贫困地区小学低成本教具设计

刘祉祺 张若晨

（东北林业大学，黑龙江 哈尔滨150000）

同城市中小学教学相比，贫困地区教师在实际展开教学活动的过程中，需要面对教学资源相对紧缺的问题。要想激发学生对知识学习的积极性，实现对学生创造性思维、探究思维等综合素质的培养，教具的应用就显得十分必要。在这（转下页）种情况下，积极加强对低成本教具在贫困地区中小学课堂教学中的应用研究具有重要意义。

本课题的研究目的是在经济有限的情况下，结合学龄期儿童的生理、心理发育情况，通过教具设计有效地提升农村学校的教学质量。本研究还通过访谈和观察了解使用者相关情况，进行简化结构设计，选用新材料，最大程度减少后续费用，降低教具成本，提高农村教学质量。

1 低成本教具在贫困县区课堂教学中的应用价值

1.1 贫困地区学校教育现状

我国是一个农业大国，全国在校中小学生1.69 亿，农村约占75%[1]，中国农村正在从封闭型社会向开放型社会整体演进。“上好学”成为广大农民最为迫切的要求，提高教学质量成为农村教学的重点。目前贫困地区小学教育有如下几个现状：

（1）“撤点并校”政策在一定程度上让农村小学生享受更好的教育资源，但是也使得农村地区的学生因路途遥远而无学可上。

（2）绝大多数贫困地区的小学规模小，内部设备依然较为简陋。

（3）贫困地区的教师数量不足。根据《2016 年中国统计局年鉴》数据，农村地区小学数量约为城镇地区的3.3 倍，而小学专任教师仅占比36%[2]。

1.2 教具应用价值

教具是讲解说明某事物的模型、实物、标本、仪器等，是教育活动中必不可少的用具。对于年纪较小的学生来说，玩具和教具并没有严格的差别定义。其应用价值体现在：

（1）有助于提升学生物理核心素养。促使学生逐渐形成持之以恒和实事求是的科学态度，对于学生形成良好的物理核心素养具有重要意义。

（2）有助于提升学生解决问题的能力。在组装和使用教具的整个实践过程中，可以锻炼学生自身解决问题的能力。

（3）有助于营造良好师生关系。教师在引导学生使用教具并参与动手实践活动的过程中，给予学生肯定与鼓励，更好地营造学习氛围，激发学生的学习兴趣，拉近师生间的距离。

2 降低产品成本的方法

2.1“低成本”概念注释

降低成本的设计是企业竞争优势，技术发展的关键。低成本并不意味着低质量，有时还要求提高质量。“低成本”的含义除了包括价格低廉以外还有环保，也就是低生产成本、低使用成本和低环境成本。

本设计的出发点为降低消费者成本，但同时又兼顾降低了生产者成本和社会责任成本。

2.2 降低产品成本的方法

现代企业的任何一种产品从设计到获利, 其成本贯穿于产品生命周期的全部成本发生过程。包括产品的生产、开发设计及产品销售过程。在产品设计过程中, 要充分对设计方案进行比较, 对工程设计进行优化，对方案实行科学决策。所以从以下几个方面考虑降低成本。

（1）从生命周期角度降低产品成本。

（2）从加工工艺角度降低产品成本。

（3）从原材料角度降低产品的成本。

（4）从运输的角度降低产品成本。

3 设计方案

3.1 设计目标

通过对贫困地区中小学教育现状、和儿童学习行为特点的研究，发现对于儿童性格行为培养极其重要的自然科学课在贫困地区学校不受重视，学校没有条件充分开展自然科学教学活动。因此本设计针对贫困地区教学状况设计一款适用于小学自然科学教学的低成本显微镜。

本设计遵循如下设计原则：

（1）材料环保原则；

（2）易维修原则；

（3）易运输原则；

（4）使用场景多样化原则。

3.2 设计方案确定

由显微镜出发分别考虑了几个设计因素：低成本、小学生、使用场景，如图1 所示。

因而，根据使用场景的不同，显微镜有不同的配件，如在室内使用时需要长时间的观察需要支架，在室外使用时就可以舍去支架方便使用。该显微镜是光学显微镜，儿童观察的物品基本都不是透明玻片，所以照明系统使用自然光源即可。

如图1 所示，考虑到材料加工工艺以及产品结构，采用三棱柱的外观，内部插入圆柱体的显微镜结构。本方案，用户可以自行拼接产品，加深对显微镜结构的理解，同时还可以减小包装体积，降低运输储存成本。通过对比分析，采用模块化，拆分各个部件便于运输、检查，同时在安装过程中学生也了解显微镜原理。经过草模型的推敲，如图2 所示，结构合理。

图1 方案草图

图2 草模型

4 设计实现

4.1 结构设计

（1）显微镜的组成

显微镜是由物镜、目镜和照明系统三个部分组成，如图3 所示。物体经显微镜的物镜放大成像后由目镜放大以供人眼观察[3]。

图3 显微镜的组成

（2）显微镜简化结构

图4 所示，a 内部一共三组，5 枚镜片，其中两组是双胶合消色差镜片，都是专业的显微镜结构；b 是简化过后的显微镜结构，内部一共3 枚镜片，这些镜片可以是相同的。在b 结构中上部（目镜组）有两个镜片，靠近眼睛的镜片较平的一侧向外，另一枚镜片，较凸的一面向上；下部（物镜组）仅有一个镜片较凸的一侧向上。在目镜组物镜组下端要设置光栅以去除杂色的干扰，在2、3 枚镜片的下面设置中心有3、4 毫米小孔的遮挡，这是获得清晰度的关键。本设计将使用这种简化过后的显微镜结构。

图4 显微镜简化结构示意图

4.2 材料工艺分析

（1）玉米塑料

玉米塑料是一种安全、环保的生物可降解塑料，原材料是玉米淀粉。其机械性能及物理性能良好，相容性良好，是一种新型的可持续发展的材料。玉米塑料适用于吹塑、热塑等各种加工方法，具有高分子材料的基本特性。

（2）小麦秸秆材料

小麦秸秆或是淀粉等为原料，添加一些融合剂，融合剂多数都是PP 或是PET 这样添加之后才可以达到产品成型[4]。其到本设计的显微镜的外壳，起到遮光、支承的作用，目镜支撑和内部的部件都可以用小麦秸秆材料；玉米塑料可制成透明硬塑料作为底部支撑件。

5 教具设计评价

通过对教具展开设计评价，不仅验证产品在教学层面的情感力量，更重要的是从人文价值角度确证产品在思想层面上构建一种平等与博爱的心理空间。就行为层面而言，该教具边缘光滑圆润，产品的性能、特定迁移元素、材料等方面符合《玩具安全》标准，且产品操作简单、方便易用，增强用户在使用过程中的愉悦感和满足感，是一款科学可行的教具产品。就人文价值层面而言，主要包括以下四个方面：

（1）教育性：以自然科学课程为主导，充分表现了产品教育性的基本属性。

（2）游戏性：教具以“探索”的方式展开训练，巧妙融合了练习性游戏和科学游戏，这种极具互动性、体验性、趣味性的游戏化学习方式充分验证产品的实用性。

（3）具身性：在产品使用过程中，围绕教具的组装，涉及拿取、触摸、放下等一系列的动作语言，学生的身体肢体动作、手部精细动作等被充分调动，具身认知特性在教学展开过程中动态的呈现。

（4）包容性：根据包容性设计所界定的“包容、平等、方便灵活”三个方面思考和确证产品在民主维度的目标和价值。

6 结论

小学阶段是学生学习生涯中非常关键的一个阶段，尤其对于孩子智力的培养尤为重要。这一阶段是孩子性格等养成的关键时期，对学生今后的学习、性格、能力以及思想道德等综合素质具有巨大的影响。

本设计通过降低产品成本使得农村学校、家庭可以负担教学费用，与此同时培养孩子的学习兴趣和探索精神、提升观察力以及动手能力。同时，低成本产品降低环境成本，从生产到废弃的整个生命周期中都不产生环境污染，对于地球生态环境有着积极的意义。