基于建构主义学习理论的自制教具设计研究

柳延东

【摘要】基于建构主义学习理论，提出自制教具设计应重视学习情境的创设功能、知识线索的搭建功能、协作与交流的支持功能、操作与变式支持功能，体现建构主义学习理论的观点。

【关键词】建构主义学习理论自制教具教具设计虹吸现象

【中图分类号】 G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）06C-0062-04

教学系统是为了实现某种教学目的，由各教学要素有机结合而成的具有一定教学功能的整体。众所周知，现代教学系统由教师、学生、教学媒体和教学内容等四个要素组成。在实际教学过程中，由于受不同教育思想的影响，在不同的教育理论影响下形成了不同的教学模式，在不同的教学模式中教学系统的四个要素的地位和关系也有所不同，但教学媒体在教学中的地位和作用都得到了普遍的认同，特别是在建构主义所主张的以学习者为中心的教学模式中，无论是教师的主导作用的发挥还是学习者的主体地位体现都离不开教学媒体的支持。教具是为了给学习者提供感知材料，提高教学和学习效果而在教与学过程中使用的具有学科特点，体现教学思想、教育目标、教学内容和教学方法的实物、模型等直观教学用器具以及实验训练器材。教具是教学媒体的最重要组成部分，在许多场合，许多人将教具等同于教学媒体，笔者比较认可这种看法。自制教具是教师和学生根据教和学的需要，以相关知识原理为基础，在一定教学论和学习论的指导下，利用各种资源自己设计制作、改进教具的活动。为了提高教学效果，一般学校都配备有较为完备的标准教具，并且在教学实践过程中许多教师还会根据教学实际需要自己动手设计制作一些自制教具作为标准“产品化”教具的补充。

一、自制教具的必要性和意义

随着经济与科学技术的迅速发展，特别是现代教育装备技术与产业的发展，多数学校都会为教师和学生配备较为完备、较为先进的产品化教具，这些产品化的教具一般都经过较为严格的检验，在科学性、稳定性、教育性等方面很成熟。这些教具为教学实验开展，为学生的实践探究活动提供了良好的支持与保障，对教学效果的提高具有积极的促进作用。但事实上，由于多种原因，仅仅依靠产品化的教具还远远不能满足教与学的要求。第一，产品化教具在针对性、灵活性、个性满足性上不理想，普适性是产品化教具追求的指标之一，较高的普适性可以提高教具的潜在需求用户的数量，有利于提高教具的销量和利润。但普适性与针对性和个性满足性是相互矛盾的指标，大普适必然导致低针对和低个性。第二，切合性不理想，由于产品化教具从设计、开发、生产再到投放市场需要一个较长的周期，因此当学习内容发生了变化后要经过较长的一段时间才能够出现与新的教学内容相适应的产品化的教具，对于学校自行开设的校本课程想要获得相匹配的产品化的教具更是难上加难。第三，部分地区和学校教具短缺。由于我国幅员辽阔，各地经济与社会发展差异性较大，现阶段还有经济落后地区的一些基础条件较差的学校由于缺乏教具，导致许多实验无法开展。教具的不足影响到教学实验的开展，而教学实验是实践教学的重要环节，这一缺失直接影响到学生理解知识的深度，并导致“动手能力差”、“高分低能”等系列问题。

师生自己动手设计和改进教具不失为解决问题的一种好办法。第一，师生自己动手设计和改进教具可以弥补产品化教具针对性、灵活性、个性满足性不理想问题。自制教具多是师生从教学和学习的实际需要出发，结合自身教学与学习的实践，针对教学和学习的重点、难点研制和改进教具，这样开发出的教具具有突出的针对性、个性满足和灵活性。第二，师生自己动手设计和改进教具可以弥补产品化教具切合性不理想的问题。实践中自制教具的起始原因多是可供使用的教具存在不理想之处，较为普遍的是可使用教具不能完成或不能很好完成要进行的教学实验，在这种情况下，师生经常会通过自己的努力利用身边可以获得的技术、工具及材料，从教与学的实际出发去设计教具或对现有教具进行改进，使之满足需要，这种方式制作出的教具是为需而制，具有很高的切合性。第三，师生自己动手设计和改进教具可以在一定程度上弥补产品化教具数量不足问题。师生自己动手设计和改进教具多是从实际需要出发，利用易获得的资源条件，采用较为简单易行的技术手段制作简单教具用以缓解教具不足的问题。这种自制教具一般制作成本低廉，技术要求不高，但自制教具价低值不低。我国汉代科学家制作了“浑天仪”用于教演天体运行规律、制作了“地动仪”用于地震知识的传授与研究；法国物理学家帕斯卡利用简单的水桶、水管制作了验证液体内部压强的实验装置，提出了著名的帕斯卡定律。

事实上，自制教具不只是一种简单意义上的设备制作，实践表明，自制教具已经上升为一种富有创造性和实践性的教与学的方式。自制教具除可弥补产品化教具的一些不足外，自制教具还有利于师生创新能力、解决实际问题能力的提升和综合素质的提高，有利于学生对知识的深层理解和掌握，有利于动脑、动手能力的发展和科学素养的养成。

为适应社会对应用型、创新型人才的需求，我国的教育观念、教育模式也必将向重视学生实践能力、创新能力的方向转变。而自制教具在培养学生实践能力、创新能力方面的优势是得到社会公认的，因此新形势下，自制教具不是逐步消减而是日渐增多。

二、基于建构主义学习理论的自制教具设计

自制教具表面上是教师和学生自己设计制作、改进教具的活动，实质上是师生将书本知识应用到实践中，并通过实践实现对知识的深层理解与建构的教学实践活动。研究表明，先进科学的教与学的理论是取得良好教学效果的保障，成功的自制教具活动同样离不开先进教学理论的指导。近年来，建构主义学习理论成为在世界范围内广受关注并在教与学中产生广泛影响的教学理论。建构主义学习理论强调意义建构的作用，把意义建构作为一切学习活动的核心。建构主义学习理论认为“知识是不能传递的”，知识只能在一定的社会文化背景下，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构获得。意义建构过程是学习者主动与环境之间选择与加工信息的过程，这个过程发生在一定的社会文化背景下，以学习者的原有经验为基础。建构主义的这些教学主张对现代教学活动特别是教学设计产生了较为深远的影响，自制教具是一种教学活动，因此在自制教具的实践过程中同样可以遵循建构主义的学习理论，在自制教具的设计中体现其教学理念，提高自制教具的应用价值。

“一种演示虹吸现象的科普教具”是笔者根据小学科学及中学物理中关于“虹吸现象”的知识设计制作的一个简单教具。如图1所示，该教具主要由一个用灰黑色工程塑料制成的假山底座（M）、用工程塑料制成的密闭的透明硬质水箱（T）、有较好弹性和较高强度的透明水管（L1、L2）、水箱支架（H）及少许配件组成。其特征在于，在假山底座一侧设有一个水槽（W），在假山底座的另一侧靠近顶部设有一个平台（C），水箱支架安装在这个平台上，工程塑料制成的密闭的透明硬质水箱（T）安装在水箱支架（H）上，水箱上部呈方形、下部呈三角形，水箱顶部有一个带有可打开密封盖的注水口，水箱一侧靠近顶部有一个入水管，水箱下部呈三角形底端有一出水管，在出水管靠近水箱底约10 cm处安装有一个水阀门，有一根具有较好弹性和较高强度的透明水管下端置于假山底座一侧的水槽中，另一端连接在水箱一侧靠近顶部的入水管上，另一根具有较好弹性和较高强度的透明水管一端连接在水箱下部呈三角形底端的出水管上，另一端置于假山底座与有水槽对应的一侧底端。该自制教具可以较好的演示说明虹吸现象的原理，有助学习者理解虹吸现象科学原理。“一种演示虹吸现象的科普教具”在设计中有意识的借鉴的建构主义学习理论的一些观点，下面结合本实例进行分析说明。

图1一种演示虹吸现象的科普教具结构示意图

（一）重视情境的创设功能。建构主义强调知识的情境性，认为一切知识都是在特定的社会文化背景下产生，只有在知识产生的特定情境中知识的意义才是确定的。一切脱离知识产生的社会文化背景的去情境化的知识都将成为“呆滞”的不具备实践意义的“惰性知识”。只有在特定的知识情境中知识的意义建构才能实现，“真实”的情况是有效的意义建构的必备条件，教学要将学习活动置于真实的情境之中。

在进行“一种演示虹吸现象的科普教具”设计时，笔者认真考虑了如何通过这个教具为学习者创设一个相对真实的问题情境，把学习者的学习置于真实的情境中。该教具首先创设了一个“水往高处流”的表面现象，给学习者造成与“水往低处流”的生活常识相悖逆的认识冲突，激发学习者继续探究其原因的兴趣和需求。之后在教具中多处设置一些可改变状态的阀门，实验时可以营造出“引不上山”、“从机动车油箱中吸取燃油”等问题情境，并可以模拟“虹吸管封闭不严”、“虹吸系统两端液面高度达到同一水平面”以及“虹吸管变形”等情境。这一教具可以将学习者的学习活动置身于解决真实问题的情境之中，利用所学知识通过理论的推理、判断，提出解决问题方案，并利用这一教具进行实践的检验，在相对真实的情境中加深对虹吸现象原理及其在现实生产生活中应用的学习与理解。

（二）重视知识线索的搭建功能。建构主义强调学习者原有认知经验对学习的重要作用，建构主义认为学习是学习者认知变革与重组的过程，这种变革与重组是以原有的知识经验为基础的。建构主义学习理论强调学习者在日常生活和之前的学习中，已经形成了丰富的经验，并在此基础上形成的对事物的理解即“认知图式”在后续学习中的基础作用。建构主义认为，当学习者接触到外部信息时总是试图用原有的经验去解释新信息。如果学习者原有的经验可解释新的信息时，就会将其整合并纳入到自己原有认知结构中，这个过程就是皮亚杰所称的“同化”；当学习者原有的经验与新的信息相悖逆无法“容纳”新信息时，学习者会主动对自己原有的认识结构进行修正和变革，使其与被认识的客体相适应，这个过程即是皮亚杰所称的“顺应”。学习者的认知结构在无数次的“同化”与“顺应”中完成变革、重组与升华。

根据建构主义的这一理念，自制教具的设计要注意为学习者提供新知识与“旧经验”之间连接的桥梁，即想办法为学习者提供一些新知识与原有认识基础之间相联系的感知材料，使新知识与原有知识联系起来，帮助和催化学习者从原有经验背景出发进行合乎逻辑的推理活动，利用原有的认知经验（正确的、完善的前概念）解释新知识，发生同化反应，从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。

在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中，笔者对虹吸管的整个回路采用了可遮挡方案，实验时通过对虹吸回路的分段遮挡与显示的方法，可以向学习者呈现生活中熟悉的多个场景，如利用图1中的水盆（W）和虹吸管（L1）可以呈现“从机动车油箱中吸取燃油”的场景；利用水箱（T）和虹吸管（L2）可以呈现“水往低处流”的场景；通过移除水箱（T）并将虹吸管（L1）和虹吸管（L2）直接连通可以呈现最基本的虹吸现象场景；还可以利用虹吸管与水盆直接创设靠吸气的方式抽出水盆中的水的场景。这些场景中大部分与学习者的原有认知经验相一致，有的是学习者熟悉的或亲身经历过或体验过的。利用教具学习者可以加深对与原有认知经验一致的知识的理解并可拓展其应用范围构建出新的知识经验。利用本教具还可以呈现一些与学习者的先在认知经验相悖逆的场景，如通过遮挡水箱（T）和虹吸管（L2）可创设出“水往高处流”的场景。而在学习者原有认知结构中水只能往低处，什么时候水都是不可能向高处流的。对此学习者可以通过进一步的操作，学习理解出现这种现象的真正原因和条件，并对原有认知图式进行主动的修正、完善或补充，促发顺应反应。丰富原有认知结构，实现知识意义的深层建构。

（三）重视协作与交流的支持功能。建构主义重视协作与交流在学习过程的重要作用，建构主义认为知识是有建构性的。知识源于意义建构，而意义建构以是以学习者的原有认知结构为基础的，由于学习者所处的自然与社会环境千差万别、生活与学习经历各不相同，由此造就了学习者的“先知、先见”各具特色。由于学习者意义建构的先在基础具有差异性和独特性，造成学习者对同一事物及其过程意义建构的结果呈现出个性化、多元化特征。如果每个认识个体都只按照自己建构的意义去认识世界，将导致世界的不可知性。而事实并非如此，建构主义学习理论在强调知识的建构性的同时也强调知识的社会性。即虽然知识源于个体的意义建构，个体的知识带有“个人的、主观的”的色彩。但知识是认知主体对客观事物的理解与反映，不是脱离客观世界的主观的东西。不同认识个体的“个人的、主观的”建构成果中的客观成分仍占主导地位，为了使认知个体的“个人的、主观的”知识获得较为普遍的社会认同，认知个体之间必须经过“协作”与“会话”这样一个“社会协商”过程。即认知主体将个体对知识意义建构结果表达出来与其他社会成员进行交流，在使自己的建构结果得到其他社会成员评判、修正与接纳的同时也对其他社会成员的建构结果进行评判、修正与接纳，如此多次反复使知识意义不断丰富和完善并实现知识意义的共享和协调。

根据建构主义的这一理念自制教具的设计要注意为学习者创造“协作”与“会话”的机会。通过学习者对教具所展现的现象的协商与讨论，相互启发，取长补短逐步达成对现象及原理的共识。在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中笔者设计了多种操作方式，不同的操作会出现不同的现象，这些现象出现的原因，包含的科学原理会因为学习者原有认识结构的差异产生不同的理解结果，在实验过程中允许学习根据自己的想法进行个性化的操作，再通过不同学习者之间对各自操作过程、操作结果进行交流讨论，对过集体的协作与会话探讨现象背后的原理。为学习者的知识建构创造“社会协商”的机会，完成知识社会性的建构。

（四）重视操作与变式支持功能。建构主义学习理论重视实践在学习过程的重要作用，建构主义认为知识是有默会性的，建构主义将知识分为“显性知识”与“默会知识”，显性知识关于事实和原理的知识，是可以用概念界定，用文本和语言传递的知识。而默会知识关于怎么想和怎么做的知识，是内化于行动中的知识。表现为理解或领悟，具有高度的情境性，是只可意会不可言传的知识。研究表明，在人的生命周期内要学习的默会知识远远多于显性知识，事实上，世界上根据就不存在纯粹的明确的显性知识。对于这种“默会知识”很难通过讲授或阅读的方式进行传递，最有效的学习方法就是在实践中学习。在实践中学习者在观察分析他人实践行为的基础上通过自己的切身的实践操作来理解和感悟他人是“怎么想和怎么做”，并通过变式和反复实践不断丰富和加深对默会知识的掌握。

根据建构主义的这一理念自制教具的设计要注意为学习者提供参与和动手的机会，并尽可能多的提供变式，让学习者在实践中把握知识，通过变式领悟知识的内涵。在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中注意到对虹吸现象多种具体场景的营造，注意利用虹吸现象的多种影响因素的变化引发出各种结果的设计，提供了多种操作变式，并支持使用者对教具进行拆卸和重组，还允许使用学习者在现有结构中增添部件改变原有功能。如通过改变虹吸管（L2）的下端出水口的高度会导致水流速度的变化，如果将虹吸管（L2）的下端出水口的高度提升到高于虹吸管（L1）所在的水盆中水面的高度，虹吸现象会中断，甚至可能出现虹吸管（L2）的下端出水口所在容器的水被向上抽动倒流的现象；如果提高或降低了虹吸管（L1）所在的水盆中水面高度也会出现类似的或相反的现象；还可以通过实验过程中打开水箱（T）的密封盖（G）、将虹吸管（L1）提出水盆（W）或利用水箱（T）的密封盖（G）多次按不相同的量排放虹吸管（L1）中的水等多种操作改变操作结果。在进行灵活多样的变式操作的同时引导学生分析这些操作为什么会产生相应的现象，提出假设，然后再利用教具所提供的多种变式对假设进行验证。通过多种操作方式的变换，有利于学习通过实践操作理解现象背后的原理，领悟知识的真谛，有利于默会知识的学习和掌握。

三、结语

教学中使用教具的目的是为学习者提供更多的感知材料，提高教学效果。随着社会对创新型、应用型人才需求的增加，社会对人才培养效率和规格提出了更高的要求。在这种形势下，教具在教学系统中所扮演的角色也越来越重要。师生自制教具在作为产品化教具的一种补充方式的同时，更是一种富有创造性和实践性的教与学方式。设计是制作优良的教具的关键，优良的教具设计需要先进的教学理论的指导。基于建构主义学习理论的自制教具设计体现出重视学习情境的创设功能、重视知识线索的搭建功能、重视协作与交流的支持功能、重视操作与变式支持功能的特征，在培养学习者创新能力、解决问题的实践能力方面具有积极作用。

【参考文献】

［1］顾明远.教育技术学与二十一世纪的教育［J］.中国电化教育，1995（8）

［2］张玉春.浅谈自制教具在体育教学中的作用［J］.成才之路，2007（11）

［3］张文全，李振海.教具制作与使用［M］.长春:东北师范大学出版社，2001:185

【专利项目】“一种演示虹吸现象的科普教具”已申请两项国家专利，已获实用新型专利授权（专利号：ZL201320232090.8），另一项发明专利目前已经进入实质审查阶段（申请号：20131010154877.1）

【基金项目】2013年广西科学研究与技术开发计划项目（2013EA49026）

（责编黎原）

图1一种演示虹吸现象的科普教具结构示意图

（一）重视情境的创设功能。建构主义强调知识的情境性，认为一切知识都是在特定的社会文化背景下产生，只有在知识产生的特定情境中知识的意义才是确定的。一切脱离知识产生的社会文化背景的去情境化的知识都将成为“呆滞”的不具备实践意义的“惰性知识”。只有在特定的知识情境中知识的意义建构才能实现，“真实”的情况是有效的意义建构的必备条件，教学要将学习活动置于真实的情境之中。

在进行“一种演示虹吸现象的科普教具”设计时，笔者认真考虑了如何通过这个教具为学习者创设一个相对真实的问题情境，把学习者的学习置于真实的情境中。该教具首先创设了一个“水往高处流”的表面现象，给学习者造成与“水往低处流”的生活常识相悖逆的认识冲突，激发学习者继续探究其原因的兴趣和需求。之后在教具中多处设置一些可改变状态的阀门，实验时可以营造出“引不上山”、“从机动车油箱中吸取燃油”等问题情境，并可以模拟“虹吸管封闭不严”、“虹吸系统两端液面高度达到同一水平面”以及“虹吸管变形”等情境。这一教具可以将学习者的学习活动置身于解决真实问题的情境之中，利用所学知识通过理论的推理、判断，提出解决问题方案，并利用这一教具进行实践的检验，在相对真实的情境中加深对虹吸现象原理及其在现实生产生活中应用的学习与理解。

（二）重视知识线索的搭建功能。建构主义强调学习者原有认知经验对学习的重要作用，建构主义认为学习是学习者认知变革与重组的过程，这种变革与重组是以原有的知识经验为基础的。建构主义学习理论强调学习者在日常生活和之前的学习中，已经形成了丰富的经验，并在此基础上形成的对事物的理解即“认知图式”在后续学习中的基础作用。建构主义认为，当学习者接触到外部信息时总是试图用原有的经验去解释新信息。如果学习者原有的经验可解释新的信息时，就会将其整合并纳入到自己原有认知结构中，这个过程就是皮亚杰所称的“同化”；当学习者原有的经验与新的信息相悖逆无法“容纳”新信息时，学习者会主动对自己原有的认识结构进行修正和变革，使其与被认识的客体相适应，这个过程即是皮亚杰所称的“顺应”。学习者的认知结构在无数次的“同化”与“顺应”中完成变革、重组与升华。

根据建构主义的这一理念，自制教具的设计要注意为学习者提供新知识与“旧经验”之间连接的桥梁，即想办法为学习者提供一些新知识与原有认识基础之间相联系的感知材料，使新知识与原有知识联系起来，帮助和催化学习者从原有经验背景出发进行合乎逻辑的推理活动，利用原有的认知经验（正确的、完善的前概念）解释新知识，发生同化反应，从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。

在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中，笔者对虹吸管的整个回路采用了可遮挡方案，实验时通过对虹吸回路的分段遮挡与显示的方法，可以向学习者呈现生活中熟悉的多个场景，如利用图1中的水盆（W）和虹吸管（L1）可以呈现“从机动车油箱中吸取燃油”的场景；利用水箱（T）和虹吸管（L2）可以呈现“水往低处流”的场景；通过移除水箱（T）并将虹吸管（L1）和虹吸管（L2）直接连通可以呈现最基本的虹吸现象场景；还可以利用虹吸管与水盆直接创设靠吸气的方式抽出水盆中的水的场景。这些场景中大部分与学习者的原有认知经验相一致，有的是学习者熟悉的或亲身经历过或体验过的。利用教具学习者可以加深对与原有认知经验一致的知识的理解并可拓展其应用范围构建出新的知识经验。利用本教具还可以呈现一些与学习者的先在认知经验相悖逆的场景，如通过遮挡水箱（T）和虹吸管（L2）可创设出“水往高处流”的场景。而在学习者原有认知结构中水只能往低处，什么时候水都是不可能向高处流的。对此学习者可以通过进一步的操作，学习理解出现这种现象的真正原因和条件，并对原有认知图式进行主动的修正、完善或补充，促发顺应反应。丰富原有认知结构，实现知识意义的深层建构。

（三）重视协作与交流的支持功能。建构主义重视协作与交流在学习过程的重要作用，建构主义认为知识是有建构性的。知识源于意义建构，而意义建构以是以学习者的原有认知结构为基础的，由于学习者所处的自然与社会环境千差万别、生活与学习经历各不相同，由此造就了学习者的“先知、先见”各具特色。由于学习者意义建构的先在基础具有差异性和独特性，造成学习者对同一事物及其过程意义建构的结果呈现出个性化、多元化特征。如果每个认识个体都只按照自己建构的意义去认识世界，将导致世界的不可知性。而事实并非如此，建构主义学习理论在强调知识的建构性的同时也强调知识的社会性。即虽然知识源于个体的意义建构，个体的知识带有“个人的、主观的”的色彩。但知识是认知主体对客观事物的理解与反映，不是脱离客观世界的主观的东西。不同认识个体的“个人的、主观的”建构成果中的客观成分仍占主导地位，为了使认知个体的“个人的、主观的”知识获得较为普遍的社会认同，认知个体之间必须经过“协作”与“会话”这样一个“社会协商”过程。即认知主体将个体对知识意义建构结果表达出来与其他社会成员进行交流，在使自己的建构结果得到其他社会成员评判、修正与接纳的同时也对其他社会成员的建构结果进行评判、修正与接纳，如此多次反复使知识意义不断丰富和完善并实现知识意义的共享和协调。

根据建构主义的这一理念自制教具的设计要注意为学习者创造“协作”与“会话”的机会。通过学习者对教具所展现的现象的协商与讨论，相互启发，取长补短逐步达成对现象及原理的共识。在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中笔者设计了多种操作方式，不同的操作会出现不同的现象，这些现象出现的原因，包含的科学原理会因为学习者原有认识结构的差异产生不同的理解结果，在实验过程中允许学习根据自己的想法进行个性化的操作，再通过不同学习者之间对各自操作过程、操作结果进行交流讨论，对过集体的协作与会话探讨现象背后的原理。为学习者的知识建构创造“社会协商”的机会，完成知识社会性的建构。

（四）重视操作与变式支持功能。建构主义学习理论重视实践在学习过程的重要作用，建构主义认为知识是有默会性的，建构主义将知识分为“显性知识”与“默会知识”，显性知识关于事实和原理的知识，是可以用概念界定，用文本和语言传递的知识。而默会知识关于怎么想和怎么做的知识，是内化于行动中的知识。表现为理解或领悟，具有高度的情境性，是只可意会不可言传的知识。研究表明，在人的生命周期内要学习的默会知识远远多于显性知识，事实上，世界上根据就不存在纯粹的明确的显性知识。对于这种“默会知识”很难通过讲授或阅读的方式进行传递，最有效的学习方法就是在实践中学习。在实践中学习者在观察分析他人实践行为的基础上通过自己的切身的实践操作来理解和感悟他人是“怎么想和怎么做”，并通过变式和反复实践不断丰富和加深对默会知识的掌握。

根据建构主义的这一理念自制教具的设计要注意为学习者提供参与和动手的机会，并尽可能多的提供变式，让学习者在实践中把握知识，通过变式领悟知识的内涵。在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中注意到对虹吸现象多种具体场景的营造，注意利用虹吸现象的多种影响因素的变化引发出各种结果的设计，提供了多种操作变式，并支持使用者对教具进行拆卸和重组，还允许使用学习者在现有结构中增添部件改变原有功能。如通过改变虹吸管（L2）的下端出水口的高度会导致水流速度的变化，如果将虹吸管（L2）的下端出水口的高度提升到高于虹吸管（L1）所在的水盆中水面的高度，虹吸现象会中断，甚至可能出现虹吸管（L2）的下端出水口所在容器的水被向上抽动倒流的现象；如果提高或降低了虹吸管（L1）所在的水盆中水面高度也会出现类似的或相反的现象；还可以通过实验过程中打开水箱（T）的密封盖（G）、将虹吸管（L1）提出水盆（W）或利用水箱（T）的密封盖（G）多次按不相同的量排放虹吸管（L1）中的水等多种操作改变操作结果。在进行灵活多样的变式操作的同时引导学生分析这些操作为什么会产生相应的现象，提出假设，然后再利用教具所提供的多种变式对假设进行验证。通过多种操作方式的变换，有利于学习通过实践操作理解现象背后的原理，领悟知识的真谛，有利于默会知识的学习和掌握。

三、结语

教学中使用教具的目的是为学习者提供更多的感知材料，提高教学效果。随着社会对创新型、应用型人才需求的增加，社会对人才培养效率和规格提出了更高的要求。在这种形势下，教具在教学系统中所扮演的角色也越来越重要。师生自制教具在作为产品化教具的一种补充方式的同时，更是一种富有创造性和实践性的教与学方式。设计是制作优良的教具的关键，优良的教具设计需要先进的教学理论的指导。基于建构主义学习理论的自制教具设计体现出重视学习情境的创设功能、重视知识线索的搭建功能、重视协作与交流的支持功能、重视操作与变式支持功能的特征，在培养学习者创新能力、解决问题的实践能力方面具有积极作用。

【参考文献】

［1］顾明远.教育技术学与二十一世纪的教育［J］.中国电化教育，1995（8）

［2］张玉春.浅谈自制教具在体育教学中的作用［J］.成才之路，2007（11）

［3］张文全，李振海.教具制作与使用［M］.长春:东北师范大学出版社，2001:185

【专利项目】“一种演示虹吸现象的科普教具”已申请两项国家专利，已获实用新型专利授权（专利号：ZL201320232090.8），另一项发明专利目前已经进入实质审查阶段（申请号：20131010154877.1）

【基金项目】2013年广西科学研究与技术开发计划项目（2013EA49026）

（责编黎原）

图1一种演示虹吸现象的科普教具结构示意图

（一）重视情境的创设功能。建构主义强调知识的情境性，认为一切知识都是在特定的社会文化背景下产生，只有在知识产生的特定情境中知识的意义才是确定的。一切脱离知识产生的社会文化背景的去情境化的知识都将成为“呆滞”的不具备实践意义的“惰性知识”。只有在特定的知识情境中知识的意义建构才能实现，“真实”的情况是有效的意义建构的必备条件，教学要将学习活动置于真实的情境之中。

在进行“一种演示虹吸现象的科普教具”设计时，笔者认真考虑了如何通过这个教具为学习者创设一个相对真实的问题情境，把学习者的学习置于真实的情境中。该教具首先创设了一个“水往高处流”的表面现象，给学习者造成与“水往低处流”的生活常识相悖逆的认识冲突，激发学习者继续探究其原因的兴趣和需求。之后在教具中多处设置一些可改变状态的阀门，实验时可以营造出“引不上山”、“从机动车油箱中吸取燃油”等问题情境，并可以模拟“虹吸管封闭不严”、“虹吸系统两端液面高度达到同一水平面”以及“虹吸管变形”等情境。这一教具可以将学习者的学习活动置身于解决真实问题的情境之中，利用所学知识通过理论的推理、判断，提出解决问题方案，并利用这一教具进行实践的检验，在相对真实的情境中加深对虹吸现象原理及其在现实生产生活中应用的学习与理解。

（二）重视知识线索的搭建功能。建构主义强调学习者原有认知经验对学习的重要作用，建构主义认为学习是学习者认知变革与重组的过程，这种变革与重组是以原有的知识经验为基础的。建构主义学习理论强调学习者在日常生活和之前的学习中，已经形成了丰富的经验，并在此基础上形成的对事物的理解即“认知图式”在后续学习中的基础作用。建构主义认为，当学习者接触到外部信息时总是试图用原有的经验去解释新信息。如果学习者原有的经验可解释新的信息时，就会将其整合并纳入到自己原有认知结构中，这个过程就是皮亚杰所称的“同化”；当学习者原有的经验与新的信息相悖逆无法“容纳”新信息时，学习者会主动对自己原有的认识结构进行修正和变革，使其与被认识的客体相适应，这个过程即是皮亚杰所称的“顺应”。学习者的认知结构在无数次的“同化”与“顺应”中完成变革、重组与升华。

根据建构主义的这一理念，自制教具的设计要注意为学习者提供新知识与“旧经验”之间连接的桥梁，即想办法为学习者提供一些新知识与原有认识基础之间相联系的感知材料，使新知识与原有知识联系起来，帮助和催化学习者从原有经验背景出发进行合乎逻辑的推理活动，利用原有的认知经验（正确的、完善的前概念）解释新知识，发生同化反应，从原有的知识经验中“生长”出新的知识经验。

在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中，笔者对虹吸管的整个回路采用了可遮挡方案，实验时通过对虹吸回路的分段遮挡与显示的方法，可以向学习者呈现生活中熟悉的多个场景，如利用图1中的水盆（W）和虹吸管（L1）可以呈现“从机动车油箱中吸取燃油”的场景；利用水箱（T）和虹吸管（L2）可以呈现“水往低处流”的场景；通过移除水箱（T）并将虹吸管（L1）和虹吸管（L2）直接连通可以呈现最基本的虹吸现象场景；还可以利用虹吸管与水盆直接创设靠吸气的方式抽出水盆中的水的场景。这些场景中大部分与学习者的原有认知经验相一致，有的是学习者熟悉的或亲身经历过或体验过的。利用教具学习者可以加深对与原有认知经验一致的知识的理解并可拓展其应用范围构建出新的知识经验。利用本教具还可以呈现一些与学习者的先在认知经验相悖逆的场景，如通过遮挡水箱（T）和虹吸管（L2）可创设出“水往高处流”的场景。而在学习者原有认知结构中水只能往低处，什么时候水都是不可能向高处流的。对此学习者可以通过进一步的操作，学习理解出现这种现象的真正原因和条件，并对原有认知图式进行主动的修正、完善或补充，促发顺应反应。丰富原有认知结构，实现知识意义的深层建构。

（三）重视协作与交流的支持功能。建构主义重视协作与交流在学习过程的重要作用，建构主义认为知识是有建构性的。知识源于意义建构，而意义建构以是以学习者的原有认知结构为基础的，由于学习者所处的自然与社会环境千差万别、生活与学习经历各不相同，由此造就了学习者的“先知、先见”各具特色。由于学习者意义建构的先在基础具有差异性和独特性，造成学习者对同一事物及其过程意义建构的结果呈现出个性化、多元化特征。如果每个认识个体都只按照自己建构的意义去认识世界，将导致世界的不可知性。而事实并非如此，建构主义学习理论在强调知识的建构性的同时也强调知识的社会性。即虽然知识源于个体的意义建构，个体的知识带有“个人的、主观的”的色彩。但知识是认知主体对客观事物的理解与反映，不是脱离客观世界的主观的东西。不同认识个体的“个人的、主观的”建构成果中的客观成分仍占主导地位，为了使认知个体的“个人的、主观的”知识获得较为普遍的社会认同，认知个体之间必须经过“协作”与“会话”这样一个“社会协商”过程。即认知主体将个体对知识意义建构结果表达出来与其他社会成员进行交流，在使自己的建构结果得到其他社会成员评判、修正与接纳的同时也对其他社会成员的建构结果进行评判、修正与接纳，如此多次反复使知识意义不断丰富和完善并实现知识意义的共享和协调。

根据建构主义的这一理念自制教具的设计要注意为学习者创造“协作”与“会话”的机会。通过学习者对教具所展现的现象的协商与讨论，相互启发，取长补短逐步达成对现象及原理的共识。在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中笔者设计了多种操作方式，不同的操作会出现不同的现象，这些现象出现的原因，包含的科学原理会因为学习者原有认识结构的差异产生不同的理解结果，在实验过程中允许学习根据自己的想法进行个性化的操作，再通过不同学习者之间对各自操作过程、操作结果进行交流讨论，对过集体的协作与会话探讨现象背后的原理。为学习者的知识建构创造“社会协商”的机会，完成知识社会性的建构。

（四）重视操作与变式支持功能。建构主义学习理论重视实践在学习过程的重要作用，建构主义认为知识是有默会性的，建构主义将知识分为“显性知识”与“默会知识”，显性知识关于事实和原理的知识，是可以用概念界定，用文本和语言传递的知识。而默会知识关于怎么想和怎么做的知识，是内化于行动中的知识。表现为理解或领悟，具有高度的情境性，是只可意会不可言传的知识。研究表明，在人的生命周期内要学习的默会知识远远多于显性知识，事实上，世界上根据就不存在纯粹的明确的显性知识。对于这种“默会知识”很难通过讲授或阅读的方式进行传递，最有效的学习方法就是在实践中学习。在实践中学习者在观察分析他人实践行为的基础上通过自己的切身的实践操作来理解和感悟他人是“怎么想和怎么做”，并通过变式和反复实践不断丰富和加深对默会知识的掌握。

根据建构主义的这一理念自制教具的设计要注意为学习者提供参与和动手的机会，并尽可能多的提供变式，让学习者在实践中把握知识，通过变式领悟知识的内涵。在“一种演示虹吸现象的科普教具”的设计中注意到对虹吸现象多种具体场景的营造，注意利用虹吸现象的多种影响因素的变化引发出各种结果的设计，提供了多种操作变式，并支持使用者对教具进行拆卸和重组，还允许使用学习者在现有结构中增添部件改变原有功能。如通过改变虹吸管（L2）的下端出水口的高度会导致水流速度的变化，如果将虹吸管（L2）的下端出水口的高度提升到高于虹吸管（L1）所在的水盆中水面的高度，虹吸现象会中断，甚至可能出现虹吸管（L2）的下端出水口所在容器的水被向上抽动倒流的现象；如果提高或降低了虹吸管（L1）所在的水盆中水面高度也会出现类似的或相反的现象；还可以通过实验过程中打开水箱（T）的密封盖（G）、将虹吸管（L1）提出水盆（W）或利用水箱（T）的密封盖（G）多次按不相同的量排放虹吸管（L1）中的水等多种操作改变操作结果。在进行灵活多样的变式操作的同时引导学生分析这些操作为什么会产生相应的现象，提出假设，然后再利用教具所提供的多种变式对假设进行验证。通过多种操作方式的变换，有利于学习通过实践操作理解现象背后的原理，领悟知识的真谛，有利于默会知识的学习和掌握。

三、结语

教学中使用教具的目的是为学习者提供更多的感知材料，提高教学效果。随着社会对创新型、应用型人才需求的增加，社会对人才培养效率和规格提出了更高的要求。在这种形势下，教具在教学系统中所扮演的角色也越来越重要。师生自制教具在作为产品化教具的一种补充方式的同时，更是一种富有创造性和实践性的教与学方式。设计是制作优良的教具的关键，优良的教具设计需要先进的教学理论的指导。基于建构主义学习理论的自制教具设计体现出重视学习情境的创设功能、重视知识线索的搭建功能、重视协作与交流的支持功能、重视操作与变式支持功能的特征，在培养学习者创新能力、解决问题的实践能力方面具有积极作用。

【参考文献】

［1］顾明远.教育技术学与二十一世纪的教育［J］.中国电化教育，1995（8）

［2］张玉春.浅谈自制教具在体育教学中的作用［J］.成才之路，2007（11）

［3］张文全，李振海.教具制作与使用［M］.长春:东北师范大学出版社，2001:185

【专利项目】“一种演示虹吸现象的科普教具”已申请两项国家专利，已获实用新型专利授权（专利号：ZL201320232090.8），另一项发明专利目前已经进入实质审查阶段（申请号：20131010154877.1）

【基金项目】2013年广西科学研究与技术开发计划项目（2013EA49026）

（责编黎原）