小學(xué)科學(xué)單元整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材的研發(fā)策略

劉少君

【摘要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國家課程方案和《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新人才的重要途徑。面對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材難以滿足科學(xué)新教材的教學(xué)需要。為提高基礎(chǔ)教育質(zhì)量，提升教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力，實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新研發(fā)勢在必行。筆者認(rèn)為，科學(xué)教師應(yīng)關(guān)注教材單元整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從實(shí)驗(yàn)被迫中斷，實(shí)驗(yàn)器材難準(zhǔn)備、難操作等問題，靈活借鑒、巧妙借用其它實(shí)驗(yàn)器材，并大膽創(chuàng)新研發(fā)新器材，從而開發(fā)出適用于多節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的器材，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)奠定良好基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)器材

小學(xué)科學(xué)課程是一門基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性課程。小學(xué)科學(xué)課程倡導(dǎo)以探究式學(xué)習(xí)為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)以其獨(dú)特的魅力吸引學(xué)生主動探究，親身經(jīng)歷動手動腦等實(shí)踐活動，獲取科學(xué)知識、領(lǐng)悟科學(xué)思想和學(xué)習(xí)科學(xué)方法。國家課程方案和《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將實(shí)驗(yàn)教學(xué)列為重要教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新人才的重要途徑，但現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材難以滿足科學(xué)新教材的教學(xué)需要。為貫徹落實(shí)《教育部關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》的文件精神，提升教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與探索，全面提高基礎(chǔ)教育質(zhì)量，全國各地如火如荼地開展了中小學(xué)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能競賽系列活動，“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材研發(fā)”競賽項(xiàng)目更是對實(shí)驗(yàn)教師隊伍的一大挑戰(zhàn)。作為一名科學(xué)教師，該如何改進(jìn)和研發(fā)實(shí)驗(yàn)器材呢？

許多教師習(xí)慣性地將目光和研發(fā)精力集中在一個實(shí)驗(yàn)，忽略了科學(xué)教材各單元之間的聯(lián)系?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)課程的宗旨。”單元整體備課是達(dá)成核心素養(yǎng)的重要途徑。對教材單元進(jìn)行系統(tǒng)梳理，挖掘教材單元中各部分內(nèi)容的素養(yǎng)教學(xué)功能，規(guī)劃設(shè)計教學(xué)策略及教學(xué)過程，才能有效促進(jìn)教學(xué)，達(dá)到核心素養(yǎng)目標(biāo)。單元整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)也需進(jìn)行系統(tǒng)梳理，基于核心素養(yǎng)達(dá)成需要研發(fā)出的實(shí)驗(yàn)效果明顯并適用于多節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的器材，不僅能減少浪費(fèi)，減輕教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材的負(fù)擔(dān)，學(xué)生使用器材實(shí)驗(yàn)時也更為得心應(yīng)手，方便學(xué)生快速進(jìn)入探究活動。

教科版五年級下冊《時間的測量》單元中的第5課《機(jī)械擺鐘》、第6課《擺的研究》、第7課《做一個鐘擺》和第8課《制作一個一分鐘計時器》都是有關(guān)單擺的研究，筆者以此為例，分析如何研發(fā)適用于單元整體多節(jié)課教學(xué)的實(shí)驗(yàn)器材。

一、關(guān)注實(shí)驗(yàn)被迫中斷等問題，靈活借鑒及改進(jìn)其它實(shí)驗(yàn)裝置

教師在組織學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究過程中，常會遇到某些配套實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計不合理，實(shí)驗(yàn)被迫中斷、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯等問題。當(dāng)你聚焦這些問題并深入開展研究時，往往能取得事半功倍的效果。

例如，《機(jī)械擺鐘》一課“觀察我們的擺”實(shí)驗(yàn)，科學(xué)教材提示我們可利用鐵架臺做支架，擺繩一端系于橫桿上，另一端掛一螺帽做擺錘（見圖1）。大多數(shù)教師會選用試管夾、大小鐵圈等鐵架臺原有配件當(dāng)橫桿，長度普遍較短，還有六角螺帽在擺動中受到的阻力不勻等原因，實(shí)驗(yàn)中常出現(xiàn)擺錘撞到鐵架臺豎向鐵桿的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)被迫終止。筆者改用加長筷子代替短桿實(shí)驗(yàn)，但因擺繩系于長桿遠(yuǎn)離固定點(diǎn)的另一端，擺錘擺動時很容易導(dǎo)致長桿傾斜和移位（見圖2），從而造成誤差。因多人任教科學(xué)和實(shí)驗(yàn)室不足等原因，將十幾個重達(dá)二三十公斤的鐵架臺搬到教室上課實(shí)屬不易，還存在安全隱患，用鐵架臺做單擺支架的缺點(diǎn)顯而易見，有沒有更好的辦法解決以上問題呢？我們能否靈活借鑒其它實(shí)驗(yàn)裝置呢？

教科版五年級下冊《地球的運(yùn)動》單元第3課《證明地球在自轉(zhuǎn)》中“擺的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)，蘇州愛?？平唐鞑挠邢薰緸榇碎_發(fā)了“傅科擺”（見圖3）。“傅科擺”由木質(zhì)支架、一個可轉(zhuǎn)動的底盤、擺繩和擺錘組成。在擺擺動過程中慢慢轉(zhuǎn)動底盤，擺的擺動方向不會隨著圓盤轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，從而得出“擺”具有保持?jǐn)[動方向不變的特點(diǎn)。對于這種僅適用于一個實(shí)驗(yàn)教學(xué)且占用較多空間的裝置，許多學(xué)校都不愿購買。若將其改為易于拆卸和收納的結(jié)構(gòu)，例如，將兩條豎桿從圓盤的固定豎桿結(jié)構(gòu)中拔出，并利用合頁將桿子進(jìn)行折疊收納，整個裝置重量僅有0.3公斤，能有效解決《時間的測量》單元4個課時實(shí)驗(yàn)用鐵架臺做支架的弊端。我們還可在支架橫桿上懸掛可移動位置的量角器，指導(dǎo)學(xué)生在“擺的快慢與擺錘重量、擺繩長度有關(guān)嗎？”等實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格控制一個變量，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。在時間允許的情況下，創(chuàng)新性增加“擺的快慢與擺幅有關(guān)嗎”實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生進(jìn)一步驗(yàn)證通過多個小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推理出的“擺的快慢與擺幅無關(guān)”的結(jié)論是否正確，也更符合小學(xué)生的年齡特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律。

二、關(guān)注實(shí)驗(yàn)器材難準(zhǔn)備問題，巧妙借用及改進(jìn)其它實(shí)驗(yàn)器材

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，科學(xué)教師還常會遇到實(shí)驗(yàn)器材難以準(zhǔn)備的問題，若我們能巧妙借用及改進(jìn)其它實(shí)驗(yàn)器材，就能輕松解決所面臨的難題。

例如，《擺的研究》一課“擺的快慢與擺錘重量有關(guān)嗎？”實(shí)驗(yàn)，教師教學(xué)用書提示我們要準(zhǔn)備三個大小相同、輕重分別是20克、40克、60克的擺錘，但生活中難以找到同體積、密度按相應(yīng)比例增加的三種材料，許多教師只能退而求其次，以增加螺帽數(shù)量來改變擺錘重量，但擺錘重心、體積也發(fā)生了改變。許多學(xué)生對實(shí)驗(yàn)沒法控制一個變量提出質(zhì)疑。為此，筆者從網(wǎng)上購買同體積塑料球和鐵球作為重量不同的擺錘，后來還巧妙借用《沉與浮》單元中同體積不同重量的塑料塊、鋁塊和鐵塊裝在塑料小桶中當(dāng)擺錘。球形、圓柱體結(jié)構(gòu)較六角螺帽受到風(fēng)的阻力更為均勻，有效減少實(shí)驗(yàn)中的誤差。

三、關(guān)注實(shí)驗(yàn)器材難操作問題，大膽創(chuàng)新研發(fā)新實(shí)驗(yàn)器材

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，科學(xué)教師還常會遇到實(shí)驗(yàn)器材過于復(fù)雜或難于操作等問題。例如，《擺的研究》一課“擺的快慢與擺繩長度有關(guān)嗎？”實(shí)驗(yàn)，因?qū)W生年齡小、動手能力差等原因，測量繩長、打結(jié)等微不足道的小事都會耗費(fèi)學(xué)生大量的時間。因本課實(shí)驗(yàn)較多，給科學(xué)探究爭取更充裕的時間。筆者對擺繩進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，在擺繩兩頭和中間位置打三個結(jié)，擺繩兩頭的結(jié)分別掛于支架橫桿掛鉤和擺錘時，為兩倍繩長;當(dāng)擺繩中間的結(jié)掛于橫桿掛鉤時，則為原來繩長，無需更換擺繩進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，操作簡單、省時高效。

《做一個鐘擺》中的“擺長怎樣影響擺動次數(shù)”實(shí)驗(yàn)也存在類似問題，教材提示教師準(zhǔn)備三個金屬圓片并固定于三條木條的不同位置（見圖4），而僅在木條一側(cè)固定金屬圓片的做法易使擺錘重心偏離木條而出現(xiàn)轉(zhuǎn)圈現(xiàn)象。有些教師用胡蘿卜代替金屬圓片的實(shí)驗(yàn)效果明顯，胡蘿卜的位置也易于調(diào)整（見圖5），但當(dāng)班級和小組數(shù)過多時就顯得過于浪費(fèi)了。

筆者創(chuàng)新性地在寬度較小、長30厘米的薄木條兩邊，吸附兩塊外包軟膠的強(qiáng)磁，在擺擺動過程中不會出現(xiàn)磁鐵移位或轉(zhuǎn)圈現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)效果明顯，更能快速調(diào)整磁鐵位置進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，省時高效。

最后，我們改進(jìn)和研發(fā)的系列實(shí)驗(yàn)裝置（見圖7）不僅節(jié)省材料，還具有重量輕、易操作、實(shí)驗(yàn)效果明顯、易收納、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，深受學(xué)生喜愛。它還適用于小學(xué)1-6年級《科學(xué)》教材有關(guān)單擺的所有實(shí)驗(yàn)，支架還可應(yīng)用于三年級上冊《水沸騰了》《水結(jié)冰了》等教學(xué)內(nèi)容，懸掛溫度計測量水沸騰、水結(jié)冰過程中的溫度變化等，有效減輕教師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材的負(fù)擔(dān)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新人才的重要途徑。面對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材難以滿足科學(xué)新教材的教學(xué)需要等問題，科學(xué)教師應(yīng)扎實(shí)提升自身的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力，關(guān)注科學(xué)教材單元整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)并進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材研發(fā)，努力研發(fā)出適用于多節(jié)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系列器材，有效提升教學(xué)質(zhì)量，為達(dá)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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