小學科學實驗器材的低成本改進

傅　蔣

摘 要 實驗是科學課堂中最常用的探究方式。但學生在實驗時常常會遭遇操作困難、觀察不易、器材不足等尷尬。雖然也涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀的自制教具，但這些教具或是材料復雜，或是制作困難，難以面向全體學生廣泛地制造使用。因此，小學科學實驗中可以對一些低成本的實驗器材加以改進：通過靈活組合不同實驗的器材降低操作難度，借助打印標記的白紙?zhí)嵘龑嶒灴梢曅?，從超市尋找材料實現(xiàn)人人可做的實驗。使用這些成本低、制作易、受眾面廣的改進創(chuàng)新方法，最終幫助全體學生高質量地完成科學實驗。

關鍵詞 低成本 實驗器材 科學課堂

實驗是科學課堂中最常用的探究方式，但在實際教學中，常常會遇到實驗器材不好用甚至缺乏對應實驗器材的尷尬處境。在一些教具設計大賽中涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀的自制教具，但這些教具或是材料復雜，或是制作困難，難以面向全體學生廣泛地制造使用。對于普通老師的日?？茖W教學，更需要的是一些低成本接地氣的實驗器材改進與設計方案。對工具箱中已有的器材，或是其他一些加工簡單、價格便宜、在現(xiàn)實生活中容易找到的材料進行改進和創(chuàng)新，讓實驗的操作更簡便、結果更明顯、效果更顯著，幫助全體學生高質量地完成科學實驗。

一、當前實驗器材使用中的困惑

1. 器材易用性低

有些實驗在操作時需要非常小心，一不當心就容易操作失誤，但學生年齡尚小，精細操作能力較低，很多器材操作不好。例如在磁鐵下懸掛多枚回形針實驗，往往磁鐵一晃，小手一抖，所有回形針都碰落了，總是容易失誤，易用性不足。

2. 器材操作難度大

隨著小學科學教材的改版，一些原本在中高年級的實驗開始下沉到中低年級。例如低年級學生本身就對火比較畏懼，但在三年級上冊中出現(xiàn)了數(shù)次需要劃火柴點火的實驗，對這個年齡段的學生來說難度不小。

3. 器材操作可視性差

在對比實驗中非常強調前后條件的一致性。在實驗過程中，這個一致性需要學生自己去留心觀察。但當學生操作不當導致前后條件發(fā)生了變化時，因為器材在關鍵信息上顯示不明顯，導致學生沒能自主意識到錯誤。

4. 器材使用受眾面小

實驗一般包括演示實驗和分組實驗，也有不少實驗是適合每個學生自己獨立完成的。但對應的器材不論是由教師制作還是由學生自己制作，難度都不小。如果有適合學生的更簡單的制作方法，那么每個孩子就都有機會自己獨立完成實驗了。

二、低成本實驗器材改進的策略

1.組合不同實驗的器材，讓實驗變得簡單易操作

從演示實驗到分組實驗，學生總是會陷入看看容易做做難的困境。如何讓實驗器材在學生手中操作起來更容易，是實驗改進最先碰到的一個問題。針對不同的實驗，解決這個問題的思路有很多。跳出單一實驗器材的局限，對整個小學階段的所有器材了然于胸，這樣就能將不同實驗中的材料重新組合搭配，形成簡單好用的全新器材，充分發(fā)揮出現(xiàn)有器材的最大作用。

案例1：在三年級的“空氣”一單元中，有兩個實驗。第一個是針筒中的空氣壓縮實驗，需要學生用手指抵住針筒的一端。第二個是開孔和不開孔兩種狀態(tài)下，杯子倒扣入水中的實驗。在第一個實驗中，由于要用手指抵住，針筒中空氣壓縮得越厲害，小朋友的手指就越痛。不少學生因為這種疼痛導致針口按得不夠緊密，使得出口漏氣，造成空氣過度壓縮的假象，影響了實驗的正確結果。這時，如果有一個橡膠帽能塞住針筒口，操作就輕松多了，也不會造成漏氣的問題。而這個橡膠帽在第二個實驗中正好就有。它原本用于堵住杯底的一個小孔，形成開孔與不開孔兩種狀態(tài)。把這個橡膠帽巧妙地挪用到第一個實驗中，有了橡皮塞，可以不用手按了，將針筒倒置直接用桌面抵住針口，效果更好，這樣既可以減輕學生痛苦，又能增加實驗的準確性。

案例2：研究磁鐵五個點位的磁性時，一般使用細繩懸掛到鐵架臺上。但是這樣磁鐵會很晃，嚴重影響學生操作。也有老師用粗銅絲將磁鐵固定到鐵架臺上。除此以外有沒有更簡單的方案呢？考慮到不少科學課都要拿著器材去教室上課，一套輕便的器材，對學生和老師都是莫大的幫助。而這個問題的解決方法就藏在三年級下冊過山車實驗的器材中。這個實驗有兩種器材，一種是類似樂高積木的器材，還有一種是底座加立桿加塑料軌道等。其中底座和立桿正好可以作為固定磁鐵的支架，只需用橡皮筋把2根立桿綁到磁鐵上，使用時將立桿往底座上一插就可以了。這個實驗中回形針的懸掛也是操作的一個難點，很容易碰掉。如果把回形針10個一組事先固定好，一組一組掛，操作效率大大提高，這樣就不用擔心老是碰掉了。

圖2

案例3：在“讓小車動起來”一課中，我們要使用墊圈作為重物。這個實驗要做三次不同重量的情況對比，三次實驗墊圈數(shù)量成倍增加才能取得明顯的數(shù)據(jù)變化。這樣就出現(xiàn)了兩個難題，太多的墊圈懸掛很困難，而且老師也沒有上百個墊圈供學生分組實驗。其實這個實驗只有第一次需要一點一點增加墊圈數(shù)量，后面的兩次實驗就只需要成倍改變懸掛物的重量，不一定要局限于墊圈本身。這時，筆者就想到了一種很方便的懸掛器材——吸鐵石，它能直接吸在用回形針做的鉤子上。而且，找到了一種圓形吸鐵石，一枚剛好與8個墊圈差不多重。那后面就簡單了，每組只要分幾個吸鐵石就可以輕松完成這個實驗了。

不止在懸掛重物上，吸鐵石在擺的研究中也非常好用。有一組實驗要求改變擺錘的上下位置，只需要用兩顆環(huán)形吸鐵石，相互吸在細繩上，既能當擺錘，又能輕松改變位置。甚至在研究浮力一課中，條形吸鐵石還能充當普通石塊，浸入量筒中用于研究排開水的體積。條形吸鐵石又瘦又長，這樣的形狀最適合放入量筒研究。小小一塊吸鐵石，真是一種神奇的實驗器材，它在諸多實驗中都能得到巧妙運用。

2.在做好標記的白紙上操作，增強實驗的可視性

在實驗教學中，實驗器材的選擇不但要易于學生操作也要易于學生觀察。不少實驗在器材擺放時對距離、位置都有一定的要求。小學生的年齡特征決定了他們的細微操作能力和空間觀察能力都無法和成人相比，難免出現(xiàn)一些主觀錯誤，進而影響實驗結果的正確性。

案例4：在二年級紙的承重實驗中，一般用兩本詞典架起紙條。每次實驗時，我們都要求兩本詞典之間的間距是一致的。在教材中，用中間再插入一本詞典對另兩本詞典進行定位。兒童生性好動，一不小心的磕碰就很容易導致兩本詞典的間距改變，而且學生也很難發(fā)覺自己的器材出問題了。在這個實驗中，其實只需要準備一張打印好兩個方框的白紙，要求學生每次實驗時詞典都必須與方框對牢就可以了。這樣，用一張帶有簡單標記的白紙，既解決了承重跨度定位的問題，又使得跨度發(fā)生改變時一目了然，同時訓練了學生主動觀察前后跨度一致的實驗意識。類似的要求在六年級“形狀與結構”單元中也有不少，都可以用這種方式解決，只需打印上刻度，就能直接定量使用。

案例5：二年級“磁鐵的兩極”一課中，在比較磁鐵各部分磁性時，有一個實驗需要將5個回形針排成一排，然后平行推動條形磁鐵，觀察吸引的先后順序。這個實驗要求5個回形針要排成一條直線，還要左右間距一致，頭尾兩枚還要與磁鐵的兩極對齊，而且磁鐵還必須平行推進。種種操作，對二年級學生的操作能力提出了巨大挑戰(zhàn)，即便擺歪了，學生自己也看不出。這時，我們直接在一張白紙上打印好每個回形針的準確位置以及鐵磁起始的測試位置，并在中間以較小的間距畫好數(shù)條平行線，這樣器材在擺放和操作的時候，就可以借助各種輔助線，準確操作了。

增強實驗操作的可視性是實驗器材改進的重要目標，它既降低了操作難度，更便于學生精確觀察從而有效地完成實驗操作。像這樣在白紙上事先打印好線框或刻度，不但成本低廉，制作簡單，而且也非常利于學生觀察。除了白紙，我們也可以借助其他帶有線條或刻度的輔助材料，增強實驗結果的可視性。

3.尋找合適的材料，實現(xiàn)人人可做的實驗

在科學實驗中，一般分演示實驗和分組實驗，但也有的實驗更適合人人參與。或者說，只要器材足夠，明明可以讓每個學生獨立完成的實驗，為什么非要幾個人一組呢？但難就難在足夠多的器材。而且有些實驗甚至需要帶回家去做，在教室上課時不一定能有效完成，那么更需要人手一套器材了。超市就是個大寶庫，只要認真尋找、精心設計，就能讓每一個學生獲得自己獨一份的實驗器材。

案例6：在研究降水量時，實際上課時不一定正好遇見雨天，而且就算遇見雨天，測得的也不是一天的降水量，所以教室里的實驗只能進行模擬降水。這個實驗如果需要完成，就要提前一兩周準備，最好是人手一份器材，在家做好實驗，上課時再對學生的實驗結果進行反饋。如果可以的話，每人能準備幾個口徑不一的雨量器就更好了。

雨量器看似簡單，但實則要求較高，底部必須是平整的，上下口徑要求完全一致。幾乎所有的飲料瓶都不符合要求。那么符合這樣嚴苛要求的器材超市真的有嗎？當然是有的！例如圓柱形水彩筆容器的上半個蓋子，就完全符號要求。裝牙簽或者裝棉簽的圓柱形透明盒子，也是底部平整，上下直筒的。這樣就能得到多個口徑不一的容器了，再貼上打印好的刻度條，就是一個標準的雨量器了。如此，每個學生都可以做最真實的實驗了，再也不需要課堂上模擬了。

案例7：在“空氣占據(jù)空間”一課中，有一個經典的實驗：在一個瓶子中插入一長一短兩根管子，一根在水面上，一根在水面下，從兩頭分別吹氣時會得到不同的結果。這個實驗在上課時大家往往只做演示實驗，既不會分組，更不會讓每個學生獨立實驗。因為器材要自己制作，而且在瓶蓋上打兩個正好插入吸管的小孔，并處理氣密性，做起來一點也不容易。

那有沒有簡單一戳就能完成打洞的材料呢？超市就有！那就是小孩子特別喜歡喝的優(yōu)酸乳。優(yōu)酸乳瓶蓋上的密封膜，只要用吸管一戳就能插入，而且氣密性還挺不錯。將一瓶優(yōu)酸乳先喝掉一半，然后吸管拔起一部分，再找一根普通牛奶盒上的彎頭吸管插入底部，彎頭向前伸出。這樣，只要從之前的吸管中輕輕吹氣，優(yōu)酸乳就會源源不斷地從彎頭吸管中噴出來。用小碗接住，還能繼續(xù)喝呢。這個空氣的小實驗每個孩子都可以在家獨立完成，好喝又有趣，每個孩子都玩得不亦樂乎。

只要耐心尋找，就能花很少的錢在超市找到完全符合要求的實驗器材。這樣的實驗器材不但成本低廉，更能惠及每一個學生。人人都有器材，人人都能做好實驗，這不正是實驗教學的最大追求嘛！

4.動手改造低成本、易復制、適合學生廣泛使用的獨創(chuàng)器材

在諸多器材改進中，創(chuàng)新是最難的。而這種創(chuàng)新既要成本低，又要讓其他老師看完也能自己制作，還要適合學生廣泛使用，那更是難上加難。在教具改進比賽中，很多獲獎的優(yōu)秀作品，令人嘆為觀止。但看完又讓人覺得制作成本高，制作難度大，而且只適合演示實驗，很難大量制作給學生廣泛使用。低成本、易復制、能廣泛使用，才是我們所追求的器材改進設計的方向。以下介紹一種筆者指導學生制作的獨創(chuàng)的實驗器材——易拉火柴盒。

在科學實驗中，經常需要點火，雖然打火機比火柴容易得多，但出于安全等因素，火柴仍舊是最主要的點火器材。自新教材改革以后，在低段的三年級上冊中，就出現(xiàn)了數(shù)次需要點火的實驗。三年級的學生，無論是心智上，還是身體上，都還非常年幼。用火柴點火對他們來說可是個不小的挑戰(zhàn)。而且不少孩子怕火，火柴很難劃，越是劃不好就越是增加了對火的恐懼。而易拉火柴盒的出現(xiàn)，最多一兩次就能讓每一個孩子上手點燃火柴。如此簡單的使用，甚至能將學生對火的恐懼變成對火的興趣。

使用說明：用兩塊磷片面對面夾住火柴，然后用力向外拉出，即可點燃火柴。

器材原理：傳統(tǒng)的火柴點火磷片都是分布在兩側，每次只使用其中一面，要用恰當?shù)慕嵌?、力度和速度才能點燃火柴。而易拉火柴盒將兩側的磷片集中到了一側。使用時，用兩張磷片面對面夾住火柴，無須再考慮用什么樣的角度和力度，只管用力向外拉就可以了，火柴一拉即燃。易拉火柴盒將原先的劃動操作改成了拉動操作，極大地降低了使用難度。這么簡單的點火器材，激起了不少學生的興趣，以前大家都畏畏縮縮不敢點火，現(xiàn)在反而都爭著去點火了。

這個獨創(chuàng)的點火器材，只是對傳統(tǒng)火柴盒磷片的位置改了個頭，換了個面，制作成本極低，一看就會，同時非常適合學生廣泛使用。學生點火操作的前后巨大變化，更是凸顯了這個器材極佳的使用效果。

如果說實驗是學生學習科學的基礎，那么易操作、易觀察、易獲取的各類優(yōu)秀實驗器材，就是學生學習科學的重要基石。我們要著眼于學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，立足于實驗效益的有效提高，充分發(fā)揮教師自身的想象力與創(chuàng)造力，為學生提供更優(yōu)質的實驗器材，讓學生在實驗活動中感受學習的快樂，體驗探究的樂趣，感悟科學的奧秘，最終促進學生的全面發(fā)展。

參考文獻

[1] 李春滿.小學科學實驗材料的改進與創(chuàng)新探析[J].學苑教育，2018（22）：96.

[2] 賀勇，顧恩甲.創(chuàng)新實驗器材優(yōu)化實驗設計——談如何提高小學科學實驗教學有效性[J].教育與裝備研究，2010（10）：47-50.

[3] 周榮宗.巧用 善用 敢用—摭談別有匠心使用小學科學實驗器材助力實驗高效[J].小學教學參考，2017（24）：88.

[4] 杜志剛.低成本教具的設計及制作例談[J].內蒙古教育，2005（05）：31-32.

[責任編輯：郭振玲]