定向·迭代·評(píng)價(jià)：小學(xué)科學(xué)疑難實(shí)驗(yàn)教具開(kāi)發(fā)的策略

摘 要：自制教具的開(kāi)發(fā)是小學(xué)科學(xué)教師的一項(xiàng)重要教學(xué)技能，可以有效地服務(wù)科學(xué)課堂。文中以自身的教具開(kāi)發(fā)經(jīng)歷為藍(lán)本，摸索出一套行之有效的疑難實(shí)驗(yàn)教具開(kāi)發(fā)策略，即定向→迭代→評(píng)價(jià)。第一步，吃透教材，確定教具開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)；深研原理，確定教具開(kāi)發(fā)的著力點(diǎn)；分析案例，確定教具開(kāi)發(fā)的突破點(diǎn)。第二步，精磨方案；精選材料；精制作品。第三步，設(shè)計(jì)合理的評(píng)價(jià)方案，并開(kāi)展對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)教具的效果進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：教具開(kāi)發(fā)；定向；迭代；評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著新教材的陸續(xù)使用和2022版的新課標(biāo)落地，科學(xué)教師迎來(lái)了一次新的發(fā)展機(jī)遇，自然也迎來(lái)了更多的挑戰(zhàn)。新教材新課標(biāo)對(duì)科學(xué)課堂有了新的期待，對(duì)教學(xué)效果也有了更高的要求。而一線科學(xué)教師往往受到疑難實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困擾，不僅打擊了他們的教學(xué)積極性，也影響了課堂教學(xué)效果，更不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。筆者從自身的教具開(kāi)發(fā)經(jīng)歷出發(fā)，摸索出一套適合普通一線教師的教具開(kāi)發(fā)策略。

一、定向

確定研發(fā)方向?qū)τ诮叹唛_(kāi)發(fā)至關(guān)重要，它決定了教具開(kāi)發(fā)未來(lái)走向。一線教師常常受到研發(fā)方向不清的困擾，容易出現(xiàn)無(wú)從下手的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為，應(yīng)從以下方面確定研發(fā)方向。

（一）吃透教材，確定教具開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)

教材是科學(xué)教學(xué)的藍(lán)本，是實(shí)驗(yàn)探究的基本參照，是自制教具有效實(shí)施的客觀前提，同時(shí)也為一線教師自制教學(xué)具提供了更多的發(fā)揮空間。教材的設(shè)計(jì)思路，材料的基本設(shè)計(jì)都是自制教具需要深入研究的內(nèi)容，它為教具研發(fā)提供和積淀第一手資料。

“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”是教科版小學(xué)科學(xué)五上第一單元“光”的第三課，主要探討當(dāng)光從空氣進(jìn)入水中時(shí)，傳播路徑發(fā)生了怎樣的改變。對(duì)于光而言，空氣和水是不同的傳播介質(zhì)，因此光的傳播方向（傳播路徑）會(huì)隨之發(fā)生改變，其結(jié)果是產(chǎn)生了折射現(xiàn)象。通過(guò)分析教材，確定本課涉及的核心概念和學(xué)習(xí)內(nèi)容，如圖1所示。

（二）深研原理，確定教具開(kāi)發(fā)的著力點(diǎn)

理解實(shí)驗(yàn)原理是開(kāi)發(fā)有效教具的基礎(chǔ)。教師需要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行深入的研究，把握實(shí)驗(yàn)的核心要素和關(guān)鍵步驟。這樣可以在后續(xù)的教具設(shè)計(jì)中有的放矢，確保教具的設(shè)計(jì)符合實(shí)驗(yàn)要求，幫助學(xué)生更好地理解和掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”涉及的主要科學(xué)原理為：光的折射，即光從一種介質(zhì)斜射進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變，從而使光線在不同介質(zhì)的交界處發(fā)生偏折。本課的教具需圍繞“光的折射”設(shè)計(jì)，但勢(shì)必會(huì)涉及其他的相關(guān)知識(shí)和原理。為此，筆者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，并一一羅列匯總，見(jiàn)圖2。

（三）分析案例，確定教具開(kāi)發(fā)的突破點(diǎn)

在定向階段，研究已有的實(shí)驗(yàn)教具案例，了解各種教具的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)是必不可少的[2]。通過(guò)對(duì)比和分析各種案例，找到自己的教具設(shè)計(jì)的突破點(diǎn)，為下一步的迭代開(kāi)發(fā)提供參考。

為了更好地了解現(xiàn)階段教師們對(duì)“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”一課的教具開(kāi)發(fā)情況，筆者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書籍等多種途徑找到了大量的案例資料?，F(xiàn)對(duì)其中兩個(gè)有代表性案例進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，見(jiàn)表1。

二、迭代

教具研發(fā)方向確定后，教師就可以著手教具的方案設(shè)計(jì)、材料選擇和制作完善了。這三個(gè)環(huán)節(jié)都耗時(shí)耗力，需要科學(xué)教師長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)思考和工作，也是教具開(kāi)發(fā)最重要的部分。因此，如何高效地完成方案設(shè)計(jì)、材料挑選和教具制作是每一個(gè)教具開(kāi)發(fā)者的重大考題。

（一）精磨方案

方案的設(shè)計(jì)是教具開(kāi)發(fā)的重要一環(huán)，也是決定教具成功與否的關(guān)鍵所在。自制教具方案凝聚了開(kāi)發(fā)者的創(chuàng)新理念，也代表著開(kāi)發(fā)者的階段性思維成果[3]。在方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分遵循針對(duì)性研究的原則，并在遠(yuǎn)景目標(biāo)的指引下，使方案符合教學(xué)要求。如果前期的思路沒(méi)有得到整理和提升，在教具制作的過(guò)程，往往會(huì)出現(xiàn)很多失誤，導(dǎo)致事倍功半。為此，教具的設(shè)計(jì)方案需要經(jīng)過(guò)不斷修正和改進(jìn)，在反復(fù)的更迭中才可以不斷完善。教具方案的設(shè)計(jì)一般需要經(jīng)過(guò)圖3所示的流程。

在開(kāi)發(fā)此教具時(shí)，筆者很重視對(duì)教具方案的設(shè)計(jì)。在長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多月的時(shí)間里，先后設(shè)計(jì)了多份方案?，F(xiàn)對(duì)其中有代表性的三份方案進(jìn)行分析，見(jiàn)表2。

（二）精選材料

材料的選擇對(duì)教具的制作十分重要，是教具制作的關(guān)鍵一步。材料的性能決定了教具能否實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能；材料的成本決定了教具能否大面積的推廣。所以，在尋找材料的過(guò)程中，教具開(kāi)發(fā)者需要對(duì)材料的性能和成本進(jìn)行綜合考量，找到最佳性價(jià)比的材料[4]。

在制作“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”一課的教具時(shí)，筆者從儲(chǔ)備室和實(shí)驗(yàn)室的庫(kù)存入手，找尋符合設(shè)計(jì)方案要求的材料：小水槽，來(lái)自老版教材“物體在水中是沉還是浮”一課的配套實(shí)驗(yàn)材料；線香和鐵支架，來(lái)自于“風(fēng)的成因”一課的配套實(shí)驗(yàn)材料；激光筆，來(lái)自“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”一課的配套實(shí)驗(yàn)材料。當(dāng)然，由于教具需要的材料眾多，也會(huì)出現(xiàn)需要購(gòu)買的材料，如膠槍和肥皂等。筆者綜合比較了市場(chǎng)購(gòu)買和網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物兩種途徑，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物性價(jià)比更高。

（三）精制作品

設(shè)計(jì)方案為教具所需的材料和工具、教具的構(gòu)造等指明了方向，但要讓理想轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，教具的制作才是關(guān)鍵。因?yàn)橹挥性谥谱鞯倪^(guò)程中才能驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)合理。而在教具的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，教具的制作往往也是最困難的一步，畢竟想要制作出和設(shè)計(jì)草圖一樣的教具，這對(duì)教師來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)。尤其是新手教師，對(duì)制作教具的手法和各種工具的運(yùn)用都還比較生疏，而且實(shí)驗(yàn)室的條件也并不一定適合制作教具。

在教具制作過(guò)程中，遇到問(wèn)題是在所難免的，甚至?xí)霈F(xiàn)返工重做的現(xiàn)象。為了避免重大失誤，教具的校對(duì)與修正便顯得尤為重要。它能檢測(cè)出教具從設(shè)計(jì)到成品的使用情況，也是評(píng)價(jià)教具開(kāi)發(fā)成敗的關(guān)鍵一環(huán)。而且，校對(duì)與修正的過(guò)程一定是反復(fù)多次的。當(dāng)教具已經(jīng)符合預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果時(shí)，可以對(duì)自制教具進(jìn)行完善，如對(duì)教具的外觀做一些修飾，使手工制作的教具在外觀上更容易讓學(xué)生接受，從而增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。只有在不斷地完善中，自制教具才能發(fā)揮其最大作用，為課堂為學(xué)生為教師更好地服務(wù)。自制教具的制作流程見(jiàn)圖4。

在制作“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”一課教具時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)肥皂水和煙霧的濃度都會(huì)影響光路的形成，而光路的亮度直接決定了此教具能否在白天演示使用。為此，找到肥皂水和煙霧的合適濃度是本次校正與修改的重要內(nèi)容。筆者精心設(shè)計(jì)了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其裝置圖如圖5，圖6，并進(jìn)行了反復(fù)測(cè)試，希望找到形成光路的最佳數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3、表4）。

表3中，筆者發(fā)現(xiàn)：在一定濃度區(qū)間內(nèi)，光路會(huì)隨著肥皂水濃度的增加而變明顯；濃度達(dá)到2. 4g/ L左右時(shí)，肥皂水的顏色加深，且膠體顆粒增多，反而會(huì)阻礙光的傳播，導(dǎo)致光路變得不明顯。由于攪拌肥皂水耗時(shí)較多，筆者將其也考慮進(jìn)去，認(rèn)為肥皂水濃度為0. 8g/ L～1. 6g/ L時(shí)，教具效果最佳。

表4中，筆者發(fā)現(xiàn)：在一定濃度區(qū)間內(nèi)，光路會(huì)隨著煙霧濃度的增加而變明顯；煙霧濃度過(guò)大時(shí)，空氣中顆粒物過(guò)多，反而會(huì)阻礙光的傳播，導(dǎo)致光路變得不明顯。由此，筆者認(rèn)為當(dāng)線香燃燒了60s左右時(shí)，教具效果最佳。這也意味著，要達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生的操作時(shí)間在3分鐘左右，這也符合學(xué)生的探究規(guī)律。

在不間斷的迭代過(guò)程中，自制教具被不斷完善，功能和外觀都有了顯著的提升。教師也在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)課程對(duì)知識(shí)有了更深層次的認(rèn)識(shí)，這也是教具開(kāi)發(fā)中的一大收獲。

三、評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)是教具開(kāi)發(fā)的最后一環(huán)，也是檢驗(yàn)教具有效性的重要一環(huán)。教具開(kāi)發(fā)的最終目的是服務(wù)于教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)教學(xué)實(shí)踐來(lái)評(píng)價(jià)教具也就成為評(píng)估一個(gè)教具效果的重要手段[5]。為此，筆者設(shè)計(jì)了詳細(xì)的評(píng)價(jià)方案，開(kāi)展對(duì)照實(shí)驗(yàn)，對(duì)教具的效果進(jìn)行科學(xué)客觀的分析與評(píng)價(jià)。

（一）評(píng)價(jià)流程

教具的評(píng)價(jià)具有其科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，也就需要一套嚴(yán)格的評(píng)價(jià)流程。一般認(rèn)為，教具評(píng)價(jià)流程包含評(píng)價(jià)前測(cè)、對(duì)照實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)后測(cè)和效果評(píng)價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有嚴(yán)格的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和操作方法（見(jiàn)圖7）。特別是實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的選擇，必須滿足一定的條件才可開(kāi)展對(duì)照實(shí)驗(yàn)，這樣才能保證后續(xù)評(píng)價(jià)過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

（二）變量控制

為了檢驗(yàn)“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”自制教具對(duì)學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)的影響，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響因素進(jìn)行了篩選，并變量排除較大影響的無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響（見(jiàn)表5）。為此，選擇了五年級(jí)三班和四班作為研究對(duì)象，進(jìn)行教學(xué)效果分析評(píng)價(jià)。

（三）效果分析

（1）學(xué)生課堂表現(xiàn)

課堂是教具的服務(wù)場(chǎng)所，也是檢驗(yàn)教具成功與否的第一現(xiàn)場(chǎng)。筆者從學(xué)生的課堂積極性、重難點(diǎn)的落實(shí)情況、學(xué)生的課堂紀(jì)律和關(guān)鍵問(wèn)題的正確率等四個(gè)維度對(duì)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)記錄，見(jiàn)表6。

綜合分析學(xué)生的課堂表現(xiàn)，自制教具可以有效地提高課堂效率，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能幫助學(xué)生較好地克服各種教學(xué)重難點(diǎn)。

（2）測(cè)試成績(jī)分析

為進(jìn)一步檢測(cè)學(xué)生對(duì)“光的傳播方向會(huì)發(fā)生改變嗎”一課知識(shí)的掌握情況，筆者設(shè)計(jì)了專項(xiàng)測(cè)試卷。專項(xiàng)測(cè)試卷由判斷題、選擇題和畫圖題組成，總分20分。筆者讓實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生在課后15分鐘內(nèi)完成本測(cè)試卷，并進(jìn)行回收統(tǒng)計(jì)。對(duì)比得分情況，分別對(duì)三次成績(jī)求取平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。根據(jù)表7數(shù)據(jù)可以看到三次測(cè)試實(shí)驗(yàn)組班級(jí)和對(duì)照組班級(jí)在平均分上有一定區(qū)別，標(biāo)準(zhǔn)差基本符合正態(tài)分布，獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)得出p值均<0. 05，因此統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯著，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)組班級(jí)和對(duì)照組班級(jí)在成績(jī)上存在顯著性差異，在課堂教學(xué)中使用自制教具對(duì)學(xué)生相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)、掌握情況有一定的效果。

（四）評(píng)價(jià)結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的學(xué)生課堂表現(xiàn)與測(cè)試成績(jī)分析可以得出：實(shí)驗(yàn)組班級(jí)和對(duì)照組班級(jí)在成績(jī)上存在顯著性差異，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的課堂積極性和課堂效率相對(duì)更高，在課堂教學(xué)中使用科學(xué)自制教具對(duì)學(xué)生相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)、掌握情況有一定的效果。從學(xué)生主觀能動(dòng)性的角度來(lái)看，絕大部分學(xué)生更喜歡能夠參與到課堂中的趣味性強(qiáng)的學(xué)習(xí)方式，認(rèn)為教具的使用可以幫助突破科學(xué)學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)知識(shí)。興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，在結(jié)合了自制教具的科學(xué)課堂，學(xué)生更具探索學(xué)習(xí)熱情，也是造成實(shí)驗(yàn)組班級(jí)測(cè)試成績(jī)偏高的一個(gè)重要因素。因此教師可以科學(xué)自制教具為媒介，充分挖掘開(kāi)發(fā)學(xué)生自身創(chuàng)造力與科學(xué)探究等學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生在興趣中啟發(fā)思維，在制作與討論中探索研究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

自制教具是科學(xué)教師教學(xué)實(shí)踐的沉淀與積累，是課后的反思與創(chuàng)造。它不僅可以直接服務(wù)于教學(xué)，同時(shí)也有利于促進(jìn)教師開(kāi)展教學(xué)研究，更好地領(lǐng)會(huì)課程標(biāo)準(zhǔn)，更好地理解教材，使科學(xué)課堂充滿靈氣與活力。隨著課程改革的持續(xù)推進(jìn)，自制教具對(duì)課堂的積極作用會(huì)越來(lái)越大，也會(huì)為廣大的科學(xué)教師和學(xué)生帶來(lái)更多的方便和高效。

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（責(zé)任編輯：加順花）