自制教具在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

小學(xué)科學(xué)教學(xué)以探究活動(dòng)為核心，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度實(shí)施關(guān)系到學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。教師使用自制教具輔助教學(xué)，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，加深他們對所學(xué)知識的理解，實(shí)現(xiàn)通過“制教具”促進(jìn)學(xué)生“智增長”的目的。

自制教具在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過程的探究上，突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)、聚焦要點(diǎn)，能讓學(xué)生更加直觀地觀察實(shí)驗(yàn)過程，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，讓他們主動(dòng)參與，提升科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

一、借助增材制造，突出重點(diǎn)

小學(xué)科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，學(xué)生往往通過實(shí)驗(yàn)探究獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。但有些教學(xué)內(nèi)容比較抽象、枯燥，而小學(xué)生的抽象思維較弱，常出現(xiàn)對知識難以接受、不易理解的狀況。自制教具能變抽象為形象，降低觀察的難度，不僅讓學(xué)生易于理解，還能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

《相貌各異的我們》一課中，對于不同性狀的特征組合，教材先圍繞“耳垂是否緊貼臉頰”“平發(fā)際還是V發(fā)際”“舌頭能否向內(nèi)彎曲”“下顎是否有溝”“大拇指能否向外彎曲”這5個(gè)性狀組織學(xué)生觀察，再讓他們通過身高、體重、頭發(fā)、膚色等推測不同的性狀組合，得出“有無數(shù)種組合可能”的結(jié)論。但在本課學(xué)習(xí)過程中，性狀的組合結(jié)果只能通過數(shù)學(xué)的計(jì)算方式獲取，學(xué)生不能直觀地發(fā)現(xiàn)不同性狀組合后的相貌究竟是怎樣的。對六年級學(xué)生來說，這種僅存在于頭腦中的抽象思維顯然難以支撐“不同性狀組合有無限種可能”這一認(rèn)識，而自制教具“遺傳與變異‘相貌’組合研究模型”就很好地解決了這個(gè)問題。

如何讓學(xué)生從抽象到具象認(rèn)識“相貌各異的我們”的原因？我們借助3D增材制造技術(shù)，采用一男一女的正面肖像作為親代相貌（如圖1），選擇“發(fā)際”“眉毛”“眼睛”“鼻子”“嘴巴”這5個(gè)可旋轉(zhuǎn)的人臉性狀拼件，采用旋轉(zhuǎn)法進(jìn)行性狀重組。學(xué)生只需撥動(dòng)操作桿，即可將臉部的不同性狀進(jìn)行組合。如學(xué)生選擇移動(dòng)“發(fā)際性狀”操作桿，其他相貌性狀不動(dòng)，可以獲得兩個(gè)不同的相貌；選擇移動(dòng)“眉毛性狀”操作桿，其他相貌性狀不動(dòng)，也可以獲得兩個(gè)不同的相貌。以此類推，一套簡單的器材，可以拼成32種不同的相貌（如圖2），能幫助學(xué)生建構(gòu)“人的相貌差異是由于相貌特征的不同性狀表現(xiàn)引起的，性狀特征的不同組合造就了多樣的生命個(gè)體”的科學(xué)概念。此外，學(xué)生還通過將后代不同的相貌與親代正面肖像進(jìn)行比較（如圖3），發(fā)現(xiàn)“生物的多樣性”的重要原因之一是遺傳和變異。這為“相貌差異跟遺傳與變異有關(guān)”提供了實(shí)證。

本教具化抽象為具象，有效地提高了課堂教學(xué)的效率，讓學(xué)生在活動(dòng)中提升思維能力，對“性狀組合”“遺傳與變異”有了更深的理解。

二、巧用生活素材，突破難點(diǎn)

四年級《運(yùn)動(dòng)的小車》一課涉及了“能量”，不少學(xué)生對能量已經(jīng)有了一定的感性認(rèn)識，且已經(jīng)在使用“能量”這個(gè)科學(xué)詞匯，他們知道發(fā)光、發(fā)熱的物體是有能量的，也聽說過光能、水能、風(fēng)能等，但在認(rèn)知中還沒有關(guān)于“能量”更概括性的概念。

本課要求學(xué)生通過木塊被撞擊后運(yùn)動(dòng)的距離來判斷小車的能量大小。這對四年級學(xué)生來說很難理解：為什么木塊被撞擊后運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)，小車的能量就越大？把能量的大小與速度大小關(guān)聯(lián)起來就更加困難了。同時(shí)，物體速度大，能量就大，這一結(jié)論對于學(xué)生來說不夠直觀，他們難以觀察現(xiàn)象。

怎樣突破這個(gè)難點(diǎn)，讓四年級學(xué)生既能使用“能量”這個(gè)科學(xué)詞匯，又能理解能量與速度之間的關(guān)系呢？街頭拳擊游戲的力量測試儀給“能量與速度多功能一體數(shù)顯測試裝置”的開發(fā)與使用賦予了靈感：學(xué)生戴上拳擊手套，用力擊打測試儀，測試儀能顯示出拳的速度和力量。如果能把這個(gè)原理應(yīng)用到教具上，學(xué)生對能量和速度之間的關(guān)系的認(rèn)識難題就能迎刃而解。

本教具的材料與工具包含：秒表、雪弗板（寬12厘米，厚1厘米，長約1米），數(shù)顯推拉計(jì)，電路配件（導(dǎo)線兩段、銅箔1米、觸發(fā)開關(guān)兩個(gè)、回形針兩枚），強(qiáng)力磁鐵，小車，棉繩，墊圈，鉤碼，滑輪，膠水和膠帶等（如圖4）。

小車從不同坡度的斜坡上行駛下來時(shí)，會(huì)撞擊數(shù)顯推拉力計(jì)和秒表，記錄下測試儀和秒表上的數(shù)字。這樣，學(xué)生就能分析出能量與物體速度之間的關(guān)系（見表1）。

本教具材料簡單、制作方便，提高了“能量與速度的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和有效性。學(xué)生通過改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)直觀地觀察到能量的大小與變化，通過數(shù)據(jù)分析能量與速度之間的關(guān)系，有效建構(gòu)了“速度大，能量大；速度小，能量小”的科學(xué)概念。同時(shí)，它還借助了數(shù)顯和觸發(fā)器技術(shù)，避免了某些人為的因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，讓測試過程中的一些變量得到很好的控制，使探究實(shí)驗(yàn)更具操作性、便捷性、精確性，最終達(dá)到化解教學(xué)難題、提高教學(xué)效率的目的。

三、捕捉孩子興趣，聚焦要點(diǎn)

在學(xué)習(xí)“營養(yǎng)要均衡”內(nèi)容時(shí)，學(xué)生通過中國居民膳食指南（膳食寶塔）大致知道了一天中飲食應(yīng)該要遵循的原則，但他們?nèi)绻麤]有真正理解均衡飲食“吃什么、怎么吃、吃多少”，學(xué)習(xí)和生活就會(huì)割裂為“兩張皮”，達(dá)不到學(xué)以致用的目的。為了讓學(xué)生從小養(yǎng)成均衡飲食的習(xí)慣，把科學(xué)學(xué)習(xí)成果應(yīng)用到生活中，我們結(jié)合學(xué)生愛玩的天性，設(shè)計(jì)開發(fā)了“營養(yǎng)與健康”主題的多功能桌游卡牌教具（如圖5、圖6）。

本教具采用學(xué)生喜愛的桌游卡牌模式，將教學(xué)內(nèi)容融入卡牌游戲當(dāng)中，聚焦“吃什么、怎么吃、吃多少才算飲食均衡”的問題。通過觀察和使用多種多樣的食物卡牌，學(xué)生更直觀地了解食物所包含的營養(yǎng)，認(rèn)識食物所含的熱量多少以及售價(jià)。通過游戲過程中對卡牌的分析和組合，學(xué)生深刻理解和實(shí)踐了均衡營養(yǎng)的理念，認(rèn)識了食物熱量與健康的關(guān)系，樹立了成本意識，提高了分析、整理、統(tǒng)計(jì)等方面的能力。

本教具創(chuàng)造性地使用了科學(xué)教具中很少見的桌游卡牌形式，還特別增加了事件卡和功能卡，讓游戲內(nèi)容更豐富，趣味性更強(qiáng)。本教具設(shè)計(jì)了1種基礎(chǔ)玩法（熱量的攝入和營養(yǎng)均衡）和3種進(jìn)階玩法（熱量限制、成本限制、熱量和成本雙限制），形式多樣，極具挑戰(zhàn)性。桌游卡牌便于學(xué)生帶回家使用，克服了該學(xué)習(xí)內(nèi)容時(shí)間跨度長的難題。

結(jié)語

通過研發(fā)教具并應(yīng)用于實(shí)踐，我們有效地突破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重難點(diǎn)，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際問題，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。合理使用自制教具不僅能提高學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)造力、觀察力和思考能力，促進(jìn)他們有效學(xué)習(xí)，還能加深他們對科學(xué)原理的理解。

參考文獻(xiàn)

[1]黃國勝.自制創(chuàng)新教具解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的疑難問題[J].小學(xué)科學(xué)，2022（06）.

[2]俞旭.現(xiàn)代教育技術(shù)助推實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2013（07）.