STEAM理念下自制教具提升實驗有效性探究

《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出，“倡導以探究和實踐為主的多元化學習方式，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經歷科學探究以及技術與工程實踐的過程”。而STEAM教育提倡培養學生的探究能力、批判性思維以及與人溝通的能力，因此，基于STEAM的教育理念下小學科學的探索很有必要。自制教具能提升科學實驗有效性，改變教師的教育理念和教學方式。本文以粵教科技版二年級下冊第8課《不倒翁》一課為例進行說明。

一、提升科學實驗有效性

自制教具從無到有，從有到優，比現成的教具有更大的優勢，是為特有的教學目標量身打造的，有利于引導學生在探究實驗中靠近關鍵問題思考，積極主動地探究，更好地為探究實驗服務。要注意所采用的材質、規格的大小、教具的外觀、色彩的搭配等。

執教前，教師利用3D打印機制作了一個超大號圓形作為不倒翁的身體， 用輕黏土加工成不倒翁的“香腸”大嘴巴和小眼睛，用一個舊的車輪當帽子（如圖1）。當這個造型特別的不倒翁一出現在課堂上，馬上吸引了學生的注意力，這符合低年級學生在感知事物時首先關注事物的大概輪廓與整體形象的心理發展特點。

在學生的好奇心、求知欲高漲的一刻，教師按倒不倒翁，不倒翁立刻恢復直立，并沿著底部的圓弧來回運動，順勢拋出對不倒翁的探究目標：“不倒翁為什么不倒？你能從它的樣子上發現秘密嗎？”于是，四人小組進行探究活動，通過看一看、摸一摸、想一想，找出不倒翁的外形特點——底部是圓弧形的。教師追問：“底部是弧形的對它的‘不倒’起什么作用？”提供底座是正方形的小木偶，學生通過觀察對比，得出結論：弧形為不倒翁提供運動的軌跡。

不倒翁包含了杠桿原理、摩擦力等知識，不過，低年段科學課的重點不在于科學知識的講授習得，而在于培養學生對科學的興趣、正確的思維方式和學習習慣，激發他們愛科學、學科學、用科學的學習熱情。

不倒翁可愛的外觀，材料的循環利用，形狀的可塑性強等，都是教師投射在不倒翁上的STEAM理念，自制教具讓課堂充滿了童趣，引導學生提出有價值的問題，激發學生探索的欲望，更好地達到科學實驗探究目標。

二、突破科學實驗的重難點

小學科學課與其他課的重要區別之一是，學生要通過動手做來學習，比如，做實驗、制作模型、觀察、測量、種植與飼養。

低年段的學生動手能力尚未成熟，對工具的運用不熟練，難以獨自完成作品制作，在制作不倒翁這一環節上，確定和固定不倒翁的重心，如果沒有任何的輔助工具，只靠肉眼來判斷，是難以成功的。為了突破這一難點，教師事先利用CORELDRAW畫圖軟件、激光切割機技術，制作了一個輔助工具“中心定位器”（如圖2）。

在1號板子的中心有個圓環底座，底座固定圈直徑和高度與乒乓球嵌入部分吻合，如圖3，AB為直徑，H為高。把切除球冠的乒乓球放在圓環底座上，再把2號板子穿過1號板子的柱子，將乒乓球固定。此時，3號模塊的圓片可以上下移動，調整圓柱體的高度與切除球冠的乒乓球一致，在圓柱底端沾上顏料，通過2號板，讓3號板的圓片壓在2號板上，這樣3號模塊的圓柱就垂直地在乒乓球內部點上記號，這個記號就是乒乓球的中心點，也是不倒翁的重心。

定好中心點后，教師讓學生用橡皮泥把一個鐵螺母粘貼在中心位置，并插上一根牙簽，在牙簽上標出乒乓球的高度，以牙簽為中心進行填充，讓學生猜想究竟需要多少橡皮泥，才能讓不倒翁擺動的幅度最合適。經過分組探究，學生得出的結論是橡皮泥的高度為乒乓球高度的一半，橡皮泥的數量比1包多，比1包半少，這樣比例的不倒翁效果最理想。通過猜想、探究歸納得到的實驗結論，在解決科學問題同時，發展學生縝密的數學思維和探究意識，實現了科學課程與數學課程的滲透。

三、培養學生的創新能力

課本上給出的例子只有做個帽子、畫個笑臉，這樣淺層意義上的外觀包裝，并不能真正激活兒童的創新能力。因此，我嘗試用紐扣電池、二極管、電工膠布等材料，用電工膠布把二極管粘貼在紐扣電池上，這對于二年級的學生來說是可以獨立完成但又并不容易的事（如圖4、5、6）。二極管的長腳和短腳對應紐扣電池的正負極，當二極管亮起來時，學生會驚訝于科學的奧秘，迫不及待地親身體驗，讓自己的不倒翁亮起來。

用這樣的閃亮的二級管來裝飾不倒翁，學生的作品變得豐富多樣，創作熱情被點燃，實現了作品的藝術化、多樣化。

四、延伸實驗有效性

對于“不倒”這一知識原理，我們可以做進一步的應用，延伸到課外一個很有趣的現象：用一根牙簽撐起兩個叉子。這是個重心問題，與不倒翁的重心原理是相似的，“二叉一簽”應視為一個“整體”，其重心恰好就在牙簽的接觸點的正下方，形成了力的平衡現象。

課后，教師把視頻和圖片資料發到家校群里，讓家長和學生一起探究這個有趣的現象，借助家庭的力量，擴寬作品的深度、廣度、寬度，深化創新意識，延伸STEAM創客理念。對給出的材料、信息，學會從不同角度、不同方向，用不同方式去分析和解決問題，是創造性思維的一種主要形式，教師要善于選擇具體例題，創設問題情境，精細地引導學生的求異意識。

責任編輯 魏文琦