小学科学设计制作课中对制作件标示刻度的实践研究——以《制作简易温度计》为例

倪伟军

（浙江省杭州市萧山区瓜沥镇长沙小学，浙江杭州 310000）

1 研究缘起

在试教《制作简易温度计》研讨课时，教师在学生已经初步了解制作过程之后，尝试让学生自主思考，在简易温度计制作件上标示刻度以便可以利用简易温度计测试未知温度的液体，发现学生难以理解刻度标示问题，导致课堂教学难以进行。

分析小学科学所有的教材会发现：较多的设计制作课都需要面对制作件标示刻度的问题，所以如何解决好此问题的教学是设计制作课当中至关重要的一部分。尝试对《制作简易温度计》一课进行研究教学，历经数次试教，试图利用一定教学策略解决设计制作课中的制作件标示刻度问题。

1.1 教学案例分析

《制作简易温度计》一课共试教5个班级，回收到学习设计单共136份。

1.1.1 横向整体分析

在回收学习单之后，笔者仔细的阅读分析了每一位学生在学习单上的图示和表达，将所有学生对于制作简易温度计的方法归结为四种不同的类型，这四种类型表达了学生对此问题思考的不同深度。

1.1.2 毫无思维型（3份）

面对简易温度计的设计较少数学生表现出束手无策，在学习设计单上几乎是空白的，没有写下或画下任何自己的想法。

1.1.3 机械制作型（46份）

此部分占据了大量的学生，这部分学生只在设计学习单上记录下了简易温度计的机械制作部分，对于如何标示刻度没有表达自己的看法，可以说这一部分的学生也同样是没有思维的，他们只是懂得如何将一个简易的不具备刻度的温度计组装好而已，并没有深入思考刻度标示问题（见图1～2）。

1.1.4 思考无果型（30份）

此类型的学生有思考到简易温度计需要标示刻度才行，但是没有写出具体方法。只是意识到刻度问题的存在，思考过此问题，但没能够提出具体的解决措施与方法。

图1 机械制作型

图2 思考无果型

1.1.5 具体方法型（57份）

这部分学生在面对温度计标示刻度问题时，提出了自己具体的方法，在同类学生中算是思想比较深刻的了，但是学生们的方法可以说是五花八门，千姿百态。以下列举3种主要方法。

方法1:将刻度尺放在小细管边上，直接在细管上标出刻度。

方法2：将标准的温度计和小细管放置在一起，将标准温度计上的刻度画到细管上 （将标准温度计的刻度画在纸上，然后贴上去）。

方法3：分别用简易温度计和标准温度实测两种不同温度的水，然后根据标准温度计的示数对其进行标示刻度。

在此类中的学生其实思考已经较为深入，先不去评论方法是否得当，但他们对设计制作件已经有比较完整的认识，知道制作过程，清楚器件的功能，能表达自我对于问题的看法（见图3～图4）。

图3

图4

2 纵向发展分析

从纵向发展上看，随着教学设计的改进，对设计制作课中环节优化，问题进行聚焦，学生在面对制作件上标示刻度这一问题的思考是有所进步的。

设计学习单纵向整合分析见表1。

表1

第四次试教没有回收到学习单，十分遗憾，从上课效果来看，通过不断的试教调整，制作完成率较高。

通过表1的百分数据，可以清晰的看出毫无思维型，机械制作型，思考无果型的学生数在慢慢减少，具体方法型的学生数在增加。随着试教次数的增多，教师慢慢把握住课堂难点，引导学生一同突破。

2.1 策略实施

2.1.1 设定科学情境，引导长时观察

在设计制作课的课堂引入环节，教师尝试利用简单的教学物品，给学生创设合理的科学情境，引出课堂学习制作的主角，适时提供给各小组一份制作标准件，引导学生对标准件进行细致入微的长时观察。只有在前期确保学生对标准件有深刻认识的基础上，才能在后续的制作环节游刃有余，事半功倍。

2.1.2 设定合理的科学情境

[案例]《制作简易温度计》一课中，在课堂伊始教师向学生出示一壶温度未知的温水，给学生设定了一个简单合理的科学情境。

师：老师这里有一壶温水，温度未知，我特别想知道它有多热，你们有什么好办法吗？

生：用温度计。（几乎学生是异口同声）

利用非常简单的物品，创立场景，学生能够带着好奇心进行主动的思考，非常高效。

2.1.3 引导细致的长时观察

[案例]《制作简易温度计》一课中，学生已经明确了对象——温度计，教师开始引导学生对温度计进行长时观察并回顾复习温度计的原理和使用方法。

师：用温度计可以测量水温是一个非常好的想法。那温度计的原理你还记得吗？

生：……（个别学生能够说原理，也有一些已经遗忘）

师：请各小组仔细的观察温度计的各个组成部分，它们在测量时发挥什么作用。（分发温度计，开始观察）

设计制作课要做出合理的制作件，少不了对标准件的充分认识，倡导学生长时观察，为本课的后续学习奠定基础。

2.2 开展交流思辨，聚焦核心问题

工程类的设计制作课若想要在一节40 min的课内将所有的环节都进行的面面俱到，那是不可能的，若是勉强去追求整的一个设计制作流程，那无非是蜻蜓点水，浅尝辄止，学生不可能有深入的思考，有思维的发展。所以，在设计制作课的课堂内教师一定需要课前研究教学内容，抓住核心问题，引导学生对其突破，寻求发展。

[案例]《制作简易温度计》一课中的核心问题就是如何用简易温度计去测温，那么简易温度计上的刻度应该如何标示？为了节约课堂时间，使学生通过自我思辨，快速聚焦核心问题，教师采取了一定措施。

（1）通过阅读科学导学作业本上的资料，学生了解简易温度计的制作方法。

（2）通过教师和学生的交流互动，学生明确制作过程中的关键点。

（3）通过标准温度计和简易温度计的对比，问题引导，学生自我思辨，聚焦到简易温度计上如何标示温度这一核心问题（见图5）。

图5

此课的历经数遍教学，从实际情况来看，从创设情境导入到长时观察标准温度计再到简易温度计的刻度标示问题，整个过程进行的都较为顺利，共用时12min左右。将大部分时间留出交给最核心，最复杂，最难以理解的简易温度计刻度标示问题的解决上，是对一节设计制作课强调重点突破某一个环节很好的理解。

在设计制作课中利用一定合理的方式方法将一些机械化的环节弱化，重点突出需要解决的关键问题，是此类课型有效的应对措施。

3 究其科学本质，巧用类比思维

类比思维在小学科学的教学过程中用到的不多，但它在解决本文制作件刻度标示问题上可以发挥莫大的作用。通过同类问题的思考，将相同的思维模式运用过来解决当前问题，发挥类比最大的功能。那么，哪些小学科学的内容可以和本文所要解决的问题进行类比呢？以下是分析小学科学3～6四个年段的课本后，罗列出的所有同样具有刻度标示问题的设计制作内容，并且进行了详细分析见表2。

表2 教材设计制作课中标示刻度问题罗列

类比1：利用标准力，对应标示力的刻度。

五年级上册第四单元《运动和力》中第四课《测量力的大小》，学生在学习了力的测量工具——弹簧测力计之后，尝试利用橡皮筋等材料制作简易测力计，在简易测力计上标示刻度需要标准的测力计。利用标准测力计测出物体的重力，将重物放于橡皮筋测力计上再次测量，并且标示刻度。

类比2：利用标准时间，对应标示时间刻度。

五年级下册第三单元《时间的测量》中有较多的设计制作内容需要用到标准时间，例如第四课 《我的水钟》，学生在了解了水钟的工作原理特征之后尝试制作能够记录一分钟的水钟（见图6）。

图6

机械制作部分比较简易，可有多种不同的方法制作，问题在于水钟上标注一分钟时间的刻度，必须利用利用标准时间与水钟共同对比进行刻度（时间）的标示。

类比3：利用标准质量，对应标示质量刻度。

六年级上册第一单元《工具和机械》中第三课《杠杆类工具的研究》，学生习得了杠杆原理，对生活中的杠杆类工具进行了研究，尝试制作小杆秤以巩固杠杆知识，对制作的小杆秤标示刻度时需要利用到标准的质量，可以是用标准的秤称得的质量也可以用标准质量的砝码，称量后在制作的小杆秤上标示刻度。

通过类比这种教学策略的实施，学生在分析刻度标示问题时就会拥有一定的思维模式，能在很大程度理解需要通过标准件和制作件同时对同一物体进行测量才能利用标准件来对制作件进行刻度标示。

[案例]《制作简易温度计》一课中，教师利用制作一分钟水钟的案例与简易温度计标温进行类比，并且出示标温时可以用到的各类材料，引导学生自主对刻度标示问题进行思考，设计方案，展示分享（见图7）。

图7

师：我们分析了一分钟水钟的制作方法，发现在对水钟进行一分钟刻度标示时是需要一个准确的时间作为标准的，只有在标准的时间对比下，才能对水钟进行一分钟水位线的标示工作。同样的，面对今天我们制作的简易温度计的刻度标示，你有类似的想法吗？

生：我们需要标准的温度计来知道温度。

生：标示温度需要温度计。

……

师：这是老师今天给大家准备的5种材料，通过和制作水钟的类比，你能设计出在简易温度计上标示刻度的方案吗？现在请思考完成学习单上的方案设计。

学生在此番类比之后，大部分人能够有自己的标示温度的思路，从学习单的反馈分析来看，最终试教的班级能够独立思考出具体标温方法的学生已超过班级人数的一半（见图8）。

图8

不可否认，制作件刻度标示问题是难的，一开始大部分学生对此根本没有思路，但是，找寻与此问题相关的类似制作，通过类比的方式是可以看到效果的。当然此类问题也是没有先后之分，先制作学习过的内容可以为后制作的内容提供类比资源。

4 强化动手能力，拓展认知视野

设计制作课最主要的两个部分：“设计”和“制作”，教师在课堂教学设计上紧紧围绕这两个核心点展开教学活动，为落实和突破难点问题进行了深入思考，在设计过程中解决刻度标示问题之后，必须重视学生的亲身体验，强化学生的动手能力，拓展学生的认知视野。

[案例]《制作简易温度计》一课中，在解决学生较难理解的刻度标示问题后，教师为确保学生在动手能力上的锻炼，将整个制作过程以三字口诀形式给出，做到方便理解，简易有效（见图9）。

图9

为了加深学生对于简易温度计的刻度标示认知方法，教师在课堂教学中也适当加入此问题的拓展知识。“我们利用与标准水银温度计同时放入水中测温的方法制作了简易温度计的刻度，那么如果在没有标准水银温度计的情况下，你还能标示刻度吗？”

利用温度上的特殊点：0℃冰的熔点，100℃水的沸点来去确定简易温度计上的两个特殊的定点温度，再平均分格确定其他温度。拓展利用此方法可以在没有标准温度计的情况下，对简易温度计进行刻度标示。

5 研究总结

设计制作课中对制作件的刻度标示是一个具有极大挑战性的问题，此类问题的特殊性决定在开展教学时需要讲究一定的策略方法，只有这样才能达到一定效果，通过以上对《制作简易温度计》一课中温度计的刻度标示问题的研究发现，学生在这样的教学策略实施下进行设计制作是具有一定发展的。

在科学概念上，学生能通过课堂情景回忆温度计，掌握温度计的结构,使用方法，工作原理等核心概念。对于热胀冷缩这一原理可以清晰表达，并具有更加深刻的理解。学生通过类比学习理解刻度标示的方法，认识到设计制作课中制作件的刻度标示问题需要标准件的校对。

在实验操作上，学生可以在理解刻度标示方法的基础上，对制作件进行刻度的标示，并且能利用制作件对未知事物进行测量。对于设计制作有一定的理解，认识制作件的生产需要历经复杂的设计和制作的过程，初步具有工程意识。

在科学态度上，学生在学习了《制作简易温度计》之后，对设计制作有自己的看法，引发对于刻度问题的思考，对刻度问题产生一定的兴趣，能自主动手动脑学科学、用科学。

在科学技术社会环境上，学生通过对未知温度液体的测温工作，初步认识到科学技术在人们生活生产中发挥着一定的作用。

[1]小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2]喻柏军.浙江省中小学学科教学建议案例解读[M].浙江教育出版社，2015.

[3]万嵩海.基于技术设计的小学科学教学[EB/OL].http://www.xxkt.cn/zhxk/2015/47609.html.