改造·研发·创新：运用自制教学具的小学科学探究活动

汪洋

（福州市台江第六中心小学，福建 福州 350009）

在小学科学课堂中，教学具为学生探究活动提供物质材料支持。如何设计制作有意义的，能提高探究实效性的教学具，是科学教师在课前必须要考虑的问题之一。《小学科学课程标准（2017 年版）》中明确指出：“精心设计的教学具，可以帮助学生更好地理解抽象、难懂的科学知识，体验科学探究过程，并能激发学生的学习兴趣，启迪思维，培养动手能力。”因此，教师应根据教材特点、学生学情、地域特色等因素，精心设计和制作教学具。合理使用自制教学具，能够扩大探究视野，培养探究精神，增长探究能力，使学生乐于探究、精于分析、善于总结，进而提高科学素养。

一、改造：筑牢支撑点，优化实验过程

任何科学结论的提出，都需要有令人信服的现象或者数据作为依据，这是支撑科学大厦的基石，也是学生能轻松掌握科学知识、科学理论的事实基础。在小学科学课堂的探究活动过程中，往往由于教学具的粗糙，造成实验数据与理想数据存在较大偏差，或是实验现象存在歧义，导致支持科学结论的依据不尽如人意，无法达到预期的教学效果。［1］因此，必须改造教学具，改进实验过程，尽量排除干扰因素，以期获取准确、有说服力的科学结论，达成课程的教学目标。

例如，在苏教版四年级《小车的运动》一课教学中，由于小学生的年龄特点以及其他主客观因素，导致手掐秒表测量的实验数据误差较大，学生常常对分析这些数据感到束手无策。针对这一现象，笔者改造教学具，加入电子测量设备，以提高测量数据的准确性。具体做法是利用随处可得的建筑边角料电线槽作为小车运动的轨道，在轨道两端各安装一个干簧管作为传感器，将干簧管用信号线焊接到秒表中，另在一辆小车中安装一块磁铁作为信号源（见图1）。由于该教具使用自动启停的测量装置，又配备百分之一秒数字计时器，大大增加实验数据的精确度。小车安装的强力磁铁，还可以将铁质配重物牢牢吸附住，有效防止由于惯性，导致配重物后移而影响实验结果可靠性的问题。该实验操作简单，数据又具有说服力，学生仅通过自行实验，就能从实验现象中观察到影响小车运动快慢的可能性因素，有助于学生通过分析数据，揭晓小车运动的秘密。

图1

案例中，教师对原教学具进行改进，优化实验探究过程，减少实验干扰因素，降低实验数据误差，为学生提炼和总结科学结论筑牢支撑点。同时，在潜移默化中帮助学生建立“数据思维”模式，利用数据来思考事物、解决问题，为学生科学思维的全面发展奠定坚实的基础。

二、研发：引燃兴趣点，达成教学目标

小学生的认知发展特点，决定了其注意力集中度和稳定度较差。［2］教师若能从学生的思维角度出发，研发符合他们年龄特点和兴趣的教学具，并将该教学具的应用贯穿在课堂教学始终，就可以点燃学生的好奇心和探究欲，让其注意力始终集中在课堂活动中。学生经历亲身体验、动手操作、积极思考的过程，自主探索和掌握科学知识，教学目标水到渠成。

例如，执教新苏教版二年级《拧螺丝》一课时，笔者根据小学低年级学生的特点和兴趣，研发制作了他们熟悉的卡通人物“小猪佩奇”的头像拼图教学具（见图2）。根据教学设计，学生将通过自主探究活动，学习如何利用教师所提供的多种工具，将不同类型、不同型号的螺丝紧固在相应位置，完成卡通头像的拼接。该教学具在教学导入阶段刚一出示，憨态可掬的模样就吸引学生的目光，引燃学生的兴趣点。在兴致勃勃的情绪中，学生通过自主探究和操作，掌握了几种常见类型螺丝及相关工具的使用方法，甚至有的学生无师自通地突破了“使用套筒和扳手组合为螺丝拧螺母”这一教学难点。整个探究过程，学生始终处于兴奋状态，在实践过程中，在同伴的互助里，在渴望成功的自我期许下，增强探究意识，提高动手能力，培养团队精神，获得成功的喜悦。

图2

三、创新：呵护生长点，建构科学思维

科学思维是指人脑对客观事物进行反复加工，使用模型建构、推理论证、质疑创新等方式，把感性认识概括上升为理性认识的过程。［3］一个人要建构科学思维，需要经历漫长复杂的艰苦努力，无一蹴而就的可能。但在此过程中，也存在一些关键时刻，使科学思维得到飞速发展。教师面对学生科学思维发展的生长点，应尽力呵护，既不揠苗助长，也不放任自流。应当先令其恣意生长，再伺机摘心疏枝，方能真正启迪学生的思维，帮助他们成长为参天大树。

例如，在苏教版四年级上册《生活中的电》一课中，课文罗列了几幅生活中常见电器的图片，请学生根据生活经验，依照电的来源，给电器进行分类。教材编写意图是让学生认识到生活中的电源有直流电和交流电两种不同类型。为了能让学生更直观地感受直流电和交流电，并能体验它们之间的不同，笔者利用3D 打印技术，创新制作了手摇式直流发电机和手摇式交流发电机（见图3）。探究活动中，学生根据已有的简单电路知识，分别将这两种手摇发电机正确连接到发光二极管上。手摇发电机工作后，学生发现发光二极管的发光现象与发电机的手摇方向密切相关，发现两组电路的发光现象也有所不同。教师再利用手机拍摄投屏等信息技术，将肉眼难以观察到的高频闪烁现象，通过慢动作视频放映在学生眼前，促使学生评估和运用这些科学证据，分析思考交流电和直流电的区别，并提出自己的解释。在小组讨论和汇报环节中，学生从不同的角度思考问题，相互质疑，相互补充，一步步接近交流电和直流电的真相。

图3

案例中，对自制教具的创新和使用，为学生的思维发展创造一个生长点。在教师引导下，学生尝试建构模型，让看不见的电流看得见了，说不清的道理讲明了，将原来晦涩的知识形象、直观、生动地展现给学生。教师再据此启迪学生，经过科学推理，探寻事物的真相，促进学生建构科学思维。

总之，在小学科学研究活动中，教师对教学具的改造，去操作中的“伪”，存数据里的“真”，有利于学生牢固掌握科学知识；对教学具的研发，舍课堂灌输的“乏”，取探究活动的“趣”，激发学生浓厚的探究热情；对教学具的创新，化认识现象的“见”，为探寻本质的“思”，呵护学生科学思维的成长。