小學(xué)科學(xué)自制教具的設(shè)計(jì)邏輯與教學(xué)實(shí)踐路徑——基于核心素養(yǎng)培育的實(shí)操方案一、小學(xué)科學(xué)自制教具的價(jià)值定位與設(shè)計(jì)原則小學(xué)科學(xué)課程以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心，自制教具作為教學(xué)資源的重要補(bǔ)充，既能彌補(bǔ)學(xué)校器材配置的不足，又能通過(guò)“做中學(xué)”的實(shí)踐過(guò)程，激活學(xué)生的探究興趣與創(chuàng)新思維。優(yōu)質(zhì)的自制教具需遵循以下設(shè)計(jì)原則：（一）科學(xué)性原則：錨定知識(shí)本質(zhì)的精準(zhǔn)表達(dá)教具的功能必須與科學(xué)概念的內(nèi)涵高度契合，所有現(xiàn)象的呈現(xiàn)都應(yīng)基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)原理。例如設(shè)計(jì)“熱脹冷縮演示器”時(shí)，選用密封性良好的塑料瓶、帶孔橡膠塞、細(xì)玻璃管和紅墨水：將紅墨水注入瓶?jī)?nèi)，插入玻璃管使液面略高于瓶口，加熱時(shí)液體受熱膨脹沿玻璃管上升，冷卻后收縮回落。該設(shè)計(jì)通過(guò)直觀的液柱變化，精準(zhǔn)呈現(xiàn)“物體受熱體積膨脹、遇冷體積收縮”的本質(zhì)特征，避免因材料選擇不當(dāng)導(dǎo)致現(xiàn)象模糊，干擾學(xué)生對(duì)概念的理解。（二）適齡性原則：適配認(rèn)知發(fā)展的梯度設(shè)計(jì)根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，小學(xué)階段學(xué)生以具體形象思維為主，中高年級(jí)逐步向抽象邏輯思維過(guò)渡。低年級(jí)教具應(yīng)突出“具象化、趣味性”，如用彩色卡紙、毛絨球制作“昆蟲(chóng)身體結(jié)構(gòu)模型”，通過(guò)粘貼觸角、翅膀等部件，直觀感知昆蟲(chóng)“頭-胸-腹”的三部分結(jié)構(gòu)；高年級(jí)則可融入“探究性、開(kāi)放性”，如設(shè)計(jì)“生態(tài)瓶”時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自主選擇水生植物、動(dòng)物和底砂，通過(guò)控制變量觀察生態(tài)系統(tǒng)的平衡，培養(yǎng)系統(tǒng)思維與實(shí)證精神。（三）簡(jiǎn)約性原則：材料易得與操作便捷的平衡教具制作應(yīng)充分利用生活廢棄物或低成本材料，降低教師與學(xué)生的實(shí)踐門檻。例如“聲音的傳播實(shí)驗(yàn)”，可收集廢舊紙杯、棉線制作“土電話”：將棉線穿過(guò)紙杯底部的小孔并打結(jié)固定，兩人拉緊棉線即可實(shí)現(xiàn)聲音傳遞。該教具材料易獲取，操作步驟簡(jiǎn)單，卻能清晰演示“聲音通過(guò)固體介質(zhì)傳播”的原理，且學(xué)生可在課后自主復(fù)刻，延伸探究。（四）互動(dòng)性原則：構(gòu)建“做-思-創(chuàng)”的實(shí)踐閉環(huán)教具應(yīng)設(shè)計(jì)為“可操作、可調(diào)節(jié)、可改進(jìn)”的互動(dòng)載體，而非靜態(tài)展示品。以“斜面省力實(shí)驗(yàn)”為例，用木板搭建不同高度的斜面，搭配帶掛鉤的小木塊、彈簧測(cè)力計(jì)：學(xué)生通過(guò)改變斜面坡度、增減木塊配重，反復(fù)測(cè)量拉力數(shù)據(jù)，自主發(fā)現(xiàn)“斜面坡度越小越省力”的規(guī)律。過(guò)程中，學(xué)生既是實(shí)驗(yàn)操作者，也是數(shù)據(jù)記錄者、結(jié)論推導(dǎo)者，思維在“操作-觀察-推理”中螺旋上升。（五）整合性原則：錨定核心素養(yǎng)的目標(biāo)導(dǎo)向教具設(shè)計(jì)需緊扣《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的核心素養(yǎng)要求，將“科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任”有機(jī)融入。例如“垃圾分類模擬器”，用不同顏色的紙盒標(biāo)注垃圾類別，搭配廢舊物品卡片，學(xué)生在分類操作中，不僅掌握“物質(zhì)的材料屬性與分類標(biāo)準(zhǔn)”，還需思考“如何通過(guò)分類減少環(huán)境污染”，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與素養(yǎng)的協(xié)同發(fā)展。二、分領(lǐng)域自制教具設(shè)計(jì)與教學(xué)案例小學(xué)科學(xué)課程涵蓋“生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程”四大領(lǐng)域，以下結(jié)合典型課例，呈現(xiàn)具身化、可復(fù)制的教具設(shè)計(jì)方案：（一）生命科學(xué)領(lǐng)域：“植物向光性觀察盒”——探究植物的感應(yīng)性1.材料準(zhǔn)備廢舊鞋盒1個(gè)，黑色卡紙若干，植物幼苗3-4株，透明膠帶，剪刀。2.制作步驟①將鞋盒一側(cè)用剪刀挖一個(gè)直徑3-5厘米的圓孔，作為“光源入口”；②鞋盒內(nèi)部全部粘貼黑色卡紙，形成“暗箱”，僅保留挖空的側(cè)面透光；③將植物幼苗均勻擺放在鞋盒底部，確保幼苗生長(zhǎng)方向一致；④用透明膠帶密封鞋盒縫隙，僅留圓孔透光，完成裝置制作。3.科學(xué)原理植物具有向光性，在單側(cè)光刺激下，生長(zhǎng)素會(huì)在背光側(cè)積累，促使背光側(cè)細(xì)胞伸長(zhǎng)更快，最終導(dǎo)致植物向光源方向彎曲生長(zhǎng)。4.教學(xué)應(yīng)用（適配課例：《植物的一生》“植物的向性運(yùn)動(dòng)”）導(dǎo)入環(huán)節(jié)：展示生長(zhǎng)在窗臺(tái)上的盆栽（向窗外傾斜），提問(wèn)“植物為什么會(huì)‘歪頭’？”引發(fā)猜想；探究環(huán)節(jié)：分組發(fā)放觀察盒，要求學(xué)生每天同一時(shí)間打開(kāi)盒蓋，觀察幼苗的生長(zhǎng)方向并繪圖記錄。3-5天后，組織學(xué)生對(duì)比初始狀態(tài)與最終狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)“所有幼苗均向圓孔（光源）方向彎曲”；拓展環(huán)節(jié)：引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)裝置（如在鞋盒頂部、底部各挖一個(gè)孔，形成“雙側(cè)光”），預(yù)測(cè)并驗(yàn)證植物的生長(zhǎng)方向，深化對(duì)“向光性是植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性反應(yīng)”的理解。（二）物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域：“簡(jiǎn)易電路實(shí)驗(yàn)包”——理解電路的組成與導(dǎo)體特性1.材料準(zhǔn)備5號(hào)電池（帶電池盒）2節(jié)，小燈泡及燈座若干，單刀開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線，測(cè)試材料（銅片、鋁箔、塑料片、干樹(shù)葉、硬幣、橡皮等）。2.制作步驟①將電池裝入電池盒，導(dǎo)線一端連接電池盒正極，另一端連接開(kāi)關(guān)的一個(gè)接線柱；②開(kāi)關(guān)的另一個(gè)接線柱用導(dǎo)線連接燈座的一個(gè)接線柱，燈座的另一個(gè)接線柱用導(dǎo)線連接電池盒負(fù)極，形成閉合回路，測(cè)試電路是否正常；③將測(cè)試材料按“導(dǎo)體組”和“絕緣體組”分類，用回形針固定在硬紙板上，作為“測(cè)試臺(tái)”。3.科學(xué)原理電路正常工作需形成“電源-用電器-導(dǎo)線-開(kāi)關(guān)”的閉合回路；導(dǎo)體內(nèi)部有大量自由電子，可傳導(dǎo)電流；絕緣體內(nèi)部自由電子極少，難以傳導(dǎo)電流。4.教學(xué)應(yīng)用（適配課例：《電和我們的生活》“電路探秘”）分層任務(wù)設(shè)計(jì)：基礎(chǔ)層：“點(diǎn)亮小燈泡”——學(xué)生用導(dǎo)線連接電池、開(kāi)關(guān)、燈泡，通過(guò)開(kāi)合開(kāi)關(guān)觀察燈泡亮滅，理解“閉合回路”的概念；進(jìn)階層：“檢測(cè)材料的導(dǎo)電性”——將測(cè)試材料接入電路，觀察燈泡是否發(fā)光，記錄并分類“導(dǎo)體”“絕緣體”；創(chuàng)新層：“設(shè)計(jì)創(chuàng)意電路”——提供額外的導(dǎo)線、燈泡，引導(dǎo)學(xué)生嘗試“串聯(lián)”“并聯(lián)”電路，觀察“燈泡亮度變化”與“開(kāi)關(guān)控制范圍”的差異。（三）地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域：“月相變化演示儀”——模擬月相的成因1.材料準(zhǔn)備乒乓球1個(gè)，手電筒1個(gè)，黑色卡紙1塊，記號(hào)筆1支。2.制作步驟①用記號(hào)筆將乒乓球的一半涂成黑色（代表月球的“暗面”），另一半保持白色（代表“亮面”）；②學(xué)生甲手持手電筒（太陽(yáng)），保持光源方向固定；學(xué)生乙手持乒乓球（月球），站在學(xué)生甲與“觀察者”（學(xué)生丙）之間，模擬“新月”位置；③黑色卡紙由學(xué)生丙手持，遮擋自身視線以外的環(huán)境光，確保觀察效果清晰。3.科學(xué)原理月相是地球上的人觀察到的月球被太陽(yáng)照亮的部分，其變化由月球繞地球公轉(zhuǎn)、地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的相對(duì)位置決定。4.教學(xué)應(yīng)用（適配課例：《月球》“月相的秘密”）情境模擬：設(shè)定“觀察者站在地球上”，學(xué)生乙按“新月→上弦月→滿月→下弦月→新月”的順序，沿逆時(shí)針?lè)较蚶@學(xué)生甲轉(zhuǎn)動(dòng)，每到一個(gè)關(guān)鍵位置，停留并展示乒乓球的亮面朝向，學(xué)生丙用筆畫(huà)下觀察到的“月相”；規(guī)律總結(jié)：將學(xué)生繪制的月相圖按順序排列，引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)“月相變化周期約為一個(gè)月”“上弦月出現(xiàn)在上半月的上半夜，下弦月出現(xiàn)在下半月的下半夜”等規(guī)律；實(shí)踐延伸：布置“月相觀察日志”，要求學(xué)生連續(xù)觀察28天的月相，對(duì)比模擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)現(xiàn)象的異同。三、教學(xué)應(yīng)用的策略優(yōu)化與效果評(píng)估（一）三維度應(yīng)用策略：從“教具演示”到“素養(yǎng)培育”1.認(rèn)知激活：用教具創(chuàng)設(shè)“沖突性問(wèn)題情境”例如在“摩擦力”教學(xué)中，先展示“帶輪的小車”在桌面滑動(dòng)的視頻，提問(wèn)“如何讓小車更快停下？”學(xué)生可能回答“剎車、用手擋”，教師隨即演示“自制摩擦力演示板”（木板表面依次粘貼砂紙、絨布、玻璃，小車從同一高度滑下），學(xué)生發(fā)現(xiàn)“砂紙表面的小車停得最快”，認(rèn)知沖突自然產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)探究“摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系”。2.思維進(jìn)階：以教具為載體設(shè)計(jì)“論證式任務(wù)”在“種子發(fā)芽的條件”探究中，提供“多組對(duì)照實(shí)驗(yàn)盒”，學(xué)生需基于觀察到的“只有‘有水有光照’組的種子發(fā)芽”這一現(xiàn)象，結(jié)合“植物生長(zhǎng)需要水、光、空氣”的前概念，論證“水和光照是種子發(fā)芽的必要條件”，過(guò)程中發(fā)展“基于證據(jù)推理”的科學(xué)思維。3.文化浸潤(rùn)：通過(guò)教具制作滲透“工程思維與環(huán)保意識(shí)”在“自制小樂(lè)器”項(xiàng)目中，引導(dǎo)學(xué)生用飲料瓶、吸管等廢棄物，結(jié)合“聲音的高低與振動(dòng)頻率的關(guān)系”，設(shè)計(jì)并優(yōu)化樂(lè)器。學(xué)生在“設(shè)計(jì)-制作-調(diào)試-展示”的循環(huán)中，既掌握科學(xué)原理，又體會(huì)“變廢為寶”的環(huán)保理念，還能通過(guò)“團(tuán)隊(duì)協(xié)作改進(jìn)樂(lè)器音色”培養(yǎng)工程思維。（二）差異化實(shí)施路徑：適配不同年級(jí)的教學(xué)需求低年級(jí)（1-2年級(jí)）：以“教師演示+學(xué)生模仿操作”為主，教具設(shè)計(jì)突出“趣味性、安全性”。例如“磁鐵的魔力”教學(xué)中，教師用彩色卡紙制作“磁性迷宮”，學(xué)生模仿操作，感知“磁鐵能吸引鐵制品”“磁力可以透過(guò)紙張傳遞”，無(wú)需復(fù)雜原理推導(dǎo)，重在激發(fā)興趣。中年級(jí)（3-4年級(jí)）：以“小組合作探究”為主，教具設(shè)計(jì)融入“變量控制”。例如“擺的快慢與什么有關(guān)”實(shí)驗(yàn)中，提供“自制擺錘”“擺繩”，學(xué)生分組設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，記錄“擺錘重量、擺繩長(zhǎng)度”與“擺動(dòng)次數(shù)”的關(guān)系，初步建立“控制變量”的科學(xué)方法。高年級(jí)（5-6年級(jí)）：以“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”為主，教具設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)“開(kāi)放性、創(chuàng)新性”。例如“設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水器”項(xiàng)目，學(xué)生用易拉罐、泡沫板、黑卡紙等材料，自主設(shè)計(jì)裝置，測(cè)試“不同材料、不同角度”對(duì)水溫升高的影響，最終評(píng)選“最佳效能熱水器”，培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)與問(wèn)題解決能力。（三）多元化效果評(píng)估：從“知識(shí)掌握”到“素養(yǎng)發(fā)展”1.過(guò)程性評(píng)估：觀察學(xué)生的“操作-思維”表現(xiàn)記錄學(xué)生使用教具時(shí)的“專注度”“問(wèn)題解決策略”“合作互動(dòng)”，用“課堂觀察記錄表”量化分析。2.作品性評(píng)估：分析學(xué)生的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告+教具改進(jìn)方案”實(shí)驗(yàn)報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注“證據(jù)記錄的準(zhǔn)確性”“結(jié)論推導(dǎo)的邏輯性”；教具改進(jìn)方案關(guān)注“創(chuàng)新點(diǎn)”“可行性”，用“星級(jí)評(píng)價(jià)表”進(jìn)行質(zhì)性評(píng)價(jià)。3.發(fā)展性評(píng)估：訪談學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與興趣變化”學(xué)期初與學(xué)期末分別開(kāi)展“科學(xué)興趣訪談”，對(duì)比分析學(xué)生的回答，評(píng)估“探究熱情、實(shí)證意識(shí)、創(chuàng)新傾向”的發(fā)展變化。四、結(jié)語(yǔ)：自制教具的“生長(zhǎng)性”價(jià)值小學(xué)科學(xué)自制教具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，不應(yīng)止步于“彌補(bǔ)器材不足”的工具性價(jià)值，更應(yīng)成為“素養(yǎng)培育”的生長(zhǎng)性載體