自制教具在小学科学实验教学中的应用

小学科学教学以探究活动为核心，实验教学的深度实施关系到学生科学素养的提升。教师使用自制教具辅助教学，能提高学生的学习热情和兴趣，加深他们对所学知识的理解，实现通过“制教具”促进学生“智增长”的目的。

自制教具在小学科学实验教学中的应用主要体现在实验过程的探究上，突出重点、突破难点、聚焦要点，能让学生更加直观地观察实验过程，激发他们的学习兴趣，让他们主动参与，提升科学实验教学效率。

一、借助增材制造，突出重点

小学科学是一门以实验为基础的自然科学，学生往往通过实验探究获取相关数据，发现科学规律。但有些教学内容比较抽象、枯燥，而小学生的抽象思维较弱，常出现对知识难以接受、不易理解的状况。自制教具能变抽象为形象，降低观察的难度，不仅让学生易于理解，还能激发他们的学习兴趣。

《相貌各异的我们》一课中，对于不同性状的特征组合，教材先围绕“耳垂是否紧贴脸颊”“平发际还是V发际”“舌头能否向内弯曲”“下颚是否有沟”“大拇指能否向外弯曲”这5个性状组织学生观察，再让他们通过身高、体重、头发、肤色等推测不同的性状组合，得出“有无数种组合可能”的结论。但在本课学习过程中，性状的组合结果只能通过数学的计算方式获取，学生不能直观地发现不同性状组合后的相貌究竟是怎样的。对六年级学生来说，这种仅存在于头脑中的抽象思维显然难以支撑“不同性状组合有无限种可能”这一认识，而自制教具“遗传与变异‘相貌’组合研究模型”就很好地解决了这个问题。

如何让学生从抽象到具象认识“相貌各异的我们”的原因？我们借助3D增材制造技术，采用一男一女的正面肖像作为亲代相貌（如图1），选择“发际”“眉毛”“眼睛”“鼻子”“嘴巴”这5个可旋转的人脸性状拼件，采用旋转法进行性状重组。学生只需拨动操作杆，即可将脸部的不同性状进行组合。如学生选择移动“发际性状”操作杆，其他相貌性状不动，可以获得两个不同的相貌；选择移动“眉毛性状”操作杆，其他相貌性状不动，也可以获得两个不同的相貌。以此类推，一套简单的器材，可以拼成32种不同的相貌（如图2），能帮助学生建构“人的相貌差异是由于相貌特征的不同性状表现引起的，性状特征的不同组合造就了多样的生命个体”的科学概念。此外，学生还通过将后代不同的相貌与亲代正面肖像进行比较（如图3），发现“生物的多样性”的重要原因之一是遗传和变异。这为“相貌差异跟遗传与变异有关”提供了实证。

本教具化抽象为具象，有效地提高了课堂教学的效率，让学生在活动中提升思维能力，对“性状组合”“遗传与变异”有了更深的理解。

二、巧用生活素材，突破难点

四年级《运动的小车》一课涉及了“能量”，不少学生对能量已经有了一定的感性认识，且已经在使用“能量”这个科学词汇，他们知道发光、发热的物体是有能量的，也听说过光能、水能、风能等，但在认知中还没有关于“能量”更概括性的概念。

本课要求学生通过木块被撞击后运动的距离来判断小车的能量大小。这对四年级学生来说很难理解：为什么木块被撞击后运动得越远，小车的能量就越大？把能量的大小与速度大小关联起来就更加困难了。同时，物体速度大，能量就大，这一结论对于学生来说不够直观，他们难以观察现象。

怎样突破这个难点，让四年级学生既能使用“能量”这个科学词汇，又能理解能量与速度之间的关系呢？街头拳击游戏的力量测试仪给“能量与速度多功能一体数显测试装置”的开发与使用赋予了灵感：学生戴上拳击手套，用力击打测试仪，测试仪能显示出拳的速度和力量。如果能把这个原理应用到教具上，学生对能量和速度之间的关系的认识难题就能迎刃而解。

本教具的材料与工具包含：秒表、雪弗板（宽12厘米，厚1厘米，长约1米），数显推拉计，电路配件（导线两段、铜箔1米、触发开关两个、回形针两枚），强力磁铁，小车，棉绳，垫圈，钩码，滑轮，胶水和胶带等（如图4）。

小车从不同坡度的斜坡上行驶下来时，会撞击数显推拉力计和秒表，记录下测试仪和秒表上的数字。这样，学生就能分析出能量与物体速度之间的关系（见表1）。

本教具材料简单、制作方便，提高了“能量与速度的关系”实验的科学性和有效性。学生通过改进后的实验直观地观察到能量的大小与变化，通过数据分析能量与速度之间的关系，有效建构了“速度大，能量大；速度小，能量小”的科学概念。同时，它还借助了数显和触发器技术，避免了某些人为的因素对实验结果产生影响，让测试过程中的一些变量得到很好的控制，使探究实验更具操作性、便捷性、精确性，最终达到化解教学难题、提高教学效率的目的。

三、捕捉孩子兴趣，聚焦要点

在学习“营养要均衡”内容时，学生通过中国居民膳食指南（膳食宝塔）大致知道了一天中饮食应该要遵循的原则，但他们如果没有真正理解均衡饮食“吃什么、怎么吃、吃多少”，学习和生活就会割裂为“两张皮”，达不到学以致用的目的。为了让学生从小养成均衡饮食的习惯，把科学学习成果应用到生活中，我们结合学生爱玩的天性，设计开发了“营养与健康”主题的多功能桌游卡牌教具（如图5、图6）。

本教具采用学生喜爱的桌游卡牌模式，将教学内容融入卡牌游戏当中，聚焦“吃什么、怎么吃、吃多少才算饮食均衡”的问题。通过观察和使用多种多样的食物卡牌，学生更直观地了解食物所包含的营养，认识食物所含的热量多少以及售价。通过游戏过程中对卡牌的分析和组合，学生深刻理解和实践了均衡营养的理念，认识了食物热量与健康的关系，树立了成本意识，提高了分析、整理、统计等方面的能力。

本教具创造性地使用了科学教具中很少见的桌游卡牌形式，还特别增加了事件卡和功能卡，让游戏内容更丰富，趣味性更强。本教具设计了1种基础玩法（热量的摄入和营养均衡）和3种进阶玩法（热量限制、成本限制、热量和成本双限制），形式多样，极具挑战性。桌游卡牌便于学生带回家使用，克服了该学习内容时间跨度长的难题。

结语

通过研发教具并应用于实践，我们有效地突破了实验教学中的重难点，解决了实验教学中的实际问题，提高了学生学习科学的兴趣。合理使用自制教具不仅能提高学生的动手能力、创造力、观察力和思考能力，促进他们有效学习，还能加深他们对科学原理的理解。

参考文献

[1]黄国胜.自制创新教具解决实验教学中的疑难问题[J].小学科学，2022（06）.

[2]俞旭.现代教育技术助推实验教学的有效性[J].科学大众（科学教育），2013（07）.