具的優化方案。第一代教具需要用人工來照射木棒，使用久了手臂很累，因此，學生可以用不同的方案去解決問題，而教師只需在適當時候引導即可。例如，在學生無法使用智能方案時，教師可以提議使用scratch編程方案解決智能化問題，也可以讓學生將設計的重點放在自動化燈光照射和驅動系統當中。這些解決方案都是以學生所接納的知識為主，教師的作用只是引導學生再次使用該知識。學生應用所學知識時，會使其對課程產生濃厚的興趣。

四、提升自制教具，拓展課堂理念

科學課程承擔了培養學生科學素養的重任，注重使學生保持與生俱來的好奇心，發展學習科學的潛力，培養他們的創新精神和實踐能力。創新精神的培養能讓學生推陳出新，快速地應用各種知識；而實踐能力的培養是讓知識有了用“武”之地，不再只停留于課堂之中。通過自制教具能更好地培養學生這兩種基礎能力以適應未來的社會生活。

在不斷地完善日照觀測儀的設計中（如圖1），教具會愈發地趨向于功能化，并兼顧外觀的設計。產品的功能與外觀設計是同等重要的。

提升教具的應用價值需要不拘一格地拓展學生理念，以開拓的態度放眼于知識的海洋，以開闊的胸襟去接納不同的科學知識，在知識的交匯中提升學生的科學素養。

（作者單位：聶錦新，廣東省東莞市黃江鎮第二小學；莫春榮，廣東省東莞松山湖中心小學）

參考文獻

[1]劉濟昌.教具理論研究導論[M].北京：教育科學出版社，2011.

[2]王岳.英國小學的科學教育[J].課程·教材·教法，1992（12）.