貧困地區(qū)小學(xué)低成本教具設(shè)計

劉祉祺 張若晨

（東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150000）

同城市中小學(xué)教學(xué)相比，貧困地區(qū)教師在實際展開教學(xué)活動的過程中，需要面對教學(xué)資源相對緊缺的問題。要想激發(fā)學(xué)生對知識學(xué)習(xí)的積極性，實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)造性思維、探究思維等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，教具的應(yīng)用就顯得十分必要。在這（轉(zhuǎn)下頁）種情況下，積極加強對低成本教具在貧困地區(qū)中小學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究具有重要意義。

本課題的研究目的是在經(jīng)濟有限的情況下，結(jié)合學(xué)齡期兒童的生理、心理發(fā)育情況，通過教具設(shè)計有效地提升農(nóng)村學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量。本研究還通過訪談和觀察了解使用者相關(guān)情況，進行簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，選用新材料，最大程度減少后續(xù)費用，降低教具成本，提高農(nóng)村教學(xué)質(zhì)量。

1 低成本教具在貧困縣區(qū)課堂教學(xué)中的應(yīng)用價值

1.1 貧困地區(qū)學(xué)校教育現(xiàn)狀

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，全國在校中小學(xué)生1.69 億，農(nóng)村約占75%[1]，中國農(nóng)村正在從封閉型社會向開放型社會整體演進?！吧虾脤W(xué)”成為廣大農(nóng)民最為迫切的要求，提高教學(xué)質(zhì)量成為農(nóng)村教學(xué)的重點。目前貧困地區(qū)小學(xué)教育有如下幾個現(xiàn)狀：

（1）“撤點并校”政策在一定程度上讓農(nóng)村小學(xué)生享受更好的教育資源，但是也使得農(nóng)村地區(qū)的學(xué)生因路途遙遠(yuǎn)而無學(xué)可上。

（2）絕大多數(shù)貧困地區(qū)的小學(xué)規(guī)模小，內(nèi)部設(shè)備依然較為簡陋。

（3）貧困地區(qū)的教師數(shù)量不足。根據(jù)《2016 年中國統(tǒng)計局年鑒》數(shù)據(jù)，農(nóng)村地區(qū)小學(xué)數(shù)量約為城鎮(zhèn)地區(qū)的3.3 倍，而小學(xué)專任教師僅占比36%[2]。

1.2 教具應(yīng)用價值

教具是講解說明某事物的模型、實物、標(biāo)本、儀器等，是教育活動中必不可少的用具。對于年紀(jì)較小的學(xué)生來說，玩具和教具并沒有嚴(yán)格的差別定義。其應(yīng)用價值體現(xiàn)在：

（1）有助于提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。促使學(xué)生逐漸形成持之以恒和實事求是的科學(xué)態(tài)度，對于學(xué)生形成良好的物理核心素養(yǎng)具有重要意義。

（2）有助于提升學(xué)生解決問題的能力。在組裝和使用教具的整個實踐過程中，可以鍛煉學(xué)生自身解決問題的能力。

（3）有助于營造良好師生關(guān)系。教師在引導(dǎo)學(xué)生使用教具并參與動手實踐活動的過程中，給予學(xué)生肯定與鼓勵，更好地營造學(xué)習(xí)氛圍，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拉近師生間的距離。

2 降低產(chǎn)品成本的方法

2.1“低成本”概念注釋

降低成本的設(shè)計是企業(yè)競爭優(yōu)勢，技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。低成本并不意味著低質(zhì)量，有時還要求提高質(zhì)量?！暗统杀尽钡暮x除了包括價格低廉以外還有環(huán)保，也就是低生產(chǎn)成本、低使用成本和低環(huán)境成本。

本設(shè)計的出發(fā)點為降低消費者成本，但同時又兼顧降低了生產(chǎn)者成本和社會責(zé)任成本。

2.2 降低產(chǎn)品成本的方法

現(xiàn)代企業(yè)的任何一種產(chǎn)品從設(shè)計到獲利, 其成本貫穿于產(chǎn)品生命周期的全部成本發(fā)生過程。包括產(chǎn)品的生產(chǎn)、開發(fā)設(shè)計及產(chǎn)品銷售過程。在產(chǎn)品設(shè)計過程中, 要充分對設(shè)計方案進行比較, 對工程設(shè)計進行優(yōu)化，對方案實行科學(xué)決策。所以從以下幾個方面考慮降低成本。

（1）從生命周期角度降低產(chǎn)品成本。

（2）從加工工藝角度降低產(chǎn)品成本。

（3）從原材料角度降低產(chǎn)品的成本。

（4）從運輸?shù)慕嵌冉档彤a(chǎn)品成本。

3 設(shè)計方案

3.1 設(shè)計目標(biāo)

通過對貧困地區(qū)中小學(xué)教育現(xiàn)狀、和兒童學(xué)習(xí)行為特點的研究，發(fā)現(xiàn)對于兒童性格行為培養(yǎng)極其重要的自然科學(xué)課在貧困地區(qū)學(xué)校不受重視，學(xué)校沒有條件充分開展自然科學(xué)教學(xué)活動。因此本設(shè)計針對貧困地區(qū)教學(xué)狀況設(shè)計一款適用于小學(xué)自然科學(xué)教學(xué)的低成本顯微鏡。

本設(shè)計遵循如下設(shè)計原則：

（1）材料環(huán)保原則；

（2）易維修原則；

（3）易運輸原則；

（4）使用場景多樣化原則。

3.2 設(shè)計方案確定

由顯微鏡出發(fā)分別考慮了幾個設(shè)計因素：低成本、小學(xué)生、使用場景，如圖1 所示。

因而，根據(jù)使用場景的不同，顯微鏡有不同的配件，如在室內(nèi)使用時需要長時間的觀察需要支架，在室外使用時就可以舍去支架方便使用。該顯微鏡是光學(xué)顯微鏡，兒童觀察的物品基本都不是透明玻片，所以照明系統(tǒng)使用自然光源即可。

如圖1 所示，考慮到材料加工工藝以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，采用三棱柱的外觀，內(nèi)部插入圓柱體的顯微鏡結(jié)構(gòu)。本方案，用戶可以自行拼接產(chǎn)品，加深對顯微鏡結(jié)構(gòu)的理解，同時還可以減小包裝體積，降低運輸儲存成本。通過對比分析，采用模塊化，拆分各個部件便于運輸、檢查，同時在安裝過程中學(xué)生也了解顯微鏡原理。經(jīng)過草模型的推敲，如圖2 所示，結(jié)構(gòu)合理。

圖1 方案草圖

圖2 草模型

4 設(shè)計實現(xiàn)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）顯微鏡的組成

顯微鏡是由物鏡、目鏡和照明系統(tǒng)三個部分組成，如圖3 所示。物體經(jīng)顯微鏡的物鏡放大成像后由目鏡放大以供人眼觀察[3]。

圖3 顯微鏡的組成

（2）顯微鏡簡化結(jié)構(gòu)

圖4 所示，a 內(nèi)部一共三組，5 枚鏡片，其中兩組是雙膠合消色差鏡片，都是專業(yè)的顯微鏡結(jié)構(gòu)；b 是簡化過后的顯微鏡結(jié)構(gòu)，內(nèi)部一共3 枚鏡片，這些鏡片可以是相同的。在b 結(jié)構(gòu)中上部（目鏡組）有兩個鏡片，靠近眼睛的鏡片較平的一側(cè)向外，另一枚鏡片，較凸的一面向上；下部（物鏡組）僅有一個鏡片較凸的一側(cè)向上。在目鏡組物鏡組下端要設(shè)置光柵以去除雜色的干擾，在2、3 枚鏡片的下面設(shè)置中心有3、4 毫米小孔的遮擋，這是獲得清晰度的關(guān)鍵。本設(shè)計將使用這種簡化過后的顯微鏡結(jié)構(gòu)。

圖4 顯微鏡簡化結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 材料工藝分析

（1）玉米塑料

玉米塑料是一種安全、環(huán)保的生物可降解塑料，原材料是玉米淀粉。其機械性能及物理性能良好，相容性良好，是一種新型的可持續(xù)發(fā)展的材料。玉米塑料適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，具有高分子材料的基本特性。

（2）小麥秸稈材料

小麥秸稈或是淀粉等為原料，添加一些融合劑，融合劑多數(shù)都是PP 或是PET 這樣添加之后才可以達(dá)到產(chǎn)品成型[4]。其到本設(shè)計的顯微鏡的外殼，起到遮光、支承的作用，目鏡支撐和內(nèi)部的部件都可以用小麥秸稈材料；玉米塑料可制成透明硬塑料作為底部支撐件。

5 教具設(shè)計評價

通過對教具展開設(shè)計評價，不僅驗證產(chǎn)品在教學(xué)層面的情感力量，更重要的是從人文價值角度確證產(chǎn)品在思想層面上構(gòu)建一種平等與博愛的心理空間。就行為層面而言，該教具邊緣光滑圓潤，產(chǎn)品的性能、特定遷移元素、材料等方面符合《玩具安全》標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)品操作簡單、方便易用，增強用戶在使用過程中的愉悅感和滿足感，是一款科學(xué)可行的教具產(chǎn)品。就人文價值層面而言，主要包括以下四個方面：

（1）教育性：以自然科學(xué)課程為主導(dǎo)，充分表現(xiàn)了產(chǎn)品教育性的基本屬性。

（2）游戲性：教具以“探索”的方式展開訓(xùn)練，巧妙融合了練習(xí)性游戲和科學(xué)游戲，這種極具互動性、體驗性、趣味性的游戲化學(xué)習(xí)方式充分驗證產(chǎn)品的實用性。

（3）具身性：在產(chǎn)品使用過程中，圍繞教具的組裝，涉及拿取、觸摸、放下等一系列的動作語言，學(xué)生的身體肢體動作、手部精細(xì)動作等被充分調(diào)動，具身認(rèn)知特性在教學(xué)展開過程中動態(tài)的呈現(xiàn)。

（4）包容性：根據(jù)包容性設(shè)計所界定的“包容、平等、方便靈活”三個方面思考和確證產(chǎn)品在民主維度的目標(biāo)和價值。

6 結(jié)論

小學(xué)階段是學(xué)生學(xué)習(xí)生涯中非常關(guān)鍵的一個階段，尤其對于孩子智力的培養(yǎng)尤為重要。這一階段是孩子性格等養(yǎng)成的關(guān)鍵時期，對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、性格、能力以及思想道德等綜合素質(zhì)具有巨大的影響。

本設(shè)計通過降低產(chǎn)品成本使得農(nóng)村學(xué)校、家庭可以負(fù)擔(dān)教學(xué)費用，與此同時培養(yǎng)孩子的學(xué)習(xí)興趣和探索精神、提升觀察力以及動手能力。同時，低成本產(chǎn)品降低環(huán)境成本，從生產(chǎn)到廢棄的整個生命周期中都不產(chǎn)生環(huán)境污染，對于地球生態(tài)環(huán)境有著積極的意義。