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。
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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)
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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。
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图2 左右对应引起共振
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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) 。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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