◇吳益錁（浙江：余姚市小曹娥鎮(zhèn)曹娥小學）

在課程改革的新形勢下，全面推進素質(zhì)教育刻不容緩，在小學科學課堂教學中，教師要為學生探究活動提供新穎的材料，挖掘適合探究的主題，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力。學具能讓學生獲得最直觀的感性認識?！肮び破涫拢叵壤淦??！蓖ㄟ^自制或改進學具的利用，能讓許多科學概念、現(xiàn)象變抽象為具象。而STEAM 教育強調(diào)知識與實踐之間的關(guān)聯(lián)，工程、技術(shù)類課程作為銜接理論知識與應(yīng)用實踐的橋梁，在工程、技術(shù)類課程的基礎(chǔ)上，整合科學、數(shù)學與藝術(shù)等相關(guān)課程的內(nèi)容，既可以有效彌補基礎(chǔ)教育領(lǐng)域中工程與技術(shù)教育的短板，又可以培養(yǎng)學生科學化的學習習慣。

一、緣起

小學科學學具作為一種新的知識載體，為學生理解理論知識以及實驗提供了極大的輔助作用。我們可以依據(jù)學生的心理特點為其展開有效的服務(wù)，使得學生在輕松愉悅的科學學習過程中得到知識、技能的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而發(fā)揮學具的優(yōu)質(zhì)特性。通過STEAM 教育理念的融合提升學生的綜合實踐與創(chuàng)新應(yīng)用能力，在綜合運用科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學等跨學科的知識中，解決真實問題，親歷體驗、探究創(chuàng)新、內(nèi)化吸收的過程，從而培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力，使其獲得有益終身的學習能力和情感價值。

STEAM（Science 科學、Technology 技術(shù)、Engineering 工程、Arts 藝術(shù)、Math‐matics 數(shù)學的首字母）的原型為STEM，是一種用科學、技術(shù)、工程和數(shù)學跨學科方式認識世界和綜合創(chuàng)新形式的教育，強調(diào)知識與實踐之間的關(guān)聯(lián)。在新課改背景下，小學科學成為一門以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為宗旨的基礎(chǔ)性課程。學具的展示與應(yīng)用既可以優(yōu)化教材內(nèi)容，又可以快速吸引學生學習的注意力，使得學生在學具的開發(fā)與制作中得到課堂實驗與探究欲望的滿足感。通過寓教于樂的學習過程使得學生獲得學習的自信心，在優(yōu)秀學具的運用中激發(fā)學生科學的探索精神，讓學生可以充分利用學科知識的鏈接進行科學知識的探索，從而提高學生的思維能力。在STEAM 教育理念的落實中提高學生科學能力，推動科學課堂教學的進展。

通過思考和探索，對教科版小學科學六上第一單元第七課《斜面的作用》中的實驗做了一定的改進和創(chuàng)新。斜面是本單元學習的最后一種簡單機械，此前學生通過學習杠桿、輪軸和滑輪組，已經(jīng)掌握了一些研究簡單機械的實驗方法。

這一課，學生將在實驗中對比測量直接提升重物與用斜面提升重物所用力量的大小，也將在實驗中更深入地對比研究同一重物在不同坡度斜面提升時的用力情況。在前面一系列簡單機械原理及作用研究的幫助下，通過認識斜面，提出“斜面是否能夠省力”的科學問題，設(shè)計出簡單的對比實驗并進行實驗研究，學生可以獲得對簡單機械斜面的作用及省力原理的認識，從而培養(yǎng)學生的思維能力、動手能力，激發(fā)他們探究簡單機械的興趣。

二、學具原理

把書上用木板隨意搭成的斜面做成用卡扣固定的裝置，使得學生在做實驗時搭成的斜面很穩(wěn)固；電源、直流減速馬達和彈簧測力計（電子測力計）制作在一起并固定在斜面上，使得提升物體變得勻速，學生讀數(shù)更加方便和精準。在研究坡度越小越省力的實驗中，在兩塊木板中間加了一根螺旋桿，可以利用調(diào)節(jié)螺絲任意調(diào)節(jié)斜面的坡度。為了加強實驗角度的準確性和對比性，又在木板中增加一個45°的量角器。實驗時，可以引導(dǎo)學生研究不同坡度所提升物體的拉力，如斜面15°、斜面30°、斜面45°（當然也可以調(diào)節(jié)成其他不同角度），提升同一物體所用力的大小，從而讓學生很容易地得出“坡度越小越省力”的實驗結(jié)論。不用時，又可以把它合攏，平放，易于整理和收藏。綜上所述，筆者將其取名為“多功能斜面”教學儀。

三、學具所需器材及裝置圖

“多功能斜面”教學儀包含：木質(zhì)斜面、彈簧測力計（包括電子測力計）、雙向開關(guān)、直流減速馬達、量角器、刻度尺、電源、砂皮紙、相同鉤碼10個、木塊、鐵塊。

四、學具改進與創(chuàng)新之處

改進的學具“多功能斜面”教學儀，取材簡單、可操作性強，通過更改某些條件，可以完成小學科學中與力學和斜面相關(guān)的多種實驗。斜面傾角可以在0~45°之間靈活調(diào)節(jié)，且通過調(diào)節(jié)螺絲和卡扣牢牢固定木板角度，使之固定在指定角度進行相應(yīng)實驗。附以量角器、刻度尺、砂皮紙的接觸面和彈簧測力計（也可更換成電皮子測力計），并在斜面最上端安裝了直流減速馬達、電源及雙向開關(guān)等電子元件，克服了速度不易勻速控制的缺點，減少人為因素。這些裝置的安裝與改進都能有效地提高實驗的可視性和準確度。

1.用直流減速馬達、電源、雙向開關(guān)等電子元件來勻速控制提拉彈簧測力計（電子測力計），代替手拉彈簧測力計，讀數(shù)更加精準。在實際的實驗操作中科學教師都知道，用手提拉彈簧測力計時，手的拉力與斜面的摩擦力會導(dǎo)致彈簧測力計的讀數(shù)忽大忽小，會影響觀察者讀數(shù)的準確性。而采用這種“多功能斜面”教學儀，就完全杜絕了這兩大因素的干擾，讀出的數(shù)會更加精準，這樣就更容易引導(dǎo)學生進行比較和得出斜面實驗的結(jié)論。

2.使用“多功能斜面”教學儀，斜面容易固定，坡度大小易顯現(xiàn)。學生想要研究多大的坡度，只要調(diào)節(jié)斜面上的調(diào)節(jié)螺絲和卡扣，用量角器就能呈現(xiàn)出相應(yīng)的角度。這樣的一個裝置，讓學生操作實驗更加科學、規(guī)范，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W探究態(tài)度。

3.小學科學所有涉及斜面的知識都可以用“多功能斜面”教學儀這個裝置演示出來，當然，同樣可以在斜面表面貼上一張砂皮紙來改變表面的光滑程度進行實驗。例如，在教科版五上第四單元第五課《運動和摩擦力》這節(jié)典型的科學探究課中，以探究摩擦力大小與哪些因素有關(guān)為主線，通過學生猜想、設(shè)計對比實驗、實驗探究和合作交流等教學環(huán)節(jié)，讓學生在科學探究的過程中親自構(gòu)建科學概念，主動獲取科學知識。使用“多功能斜面”教學儀可以完成這一課中的兩個對比實驗：實驗一是木板光滑面與砂皮紙粗糙面之間的比較；實驗二是彈簧測力計改變提拉物體的重量（鉤碼的多少或者是木塊與鐵塊的比較）得出的實驗數(shù)據(jù)，學生一比較，自然明白了其中的道理。讓學生親身經(jīng)歷探究摩擦力大小與接觸面粗糙程度和物體重量關(guān)系的過程。

五、學具用于部分探究實驗及其探究過程

實驗一：探究斜面有什么作用。

1.用彈簧測力計分別測出提起1 個鉤碼、3個鉤碼、5個鉤碼所用的力。

2.打開“多功能斜面”教學儀，調(diào)整到一定坡度（如30°），將彈簧測力計掛在直流減速馬達下面，分別將1，3，5 個鉤碼掛在彈簧測力計上，測出此時拉起這些鉤碼所用的力。

3.將測量的結(jié)果進行比較，得出結(jié)論：當其他條件相同時，使用斜面具有省力的作用。

實驗二：研究不同坡度的斜面。

1.測出直接提起2 個鉤碼所用的力，也就是斜面坡度為90°時。

2.改變斜面的坡度為45°，用彈簧測力計測出提起2個鉤碼所用的力。

3.再測出坡度為30°和15°時，提升鉤碼所用的力。

4.增加鉤碼數(shù)量，在按照上述3 個步驟再操作一遍。

5.比較力的大小，得出結(jié)論：當其他條件相同時，斜面的坡度越小越省力。

實驗三：摩擦力的大小與物體接觸面粗糙程度的關(guān)系。

1.把“多功能斜面”教學儀放平，在木質(zhì)光滑平面上用直流減速馬達帶動彈簧測力計測出2 個鉤碼（或鐵塊）的拉力大小，用同樣的方法測量3次并記錄數(shù)據(jù)，取平均值。

2.在木質(zhì)平面貼上砂皮紙（粗糙），用直流減速馬達帶動彈簧測力計測出2 個鉤碼（或鐵塊）的拉力大小，用同樣的方法測量3 次并記錄數(shù)據(jù)，取平均值。

3.再用4個鉤碼和6個鉤碼按照上述2個步驟操作，得出數(shù)據(jù)，取平均值。

4.比較這些測出力的大小，得出結(jié)論：當其他條件相同時，物體接觸面越粗糙，摩擦力就越大。

當然，也可以改變物體的重量這一因素，進行實驗，得出：當其他條件相同時，物體越重摩擦力就越大。

六、運用學具后的課堂實驗效果

使用“多功能斜面”教學儀與原實驗相比，操作更加簡單方便，斜面可隨意調(diào)節(jié)到所需要的角度并能固定住相應(yīng)的角度（坡度準確）。原來的由學生手提彈簧測力計改成直流減速馬達提升彈簧測力計，以相同的速度提升重物，從而得出更加精準的拉力數(shù)據(jù)。還可以改變斜面接觸面的光滑程度（木板表面光滑與粗糙砂皮紙之間的更換）引導(dǎo)學生做改變光滑程度的實驗。由此各個實驗所得的數(shù)據(jù)更加準確，實驗現(xiàn)象更加直觀、形象、有趣?！岸喙δ苄泵妗苯虒W儀還能演示教材內(nèi)實驗所沒有涉及的相關(guān)內(nèi)容，比如最前端裝上一個定滑輪，也讓學生能更輕松地理解滑輪的相關(guān)知識。

斜面有什么作用？實驗方法：選身邊的三樣物體用彈簧秤測出直接提升的力，再測出沿著不同坡度的斜面提升的力。注意：1.物體的重量不能超過彈簧秤的最大量程。2.沿著斜面提升物體時彈簧秤不能和斜面接觸。3.勻速拉動物體，記錄拉力大小。不同坡面斜面作用的實驗記錄表（用A、B、C、表示坡度由小到大）沿斜面提升物體的力（N）提升的物體一個鉤碼三個鉤碼鐵塊直接提升物體的力（N）0.5 1.5 3.8 A（15o）0.3 1.0 2.1 B（30o）0.38 1.2 2.75 C（45o）0.45 1.4 3.2

現(xiàn)在以教科版小學科學六上第一單元第七課《斜面的作用》中的探究活動為例，學生利用“多功能斜面”教學儀進行實驗操作并得出相關(guān)數(shù)據(jù)。優(yōu)點在于斜面ABC 用角度斜面15°、斜面30°、斜面45°來操作實驗，提升同一物體所用力的大小。要比原來ABC 更加直觀，學生讀取數(shù)據(jù)過程更加精準，從而讓學生很容易得出“坡度越小越省力”的實驗結(jié)論。

七、自我反思評價

通過實驗器材的改進，加深學生對斜面、滑輪、接觸面光滑程度等知識的理解，有利于學生更好地掌握簡單機械的知識，解決教師在實驗中得到的數(shù)據(jù)不準確的尷尬。對于STEAM 教育理念下，小學科學學具的開發(fā)以及課堂應(yīng)用而言，要想讓學生得到科學知識與科學能力的雙重提升，我們可以通過學習氛圍的創(chuàng)設(shè)以及多元化教學手段的創(chuàng)新，激發(fā)學生的學習興趣，使其在自主性學習動力的驅(qū)使下，增強對科學學具的認識，發(fā)揮學具在課堂教學中的優(yōu)化作用。