自制實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新科學(xué)課教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘要】本文以小學(xué)科學(xué)《誰(shuí)輕誰(shuí)重》為例，以改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置為切入點(diǎn)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容設(shè)計(jì)、方法設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)、教學(xué)反思等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，促使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究初步建立對(duì)“物體有輕重”的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué) 說(shuō)課 自制教具 《誰(shuí)輕誰(shuí)重》

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）明確提出“倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)”，通過(guò)物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容的學(xué)習(xí)，“幫助學(xué)生初步養(yǎng)成樂(lè)于觀察、注重事實(shí)、勇于探索的科學(xué)品質(zhì)”。教科版小學(xué)科學(xué)教材一年級(jí)下冊(cè)第一單元第2課《誰(shuí)輕誰(shuí)重》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)，是基于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，以學(xué)生原有知識(shí)水平為元認(rèn)知起點(diǎn)，以改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生了解物體有輕重，比較不同物體的輕重并排序，促使學(xué)生初步形成對(duì)“物體有輕重”的認(rèn)識(shí)而進(jìn)行。以下，筆者以《誰(shuí)輕誰(shuí)重》一課的教學(xué)為例，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課流程，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)、教學(xué)反思與評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行闡述。

一、教材分析

《誰(shuí)輕誰(shuí)重》一課隱含的科學(xué)概念是：質(zhì)量是物體的基本屬性之一，并且質(zhì)量可以通過(guò)測(cè)量而得到。對(duì)一年級(jí)學(xué)生而言，他們需要了解物體有輕重，能夠比較不同物體的輕重并進(jìn)行排序。這個(gè)階段的學(xué)生，已經(jīng)初步掌握了一些觀察、描述物體的方法（如看一看、聽(tīng)一聽(tīng)、摸一摸、聞一聞等），積累了一些關(guān)于物體特征的科學(xué)詞匯（如大與小、多與少、長(zhǎng)與短、輕與重等），甚至意識(shí)到可以用“掂一掂”（即掂量）的方式比較物體的輕重。但學(xué)生在自主探究過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)物體輕重的相互比較，不同的人可能得到不同的結(jié)果，尤其是兩個(gè)物體的重量接近時(shí)，很難通過(guò)掂量進(jìn)行判斷。那么，要準(zhǔn)確判斷物體的輕重，還有哪些更好、更科學(xué)的方法？由此，筆者針對(duì)一年級(jí)學(xué)生的年齡特點(diǎn)，用自制教具——聲光電多維數(shù)字天平儀進(jìn)行稱量，最后通過(guò)小組合作、討論、觀察、比較、統(tǒng)計(jì)等多樣化手段得出結(jié)論。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)

根據(jù)教材結(jié)構(gòu)與內(nèi)容分析，制訂以下實(shí)驗(yàn)教學(xué)四維目標(biāo)。

1.科學(xué)知識(shí)概念目標(biāo)：質(zhì)量是物體的特征之一，且質(zhì)量可以被測(cè)量;

2.科學(xué)探究目標(biāo)：用稱一稱、掂一掂、試一試等方法比較物體的輕重;

3.科學(xué)態(tài)度目標(biāo)：進(jìn)一步對(duì)研究物體產(chǎn)生興趣和愿望;

4.科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境目標(biāo)：認(rèn)識(shí)到用稱一稱、掂一掂、試一試等方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度不同。

本課實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)是用稱一稱、掂一掂、試一試等方法進(jìn)行物體輕重的比較，幾種不同的方法可能導(dǎo)致結(jié)果的準(zhǔn)確度各異。本課實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)是用簡(jiǎn)易天平和聲光電多維數(shù)字天平儀進(jìn)行測(cè)量并記錄，認(rèn)識(shí)到用稱量的方法測(cè)量物體的輕重更準(zhǔn)確、更科學(xué)。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

教材提示可以用乒乓球、木塊、塑料塊、小橡皮、大橡皮等五種物體進(jìn)行“誰(shuí)輕誰(shuí)重”的比較。為了有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，本課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)為三大部分。

1.預(yù)測(cè)：猜一猜，預(yù)測(cè)幾種物體的輕重并做記錄。

2.掂量：掂一掂，用手比較物體的輕重并做記錄。

3.稱量：稱一稱，用簡(jiǎn)易天平和筆者自制的實(shí)驗(yàn)裝置——聲光電多維數(shù)字天平儀，比較物體的輕重，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、對(duì)比。

四、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)的問(wèn)題

根據(jù)教材實(shí)驗(yàn)，筆者先引導(dǎo)學(xué)生分別用“猜一猜”“掂一掂”“稱一稱”三種方法比較不同物體的輕重。部分學(xué)生在使用課本提示的實(shí)驗(yàn)器材——簡(jiǎn)易天平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)三個(gè)問(wèn)題，同時(shí)引發(fā)筆者進(jìn)一步思考，具體如下。

1.問(wèn)題一：天平左右不平衡怎么辦？

由于簡(jiǎn)易天平僅用三根木條組合而成，部分學(xué)生在稱量前沒(méi)有做到讓平臺(tái)左右平衡，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)一開(kāi)始就出現(xiàn)了數(shù)據(jù)偏差。

2.問(wèn)題二：怎么判斷天平是否左右平衡？

簡(jiǎn)易天平的木條上沒(méi)有任何標(biāo)記，部分學(xué)生只能憑肉眼判斷平臺(tái)是否平衡，缺乏精細(xì)化天平儀的指針判斷，導(dǎo)致重量接近的物體輕重難以進(jìn)行比較。

3.問(wèn)題三：底座不穩(wěn)怎么辦？

教材中的簡(jiǎn)易天平底座僅有一塊薄木板，在分組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，常常因?yàn)榈鬃环€(wěn)而導(dǎo)致天平倒下，實(shí)驗(yàn)必須重做。

（二）實(shí)驗(yàn)情況分析

根據(jù)課堂中匯總的實(shí)驗(yàn)排序結(jié)果，筆者針對(duì)不同學(xué)校一年級(jí)的6個(gè)教學(xué)班、72個(gè)實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行調(diào)查，由調(diào)查結(jié)果可知，稱量結(jié)果與實(shí)際結(jié)果不相符的有21組，錯(cuò)誤率達(dá)29.2%（如下表所示）。

這樣的結(jié)果說(shuō)明，一些組別的學(xué)生沒(méi)有意識(shí)到，用稱量的方法測(cè)量物體的輕重更為準(zhǔn)確。

（三）解決方案：自制教具——聲光電多維數(shù)字天平儀

為了使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更規(guī)范，稱量結(jié)果更準(zhǔn)確，也為了進(jìn)一步提升不同層次學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，筆者通過(guò)自制教具——聲光電多維數(shù)字天平儀（該教具于2019年8月29日由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利受理，申請(qǐng)?zhí)枺?01921417281.5），以新技術(shù)助推科學(xué)探究，更科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀地測(cè)量物體的輕重。

五、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上教學(xué)內(nèi)容，筆者針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下教學(xué)過(guò)程。

1.探索：自主選擇以下一至兩種方法進(jìn)行稱量，比較物體的輕重并做好記錄。

（1）方法一：簡(jiǎn)易天平測(cè)量法。用教材提供的簡(jiǎn)易天平進(jìn)行稱量并做記錄，學(xué)生平均用時(shí)為4分05秒，準(zhǔn)確率為70.8%。

（2）方法二：左物右碼稱量法。教師首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，將聲光電多維數(shù)字天平儀放置水平桌面，在左右兩個(gè)托盤分別放入大小相同、重量相等的白紙，直接讀取數(shù)字：數(shù)字為“0”代表天平左右平衡;數(shù)字不為“0”，則通過(guò)調(diào)節(jié)平衡螺母使數(shù)字顯示為“0”。其次，根據(jù)“左物右碼”原則，將乒乓球、木塊、塑料塊、小橡皮、大橡皮五種稱量物體分別放在天平左側(cè)托盤，此時(shí)的數(shù)字發(fā)生了變化。隨后，將回形針等物體作為標(biāo)準(zhǔn)物逐一放置在天平右側(cè)的托盤，直至數(shù)字顯示為“0”，數(shù)出回形針個(gè)數(shù)，學(xué)生將五種物體依次稱量并一一記錄。此方法平均用時(shí)為4分12秒，準(zhǔn)確率為91.7%。

（3）方法三：直接讀數(shù)稱量法。教師首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，將聲光電多維數(shù)字天平儀放置水平桌面，直接讀取數(shù)字，數(shù)字顯示為“0”代表天平左右平衡;數(shù)字顯示不為“0”則調(diào)節(jié)平衡螺母使數(shù)字讀取為“0”，然后將五種稱量物體（乒乓球，木塊，塑料塊，大、小橡皮）分別放置在聲光電多維數(shù)字天平儀左側(cè)，通過(guò)聲光電多維數(shù)字天平儀進(jìn)行數(shù)字化稱量，數(shù)字越大代表物體越重;反之，數(shù)字越小代表物體越輕。此方法，學(xué)生平均用時(shí)僅需3分05秒，準(zhǔn)確率高達(dá)98.6%。

2.研討：比較猜測(cè)、掂量、稱量哪種方法更為準(zhǔn)確？

3.拓展：形狀相似、大小相同的兩個(gè)碗，它們一樣重嗎？

通過(guò)改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，能較為準(zhǔn)確地比較物體的輕重。（附學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程視頻，略）

（二）設(shè)計(jì)原理

自制教具——聲光電多維數(shù)字天平儀通過(guò)增加智能控制板及聲光電裝置，使物體出現(xiàn)輕重變化，導(dǎo)致聲光電多維數(shù)字天平儀數(shù)字、聲音、光電發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果更為明顯，進(jìn)一步完善了學(xué)生在探究過(guò)程的直觀體驗(yàn)，準(zhǔn)確性、高效性、普及性、推廣性更強(qiáng)。

（三）創(chuàng)新點(diǎn)

與簡(jiǎn)易天平相比，自制教具——聲光電多維數(shù)字天平儀的使用讓測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確，主要有六大創(chuàng)新點(diǎn)，其中前三大創(chuàng)新點(diǎn)回應(yīng)了學(xué)生提出的三個(gè)問(wèn)題，后三大創(chuàng)新點(diǎn)則是該裝置的新增功能。

1.有可調(diào)節(jié)的平衡螺母進(jìn)行左右兩端的平衡調(diào)節(jié)。

2.數(shù)字可視化，天平平衡則顯示為“0”。

3.加大天平的底座面積，使其更為穩(wěn)固。

4.物體輕重的數(shù)字越大，物體越重;數(shù)字越小，則物體越輕。

5.物體輕重有聲音提示，單側(cè)物體越重，提示音越大。

6.物體輕重有光電提示，天平光電隨物體的重量變化而使亮度發(fā)生變化。

此外，聲光電多維數(shù)字天平儀的數(shù)字顯示、聲音及光電功能可以分別控制開(kāi)關(guān)，教師、學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，或同時(shí)使用，或使用其中一種功能。該裝置既達(dá)到本節(jié)課設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，也突破了教學(xué)重、難點(diǎn)。此外，該裝置可以拓展應(yīng)用于教科版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)《空氣有質(zhì)量嗎？》等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

六、教學(xué)反思

（一）基于學(xué)情有效改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的目的是提高科學(xué)課堂的有效性。本實(shí)驗(yàn)裝置引入“互聯(lián)網(wǎng)+”及數(shù)字化方式，將原有的簡(jiǎn)易天平進(jìn)行數(shù)字化改進(jìn)，既提升了精確度，又降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的難度，減少實(shí)驗(yàn)操作用時(shí)，便于學(xué)生科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀地觀察物體的輕重，構(gòu)建相應(yīng)的科學(xué)概念。

（二）基于問(wèn)題有效創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新是為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，突破教學(xué)重、難點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過(guò)提供更多實(shí)驗(yàn)儀器，拓展更多實(shí)驗(yàn)方法，以聲、光、電多維數(shù)字天平儀的引入為切入點(diǎn)，切實(shí)解決學(xué)生無(wú)從下手、稱量失誤、結(jié)果不一等問(wèn)題，有效鼓勵(lì)學(xué)生持續(xù)性探究，提高課堂教學(xué)的實(shí)效性。

（三）基于教學(xué)有效培養(yǎng)核心素養(yǎng)

科學(xué)課是以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨。本課基于學(xué)情、實(shí)驗(yàn)、事實(shí)、數(shù)據(jù)等，通過(guò)教師的“教”——實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新，獲得學(xué)生的“學(xué)”——觀察認(rèn)知與實(shí)驗(yàn)探究，提高了教學(xué)成效，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

總之，通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新，學(xué)生不但對(duì)物體輕重有了感性的認(rèn)識(shí)，還對(duì)科學(xué)探究產(chǎn)生濃厚的興趣。在今后的教學(xué)中，筆者還將通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方式，做到愛(ài)教、會(huì)教、巧教、樂(lè)教，鼓勵(lì)學(xué)生愛(ài)學(xué)、會(huì)學(xué)、巧學(xué)、樂(lè)學(xué)。

注：本文課例在2019年全區(qū)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課活動(dòng)中獲一等獎(jiǎng);本文作者在第七屆全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課活動(dòng)中被評(píng)為2019年度全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能手。

作者簡(jiǎn)介：梁惠娟（1980— ），女，壯族，廣西南寧人，碩士研究生學(xué)歷，一級(jí)教師，南寧市鳳翔路小學(xué)景暉校區(qū)副校長(zhǎng)，研究方向?yàn)樾W(xué)科學(xué)教育。

（責(zé)編 楊 春）