實驗儀器創(chuàng)新促進小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升

于立冬

摘 要：實驗儀器創(chuàng)新是一個常態(tài)工作，是提高科學(xué)探究效率的保證。不僅如此，3D技術(shù)的成熟為實驗儀器的創(chuàng)新提供了可能和保障。技術(shù)的支持、儀器的創(chuàng)新，促進了小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：科學(xué)素養(yǎng);科學(xué)探究;探究效率;儀器創(chuàng)新;3D技術(shù)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“科學(xué)探究是人們探索和了解自然、獲得科學(xué)知識的重要方法。以證據(jù)為基礎(chǔ)，運用各種信息分析和邏輯推理得出結(jié)論，公開研究結(jié)果，接受質(zhì)疑，不斷更新和深入，是科學(xué)探究的主要特點。”由此可見，科學(xué)探究是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的主要方式。

科學(xué)探究的特點決定了科學(xué)教學(xué)活動需要時間。然而，低年級學(xué)段（1～2年級）每周1課時，中年級學(xué)段（3～4年級）每周2課時，高年級學(xué)段（5～6年級）每周2課時，這點時間，對科學(xué)活動的開展就有些捉襟見肘了。時間的桎梏，完成每課時的教學(xué)目標(biāo)成為奢望。因此，只能從教師充分地備課、完善的教學(xué)設(shè)計和實驗儀器創(chuàng)新來提高學(xué)生科學(xué)探究的效率。

“工欲善其事，必先利其器”，完美的教學(xué)設(shè)計是基于實驗儀器的。由此可見，實驗儀器的創(chuàng)新是推動科學(xué)探究效率的關(guān)鍵。創(chuàng)新無處不需要，尤其科學(xué)探究中，只有如此，才能擁有適合學(xué)生探究的實驗儀器，提高學(xué)生探究的效率。因此，學(xué)生才能獲得完整的探究經(jīng)歷，提升科學(xué)素養(yǎng)：能逐漸發(fā)現(xiàn)、關(guān)注平日里各種事物的變化，并提出科學(xué)的問題;能表述再現(xiàn)一些自然現(xiàn)象，并且能夠解釋，甚至能夠根據(jù)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律預(yù)測這些現(xiàn)象的產(chǎn)生;能夠讀懂各類媒體上的科學(xué)文章，判斷各類宣傳等社會行為的科學(xué)性;能夠讀懂地方或國家決策所蘊含的科學(xué)邏輯，并做出自己的判斷等。

在教學(xué)中，我在實驗儀器創(chuàng)新應(yīng)用于教學(xué)方面進行了嘗試。在執(zhí)教教科版五年級下冊“浮力”一節(jié)時，教師需要指導(dǎo)學(xué)生完成物體浮力的測量。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過小組討論確定了測量的方法：橡膠吸盤在水底固定，細(xì)線一端拉引泡沫，一端掛在彈簧測力計上。盡管方法明確，實驗器材齊備，但是學(xué)生在操作過程中會出現(xiàn)吸盤脫落、彈簧秤不能保持豎直方向上測量?？傊惶脤嶒炚n在匆忙、草草中結(jié)束——只有個別小組順利、正確地完成操作，體驗了整個過程，認(rèn)識了浮力，大部分小組沒有完成實驗的操作。綜合了學(xué)生操作出錯、吸盤不合適的問題，我制作了新的測量工具，將測力桿、彈簧測力計、細(xì)線、定滑輪組合固定在一個架子上面，這樣既能保證彈簧測力計豎直測量，又能借助測力桿將泡沫按壓進水里而不擔(dān)心器材測量過程中出現(xiàn)故障。在這節(jié)課中，我為學(xué)生提供了新制的浮力測量工具，學(xué)生在課堂上順利、高效地完成了測量，為利用數(shù)據(jù)得出結(jié)論、進行充分討論騰出了充足的時間，使全班學(xué)生在實驗探究活動中完成了實驗概念“浮力”的建構(gòu)，明白了科學(xué)的學(xué)習(xí)不是搬運、填塞別人的東西，而是埋下知識的種子科學(xué)地生長。

在科學(xué)教學(xué)實踐中，我認(rèn)識到實驗儀器創(chuàng)新是一個常態(tài)工作，因為盡管實驗器材室里有很多器材，但是針對每個實驗和學(xué)生沒有合適的實驗儀器。如果沒有合適的實驗儀器，科學(xué)探究就很難在有限的時間里完成。比如教科版六年級上冊“斜面”這一節(jié)中，學(xué)生盡管知道測量的方法，但是很難正確地測量。這是我們的實驗器材現(xiàn)有的裝備水平致使實驗操作有難度。在這節(jié)課中，我們實驗器材室里有斜面、細(xì)線、小車、鉤碼、彈簧測力計，學(xué)生在實驗時進行了組裝、操作、記錄、分析等活動，尤其在實驗探究中，操作的環(huán)節(jié)多而耗時;同時，多環(huán)節(jié)不足的積累使之與數(shù)據(jù)的科學(xué)性相去很遠(yuǎn)。比如，在操作時用這些器材就不能正確地使用彈簧測力計進行測量;同時，很難保證測力的同時小車勻速運動。器材的現(xiàn)狀及常規(guī)組合導(dǎo)致了測量的科學(xué)性差。因此，為了使學(xué)生在實驗中能夠科學(xué)地測量，我借助這些器材概念和各個器材正確的使用方法制作了新的儀器——“活動的斜面演示器”，這個實驗儀器在我們?yōu)I州市自制教具活動中獲得了一等獎。由此可見，在現(xiàn)有的裝備條件下，只有保持實驗器材的常態(tài)創(chuàng)新，才能保證學(xué)生科學(xué)探究有合適的實驗儀器，有益于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。

3D打?。慈S打?。┳鳛橐粋€熱議話題，嚴(yán)格來說并不算一項新技術(shù)。其誕生于20世紀(jì)80年代后期，也稱作快速成型技術(shù)（Rapid Prototype），或增材制造技術(shù)，是按照計算機中的三維模型，利用數(shù)字化的擴展工具，向物品分層添加材料來制造出實物的一種疊層制造技術(shù)，可以忽略物件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。不僅如此，首先，這種生產(chǎn)技術(shù)完全摒棄了傳統(tǒng)的刀具、夾具和模具，且數(shù)字化控制有效降低了加工成本。其次，3D打印技術(shù)可以優(yōu)化新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程。3D打印的普及與優(yōu)勢，使之成為制作科學(xué)探究儀器的最佳選擇。從實踐來看，3D打印關(guān)鍵能快速制造出精密度較高與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，為制作出測量更準(zhǔn)確、操作更科學(xué)的實驗儀器提供了可能和保障。

由此可見，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，提高探究的效率，實驗儀器的創(chuàng)新不可或缺，而且科技的發(fā)展應(yīng)用也為我們的常態(tài)創(chuàng)新提供了可能和保障。