優(yōu)化?精準?創(chuàng)新——例談自制教具在小學科學教學中的開發(fā)與應用【摘要】小學科學是一門以實驗為基礎的綜合性探究課程。教學實踐表明，實驗設計的好壞直接關系到教學的成功與失敗，然而支撐探究活動的現(xiàn)有教具與學具卻存在不能完全滿足教學實際需求的問題。為此，針對小學科學教具與學具使用現(xiàn)狀本人進行了深入調查和研究，并通過對《多功能傅科擺演示器》和《基于光傳感器的鐘擺實驗儀》2個自制教具的案例分析，充分闡釋了自制教具在加強小學科學課程資源工作中的拓展性、創(chuàng)造性與實用性等作用，以此來適應課程改進的需要并提高小學科學教育教學水平?！娟P鍵詞】創(chuàng)新自制教具小學科學教學實踐教學開發(fā)學生獲取信息的過程常常離不開具體事物的支持，作為科學學科的探究更應如此?？茖W探究的目的在于充分激發(fā)學生對于科學的興趣，提高學生的科學素養(yǎng)，學生也能夠在教師的指導下充分自主地參與課堂探究活動。然而現(xiàn)行教材中有很多課程存在無教具、教具不充足或有缺陷等情況，給師生的探究活動帶來了一定的阻礙，這就需要教師在深刻理解教材的基礎上，利用生活中可以被利用的材料進行教學具制作，以此來彌補現(xiàn)有教材和教具的不足。新課程標準指出：教學具是教學活動中供教師演示和學生操作所用的材料，科學探究離不開物質材料的支持。精心設計的教學具可以幫助學生更好的理解抽象、難懂的科學知識，體驗科學探究過程，并能激發(fā)學生的學習興趣，啟迪思維，培養(yǎng)動手能力。本人將以《多功能傅科擺演示器》及《基于光傳感器的鐘擺實驗儀》兩個自制教具為例，通過分析對比教材中教具及自制教具的優(yōu)劣及自制教具的使用原理、方法等，淺談自制教具在小學科學課程教學中的開發(fā)與應用。一、《多功能傅科擺演示器》項目（一）項目背景1851年，法國著名物理學家傅科為了驗證地球自轉進行了一系列壯觀的實驗，那次實驗所用的裝置被人們稱之為傅科擺，這也是人類第一次用實驗來驗證地球自轉的裝置。該實驗在教科版小學科學5年級下冊第4單元第3課“證明地球自轉”中介紹。這一課中教材安排了2個活動：探究擺的特點和傅科擺的原理。第一個活動存在4點不足：a.整個裝置沒有以擺繩頂點為中心旋轉，容易形成圓錐擺；b.擺在擺動過程中會撞到鐵架臺，導致實驗失?。籧.整個裝置不平穩(wěn)，鐵架臺容易倒塌，不易操作；d.證明過程不夠科學嚴謹。教材的第2個活動僅以圖片、文字及配套教材視頻來讓學生理解傅科擺的原理，為什么不以實驗的形式呈現(xiàn)呢？因為真正的傅科擺擺錘重量高達28千克，擺繩長達67米，這樣20多層樓高的傅科擺只有在北京天文館等一些專業(yè)科普場館可見，這就導致學生不能在課堂上親眼見證、親手探究，理解起來相當困難，遠離中心城市的學生更是連參觀一次的機會都非常稀少。為了克服在教學中遇到的一系列困惑，本人制作了傅科擺模型來模擬該實驗。（二）項目應用的科學方法和科學原理首先利用光沿直線傳播的特點來證明擺具有保持擺動方向不變的特點，餐桌轉盤可以讓整個裝置平穩(wěn)的圍繞擺錘錘心進行圓周旋轉，完美的模擬了地球自轉。擺擺動方向不變，但擺錘指示的刻度盤示數(shù)在不斷變化，從而證明刻度盤在隨著地球自轉。（三）演示器使用方法1.首先讓擺沿著激光的照射方向擺動起來，緩慢而平穩(wěn)的轉動整個裝置，可以觀察到擺擺動的方向始終沿著光傳播的方向，由此證明擺具有保持擺動方向不變的特點。2.在裝置底盤放上刻度盤，讓擺再次擺動起來，接通電源讓整個裝置平穩(wěn)勻速逆時針旋轉，發(fā)現(xiàn)隨著時間的流逝，擺指示的刻度不斷的發(fā)生變化。擺可以保持擺動方向不變，但指示的刻度在發(fā)生變化，并通過攝像將整個過程展現(xiàn)出來，說明整個裝置在隨著這個“地球”即圓盤底座一起轉動，由此證明地球在自轉。3.通過更換擺錘、用木塞及卷尺控制擺繩長度、用自制量角器改變擺角大小來探究擺擺動快慢的影響因素。（四）該項目的創(chuàng)新點1.利用光沿直線傳播的特點來證明擺具有保持擺動方向不變的特點更科學嚴謹，也更加直觀。2.裝置底座自動餐桌轉盤加入，可使整個裝置自動圍繞擺繩做圓周轉動，從而有效模擬傅科擺原理，裝置的開關插頭等設計在底座外面操作起來更加方便。3.把卷尺、自制量角器、吊線錘等與單擺結合，可以演示多種單擺探究實驗。4.整個裝置采用自制木架結構，節(jié)約成本、牢固美觀。5.攝像頭的使用直觀的展示擺錘指示的刻度盤示數(shù)的變化，真實的模擬1851年傅科做實驗的場景。6．該裝置還具有證明方法科學嚴謹、體積小、操作方便、演示時間短、演示效果顯著等優(yōu)點。（五）傅科擺演示器裝置圖二、《基于光傳感器的鐘擺實驗儀》項目（一）項目簡介該實驗裝置是一種結合紅外發(fā)射器、數(shù)字光傳感器、數(shù)字采集器、自制水平儀等設備對鐘擺的運動進行信息收集和數(shù)據(jù)信息化處理分析的儀器。該裝置可以應用在教科版五年級科學下冊《機械擺鐘》《擺的研究》《做一個鐘擺》等課程教學中，方便學生對于擺運動的數(shù)字化信息的收集，能充分降低教學難度，激發(fā)學生對于擺研究的熱情，教學效果顯著。（二）該項目的背景及基本思路1.項目背景自從之前的研究過利用多功能傅科擺演示器來證明地球自轉后，我又繼續(xù)對小學科學課本中涉及到的關于《機械擺鐘》《擺的研究》《做一個鐘擺》等相關課程中關于擺的實驗進行了深入探索。教材中關于擺的研究涉及到了4課時，每一課時都需要進行分組實驗探究。然而學生在利用傳統(tǒng)器材操作的過程會遇到諸多麻煩，如：擺繩長度的調整不便且不易測量、擺錘的重量不易把握以及擺動次數(shù)的計量不準等情況。生活中我發(fā)現(xiàn)很多地方利用到了光傳感器來計數(shù)的裝置，比如點鈔機、口罩生產線等地方都使用的光傳感器來計數(shù)，我就設想能不能將這樣的裝置應該應用到擺的計數(shù)上。于是通過多番改進我制作出來了這樣的一套裝置，整個裝置也是基于擺鐘上擺錘造型的啟發(fā)，所以起名為“一種基于光傳感器的鐘擺實驗裝置”。2.基本思路發(fā)現(xiàn)問題——尋找材料——制作安裝——嘗試使用——發(fā)現(xiàn)缺陷——改進裝置——再次組裝使用——制作成型（三）項目應用的科學方法和科學原理當擺錘經過紅外線時便遮擋住了光線，此時會輸出一個脈沖信號觸發(fā)計數(shù)電路進行一次計數(shù)。擺錘使用橡膠材質，因其具有一定的彈性可以沿著擺繩上下移動來調整擺繩的長度并通過觀察孔準確讀數(shù)。（四）項目使用方法1.接通電源，觀察水平儀，將其調整至水平狀態(tài)；2.上下移動擺錘，調整擺繩至指定長度；3.將計數(shù)器調零。4.參照自制量角器，移動擺錘，使擺繩偏離中心線一定角度，讓擺自由擺動。5.擺擺動起來后，計數(shù)器開始自動計擺擺動的次數(shù)。（五）該項目的創(chuàng)新點1.利用紅外發(fā)射器（輸出波長為650nm）、光傳感器和數(shù)據(jù)收集器組裝成光電門用于數(shù)據(jù)的收集及統(tǒng)計，能夠準確的記錄單擺擺動的次數(shù)；2.改變了鐘擺的形狀，克服了課本中“條形鐘擺”空氣阻力較大的缺點；3.可以通過擺錘上的觀察孔準確地讀出擺繩的長度；4.擺繩的長度可通過擺錘直接調整。（六）實驗數(shù)據(jù)記錄擺繩頂點距重心40厘米處，10秒內擺動次數(shù)擺繩頂點距重心30厘米處，10秒內擺動次數(shù)擺繩頂點距重心20厘米處，10秒內擺動次數(shù)表110秒內擺動次數(shù)統(tǒng)計表擺動次數(shù)實驗次數(shù)擺繩長20厘米擺繩長30厘米擺繩長40厘米第一次241914第二次241914第三次231916平均值23.61914.6平均值/211.89.57.3實驗結論：擺繩越長，擺動速度越慢；擺繩越短，擺動速度越快。（七）項目的使用情況和進一步完善設想1.使用情況該裝置已在五年級課堂教學中嘗試使用，有效地降低了教學難度，教學效果顯著。2.進一步完善設想（1）在觀察孔外面嵌入合適大小的放大鏡，使讀數(shù)更加方便；（2）將鐵架臺更換成更高的支架，這樣擺繩長度的調整范圍就更大了。三、結束語作為科學老師，我們應從自身做起，在加強專業(yè)知識的同時，師生應該共同去參與群眾性自制教具活動，培養(yǎng)廣大師生的思維能力、研究設計能力、動手操作能力和創(chuàng)新能力，從而拉近教師與學生之間的距離，拉近“教與學”的距離，激發(fā)學生學習科學的興趣，提高課堂教與學的質量。【參考文獻】［1］董禮.淺