核心素養(yǎng)視域下自制教具研發(fā)的實(shí)踐性探究

龐雷

龐? ?雷? 小學(xué)科學(xué)特級(jí)教師，山東省小學(xué)科學(xué)專家?guī)斐蓡T。曾榮獲“山東省教學(xué)能手”“淄博市最美教師”等榮譽(yù)稱號(hào)。執(zhí)教《地球上有什么》，獲國(guó)家級(jí)優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)，執(zhí)教《讓多個(gè)燈泡亮起來(lái)》，獲山東省優(yōu)課。多次在山東省小學(xué)科學(xué)教師培訓(xùn)會(huì)上做專題報(bào)告，上公開課。主持研究的《基于現(xiàn)代教育技術(shù)下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)中家庭資源的開發(fā)與利用研究》《促進(jìn)小學(xué)生科技實(shí)踐能力提升的創(chuàng)客教育研究》等多項(xiàng)國(guó)家、省級(jí)課題均已結(jié)題。撰寫的多篇論文發(fā)表于《小學(xué)科學(xué)》《山東教育》《科學(xué)課》等專業(yè)期刊。

自制教具是我校的傳統(tǒng)項(xiàng)目，本文針對(duì)教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和缺陷，為進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)探究效率，在自制教具的研發(fā)上進(jìn)行有益的嘗試，并總結(jié)和提煉出自制教具研發(fā)的具體策略。在吃透教材、深化教學(xué)、創(chuàng)意思考、設(shè)計(jì)生成、制作完善、檢驗(yàn)應(yīng)用的自制教具過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)習(xí)慣、科學(xué)方法、科學(xué)能力、科學(xué)態(tài)度及科學(xué)精神等基本科學(xué)素養(yǎng)。

新課程改革以來(lái)，小學(xué)科學(xué)教學(xué)堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨、以探究為核心的教學(xué)理念。但在平時(shí)的探究性教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)科學(xué)教材中存在實(shí)驗(yàn)缺陷和教具短缺等問(wèn)題，直接影響到教學(xué)的有效推進(jìn)，影響了科學(xué)課堂的正常教學(xué)，阻礙了學(xué)生科學(xué)概念的有效生成，甚至影響了學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。引入“吃透教材—深化教學(xué)—?jiǎng)?chuàng)意思考—設(shè)計(jì)生成—制作完善—檢驗(yàn)應(yīng)用”的自制教具應(yīng)用模式，具有以下優(yōu)勢(shì)：突破教學(xué)難點(diǎn)，深耕知識(shí)深度;找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，提升探究效率;增加實(shí)驗(yàn)趣味，激發(fā)探究興趣;開拓思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力。

一、突破教學(xué)難點(diǎn)，深耕知識(shí)深度

小學(xué)科學(xué)課是一門綜合性課程，內(nèi)容包括物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球和宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程四個(gè)領(lǐng)域，涵蓋了我們生活的全部環(huán)境。有些知識(shí)和內(nèi)容很抽象，小學(xué)生感興趣，但不能完全理解。再者，學(xué)校普遍對(duì)科學(xué)學(xué)科重視程度不夠，部分實(shí)驗(yàn)教具由于長(zhǎng)時(shí)間不更新，已經(jīng)不能滿足教學(xué)需求和時(shí)代發(fā)展的需要。部分教具質(zhì)量較差，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，從而得出錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，降低了實(shí)驗(yàn)探究的效率。有些教具在一些教學(xué)重難點(diǎn)的突破上有所欠缺，影響了探究效果。

因此，依據(jù)教學(xué)重難點(diǎn)，探究設(shè)計(jì)解決本節(jié)課重難點(diǎn)的教具，對(duì)學(xué)生理解和掌握本節(jié)課內(nèi)容，大有裨益。自制教具可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，是對(duì)學(xué)校現(xiàn)存教具的補(bǔ)充。學(xué)生可以充分利用自制教具，拓寬知識(shí)視野，形成一定的生活體驗(yàn)。

例如，《四季更替》是小學(xué)科學(xué)青島版五四制四年級(jí)下冊(cè)第五單元“太陽(yáng)地球和月亮”中的一節(jié)課。在教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生始終有一個(gè)困惑：在地球公轉(zhuǎn)過(guò)程中，在地日距離幾乎不變的情況下，是什么原因引起溫度變化，從而形成四季的？如何讓學(xué)生直觀感受四季更替的形成原因呢？

我們分析了前幾輪的磨課：先設(shè)計(jì)一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，然后播放視頻。課后學(xué)生還是一臉茫然。分析原因：首先，在模擬實(shí)驗(yàn)中，由于操作不規(guī)范，地軸傾斜存在誤差，太陽(yáng)直射位置數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，無(wú)法體現(xiàn)南北半球的溫度變化;其次，視頻在遼闊宇宙中讓學(xué)生體驗(yàn)地球公轉(zhuǎn)有一定難度，也就無(wú)法真正理解四季形成的原因。

這讓我們產(chǎn)生了深深的思考。為了攻克這一教學(xué)難點(diǎn)，我們制作了四季更替演示教具，如圖1。

四季更替演示器教具的使用，可以讓學(xué)生直觀形象地看到，在地球公轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于地軸始終保持向北傾斜，因此太陽(yáng)直射點(diǎn)總在南北回歸線之間移動(dòng)，太陽(yáng)照射角度發(fā)生變化，從而引起溫度變化，形成四季。相比人工模擬、視頻播放地球公轉(zhuǎn)畫面，這樣得到的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，呈現(xiàn)更直觀，更具有視覺沖擊力，很好地突破了本節(jié)課的重難點(diǎn)。

四季更替演示教具還把二十四節(jié)氣與此時(shí)太陽(yáng)直射地球位置直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使本節(jié)課研究?jī)?nèi)容進(jìn)一步拓展到課外，讓學(xué)生理解季節(jié)變化，體會(huì)地球公轉(zhuǎn)與日常生活的聯(lián)系，在贊嘆我國(guó)古代勞動(dòng)人民智慧的同時(shí)，受到愛國(guó)主義教育。

二、找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，提升探究效率

愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要，因?yàn)榻鉀Q問(wèn)題也許僅僅是一個(gè)教學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能而已。而提出新的問(wèn)題、新的可能性，從新的角度去看舊的問(wèn)題，都需要有創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。” 小學(xué)階段的科學(xué)課，教學(xué)理念就是探究，要求學(xué)生在探究的過(guò)程中提出問(wèn)題，充分了解問(wèn)題的來(lái)龍去脈，知道應(yīng)該從何處入手解決問(wèn)題，逐步對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)啟蒙，最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。這也是小學(xué)階段的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所要實(shí)現(xiàn)的教育目標(biāo)。

例如，《磁懸浮筆架》是小學(xué)科學(xué)青島版五四制二年級(jí)下冊(cè)第五單元“科技產(chǎn)品”中的一節(jié)課。學(xué)生通過(guò)觀看視頻回答問(wèn)題：筆是怎么懸浮起來(lái)的？

學(xué)生探究過(guò)程：在學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，由于二年級(jí)學(xué)生年齡小，動(dòng)手能力較差，在實(shí)驗(yàn)操作中很難找到安放磁鐵的準(zhǔn)確位置，切割紙盒時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有誤差，而且磁鐵固定不牢固。這樣學(xué)生反復(fù)嘗試，也很難成功地讓筆懸浮起來(lái)。在探究的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)提出無(wú)數(shù)個(gè)問(wèn)題，這為后續(xù)深入研究奠定了基礎(chǔ)。

為了便于學(xué)生觀察分析、操作探究，方便找到安放磁鐵的準(zhǔn)確位置，更好地突破教學(xué)中的重難點(diǎn)，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了改進(jìn)，加工，如圖2。

師生共同完成了底座制作、磁鐵準(zhǔn)備，而如何讓筆懸浮起來(lái)，教師則放手讓學(xué)生去操作。這樣的自制教具，學(xué)生非常感興趣，爭(zhēng)先恐后地操作，去實(shí)現(xiàn)筆懸浮的目標(biāo)。在經(jīng)歷筆屢次落下的過(guò)程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了思考、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思維得以鍛煉，能力得以提升，從而提高了科學(xué)素養(yǎng)。科學(xué)活動(dòng)的本質(zhì)在于不斷地試驗(yàn)、不斷地探索，而教師把實(shí)驗(yàn)探究的難點(diǎn)留給學(xué)生，讓他們經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程?？茖W(xué)的教育就是要引導(dǎo)學(xué)生在探索的過(guò)程中培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，提高自身的科學(xué)素質(zhì)，只有這樣才能在本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)科學(xué)與教育的結(jié)合與統(tǒng)一。

三、增加實(shí)驗(yàn)趣味，激發(fā)探究興趣

科學(xué)是一門理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的學(xué)科，有效規(guī)避了單純以理論形式展開教學(xué)而導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降的問(wèn)題。尤其是科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，特別強(qiáng)調(diào)利用與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的材料與教具來(lái)提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力。自制教具，不僅可使科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程更加直觀明了，還能進(jìn)一步提升學(xué)生的知識(shí)掌握程度與動(dòng)手操作能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)探究與學(xué)習(xí)。自制教具無(wú)論是對(duì)教師的教學(xué)還是學(xué)生的學(xué)習(xí)，都有著積極作用。這主要體現(xiàn)為教學(xué)過(guò)程的優(yōu)化及學(xué)生理解能力、動(dòng)手能力的提升。在實(shí)際教學(xué)中，教師要盡量創(chuàng)造機(jī)會(huì)，讓學(xué)生親手制作教具，從而加深其對(duì)知識(shí)的理解與掌握。

例如，《改變浮和沉》是小學(xué)科學(xué)青島版五四制三年級(jí)下冊(cè)第四單元“水的科學(xué)”中的一節(jié)課。課本上提供的材料種類較之以前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)明顯增多，最后歸納總結(jié)的結(jié)論比較抽象且條目繁多。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，課本上提供的實(shí)驗(yàn)材料不嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生不能準(zhǔn)確表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而影響了本節(jié)課的學(xué)習(xí)。因此我們帶領(lǐng)學(xué)生反思：還可以利用身邊的哪些材料來(lái)驗(yàn)證物體的浮和沉，并有效改變呢？學(xué)生大膽地說(shuō)材料，教師給予補(bǔ)充和解釋說(shuō)明，待學(xué)生列舉出盡可能多的可供使用的材料后，讓學(xué)生回家收集所列舉的材料。學(xué)生收集到的材料有玩壞了不用的小船、廢棄的橡膠軟管、廢棄的針管、幾個(gè)螺絲帽、廢舊的小型打氣筒等。他們把收集到的材料帶來(lái)之后，教師讓學(xué)生分組，根據(jù)手中的材料，討論交流：怎么組合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)浮和沉的效果？當(dāng)小組遇到問(wèn)題時(shí)，可以詢問(wèn)教師，尋求幫助。教師給予理論的指導(dǎo)、操作的提示，但所有的動(dòng)手操作都盡量放手讓學(xué)生來(lái)完成。給學(xué)生提供盡可能全的工具，為學(xué)生示范工具如何用，但不幫助學(xué)生完成。只有學(xué)生自己動(dòng)手做，才會(huì)得到鍛煉。同時(shí)，在不斷的調(diào)試、改進(jìn)中，學(xué)生對(duì)于所學(xué)的知識(shí)、自制教具展示的效果才會(huì)印象深刻，才能更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。以下圖3是學(xué)生自己動(dòng)手完成的教具。

小學(xué)生正處于思維活躍時(shí)期，對(duì)事物保持高度的好奇心，教師可以發(fā)揮學(xué)生的優(yōu)勢(shì)。相比于之前的科學(xué)課，利用自制教具進(jìn)行教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生對(duì)自制教具進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。自制教具需要學(xué)生之間的互相幫助，以及教師講解指導(dǎo)才能完成。所以制作教具的過(guò)程可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，讓學(xué)生了解合作的重要性，密切學(xué)生之間的關(guān)系。自制教具沒有固定的模板，學(xué)生在制作時(shí)可以發(fā)揮想象力，制作不同的教具。小組成員可以提出自己的想法，然后將所有好的想法集中起來(lái)，制作一個(gè)完美的教具。學(xué)生在制作的過(guò)程中能感悟科學(xué)道理，增強(qiáng)動(dòng)手能力，形成科學(xué)思維。

四、開拓思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力

隨著社會(huì)的發(fā)展，國(guó)家越來(lái)越重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。小學(xué)科學(xué)能夠開拓學(xué)生的思維，為學(xué)生打開一個(gè)五彩繽紛的世界，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力有著非常重要的作用。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，帶領(lǐng)學(xué)生自制教具，在學(xué)中玩，在玩中學(xué)，這種教學(xué)模式是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段。

例如，《讓更多的燈泡亮起來(lái)》是小學(xué)科學(xué)青島版五四制三年級(jí)下冊(cè)“燈泡亮了”這一單元的內(nèi)容，本課是在學(xué)生學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)單電路連接的基礎(chǔ)上，探究如何讓更多的燈泡亮起來(lái)。三年級(jí)的學(xué)生具備了一定的實(shí)驗(yàn)探究能力，但仍然以形象思維為主。學(xué)生的困惑在于：對(duì)電流這樣看不見摸不著的抽象概念很難理解，對(duì)電路中電流是如何流動(dòng)的更是模糊不清。如何讓學(xué)生直觀地感受電流的流動(dòng)呢？為了攻克這一教學(xué)重難點(diǎn)，我們師生制作了串并聯(lián)模擬板教具，如圖4、圖5。

圖5是串聯(lián)電路模擬板。先看藍(lán)色線路部分，閉合開關(guān)，兩個(gè)燈泡同時(shí)亮起，此時(shí)就有學(xué)生問(wèn)：燈泡是怎么亮的呢？在這個(gè)電路中，電流是如何流動(dòng)的？這里借助水流來(lái)感受電流，讓學(xué)生仔細(xì)觀察水流是如何流動(dòng)的。經(jīng)過(guò)觀察，學(xué)生說(shuō)，看到水從一個(gè)燈泡流向另一個(gè)燈泡，兩個(gè)燈泡像糖葫蘆一樣串起來(lái)，實(shí)際電路和模擬電路各器件一一對(duì)應(yīng)，學(xué)生非常形象地得到串聯(lián)電路的連接特點(diǎn)——兩個(gè)燈泡逐個(gè)順次串起來(lái)組成的電路。同理，圖5是并聯(lián)電路模擬板。閉合開關(guān)一，燈泡一亮起來(lái)，閉合開關(guān)二，燈泡二亮起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)燈泡分別亮起。先讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)在這個(gè)電路中電流是怎樣流動(dòng)的，再展示模擬電路。只打開下面開關(guān)，水從下面流過(guò);只打開上面開關(guān)，水從上面流過(guò);兩個(gè)開關(guān)都打開，學(xué)生說(shuō)，水在這里分叉以后同時(shí)經(jīng)過(guò)燈泡，還有學(xué)生說(shuō)水兵分兩路。學(xué)生很形象地得到并聯(lián)電路的連接特點(diǎn)：兩個(gè)燈泡并列地連接起來(lái)組成的電路叫并聯(lián)電路。借助形象直觀的教具來(lái)理解抽象概念，學(xué)生興趣十分濃厚。

在教學(xué)探究中，大部分學(xué)生的思維都是比較活躍的，甚至是跳躍的。如果我們能設(shè)置新穎的課堂教學(xué)方式，讓學(xué)生全程參與，就會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)他們對(duì)大自然的向往。通過(guò)自制教具實(shí)現(xiàn)了課堂氛圍的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，積極探索，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。在良好的學(xué)習(xí)氛圍中，學(xué)生“玩”出成績(jī)，“玩”出科學(xué)，符合我國(guó)課程改革素質(zhì)教育的方向。

小學(xué)科學(xué)是一門實(shí)踐性課程。探究活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。小學(xué)科學(xué)強(qiáng)調(diào)從學(xué)生熟悉的日常生活出發(fā)，通過(guò)學(xué)生親身經(jīng)歷動(dòng)手動(dòng)腦等實(shí)踐活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)和提出生活中簡(jiǎn)單的科學(xué)問(wèn)題，并嘗試用科學(xué)方法和科學(xué)知識(shí)予以解決，在實(shí)踐中體驗(yàn)和積累認(rèn)知世界的經(jīng)驗(yàn)，提高科學(xué)能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，學(xué)習(xí)與同伴的交流、交往與合作，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【本文系2020年度山東省教育教學(xué)研究課題“基于學(xué)生自制的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)與創(chuàng)新研究”階段性成果，課題批準(zhǔn)號(hào)：Y2019234】