讓學生參與教具的開發(fā)與改進

朱燦

在當前教學實際中，教具的使用存在不配套、不齊全、操作難、效果差、誤差大等現(xiàn)象。要改變這種現(xiàn)狀，教師必須有目的地改進現(xiàn)有的教具，嘗試開發(fā)新的教具。但教具的開發(fā)和改進，往往是教師“自彈自唱”的獨角戲，忽視了讓學生參與其中的必要性和重要性。學生作為教具的使用者和受益者，被排斥于這一過程之外，嚴重背離了學生開展探究式學習“做中學，學中思，思中悟”的精髓。

兒童是天生的工程師和發(fā)明家。教具的開發(fā)和改進是學生身邊的“技術”和“工程”，教師要引導學生像工程師那樣根據(jù)科學的原理設計出能夠實際應用的產(chǎn)品。本文嘗試通過創(chuàng)設材料超市，探討師生共同參與的教具開發(fā)和改進。

1讓觀察更方便——以“制作滾珠軸承”為例

在《滑動與滾動》一課中，有一個制作滾珠軸承的小實驗。教師按照教材建議，提供了金屬瓶蓋、玻璃球、鉛筆、膠帶、橡皮泥等實驗材料，同時還特別準備了培養(yǎng)皿。

教師先把金屬瓶蓋和培養(yǎng)皿分發(fā)給學生，讓學生比較它們的區(qū)別。學生很快發(fā)現(xiàn)兩者在材料上有差異，前者是金屬的，而后者是玻璃的。教師引導學生思考材料的差異會對觀察造成什么影響？學生發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)皿是透明的，可以看到內(nèi)部；而金屬瓶蓋是不透明的，無法看到容器內(nèi)部。

實驗任務布置后，教師請每個小組按照自己的意愿，自由選擇材料開展實驗。實驗過程中，有的小組按照教材提示開展實驗，如圖1所示；有的小組直接用培養(yǎng)皿進行實驗，如圖2所示；還有的小組嘗試了兩種方案。采用培養(yǎng)皿進行實驗的學生提出，沒放玻璃球時，培養(yǎng)皿的蓋子和底座之間存在滑動摩擦力，將培養(yǎng)皿的蓋子轉動起來有點費力；而放了玻璃球以后，可以看到培養(yǎng)皿的蓋子和底座之間的玻璃球在滾動，兩者之間由滑動摩擦力轉變?yōu)闈L動摩擦力，摩擦力變小了，培養(yǎng)皿的蓋子的轉動就變得順滑了。

實驗中用培養(yǎng)皿代替瓶蓋后，可以清楚地觀察到滾珠軸承內(nèi)部的實時運動狀態(tài)，滾動摩擦力遠遠小于滑動摩擦力概念的建構也就水到渠成了。由此可見，教師要為學生提供可選擇的材料和進行動手操作的機會，讓學生在這一過程中領會不同材料的性能特點，并利用這些特點進行相應的改進。

2讓操作更簡便——以“制作鐘擺”為例

《做一個鐘擺》一課中，教材建議在30cm長的木條上，用圖釘固定一塊金屬圓片，移動金屬圓片的位置，觀察并記錄它們在15s內(nèi)擺動的次數(shù)，如圖3所示。根據(jù)教材建議，教師按要求將木條鋸成30cm長，并在上面鉆了一個用于固定擺繩的孔。同時，搜集了金屬的圓形盒子，并在圓心位置鉆了一個孔，用于固定圖釘。另外，還準備了30cm長的鋼尺，用于量取金屬盒的位置。

實驗任務布置后，學生開始進行分組實驗。實驗中學生發(fā)現(xiàn)用圖釘把金屬盒固定在木條上并不難，但很難將圖釘撬出來，導致要想把金屬盒從木條上取下來，再換一個位置就不那么容易了。

教師適時叫停實驗，讓學生思考這個實驗裝置的設計是否合理。學生雖然能指出實驗中較難完成的操作，但一時也說不出具體的改進措施。教師請學生觀察一下，鋼尺和木條有什么相同之處。受此啟發(fā)，學生提出能不能用鋼尺來代替木條。因為鋼尺和木條在形狀和長度上都非常接近。再者，鋼尺上端有一個圓孔，可以很方便地將其固定在鐵架臺上。同時，鋼尺上標有刻度，免去了反復測量長度的麻煩。教師適時追問學生：“那要怎么樣才能把金屬盒固定在鋼尺上？”學生提出用磁鐵代替金屬盒，因為磁鐵可以吸在鋼尺上，而且能夠上下自由移動。

這個實驗中，教材提供的實驗方案在操作上存在一定的困難。教師讓學生通過“下水實驗”，找出實驗裝置中存在的問題，再提出有針對性的解決方案，改進實驗裝置，如圖4所示?！跋滤畬嶒灐辈粦墙處煹摹皩＠?，要引導學生參與教具的開發(fā)和改進，必須要讓學生先找出現(xiàn)有教具存在的問題，才能對癥處理做出相應的改進。尋找合適的實驗材料是開展科學探究中必不可少的環(huán)節(jié)。這個過程也是學生創(chuàng)造性思維進發(fā)的過程，讓學生從關注實驗結果轉向關注方案設計。

3讓效果更顯著——以“制作污水處理裝置”為例

《污水與污水處理》一課中，教師以“環(huán)保局長下河游泳”的案例引入，創(chuàng)設了凈化污水的學習任務。教師提供了剪刀、飲料瓶、細沙、粗砂、小石子、海綿、紗布、鋸末等材料，讓學生自由選取材料，設計一個凈化污水的實驗裝置。

經(jīng)過小組討論，學生畫出了各自的污水處理裝置設計圖。教師請學生分享設計方案，并說明各自的設計理念。學生的設計方案主要分為以下幾類。

3.1簡單實用型

該方案主要參考了教材中的建議，如圖5所示，即將飲料瓶從瓶身中部裁剪成2個部分，在瓶蓋上鉆了1個小洞，然后在飲料瓶的上端分別放入小石子、粗砂、細沙作為過濾裝置，再將其倒扣在飲料瓶的下端。

3.2極致效果型

該方案充分利用了教師提供的實驗材料，將飲料瓶從瓶身中部裁剪成2個部分，在瓶蓋上鉆了1個小洞，依次鋪上海綿、小石子、鋸末、紗布、粗砂、細沙等材料，通過層層過濾，強化凈化效果。

3.3實效和時效兼顧型

該方案將飲料瓶從瓶身中部裁剪成2個部分，棄用了瓶蓋，而是先用海綿把瓶口塞嚴實，然后依次鋪上鋸末、粗砂、細沙、紗布等材料。這樣既能保證凈化效果，又能通過擴大排泄口，提高凈化速度。

經(jīng)過充分的討論和交流，學生改進了各自的實驗設計方案，并通過實驗驗證了各自的方案是否切實可行。經(jīng)過實驗對比，學生找出了效果好、效率高、操作易的實驗方案，如圖6所示。由此可見，教師要善于利用生活中的真實情境進行教學，給予學生充足的時間和空間，充分發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造力，在裝置設計、方案制定中滲透解決問題的策略。

在日常教學中，教師習慣了直接把教具提供給學生，讓很多探究性實驗在教師的主導下，演變成了思維含量不高的驗證性實驗。教師不能局限于讓學生被動地、機械地使用教具，而是應該引導學生以主人翁的精神投入到教具的開發(fā)和改進中去，讓學生在這一過程中學會獨立思考，嘗試用科學的理念，動手解決身邊的問題，體驗“做”的成功和樂趣。