自制教具開啟高效實驗教學之門

〔摘" "要〕" 本文針對蘇教版科學四年級下冊“專項學習：像科學家那樣……”中傳統(tǒng)擺實驗存在的效率低、變量控制難等問題，通過自制教具創(chuàng)新，設計優(yōu)化實驗教學。傳統(tǒng)擺實驗存在耗時長、操作煩瑣、誤差大、變量難以控制等缺陷，大大制約了教學效果。本自制實驗器材以培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，提升實驗效率與精準性為目標，提出“雙擺同步對比裝置”，并通過在裝置中結合紅外計數(shù)器自動計數(shù)、可拆卸墊片，調節(jié)擺錘重量和輪盤刻度，調節(jié)擺長、外置量角器定量控制擺角等技術改良，實現(xiàn)變量精準控制與數(shù)據(jù)高效采集。實踐表明，使用本套創(chuàng)新教具可以使數(shù)據(jù)誤差顯著降低，學生參與度與科學思維能力同步提升。自制教具通過對現(xiàn)代技術的融合與設計優(yōu)化，能夠突破傳統(tǒng)實驗中的瓶頸，有效促進學生科學探究能力與嚴謹態(tài)度的養(yǎng)成，為小學科學實驗教學提供可推廣的創(chuàng)新范式。研究驗證了現(xiàn)代技術與教具改良在科學教育中的實踐價值，為深化學生科學素養(yǎng)培養(yǎng)提供參考。

〔關鍵詞〕" 小學科學；自制教具；雙擺設計；變量控制

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）18" " 0067-03

一、研究背景與意義

小學科學作為培育學生科學素養(yǎng)的關鍵學科，其教學過程對實現(xiàn)這一目標起著決定性作用。在小學科學教學體系中，實驗教學占據(jù)著舉足輕重的地位，是落實科學素養(yǎng)培育的重要渠道。而教具作為實驗教學的關鍵要素，其選用是否恰當，直接影響著教學成效。自制教具最大的亮點在于，教師能夠緊密貼合學生的認知特性以及實驗的實際需求，進行靈活且個性化的設計。這可使教學的針對性和有效性得到顯著提升，能夠更好地滿足不同學生在科學學習上的差異化需求。從學生的角度來看，自制教具為他們理解抽象的科學知識點提供了直觀的感知途徑。借助這些教具，可以將晦澀難懂的知識具象化，讓學生在親身體驗和觀察中，加深對知識點的理解與記憶，進而激發(fā)他們對科學學習的興趣，提升學習的積極性和主動性，最終實現(xiàn)學習效果的優(yōu)化。對教師而言，自制教具也是提升教學水平的有力助手。在自制教具的過程中，教師需要深入鉆研教材內容，精準把握學生的學習難點，不斷創(chuàng)新教學方法。這不僅有助于教師更高效地傳授知識，還能促進教師自身教學技能的持續(xù)提升，推動教師在專業(yè)發(fā)展道路上不斷前進。

在小學科學教育體系中，蘇教版教材意義重大，其以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為核心，借助豐富的實驗活動助力學生探索科學世界。在蘇教版科學四年級下冊“專項學習：像科學家那樣……”中，擺的實驗是學生體驗科學探究全過程的關鍵活動，對培養(yǎng)學生科學思維與實踐能力意義非凡。學生在實驗中觀察擺的運動、提出假設、設計方案、分析數(shù)據(jù)等，可鍛煉觀察、創(chuàng)新、邏輯思維等多種能力，還能養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與團隊協(xié)作精神。然而，傳統(tǒng)的擺實驗教學問題重重。原實驗需進行3組共9次實驗，耗時極長，教師為趕進度常采用分組實驗，導致學生參與度受限，無法全面了解實驗。而且，多次測量擺的擺動次數(shù)易使學生視覺疲勞，影響數(shù)據(jù)準確性。調節(jié)擺長時解系繩子操作煩瑣且難以精準控制長度，改變擺錘重量會使重心變化影響擺長，無法實現(xiàn)單一變量控制，探究擺角時靠手隨機確定角度，無法定量研究。這些問題嚴重阻礙學生對知識的理解與科學素養(yǎng)的提升。擺的實驗作為課程的重要內容，對實現(xiàn)這些目標至關重要。因此，創(chuàng)新擺實驗的方法迫在眉睫，其有助于提高實驗效率、減少誤差，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新與實踐能力，提升科學素養(yǎng)，為學生未來的發(fā)展筑牢基礎。

二、教材學情深度剖析

（一）教材分析

蘇教版科學教材專項學習板塊呈進階式發(fā)展。1～2年級階段注重引導學生發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)與分享交流，讓學生初步感受科學探究樂趣。從三年級起，專項學習涵蓋完整探究環(huán)節(jié)，學生在研究時，需經(jīng)歷提出問題、做出假設等全過程，逐步掌握科學探究方法。四年級時，學生要熟練運用控制變量法，在擺的實驗中嚴謹設計與操作實驗。擺的實驗在四年級下冊教材中承上啟下。它承接之前的科學探究知識，又為后續(xù)學習奠基。教材先引導學生觀察擺的運動，引發(fā)思考，鼓勵學生做出假設；接著指導學生運用控制變量法設計實驗，要求多次實驗記錄數(shù)據(jù)，最終得出擺的快慢與多種因素的關系。而且，擺的實驗與前后知識聯(lián)系緊密，之前的知識為其提供基礎，實驗中涉及的方法和知識又將在后續(xù)的學習中得到廣泛的應用。

（二）學情洞察

四年級學生多在9～10歲，好奇心與求知欲旺盛，對新鮮事物充滿探索欲望，這為科學學習提供了強大動力。在擺的實驗中，他們看到擺的擺動會積極思考其原理，教師應利用這一特點激發(fā)其學習興趣。并且經(jīng)過前期學習，四年級學生已具備一定的科學探究能力，掌握了基本探究方法，對控制變量法也有一定認識。但是，他們在實驗操作嚴謹性、數(shù)據(jù)整理分析及結論得出方面仍有不足。比如在擺的實驗中，可能因操作不規(guī)范、數(shù)據(jù)處理不當?shù)贸鲥e誤結論。因此，教師在教學中需避免因教具、學生操作等因素影響實驗結果，并對學生有針對性地進行指導，幫助學生提升能力。

三、原實驗缺陷審視

（一）時間效能瓶頸

傳統(tǒng)擺實驗時間效能低，3組9次實驗耗費大量課堂時間，壓縮教師講解、學生討論總結時間。課堂上大部分教師會采用分組實驗，學生只能有效地參與一組實驗，另外兩組實驗只是靠同學匯報或教師講解，缺乏一定的科學性，影響學生對實驗的全面理解和學習積極性。

多次測量擺的擺動次數(shù)易使學生視覺疲勞，導致計數(shù)不準確，引入誤差，且學生對其他組實驗數(shù)據(jù)缺乏直觀感受，不利于其培養(yǎng)科學態(tài)度和批判性思維。擺實驗分組多、耗時久，嚴重影響教學進度和效果。

（二）變量控制困境

傳統(tǒng)實驗調節(jié)擺長需解系繩子，操作煩瑣且浪費時間，學生操作熟練度不同，難以精準控制擺長，誤差積累影響實驗結果準確性，使學生難以得出擺長與擺快慢的正確關系。

改變擺錘重量時，擺錘重心變化導致實際擺長改變，無法實現(xiàn)單一變量控制，影響學生對實驗結果的理解和對控制變量法的應用。

探究擺角時，靠手隨機拉取確定擺角，靠眼睛目視的方式確定擺角，主觀性強，無法精確確定角度，難以進行定量研究，阻礙學生對科學關系的深入探究。

四、實驗創(chuàng)新亮點呈現(xiàn)

（一）雙擺設計革新

1.高效性

實驗采用雙擺設計，兩個結構相似的擺同步運行。這一設計可縮短實驗時間，大幅提高實驗效率，在相同時間內獲取兩倍數(shù)據(jù)量，縮短實驗周期。在世界范圍內，一般事物的發(fā)展變化通常歷經(jīng)漫長進程。而在實驗室環(huán)境中，核心任務是想盡一切辦法，以最短的時間讓學生目睹這種變化，助力他們發(fā)現(xiàn)事物變化的規(guī)律，進而激發(fā)學習興趣與積極性。只有縮短每項實驗所需時間，才能夠在40分鐘的課堂教學里，增加實驗數(shù)量，提升教學密度，最終實現(xiàn)教學效果的優(yōu)化。

2.直觀性

同步對比可直觀判斷測量準確性。小學生正處于從形象思維向抽象思維過渡的階段。學生利用本實驗裝置在直觀上能同時觀察兩個擺的擺動差異，更好地理解實驗現(xiàn)象和運動規(guī)律，如探究擺長影響時，可清晰看到不同擺長擺的擺動快慢差異。查閱相關研究文獻發(fā)現(xiàn)，雙擺設計在實驗教學中具有顯著優(yōu)勢，能有效提升實驗效果。

（二）技術融入賦能

在小學科學課堂教學中，適時融入現(xiàn)代技術，不僅契合時代發(fā)展的趨勢，更能精準對接學生的興趣需求點。在小學科學實驗教學場景里，為學生引入基于現(xiàn)代技術的實驗器材，具有諸多顯著優(yōu)勢。這些器材能夠巧妙地將復雜的科學知識與現(xiàn)象化難為簡，把抽象的科學概念轉化為具體可感的實驗過程與結果。如此一來，學生能夠更輕松地理解和掌握知識，使原本晦澀難懂的科學內容變得生動有趣。這不僅能夠極大地激發(fā)學生的學習興趣，使他們更加積極主動地參與到課堂學習中來，還能拓寬學生的視野，讓他們接觸到更前沿、更豐富的科學知識與研究方法。從課堂教學效果來看，現(xiàn)代技術實驗器材的運用能夠有效節(jié)省教學時間，提高教學效率，顯著提升課堂的時效性，使有限的課堂時間得到更充分、更高效的利用。

實驗引入紅外計數(shù)器，基于紅外線感應技術，擺錘遮擋紅外線光束時自動計數(shù)。與人工計數(shù)相比，避免視覺疲勞，提高計數(shù)精度和穩(wěn)定性，確保實驗數(shù)據(jù)可靠。同時，提高課堂效率，學生無須花費大量時間計數(shù)，可將精力投入其他實驗環(huán)節(jié)。

（三）裝置改良優(yōu)化

輪盤、彩繩。本實驗用輪盤和彩繩調節(jié)擺長，彩繩標有精確刻度，轉動輪盤可輕松實現(xiàn)擺長精確調節(jié)，操作簡便且準確性高，節(jié)省時間，避免擺長誤差。

擺錘。探究擺錘質量影響時，采用可拆卸墊片設計，墊片密度均勻，添加或移除墊片不改變擺錘重心，有效控制變量，準確探究擺錘質量與擺快慢的關系。

外置量角器。實驗將量角器固定在裝置外側，中心與擺懸掛點重合，學生可根據(jù)需求將擺錘拉至指定角度，精確設定擺角，便于進行定量研究，培養(yǎng)科學態(tài)度和優(yōu)化研究方法。

五、實驗成效評估

（一）效率直觀提升

選取兩個知識基礎、學習能力和態(tài)度相似的班級進行對比實驗。對照班采用傳統(tǒng)單擺實驗，學生分組依次操作，實驗耗時久，易產(chǎn)生視覺疲勞，影響觀察記錄。實驗班運用創(chuàng)新雙擺及新裝置，教師介紹后學生兩人一組操作。實驗結果顯示，實驗班完成三組實驗時間比對照班縮短約三分之一，實驗現(xiàn)象更直觀，學生參與度高，對實驗原理理解更深刻。據(jù)此可充分說明，雙擺及新裝置在提高實驗效率和增強直觀感受方面效果顯著。

（二）操作精準改進

紅外計數(shù)器避免人工計數(shù)誤差，確保實驗數(shù)據(jù)準確。量角器精確設定擺角，為實驗定量研究提供支持。在傳統(tǒng)實驗中，人工計數(shù)受多種因素干擾，對擺角難以精確控制，影響實驗結果。而在創(chuàng)新實驗中，紅外計數(shù)器和量角器的應用有效解決了這些問題，學生能夠在簡單的操作下高效地得到實驗結果，大大提高了課堂的時效性，同時也提升了實驗操作的準確性。

（三）思維態(tài)度養(yǎng)成

實驗教學中，學生的科學思維和責任態(tài)度得到培養(yǎng)。在實驗設計環(huán)節(jié)，學生運用控制變量法設計方案，體現(xiàn)了邏輯思維提升。操作過程中，學生專注嚴謹，借助工具精確調節(jié)實驗條件。分享交流時，學生積極分享、傾聽思考，敢于質疑討論，培養(yǎng)了團隊合作和批判性思維。問卷調查顯示，大部分學生在科學思維和責任態(tài)度方面進步明顯，表明創(chuàng)新實驗有效促進了學生科學素養(yǎng)的提升。參考對學生科學思維和態(tài)度培養(yǎng)評估的相關研究，可充分說明這一成效。

自制教具結合教材、學情，針對傳統(tǒng)擺實驗中存在的問題進行了創(chuàng)新。通過雙擺設計、改良紅外計數(shù)器裝置等措施，將現(xiàn)代科技融入課堂中，顯著地提升了實驗效率、準確性和可操作性。而且在教學過程中，學生積極參與科學探究，在科學思維和責任態(tài)度等方面取得進步，可以較好地實現(xiàn)教學目標，提升學生的科學素養(yǎng)。

參考文獻

[1]蘇玉玉，陳群.自制教具在小學科學實驗教學中的應用與效果分析[J].小學教學研究，2024（35）：54-55，68.

[2]楊寧.自制教具在小學科學教學中的有效使用[J].中國校外教育，2012（4）：106.