创客视角下创新低成本科学实验“三维谱系”

[摘   要]小学科学研究应该注重低成本实验器材的开发及应用探析，力争促进使学生由普通人到创客人的华丽转身。为此，教师应该构建以下“三维谱系”：注重生活性，点燃创客兴趣;注重自主性，提升创客能力;注重开放性，拓展创客视域。创新小学科学实验材料、框架与路径，引领小学生真正意识到“创客”的重要性，意识到“低成本实验”对自身成长的意义和培养科学探究能力的作用，真正提高小学生的创客能力。

[关键词]小学科学;低成本;实验探究;创客

小学科学实验器材有两类：一是按国家标准配置的“正规”器材，二是师生自制器材。前者稳定，但缺乏针对性;后者简易，但更具操作性。尽管利用自制器材进行科学实验成为“受不确定因素影响最多的环节之一”[1]，但因其“器材易获、方便操作、效果明显”之优势，而受到广大师生的青睐。小学科学教师可以通过低成本科学实验器材的开发及应用，发挥其“资源支撑、工具支撑和技术支撑”作用，提高小学生的创新创造等“创客能力”，同时弥补或改善学校的实验条件。

“创客”意味着创新、巧干、造物，既指向一个创新创造的过程，也指向一群具有科学探究精神的人。低成本科学实验和创客的“生活性、自主性与开放性”理念一脉相承，使师生可以进一步验证“做中学、学中做”“科学源于生活而反哺于生活”“情境教育”“实践出真知”，重构以生为本的教学观，有利于提高小学生的动手实践能力、科学素养和创新能力。

一、注重生活性，点燃创客兴趣

陶行知说：“朝着实际生活走，大致不至于迷路。[2]”科学实验器材的开发及应用也应该“朝着实际生活走”，用鲜活的生活丰富学生的体验，用生活的根基与抓手创新实验过程。依据实际生活开发出的实验器材往往是粗糙的，但因为亲切而触发的灵感闪现，因“生活味”而衍生的浓厚“创客味”，使低成本实验显得愈发精彩，这也正是科学实验的理想境界。

例如，教科版小学四年级“声音是怎样产生的”一课，教材中的实验器材是音叉，在小学生的生活中比较少见，且数量不足，无法达到“覆盖全体学生”的目标。这时不妨让学生提前从家中自带一些玻璃杯，装上满杯、半杯等不等量的水，自制“水乐器”，通过依次敲击水杯，体会不同声音与水位的关系。学生还可以由此进行更深入的探索。

1.在由此及彼的生活化拓展中培养创客思维

如果上述实验仅停留在从几个不同水位的杯子中听出高低不同的声音，而未再进入到由粗到细或由此及彼的新境界，那么，创客思维的培养就无从谈起。所谓“由此及彼”，指留意实验背后的更多意蕴，探究实验扩展中的多维走向与奥妙。例如，上述“水乐器”实验以水为媒介，还能否以其它事物为媒介？在教师的启发与鼓励下，实验室里出现了大小不同的铁钉，还有人用细绳绑在衣架上体会吉他粗弦和细弦的不同音高……这样的“由此及彼”源于生活。学生在亲切感和熟悉感的推动下，发现了更多，实验了更多，也收获了更多。

2.在不同场域的生活化拓展中培养创客思维

创客思维的培养既体现在不同材质和媒介的转换，也体现在不同实验场域的转换，这是打开学生多重视域的策略之一。场域转换并非只是换个地方，而是要为学生创设多维立体的窗口与路径，以便更全面地经历科学探究的过程。如“声音是怎样产生的”一课，就可以创设多种场域：一是自然场域，如让学生听窗外的鸟鸣，听风吹树叶的沙沙声等;二是人工技术场域，如水杯、水、敲击棒;三是多媒体技术场域：音箱、话筒和示波器软件。值得注意的是，场域转换也要基于生活。

二、注重自主性，提升“创客能力”

低成本科学实验器材的开发及应用离不开教师的大胆放权，即让学生拥有自主权，激发学生的自主性，引导学生“自我探索、自我选择、自我建构和自我创造”。如果在科学实验中没有自我探究的过程，那么，无论实验“拉风”或“精美绝伦”，都很难在学生的头脑中留下深刻印象。只有当学生亲自实践和探索，才能使他们从“看客”变成“创客”。

如与透镜有关的实验，除了给学生提供标准透镜，还可以鼓励学生自制透镜。比如将铜丝绕成一个封闭的小圈就是一个低成本“水膜透镜”，实验时改变沾水量，就可以放大或缩小图像。可放手让学生在废电线中收集铜丝，完成“自找、自制、自主实验”的全过程。此外，如“浮沉子”的制作、热水器的制作等，都可以让学生自主探索、自我验证和自主反馈，从而激发学生的好奇心，培养学生的自主意识和自主能力。

1.激发好奇心

空白属性的事物总是会引发小学生强烈的好奇，使他们本能地想去添加、想象或探究，这正是一个创客的内在动机之一，是发明、创新、创造等的前提，也是科学探究的原始动力。小学生的好奇心需要激发，因此教师需要进行真实情境的创设与铺垫。如自制水膜透镜之前，教师先播放了一个视频并解说：“没有野草、没有煤炭、没有干柴，却发生了火灾，为什么？深入调查之后，科学家发现塑料瓶是罪魁祸首——它们的形状起到了透镜的作用，聚焦了大量阳光，形成高温，导致了火灾。聪明的你们，还能发现了哪些聚焦光源的透镜呢？你能自己制作一个吗？”如此，学生的好奇心被点燃，动手的热情被激发，争先恐后地投入了透镜的发现、制作与应用中。

2.激发挑战心

除了好奇心，深度实验和学习还需要挑战精神。由好奇心到挑战心，既是由知识到能力的过渡，也是成为一名创客的必由之路。以水墨透镜的應用为例。一开始，通过移动透镜，字体忽大忽小，学生一片欢呼。这时教师应进一步唤醒学生的挑战心，陆续提出以下进阶问题：“你能让它既汇聚又发散吗？”“能让它点燃纸片吗？“不能点燃是什么原因？还应该改进哪一个环节……”这样的追问既有激励也有信任。相对于浅尝辄止的探索而言，科学探究将激发学生的思维并使其敢于迎接更大的挑战，发展创客精神。

三、注重开放性，拓展创客视域

虽然教材或教参中提供了实验安排与细节，但并不意味着教师一定要“按图索骥”。创客不必囿于“高大上”的正规器材，恪守严丝合缝的实验步骤及过程（但必须保障安全），也不必局限于实验场所的有限空间，而应以更开放的格局进行改进和创新。唯有开放思路、开放实验器材、开放实验过程，才能真正拓展学生的创客视域，促进学生深入科学实验，探索科学的奥秘。

如小学五年级上册“光的反射”一课，教材建议师生用手电筒“照亮桌子上书本背后阴影中的小球”，而实验条件之一是在天花板上安装镜子，对于很多条件有限的小学来讲，无疑增加了实验难度。這时，教师不妨利用“透明杯子（两个）、水和硬币”等低成本材料进行开放式实验，学生会惊奇地发现：从某个角度看，未倒水的杯子下面的硬币清晰可见，但是倒了水的杯子下面的硬币消失了。学生由此会自动产生疑问：光总是沿直线传播的吗？光在什么情况下会折射或者反射？这个实验就是对教材内容的有效改进，既解决了实验难度的问题，还更好地体现了创客意识与创客思维。

选择开放性的实验探究活动，应在学生思路堵塞或实验有难度时开展，并要在环保前提下鼓励学生“造物”，既要有科学性，又要有人文性。此外，还要特别关注以下三个方面。

1.场所开放促进视域洞开

科学发现或发明并非一定要诞生于实验室。开放可体现在多个方面：一是实验场域的“移步换景”，随时、随地、随意地发现和演绎科学。灵感闪现或兴趣勃发之际，均可以就地取材进行实验。如对于“光的反射”，上学路上的一块冰、野外郊游时的一块光滑的石头、街边店铺明晃晃的玻璃墙，都可能成为低成本实验材料。保护并鼓励学生童真童趣童心下的随机实验和感悟，将为他们成为小创客奠定基础。

2.难度开放实现兼顾全体

高效的科学实验应该“覆盖所有的学生”[3]。为此，对于有一定难度的实验探究，应该分层兼顾所有学生。这是“低成本”小学科学实验器材开发及应用探析中的一个基本视点。如在“光的反射”实验中，有些学生很快就明白了硬币消失的原理，但有的学生却一团疑云。这时可以让不明白的学生亲自操作：用针筒将杯中的水吸出再观察，就会恍然大悟了。对于很快就明白的学生，则可以给他们布置一个新任务：自己找材料研究自行车尾灯为什么发光，从而做到难易搭配，因材施教，提升全体学生的实验技能和科学探究素养。

3.技术开放使实验更清晰

低成本实验强调原始材料的收集，注重徒手操作与推进，虽然不乏粗糙与遗漏，但同样也能对接新技术，且越是传统的、低成本的、粗糙的实验，愈要利用新技术检验，注重“互联网+”视域下和更深意义上的融合。如“光的反射”实验，利用低成本实验器材的实验固然取得了“立竿见影、快捷方便”之效果，但受位置、光线、平面等局限，可能会出现观察模糊不清或“一叶障目”等情况。此时，教师可利用信息技术对实验过程进行立体呈现及评价，将部分实验器材制作成美图，评价总结那些能够提升学生实验力、学习力和创新力的好做法，利用网络扩大传播。

低成本实验也有其“高明”之处，如实验器材多样化、实验过程与时空开放化、实验结果创新化，促进学生形成螺旋式提高和整体叠加，引领学生树立既科学又环保，既发展又稳定，既创新创造又恪守优良传统的价值观，做勇于造物的快乐小创客。

参考文献

[1]蔡红聪.实验材料选择应把握的“三性”[J].教学月刊小学版（综合），2018（12）：33-34.

[2]陶行知.陶行知文集[M].南京：江苏教育出版社，2008：170.

[3]程晓云，潘国双.教师的视野要覆盖所有类型的学生[J].教师月刊，2016（7）：28.

作者简介：樊吉福，甘肃省金昌市永昌县第一小学教师，E-mail：ycxdyxxjcy@163.com（甘肃金昌，737200）

基金项目：甘肃省教育科学“十四五”规划2021年度一般课题“基于创客理念的‘低成本’小学科学实验器材开发及应用探析”（编号：GS[2021]GHB0729）