实验仪器创新促进小学生科学素养的提升

于立冬

摘 要：实验仪器创新是一个常态工作，是提高科学探究效率的保证。不仅如此，3D技术的成熟为实验仪器的创新提供了可能和保障。技术的支持、仪器的创新，促进了小学生科学素养的提升。

关键词：科学素养;科学探究;探究效率;仪器创新;3D技术

《义务教育科学课程标准》指出：“科学探究是人们探索和了解自然、获得科学知识的重要方法。以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论，公开研究结果，接受质疑，不断更新和深入，是科学探究的主要特点。”由此可见，科学探究是培养学生科学素养的主要方式。

科学探究的特点决定了科学教学活动需要时间。然而，低年级学段（1～2年级）每周1课时，中年级学段（3～4年级）每周2课时，高年级学段（5～6年级）每周2课时，这点时间，对科学活动的开展就有些捉襟见肘了。时间的桎梏，完成每课时的教学目標成为奢望。因此，只能从教师充分地备课、完善的教学设计和实验仪器创新来提高学生科学探究的效率。

“工欲善其事，必先利其器”，完美的教学设计是基于实验仪器的。由此可见，实验仪器的创新是推动科学探究效率的关键。创新无处不需要，尤其科学探究中，只有如此，才能拥有适合学生探究的实验仪器，提高学生探究的效率。因此，学生才能获得完整的探究经历，提升科学素养：能逐渐发现、关注平日里各种事物的变化，并提出科学的问题;能表述再现一些自然现象，并且能够解释，甚至能够根据发现的规律预测这些现象的产生;能够读懂各类媒体上的科学文章，判断各类宣传等社会行为的科学性;能够读懂地方或国家决策所蕴含的科学逻辑，并做出自己的判断等。

在教学中，我在实验仪器创新应用于教学方面进行了尝试。在执教教科版五年级下册“浮力”一节时，教师需要指导学生完成物体浮力的测量。在教师的引导下，学生通过小组讨论确定了测量的方法：橡胶吸盘在水底固定，细线一端拉引泡沫，一端挂在弹簧测力计上。尽管方法明确，实验器材齐备，但是学生在操作过程中会出现吸盘脱落、弹簧秤不能保持竖直方向上测量。总之，一堂实验课在匆忙、草草中结束——只有个别小组顺利、正确地完成操作，体验了整个过程，认识了浮力，大部分小组没有完成实验的操作。综合了学生操作出错、吸盘不合适的问题，我制作了新的测量工具，将测力杆、弹簧测力计、细线、定滑轮组合固定在一个架子上面，这样既能保证弹簧测力计竖直测量，又能借助测力杆将泡沫按压进水里而不担心器材测量过程中出现故障。在这节课中，我为学生提供了新制的浮力测量工具，学生在课堂上顺利、高效地完成了测量，为利用数据得出结论、进行充分讨论腾出了充足的时间，使全班学生在实验探究活动中完成了实验概念“浮力”的建构，明白了科学的学习不是搬运、填塞别人的东西，而是埋下知识的种子科学地生长。

在科学教学实践中，我认识到实验仪器创新是一个常态工作，因为尽管实验器材室里有很多器材，但是针对每个实验和学生没有合适的实验仪器。如果没有合适的实验仪器，科学探究就很难在有限的时间里完成。比如教科版六年级上册“斜面”这一节中，学生尽管知道测量的方法，但是很难正确地测量。这是我们的实验器材现有的装备水平致使实验操作有难度。在这节课中，我们实验器材室里有斜面、细线、小车、钩码、弹簧测力计，学生在实验时进行了组装、操作、记录、分析等活动，尤其在实验探究中，操作的环节多而耗时;同时，多环节不足的积累使之与数据的科学性相去很远。比如，在操作时用这些器材就不能正确地使用弹簧测力计进行测量;同时，很难保证测力的同时小车匀速运动。器材的现状及常规组合导致了测量的科学性差。因此，为了使学生在实验中能够科学地测量，我借助这些器材概念和各个器材正确的使用方法制作了新的仪器——“活动的斜面演示器”，这个实验仪器在我们滨州市自制教具活动中获得了一等奖。由此可见，在现有的装备条件下，只有保持实验器材的常态创新，才能保证学生科学探究有合适的实验仪器，有益于学生科学素养的提高。

3D打印（即三维打印）作为一个热议话题，严格来说并不算一项新技术。其诞生于20世纪80年代后期，也称作快速成型技术（Rapid Prototype），或增材制造技术，是按照计算机中的三维模型，利用数字化的扩展工具，向物品分层添加材料来制造出实物的一种叠层制造技术，可以忽略物件的结构复杂程度。不仅如此，首先，这种生产技术完全摒弃了传统的刀具、夹具和模具，且数字化控制有效降低了加工成本。其次，3D打印技术可以优化新产品设计开发过程。3D打印的普及与优势，使之成为制作科学探究仪器的最佳选择。从实践来看，3D打印关键能快速制造出精密度较高与结构复杂的零部件，为制作出测量更准确、操作更科学的实验仪器提供了可能和保障。

由此可见，提升学生的科学素养，培养学生的探究能力，提高探究的效率，实验仪器的创新不可或缺，而且科技的发展应用也为我们的常态创新提供了可能和保障。