化繁為簡 改善實驗教具

（河南：鄭州師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 鄭州市管城回族區(qū)第二實驗小學(xué)）

〔摘" "要〕" 教具改進與開發(fā)有利于實驗探究教學(xué)改進。本文以化繁為簡為原則，對“斜面”課程教具進行了改進和教學(xué)實踐，并對教具改進實施的效果進行了分析，從而對目前小學(xué)科學(xué)課堂教具改進研究提出了建議，以幫助一線教師提高科學(xué)實驗課堂效率，提升學(xué)生探究實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)熱情。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；化繁為簡；改進教具

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）19" " 0076-03

隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的發(fā)布和新版科學(xué)教材的陸續(xù)使用，小學(xué)科學(xué)學(xué)科將面臨新的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》提出，科學(xué)課程育人價值集中體現(xiàn)在科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等方面。探究實驗是小學(xué)科學(xué)教育中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、形成科學(xué)觀念和進行探究實踐的重要途徑。其中科學(xué)觀念的形成是建立在對科學(xué)概念、規(guī)律、原理的理解上，同時需要對大量科學(xué)實驗進行觀察與體驗?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》提出要用自制的簡單裝置及實物模型驗證或展示某些原理、現(xiàn)象和設(shè)想。然而，在當(dāng)下小學(xué)科學(xué)探究實驗教學(xué)中，存在實驗現(xiàn)象不明顯、趣味性差、學(xué)生參與度低、實驗儀器缺乏等問題，這些都阻礙了學(xué)生的科學(xué)探究熱情，因而難以實現(xiàn)科學(xué)課程教學(xué)目標(biāo)。教具改進與開發(fā)有利于實驗教學(xué)，有助于提升教師自身的科學(xué)探究素養(yǎng)和教學(xué)水平，從而提升教學(xué)質(zhì)量。因此，教具創(chuàng)新開發(fā)對小學(xué)科學(xué)教育具有重大意義。本文以《斜面》一課為例，闡述改進教具在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用。

一、課程概況

《斜面》是大象版科學(xué)五年級上冊“小小機械師”單元的第五課，屬于科學(xué)四大領(lǐng)域中物質(zhì)科學(xué)的范疇。通過前面課程中的科學(xué)探究、科學(xué)知識、科學(xué)態(tài)度三方面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對“工具和技術(shù)”及其聯(lián)系有了一些認識，這一課則是縮小視角，聚焦到對一種工具的研究。本節(jié)課旨在培養(yǎng)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)已有的知識經(jīng)驗，通過觀察、實驗、記錄、分析等方法探究斜面作為一種工具在搬運物體過程中的作用。

結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》，本課學(xué)習(xí)的相關(guān)要求可以從以下方面體現(xiàn)。在科學(xué)觀念方面，知道斜面是一種簡單機械，能夠說出斜面是省力的；在科學(xué)思維方面，學(xué)生需要在教師指導(dǎo)下，從具體現(xiàn)象和事物觀察中提出感興趣的問題，并在教師指導(dǎo)下，能利用統(tǒng)計表的方式記錄和處理數(shù)據(jù)；在態(tài)度責(zé)任方面，樂于表達、闡述自己的觀點，尊重事實，養(yǎng)成用事實說話的意識；在態(tài)度責(zé)任方面，認識身邊可操作使用的輕便器具，意識到人們生活離不開各種工具，讓學(xué)生明白運用斜面從下往上搬運物體比直接搬運物體要省力，認識到斜面在生活中的廣泛應(yīng)用，給生產(chǎn)、生活帶來了便利。

二、改進實驗教具

《斜面》一課的教學(xué)，可分為提出問題、猜想假設(shè)、搜集證據(jù)、遷移應(yīng)用四個部分。本課主要內(nèi)容是讓學(xué)生進行“使用斜面提升重物和直接提升重物哪一個更省力”和“斜面的角度與用力大小的關(guān)系”的探究活動，通過探究實驗了解斜面的作用。

筆者通過與一線教師的交流訪談發(fā)現(xiàn)現(xiàn)用教具存在以下問題。第一，實驗操作不安全。教具中的斜面僅有支架支撐著，存在著支架不穩(wěn)的問題。第二，實驗結(jié)論不全面。教材原實驗設(shè)計和此套教具的所側(cè)重得到的實驗結(jié)論是“斜面長度不變，坡度越小越省力”和“斜面是省力的”，而對于“高度固定時，斜面的長度與用力大小的關(guān)系”的探究難以滿足。第三，斜面坡度大小界定有限。斜面的坡度由支架決定，坡度調(diào)節(jié)不方便。

鑒于以上幾種情況，筆者利用1cm×1cm×9cm長木條三根，56cm×9cm×1.1cm裝飾板一塊，35cm×9cm×1.1cm裝飾板一塊，25cm×9cm×1.1cm裝飾板一塊，以及合頁、螺絲制作了新教具，主要是借助一個日常隨處可見的機械工程小部件合頁，利用三角形較穩(wěn)固的原理進行改進（如下圖所示）。

改進后的教具具有如下特點：第一，結(jié)構(gòu)簡易、性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用、化繁為簡。三角形斜面教具結(jié)構(gòu)簡單而且穩(wěn)定性較好，成本低廉，材料結(jié)實耐用且教具材料生活中常見，如一個小小的合頁，在教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生在生活中觀察、發(fā)現(xiàn)并總結(jié)其作用，既能培養(yǎng)學(xué)生工程思維能力，又能使學(xué)生意識到科學(xué)來源于生活，實現(xiàn)科學(xué)課堂與社會生活緊密聯(lián)系。第二，操作簡單。長斜面有3個高度可調(diào)節(jié)的擋位，斜角分別為20°，30°，40°。斜板的表面平滑、易操作，便于學(xué)生進行實驗探究。第三，教育價值高，從生活出發(fā)，提升學(xué)生的興趣。教具由灰白色木板、小木棒組成，在能夠收到教學(xué)效果的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察生活，實驗材料可將日常生活中不用的材料變廢為寶，激發(fā)學(xué)生的自主動手操作能力和生活學(xué)習(xí)興趣。

三、教具改進的應(yīng)用

改進教具在《斜面》一課具體實驗操作中的應(yīng)用，旨在讓學(xué)生理解斜面的省力作用，探究斜面高度、長度與力的關(guān)系，初步了解斜面的機械效率。

（一）探究斜面的作用

采用彈簧測力計對三種不同物體小車（a）、橡皮（b）和訂書機（c）直接提起一定高度進行測量和在固定斜面角度條件下，沿斜面拉至相同高度進行測量。

測量用彈簧測力計直接提起不同物體時所用的力；用測力計拉物體沿斜面做勻速直線運動，彈簧測力計與斜面始終保持平行，連續(xù)測量三次后取三次的平均值。結(jié)果顯示：直接提升所用力分別為0.28N，0.33N，0.60N；斜面所用力分別為0.05N，0.18N，0.30N。

由此可知，不論哪種物體，測力計結(jié)果均顯示在斜面上提升物體的所需的力遠遠小于沒有斜面直接提升物體的力，可知斜面有省力作用。

（二）探究斜面角度與用力的關(guān)系

在長斜面上，以三種不同物體小車（a）、橡皮（b）和訂書機（c）為對象，調(diào)整一二三檔分別對應(yīng)20°，30°，40°，依次拉至斜面終點進行測量。

測量直接提升小車的力，然后將長斜面的角度按順序調(diào)整到第一二三檔，然后用彈簧測力計將同一小車按第一，第二，第三檔的傾斜方向拉出，以均勻的速度向上移動。對每個角度測量三次，然后計算出平均值填入實驗記錄表。具體結(jié)果見表1。

通過以上實驗結(jié)果可知：不論是提升小車還是橡皮或訂書機，測力計結(jié)果均顯示，斜面角度越大，省力的效果越小。

（三）斜面的長度與用力大小的關(guān)系

分別采用小車（a）和加砝碼增重的小車（d）為對象，在相同高度下，依次在不同長度的斜面下進行測量。依次用兩個測力計測量在長斜面和短斜面拉相同小車所使用的力，測量三次取平均值。具體結(jié)果見表2。

通過以上實驗結(jié)果可知：不論提升物體重量大還是小，測力計結(jié)果均顯示在長斜面上提升物體所需的力小于短斜面提升物體所需的力；在斜面角度相同時，長斜面更省力。

四、教學(xué)評價

本研究對某小學(xué)五年級學(xué)業(yè)水平相當(dāng)?shù)膬蓚€班55名學(xué)生分別進行測試，對比傳統(tǒng)教具和改進教具對科學(xué)探究實驗教學(xué)的反饋情況，將測試題目歸為斜面的概念、斜面的作用、斜面角度與用力關(guān)系、斜面長度與用力關(guān)系四類對結(jié)果進行統(tǒng)計分析。教學(xué)效果情況統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。

測試問卷，共發(fā)放55份，回收55份。從統(tǒng)計結(jié)果可以看出，無論從斜面的概念、斜面的作用還是從斜面角度和長度與用力的關(guān)系等教學(xué)目標(biāo)，使用改進的教具上課，有利于學(xué)生對知識點的掌握。

通過教具改進對學(xué)生的學(xué)習(xí)促進作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，教具改進有助于提高學(xué)生的科學(xué)探究自信心。好的教具不僅使實驗操作簡單，也使實驗數(shù)據(jù)重復(fù)性更好，有助于提高學(xué)生的探究自信心。第二，相較于原教具，教具改進后，更利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教具改進后可以更好地滿足學(xué)生的探究需要，激發(fā)學(xué)生對探究性實驗的興趣。第三，科學(xué)課中某些難以理解的內(nèi)容，在教具改進后，更加有助于學(xué)生理解知識點，提高教學(xué)效果。

隨著時代的發(fā)展，基礎(chǔ)教育的教具需跟上時代的步伐。我們要持續(xù)關(guān)注小學(xué)科學(xué)教具的改進并努力實施。具體而言：第一，教具改進工作須堅持常態(tài)化。教具改進對于科學(xué)教學(xué)的意義與價值毋庸置疑。應(yīng)將教具改進的工作融入日常的教學(xué)，注重工作實效。第二，培養(yǎng)改進教具的骨干。教具的改進需要一定的技術(shù)，教具改進能力強的教師，都是手藝高超的工匠，改進教具的實踐有助于提高教師的工程思維和工程設(shè)計能力，從而有利于培養(yǎng)學(xué)生工程思維與實踐能力。第三，提高教師教研積極性。教師在使用教材進行教學(xué)時，應(yīng)根據(jù)實際情況研究教具的優(yōu)缺點并進行教具的改進，使其更好地服務(wù)于教學(xué)活動，提升教學(xué)質(zhì)量與水平。

【本文系2023年鄭州師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目建設(shè)專項經(jīng)費資助“小學(xué)科學(xué)斜面教具創(chuàng)新開發(fā)與實踐應(yīng)用研究”，項目編號：DCY2023018。2024年鄭州師范學(xué)院教師教育課程改革研究重點項目“基于STEM教育理念的小學(xué)技術(shù)與工程實踐教學(xué)的有效路徑與策略研究”，項目編號：JSJYZD-001242972】

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]王優(yōu)媛，趙力紅.自制教具改進“探究動能、勢能大小影響因素”實驗[J].中小學(xué)實驗與裝備，2023（33）：39-41.

[3]陳秋陽，信海鳳.自制教具在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用：以“能量從哪里來”一課教學(xué)為例[J].實驗教學(xué)與儀器，2023（11）：88-90.

[4]陳永靖.自制教具在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中的運用[J].新課程教學(xué)，2021（11）：66-67.