自制教具助力实验创新||实验研究
自制教具助力实验创新
福建省仙游县度尾中心小学
一、自制教具弥补现行教学不足
在平时的科学教学中, 常会让人感到困惑。教材中有的地方抽象, 不能进行直观教学, 无法突破重难点;有的地方虽能借助一些仪器, 但实验方法古老、呆板, 效果欠佳;有的地方实验现象不很明显, 起不到验证效果的作用;有时虽然能够实验, 但程序过于繁琐、复杂;还有许多教具只是单一功能, 取一次教具, 只在一课中使用, 下节课就用不上了。这些欠缺均会制约实验教学的发展, 给科学老师带来较大的麻烦。
在这种背景下, 取材方便的自制教具, 简单易行, 吻合教学, 且真实具体、直观形象, 刚好弥补了现行课堂教学上的不足, 值得大力提倡。
二、自制教具助力课堂实验创新
我国古代数学家祖冲之说过:亲量圭尺, 躬察仪漏;目尽毫厘, 心穷筹策。自制教具在教学中能体现教学思想、教学目标、教学内容、教学方法, 利于理解教材内容, 突破其重难点, 激发孩子的科学探究兴趣和求知欲望, 促进孩子自主探究学习, 提高效率。但每一项成功的作品只有体现一定的特色优势, 才具有生命力, 受到青睐, 以至永久不衰。
(一) 增趣
心理学理论告诉我们, 如在教学中增加一两项趣味性的实验, 会激活孩子的高级中枢神经, 促其思维活跃, 使课堂变得有灵气。根据课堂需要, 精心构思, 随时随地地利用身边的一些材料, 加以改造、组合, 创出特色教具, 并运用于教学, 常给课堂带来不断的惊喜。
我在教学科学“沉浮自如的浮沉子”时, 学生用橡皮泥、塑料笔套、矿泉水瓶子等材料, 很顺利就制成了精美的“浮沉子”。进而启发学生思考:“浮沉子”为什么能在水中沉浮自如呢?为了提高学习兴趣, 我提供了另外一些材料:一个矿泉水瓶、一只针筒、一个蓝色小瓶子、一根吸管等, 要求学生用这些材料巧装改扮。学生制作后介绍:先给小瓶注入一定量的水后插进吸管, 倒过来作为“浮沉子”。再给矿泉水瓶注入一定量的水, 把浮沉子置入矿泉水瓶中, 旋紧瓶盖不漏气。通过用力捏放瓶子外壳, 让浮沉子在瓶中乖乖地听从使唤, 叫上浮就上浮, 让下沉就下沉。
兴趣是促进学习的内在积极因素, 持久而强烈的兴趣则是学生顺利进行深入探究的必备条件。对于活泼好动的小学生, 只要激活其兴趣, 他们就会满怀热情地主动投入到学习中, 课堂则会充满生机, 效果倍增。
为达到更佳的效果, 增加趣味, 我建议学生把原来的“浮沉子”换成能发光的物体, 相信制作出的浮沉子一定会更精彩。一石激起千层浪, 学生的发散思维被激发了, 有的说……有的说……还有的说……结果, 同样使用普通材料, 在不同的学生手中也能创作出非同寻常的“浮沉子”。其中一位学生带着自己的“浮沉子”介绍自己的制作过程, 他以前玩过变形金刚, 知道了里面有个纽扣式二极管。制作时, 先调整好“浮沉子 (带有二极管) ”的密度, 再装好瓶中的水。同样把“浮沉子”置入水中, 盖紧瓶盖, 不让其漏气。通过捏放矿泉水瓶外壳, “浮沉子”在瓶中不停地上浮下沉, 因水的折射, 会闪闪发光, 异常精彩。如果是晚上会更胜一筹。
“儿童的智慧出于手尖上”。现代教育家陶行知先生曾说过:“人生两个宝, 双手和大脑”, 恰恰正是有效利用这二者成为培养学生创新思维的有效方法和途径。成功让人看到, 同样的前提, 自制教具能够制作得更有趣味, 会产生不一样的课堂效果。
(二) 求新
实验创新, 方法上要体现科学性、新颖性和先进性, 材料上又要融入新材料、新技术和新工艺。自制教具, 要把脉实验教学要求, 独具匠心, 创出新意, 能启迪智慧, 诱发灵感, 充分调动学生的创新潜能。巧用自制教具经常性地对学生进行适时地激发和引导, 学生的创造性思维会得到很好的训练和开发, 闪出思维火花, 学生们的求异思维、发散思维会得到充分的发挥。
在教学四年级下册《简单电路》这节课时, 我根据教材内容, 用电池盒、电池、电线、小灯泡、灯座等元件连接成一个简单的电路。学生课上使用大号电池盒操作, 导线与电池盒的正负极相连, 是通过扳动、拉扯、或用胶布粘住, 但有时仍容易松动。有的学生竟在电池盒的负极片上来回扳动, 很快将负极板弯断。有的组因为缺了灯座, 有的缺了灯泡, 无法体验到实验成功的滋味。在此折耗了7-8min的时间, 一堂课下来, 时间超出且多数学生收效不大。课后, 我不断反思, 如何改进这样的科学课呢?
经一番琢磨, 我设计了改进方案, 部分电池盒换成了有导线连接的材料, 提供带有“鳄鱼夹”的导线, 目的是让学生操作方便, 避免了导线与接头的打滑或松动而造成的接触不良。同时, 我尝试部分组采用现成的电子积木中的元件来替代简单电路的元件。它的优点是:导线连接直观, 子母扣紧不松, 电池、开关、灯泡连接起来, 逐行线路清晰可见, 操作非常方便, 有时还可用发光二极管 (注意用100Ω的限流电阻) 代替小灯泡。用这些材料再教授这一课, 课堂气氛发生了根本扭转, 学生不但能按时连接妥电路, 而且看到二极管闪闪发光时, 异常兴奋。实验中使用了塑料子母扣后, 可以腾出一些时间, 让学生多思索, 多分析, 多交流, 得出结论。
又如在教学《做一个钟摆》时, 课中用长摆锤做实验。我的创新设计如图1所示, 是在长摆锤的不同高度挂上磁铁, 只要同时移动摆锤对应的两块磁铁即可。这样给实验增添了新意, 且磁铁吸得很牢靠, 比课本中挂圆铁片不失有新鲜感, 且操作容易多了。
图1 改进后的单摆实验
教具制作要与时俱进, 常作常新, 促进探究实验进入一个新境界, 达到质的升华。
(三) 拓能
自制教具麻烦, 费时费力, 但如能一具多用, 把几个实验教具寓于一身, 变成一组教具, 会大大减少每节课找教学具的不必要麻烦。我自制了一套多功能摆具, 不但能演示单摆的六个实验, 模拟演示傅科摆, 还能进行摆的共振与能量守恒实验, 进行单层扭摆和双层扭摆实验, 从中发现更多的规律。除此还能作为酒精灯架使用, 且高低可以随意调整, 操作起来简单易行。
(1) 单摆实验
单摆的周期规律探究, 有六个实验项目。实验都设定在30s内的摆动次数, 分别为: (1) 摆的快慢与摆绳长短的关系; (2) 摆的快慢与摆角大小的关系; (3) 摆的快慢与摆锤轻重的关系; (4) 摆的快慢与摆锤长短的关系; (5) 摆的快慢与有无挂上摆锤的关系; (6) 摆的快慢与磁铁挂在高低不同位置的关系。其中第三个实验项目设计如表1。
表1 摆的快慢与摆锤轻重的关系 (30s摆动次数)
从以上六个实验中发现:摆的快慢只与摆长有关, 与摆的轻重没有关系, 与摆的角度大小关系不大 (超过25°略有差别) ;实际摆长=固定点到摆锤重心的距离, 同一个摆, 摆绳越长, 周期越大, 反之就相反。
(2) 多摆实验
(1) 等摆长的共振与能量守恒的实验。在一条绕好的细线上, 挂上6个相同的铜球摆, 让左右两两摆绳长度分别相同。这时拿起左边的一个铜球让它摆动, 摆到将近静止时, 右边与之摆绳相同长度的摆, 产生共振摆动起来。右摆摆动停止时, 左边的摆又摆动起来。如此往复循环进行, 如图2所示。这种共振是摆的振动通过横线的柔韧来传递的, 体现了能量守恒与转化规律。
只有摆长相同的摆, 频率也就相同, 才会引起共振, 产生共鸣现象。
(2) 不等摆长的共振实验 (见图3) 。一根木棒, 一端锁紧固定, 另一端可左右有规律地摆动。在木棒上系3个长短不一的铜摆球, 让其垂下。使棒的一端左右摆动, 开始时小幅度摆动, 逐渐增大幅度。当一个摆的摆动幅度逐渐增大时, 其他摆会逐渐产生共振, 使所有的摆同时摆动起来。这是把第一个摆的能量传递到第二个, 再传递到第三个摆的结果。
图2 左右对应引起共振
图3 能量传递情况
摇动木棒一端时还有新的发现, 如果一个摆的摆动幅度变大, 其他摆或静止, 或运动, 做不规则运动, 不可能同时使几个摆大幅度摆动。
(3) 扭摆实验
共振实验新奇有趣, 扭摆实验更加精彩 (见图4、图5所示) 。
图4 扭摆情形
拿起其中的一个摆球, 让它摆动起来, 待到摆动幅度变小时, 另一个摆开始摆动起来。与此同时, 横杠也会跟着前后摇动起来。这时的扭摆相对于不锈钢杠来说, 是作垂直摆动。若改变下面两个摆锤之间的吊线距离或上面三角形之间的底角, 扭摆的运动速度会发生变化。
图5双层扭摆中, 如改变其中的上下摆绳的长度, 或下层两摆长, 此时摆的运动会对另一个摆产生影响, 如同扭动摇摆舞, 别有一番景象。
图5 双层扭摆情况
(4) 傅科摆演示
设计带有转伞的多功能架子, 见图6, 从旋转台上观察单摆的振动面。根据傅科摆的原理, 我用伞架作多功能旋转摆架, 进行两个实验:先让摆前后摆动, 再逆时针旋转转伞, 细心观察可以看出, 摆的振动面与旋转伞的方向相反。所以, 只要能证明摆的振动面是顺时针旋转, 也就可以推出地球是逆时针旋转的。
图6 实验转伞
由此, 我在图6上放长摆绳, 调整单摆的位置, 使摆绳的中心与桌子边缘保持平行。拿起摆球, 轻轻放下单摆, 使单摆的振动面与桌子的边缘线平行。认真观察摆的振动面与桌子边缘线有无位置变化。几次实验后发现, 在单摆摆动20多次后, 略能清晰地看出单摆的振动面渐渐顺时针旋转, 由此推导出地球是逆时针旋转的。还可利用这个摆具设计高低可调的酒精灯架, 见图7中的螺丝螺帽可以上下移动并锁紧, 以调整高低。由此可见, 只要我们多动脑筋, 多实验, 就能设计制作出多种不同的系列新实验, 达到一具多能, 提高课堂效果之作用。
图7 上下可调灯架
(四) 化简
麦克斯韦曾说过, 一次演示实验所使用的材料越简单, 学生越熟悉, 就越想透彻地获得所验证的结果。所以, 演示仪器只要能够说明问题, 越简单越好, 操作越方便越受欢迎。的确这样, 我执教三年级的《空气占据空间吗》一课中, 运用了一些实例证明大气存在。其中具体演示了经典的马德堡半球实验:用螺帽上紧, 密封, 进行抽气, 近乎真空。之后由两位同学拉动。由于密封度不是很高, 而且抽气设备也要带进实验室, 一连串的实验十分繁琐, 且效果不是很好。随之, 我又补充了两个简单实验, 拿一个大萝卜, 将其中部横切, 取其下部带根的一半, 将中间掏空, 然后用力将其按在一干净的平底盘子里。随后, 倒提起萝卜根, 会连同盘子一起提上来, 掰开时不用较大的力是不会将它们轻易分开的。我又拿了一个靠空气吸力的衣挂钩子, 只要往墙壁上一压, 就紧紧贴着墙壁了。还再联系到医生用的拔火罐, 能在墙壁上行走的壁虎。启发学生举出另外的例子, 有乌鸦喝水的故事, 传统的覆杯实验, 医生拉动注射器, 给皮球充气等。
由于实验所用材料极为平常, 且是生活中极常见的实物, 学生特别新奇又极想弄清其中奥秘, 我顺水推舟, 引导分析与讨论, 学生们立刻感悟到了大气压的确存在, 且随处可见, 收到了很好的效果。
(五) 显眼
学生手脑并用, 多感官感受刺激, 会强化大脑的记忆功能, 生动形象的操作比起抽象说教容易让人记忆并保持持久。自制教具自始至终都能较强地吸引学生的专注参与, 留下深刻的印象, 有时甚至还会令人终生难忘。
在小学科学五年级下册《金属热胀冷缩吗》这课中, 课本中的实验是这样描述的:把一根钢条固定在三脚架上的木板上, 其一端用一小颗钉子固定住, 另一端用酒精灯在下面加热, 并仔细观察钢条长度的细微变化情况。经实验会发现, 点燃酒精灯给钢条加热, 在较长的一段时间内, 钢条的长度变化不是太明显。这样的实验消耗时间, 现象不是很明显, 给课堂的效果大打折扣。为了给学生们清晰地看到真实、直观的变长情况, 来个惊喜, 我设计了这样的一个改进:如图8, 把两根银条的一端接入一个简单的电路中, 中间留有缝隙。此时, 同样点燃左右两盏酒精灯给银条加热。经过片刻, 当银条受热伸长时接通电路的一刹那, 小灯泡瞬间亮起来。随后火熄灭, 银条冷却收缩, 电路立刻断开, 灯泡熄灭。这一明显变化, 让学生看到了金属条热胀冷缩时长短细微变化的直观状态, 十分敏感形象, 效果截然不同。
图8 改进后的实验图
学生理解知识要通过一定的思维才能实现飞跃。只有通过丰富、充实而正确的感性认识基础上才能更好地进行分类、分析、推理和概括, 进而感悟、理解事物的内在规律与本质。
三、实践后的反思
科学课堂与其他课堂存在很大的差异就是需要实验教学。其中有现场的动手操作, 细致的观察, 详细的记录, 确切的数据, 在比较、分析, 缜密的逻辑思维中, 推导出恰如其分的科学结论, 并在交流互动的思维碰撞中, 学生的各项能力都得到很好的训练和提高。根据课程标准, 我们教学应该依据学生的心理特征, 联系教材, 用活教材, 精准把握教材和教具上的不足, 经常性地通过上述自制一些简易教具, 并运用于科学课堂之中, 不断突破教材上的难点, 逾越学生思维的障碍, 自然顺畅地战胜实验探究上的一个个堡垒。自制教具使人由量变引起质变, 实现了思维的一次次飞跃, 达到了质的升华, 发现了科学上的更多奥秘。
本来来源于《教育与装备研究》2017年8期