傅　蔣

摘 要 實(shí)驗(yàn)是科學(xué)課堂中最常用的探究方式。但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)常常會(huì)遭遇操作困難、觀察不易、器材不足等尷尬。雖然也涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀的自制教具，但這些教具或是材料復(fù)雜，或是制作困難，難以面向全體學(xué)生廣泛地制造使用。因此，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中可以對(duì)一些低成本的實(shí)驗(yàn)器材加以改進(jìn)：通過(guò)靈活組合不同實(shí)驗(yàn)的器材降低操作難度，借助打印標(biāo)記的白紙?zhí)嵘龑?shí)驗(yàn)可視性，從超市尋找材料實(shí)現(xiàn)人人可做的實(shí)驗(yàn)。使用這些成本低、制作易、受眾面廣的改進(jìn)創(chuàng)新方法，最終幫助全體學(xué)生高質(zhì)量地完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 低成本 實(shí)驗(yàn)器材 科學(xué)課堂

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)課堂中最常用的探究方式，但在實(shí)際教學(xué)中，常常會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)器材不好用甚至缺乏對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)器材的尷尬處境。在一些教具設(shè)計(jì)大賽中涌現(xiàn)出不少優(yōu)秀的自制教具，但這些教具或是材料復(fù)雜，或是制作困難，難以面向全體學(xué)生廣泛地制造使用。對(duì)于普通老師的日?？茖W(xué)教學(xué)，更需要的是一些低成本接地氣的實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)與設(shè)計(jì)方案。對(duì)工具箱中已有的器材，或是其他一些加工簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、在現(xiàn)實(shí)生活中容易找到的材料進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，讓實(shí)驗(yàn)的操作更簡(jiǎn)便、結(jié)果更明顯、效果更顯著，幫助全體學(xué)生高質(zhì)量地完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

一、當(dāng)前實(shí)驗(yàn)器材使用中的困惑

1. 器材易用性低

有些實(shí)驗(yàn)在操作時(shí)需要非常小心，一不當(dāng)心就容易操作失誤，但學(xué)生年齡尚小，精細(xì)操作能力較低，很多器材操作不好。例如在磁鐵下懸掛多枚回形針實(shí)驗(yàn)，往往磁鐵一晃，小手一抖，所有回形針都碰落了，總是容易失誤，易用性不足。

2. 器材操作難度大

隨著小學(xué)科學(xué)教材的改版，一些原本在中高年級(jí)的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始下沉到中低年級(jí)。例如低年級(jí)學(xué)生本身就對(duì)火比較畏懼，但在三年級(jí)上冊(cè)中出現(xiàn)了數(shù)次需要?jiǎng)澔鸩顸c(diǎn)火的實(shí)驗(yàn)，對(duì)這個(gè)年齡段的學(xué)生來(lái)說(shuō)難度不小。

3. 器材操作可視性差

在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中非常強(qiáng)調(diào)前后條件的一致性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，這個(gè)一致性需要學(xué)生自己去留心觀察。但當(dāng)學(xué)生操作不當(dāng)導(dǎo)致前后條件發(fā)生了變化時(shí)，因?yàn)槠鞑脑陉P(guān)鍵信息上顯示不明顯，導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)能自主意識(shí)到錯(cuò)誤。

4. 器材使用受眾面小

實(shí)驗(yàn)一般包括演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)，也有不少實(shí)驗(yàn)是適合每個(gè)學(xué)生自己獨(dú)立完成的。但對(duì)應(yīng)的器材不論是由教師制作還是由學(xué)生自己制作，難度都不小。如果有適合學(xué)生的更簡(jiǎn)單的制作方法，那么每個(gè)孩子就都有機(jī)會(huì)自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)了。

二、低成本實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)的策略

1.組合不同實(shí)驗(yàn)的器材，讓實(shí)驗(yàn)變得簡(jiǎn)單易操作

從演示實(shí)驗(yàn)到分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生總是會(huì)陷入看看容易做做難的困境。如何讓實(shí)驗(yàn)器材在學(xué)生手中操作起來(lái)更容易，是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)最先碰到的一個(gè)問(wèn)題。針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)，解決這個(gè)問(wèn)題的思路有很多。跳出單一實(shí)驗(yàn)器材的局限，對(duì)整個(gè)小學(xué)階段的所有器材了然于胸，這樣就能將不同實(shí)驗(yàn)中的材料重新組合搭配，形成簡(jiǎn)單好用的全新器材，充分發(fā)揮出現(xiàn)有器材的最大作用。

案例1：在三年級(jí)的“空氣”一單元中，有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。第一個(gè)是針筒中的空氣壓縮實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生用手指抵住針筒的一端。第二個(gè)是開(kāi)孔和不開(kāi)孔兩種狀態(tài)下，杯子倒扣入水中的實(shí)驗(yàn)。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，由于要用手指抵住，針筒中空氣壓縮得越厲害，小朋友的手指就越痛。不少學(xué)生因?yàn)檫@種疼痛導(dǎo)致針口按得不夠緊密，使得出口漏氣，造成空氣過(guò)度壓縮的假象，影響了實(shí)驗(yàn)的正確結(jié)果。這時(shí)，如果有一個(gè)橡膠帽能塞住針筒口，操作就輕松多了，也不會(huì)造成漏氣的問(wèn)題。而這個(gè)橡膠帽在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中正好就有。它原本用于堵住杯底的一個(gè)小孔，形成開(kāi)孔與不開(kāi)孔兩種狀態(tài)。把這個(gè)橡膠帽巧妙地挪用到第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有了橡皮塞，可以不用手按了，將針筒倒置直接用桌面抵住針口，效果更好，這樣既可以減輕學(xué)生痛苦，又能增加實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

案例2：研究磁鐵五個(gè)點(diǎn)位的磁性時(shí)，一般使用細(xì)繩懸掛到鐵架臺(tái)上。但是這樣磁鐵會(huì)很晃，嚴(yán)重影響學(xué)生操作。也有老師用粗銅絲將磁鐵固定到鐵架臺(tái)上。除此以外有沒(méi)有更簡(jiǎn)單的方案呢？考慮到不少科學(xué)課都要拿著器材去教室上課，一套輕便的器材，對(duì)學(xué)生和老師都是莫大的幫助。而這個(gè)問(wèn)題的解決方法就藏在三年級(jí)下冊(cè)過(guò)山車實(shí)驗(yàn)的器材中。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有兩種器材，一種是類似樂(lè)高積木的器材，還有一種是底座加立桿加塑料軌道等。其中底座和立桿正好可以作為固定磁鐵的支架，只需用橡皮筋把2根立桿綁到磁鐵上，使用時(shí)將立桿往底座上一插就可以了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中回形針的懸掛也是操作的一個(gè)難點(diǎn)，很容易碰掉。如果把回形針10個(gè)一組事先固定好，一組一組掛，操作效率大大提高，這樣就不用擔(dān)心老是碰掉了。

圖2

案例3：在“讓小車動(dòng)起來(lái)”一課中，我們要使用墊圈作為重物。這個(gè)實(shí)驗(yàn)要做三次不同重量的情況對(duì)比，三次實(shí)驗(yàn)墊圈數(shù)量成倍增加才能取得明顯的數(shù)據(jù)變化。這樣就出現(xiàn)了兩個(gè)難題，太多的墊圈懸掛很困難，而且老師也沒(méi)有上百個(gè)墊圈供學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)只有第一次需要一點(diǎn)一點(diǎn)增加墊圈數(shù)量，后面的兩次實(shí)驗(yàn)就只需要成倍改變懸掛物的重量，不一定要局限于墊圈本身。這時(shí)，筆者就想到了一種很方便的懸掛器材——吸鐵石，它能直接吸在用回形針做的鉤子上。而且，找到了一種圓形吸鐵石，一枚剛好與8個(gè)墊圈差不多重。那后面就簡(jiǎn)單了，每組只要分幾個(gè)吸鐵石就可以輕松完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)了。

不止在懸掛重物上，吸鐵石在擺的研究中也非常好用。有一組實(shí)驗(yàn)要求改變擺錘的上下位置，只需要用兩顆環(huán)形吸鐵石，相互吸在細(xì)繩上，既能當(dāng)擺錘，又能輕松改變位置。甚至在研究浮力一課中，條形吸鐵石還能充當(dāng)普通石塊，浸入量筒中用于研究排開(kāi)水的體積。條形吸鐵石又瘦又長(zhǎng)，這樣的形狀最適合放入量筒研究。小小一塊吸鐵石，真是一種神奇的實(shí)驗(yàn)器材，它在諸多實(shí)驗(yàn)中都能得到巧妙運(yùn)用。

2.在做好標(biāo)記的白紙上操作，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可視性

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)器材的選擇不但要易于學(xué)生操作也要易于學(xué)生觀察。不少實(shí)驗(yàn)在器材擺放時(shí)對(duì)距離、位置都有一定的要求。小學(xué)生的年齡特征決定了他們的細(xì)微操作能力和空間觀察能力都無(wú)法和成人相比，難免出現(xiàn)一些主觀錯(cuò)誤，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。

案例4：在二年級(jí)紙的承重實(shí)驗(yàn)中，一般用兩本詞典架起紙條。每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們都要求兩本詞典之間的間距是一致的。在教材中，用中間再插入一本詞典對(duì)另兩本詞典進(jìn)行定位。兒童生性好動(dòng)，一不小心的磕碰就很容易導(dǎo)致兩本詞典的間距改變，而且學(xué)生也很難發(fā)覺(jué)自己的器材出問(wèn)題了。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)只需要準(zhǔn)備一張打印好兩個(gè)方框的白紙，要求學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)時(shí)詞典都必須與方框?qū)尉涂梢粤恕＿@樣，用一張帶有簡(jiǎn)單標(biāo)記的白紙，既解決了承重跨度定位的問(wèn)題，又使得跨度發(fā)生改變時(shí)一目了然，同時(shí)訓(xùn)練了學(xué)生主動(dòng)觀察前后跨度一致的實(shí)驗(yàn)意識(shí)。類似的要求在六年級(jí)“形狀與結(jié)構(gòu)”單元中也有不少，都可以用這種方式解決，只需打印上刻度，就能直接定量使用。

案例5：二年級(jí)“磁鐵的兩極”一課中，在比較磁鐵各部分磁性時(shí)，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要將5個(gè)回形針排成一排，然后平行推動(dòng)條形磁鐵，觀察吸引的先后順序。這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求5個(gè)回形針要排成一條直線，還要左右間距一致，頭尾兩枚還要與磁鐵的兩極對(duì)齊，而且磁鐵還必須平行推進(jìn)。種種操作，對(duì)二年級(jí)學(xué)生的操作能力提出了巨大挑戰(zhàn)，即便擺歪了，學(xué)生自己也看不出。這時(shí)，我們直接在一張白紙上打印好每個(gè)回形針的準(zhǔn)確位置以及鐵磁起始的測(cè)試位置，并在中間以較小的間距畫好數(shù)條平行線，這樣器材在擺放和操作的時(shí)候，就可以借助各種輔助線，準(zhǔn)確操作了。

增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作的可視性是實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)的重要目標(biāo)，它既降低了操作難度，更便于學(xué)生精確觀察從而有效地完成實(shí)驗(yàn)操作。像這樣在白紙上事先打印好線框或刻度，不但成本低廉，制作簡(jiǎn)單，而且也非常利于學(xué)生觀察。除了白紙，我們也可以借助其他帶有線條或刻度的輔助材料，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可視性。

3.尋找合適的材料，實(shí)現(xiàn)人人可做的實(shí)驗(yàn)

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一般分演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)，但也有的實(shí)驗(yàn)更適合人人參與?；蛘哒f(shuō)，只要器材足夠，明明可以讓每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)，為什么非要幾個(gè)人一組呢？但難就難在足夠多的器材。而且有些實(shí)驗(yàn)甚至需要帶回家去做，在教室上課時(shí)不一定能有效完成，那么更需要人手一套器材了。超市就是個(gè)大寶庫(kù)，只要認(rèn)真尋找、精心設(shè)計(jì)，就能讓每一個(gè)學(xué)生獲得自己獨(dú)一份的實(shí)驗(yàn)器材。

案例6：在研究降水量時(shí)，實(shí)際上課時(shí)不一定正好遇見(jiàn)雨天，而且就算遇見(jiàn)雨天，測(cè)得的也不是一天的降水量，所以教室里的實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行模擬降水。這個(gè)實(shí)驗(yàn)如果需要完成，就要提前一兩周準(zhǔn)備，最好是人手一份器材，在家做好實(shí)驗(yàn)，上課時(shí)再對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反饋。如果可以的話，每人能準(zhǔn)備幾個(gè)口徑不一的雨量器就更好了。

雨量器看似簡(jiǎn)單，但實(shí)則要求較高，底部必須是平整的，上下口徑要求完全一致。幾乎所有的飲料瓶都不符合要求。那么符合這樣嚴(yán)苛要求的器材超市真的有嗎？當(dāng)然是有的！例如圓柱形水彩筆容器的上半個(gè)蓋子，就完全符號(hào)要求。裝牙簽或者裝棉簽的圓柱形透明盒子，也是底部平整，上下直筒的。這樣就能得到多個(gè)口徑不一的容器了，再貼上打印好的刻度條，就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雨量器了。如此，每個(gè)學(xué)生都可以做最真實(shí)的實(shí)驗(yàn)了，再也不需要課堂上模擬了。

案例7：在“空氣占據(jù)空間”一課中，有一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)瓶子中插入一長(zhǎng)一短兩根管子，一根在水面上，一根在水面下，從兩頭分別吹氣時(shí)會(huì)得到不同的結(jié)果。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在上課時(shí)大家往往只做演示實(shí)驗(yàn)，既不會(huì)分組，更不會(huì)讓每個(gè)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。因?yàn)槠鞑囊约褐谱鳎以谄可w上打兩個(gè)正好插入吸管的小孔，并處理氣密性，做起來(lái)一點(diǎn)也不容易。

那有沒(méi)有簡(jiǎn)單一戳就能完成打洞的材料呢？超市就有！那就是小孩子特別喜歡喝的優(yōu)酸乳。優(yōu)酸乳瓶蓋上的密封膜，只要用吸管一戳就能插入，而且氣密性還挺不錯(cuò)。將一瓶?jī)?yōu)酸乳先喝掉一半，然后吸管拔起一部分，再找一根普通牛奶盒上的彎頭吸管插入底部，彎頭向前伸出。這樣，只要從之前的吸管中輕輕吹氣，優(yōu)酸乳就會(huì)源源不斷地從彎頭吸管中噴出來(lái)。用小碗接住，還能繼續(xù)喝呢。這個(gè)空氣的小實(shí)驗(yàn)每個(gè)孩子都可以在家獨(dú)立完成，好喝又有趣，每個(gè)孩子都玩得不亦樂(lè)乎。

只要耐心尋找，就能花很少的錢在超市找到完全符合要求的實(shí)驗(yàn)器材。這樣的實(shí)驗(yàn)器材不但成本低廉，更能惠及每一個(gè)學(xué)生。人人都有器材，人人都能做好實(shí)驗(yàn)，這不正是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大追求嘛！

4.動(dòng)手改造低成本、易復(fù)制、適合學(xué)生廣泛使用的獨(dú)創(chuàng)器材

在諸多器材改進(jìn)中，創(chuàng)新是最難的。而這種創(chuàng)新既要成本低，又要讓其他老師看完也能自己制作，還要適合學(xué)生廣泛使用，那更是難上加難。在教具改進(jìn)比賽中，很多獲獎(jiǎng)的優(yōu)秀作品，令人嘆為觀止。但看完又讓人覺(jué)得制作成本高，制作難度大，而且只適合演示實(shí)驗(yàn)，很難大量制作給學(xué)生廣泛使用。低成本、易復(fù)制、能廣泛使用，才是我們所追求的器材改進(jìn)設(shè)計(jì)的方向。以下介紹一種筆者指導(dǎo)學(xué)生制作的獨(dú)創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)器材——易拉火柴盒。

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常需要點(diǎn)火，雖然打火機(jī)比火柴容易得多，但出于安全等因素，火柴仍舊是最主要的點(diǎn)火器材。自新教材改革以后，在低段的三年級(jí)上冊(cè)中，就出現(xiàn)了數(shù)次需要點(diǎn)火的實(shí)驗(yàn)。三年級(jí)的學(xué)生，無(wú)論是心智上，還是身體上，都還非常年幼。用火柴點(diǎn)火對(duì)他們來(lái)說(shuō)可是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。而且不少孩子怕火，火柴很難劃，越是劃不好就越是增加了對(duì)火的恐懼。而易拉火柴盒的出現(xiàn)，最多一兩次就能讓每一個(gè)孩子上手點(diǎn)燃火柴。如此簡(jiǎn)單的使用，甚至能將學(xué)生對(duì)火的恐懼變成對(duì)火的興趣。

使用說(shuō)明：用兩塊磷片面對(duì)面夾住火柴，然后用力向外拉出，即可點(diǎn)燃火柴。

器材原理：傳統(tǒng)的火柴點(diǎn)火磷片都是分布在兩側(cè)，每次只使用其中一面，要用恰當(dāng)?shù)慕嵌取⒘Χ群退俣炔拍茳c(diǎn)燃火柴。而易拉火柴盒將兩側(cè)的磷片集中到了一側(cè)。使用時(shí)，用兩張磷片面對(duì)面夾住火柴，無(wú)須再考慮用什么樣的角度和力度，只管用力向外拉就可以了，火柴一拉即燃。易拉火柴盒將原先的劃動(dòng)操作改成了拉動(dòng)操作，極大地降低了使用難度。這么簡(jiǎn)單的點(diǎn)火器材，激起了不少學(xué)生的興趣，以前大家都畏畏縮縮不敢點(diǎn)火，現(xiàn)在反而都爭(zhēng)著去點(diǎn)火了。

這個(gè)獨(dú)創(chuàng)的點(diǎn)火器材，只是對(duì)傳統(tǒng)火柴盒磷片的位置改了個(gè)頭，換了個(gè)面，制作成本極低，一看就會(huì)，同時(shí)非常適合學(xué)生廣泛使用。學(xué)生點(diǎn)火操作的前后巨大變化，更是凸顯了這個(gè)器材極佳的使用效果。

如果說(shuō)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的基礎(chǔ)，那么易操作、易觀察、易獲取的各類優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)器材，就是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要基石。我們要著眼于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，立足于實(shí)驗(yàn)效益的有效提高，充分發(fā)揮教師自身的想象力與創(chuàng)造力，為學(xué)生提供更優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中感受學(xué)習(xí)的快樂(lè)，體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，感悟科學(xué)的奧秘，最終促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

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[責(zé)任編輯：郭振玲]