巧改科学课教学具 开发学生创新思维

许丽玲

在新一轮课程改革东风的吹拂下，科学教师更加积极地投入科学课程改革的研究中。新课标力图改变过于注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习态度;力图使学生获得知识与技能的过程成为学会学习和形成正确价值观的过程。为了与新课程改革的理念相适应，我们应适时适度地改进教材中的教学具，让学生更主动、更独立、更具体验性和问题性地融入科学课堂的学习，开发学生创新思维。

一、借助人工智能创新教学具

人工智能涉及数学、电学、力学、仿生学、计算机技术、控制论、机械工程设计等诸多领域，它可以更好地将科学、技术、工程与数学联系起来，提升学生的科技创新素养。在《做个太阳能热水器》课例中，由于一天中太阳东升西落，季节不同，阳光的照射高度和昼夜长短也不同，太阳的位置是在始终变化的。设计的太阳能热水器如何让阳光保持直射，吸收更多的光和热呢？随着科技的发展，人工智能已经和我们的生活紧密相连，让我们的生活变得更加便捷和智能化，也让我们能更好地利用自然资源和自然规律。此时借助人工智能技术制作的创新教具太阳能热水器智能旋转底座（此智能底座由电动机驱动齿轮减速系统，再传动到底座上的转盘实现旋转，另有控制底座旋转快慢的主机。可以依据太阳运动的规律来编辑控制底座旋转方式的程序导入主机上。连接主机与底座，打开控制开关，智能底座便执行命令开始朝向太阳旋转了。而且，当季节不同太阳高度角发生变化时，还可以利用底座上的棘轮装置调整太阳能热水器的倾斜角度。）很好地解决了这个问题。在大数据背景下的人工智能应用，追踪太阳位置的方式不仅限于一种，也可以是利用图像识别技术开发的传感器、颜色传感器、光敏传感器等。编辑的程序也视具体任务和使用的零件而定，引入人工智能的概念在于营造学生与时俱进的意识，初步明白人工智能设备可以实现太阳能热水器智能旋转底座的开发利用，进而意识到人工智能领域已经与我们生活紧密相连，让学生体会学无止境、创新可贵。机器人技术和科学课堂有效融合，可以营造充满创意的智能教育环境。

二、融合STEM创新教学具

与STEM教育理念不同，探究式学习方式的科学课堂主要让学生在科学课中自己探索问题;强调在科学课堂教学中创设类似于学术研究的情境，让学生通过动手做、做中学主动地发现问题、实验、操作等探究活动获得知识，培养能力，特别是发展探索精神与创新能力。通过创新具有STEM教育理念的探究教具，将有显著STEM式学习特色的科学课堂和探究式学习特色的科学课堂进行有效融合，可以更大限度地开发学生创新思维。以《金属热胀冷缩吗》一课为例，在传统的科学课堂中，这是一节典型的探究课，如何融入STEM創新教具呢？教材中第二个探究实验原型是用一段30厘米左右长的钢条做一个桥的模型，然后给“桥”（钢条）加热，观察加热后钢条伸长并挤歪大头针来探究钢条是否具有热胀冷缩的性质。为了更好地开发学生创新思维，我结合了教材中“钢铁造的桥在温度变化时会热胀冷缩。因此，铁桥通常都架在滚轴上”这个拓展延伸，从材料和方法两方面进行了改进和创新，设计出了架在滚轴上的桥模型，通过给桥加热探究金属热胀冷缩的性质。（该装置利用两根热膨胀系数较大的U形铝条模拟桥梁，并在桥梁之间预留间隙作为伸缩缝。桥梁与桥墩之间用滚珠轴承相连作为可移动支座，使桥梁因热胀冷缩形变时可以平滑位移。将简单电路连入桥的两端，通过小灯泡发光和蜂鸣器的声音来反映金属热胀冷缩的现象。在教学过程中首先给每组学生提供搭建材料，在学生认真熟悉了实验材料之后再给出工程任务——利用教师提供的材料，搭建一座简易的桥模型，并用搭建的模型探究金属铝热胀冷缩的性质。在搭建之前，教师要求小组之间像工程师一样先讨论并设计搭建方案，再把设计方案画在设计稿上。虽然给每个小组提供了相同的实验材料，设计的实验方案却不尽相同，这体现了结果的开放性。）本课例改进的教具，结合了当下最新的STEM教育理念，以学生为主体，让学生以建一座能探究金属热胀冷缩性质的桥为任务，投入工程实践的一般过程，促进学生将探究与技术工程更融合地学习，有助于发展学生的高阶思维技能，培养学生的创新素养。

三、化微观为宏观

科学课探究讲究实证意识，但有时实验现象却不明显，学生易失去耐心和兴趣。此时教师引导学生发散思维，利用微观化宏观的思维方式，积极改进实验教具，可以很好地开发学生创新思维，甚至可以培养学生更全面的思维方式。同样以《金属热胀冷缩吗》一课为例，金属热胀冷缩的变化是极其微观的，除了看到金属热胀冷缩的过程，能不能看到金属热胀冷缩的多角度变化过程呢？孔子说：“不愤不启，不悱不发。”在学生经历了一番头脑风暴之后，教师与学生一起讨论研究，自主创新的探究教具光影金属热胀冷缩演示器（本装置依据光的直线传播原理，通过投影放大待探究金属的影子，通过观察屏上的影子，放大了金属热胀冷缩的动态变化过程。）可以建构学生更完整的知识结构，培养学生更全面的思维方式。在制作的过程中，学生潜移默化地将化微观为宏观的创新理念深刻地记在心中，这在以后的科学课程乃至其他科目的学习过程中，将成为重要的创新思维方式，影响深远。