让学生参与教具的开发与改进

朱灿

在当前教学实际中，教具的使用存在不配套、不齐全、操作难、效果差、误差大等现象。要改变这种现状，教师必须有目的地改进现有的教具，尝试开发新的教具。但教具的开发和改进，往往是教师“自弹自唱”的独角戏，忽视了让学生参与其中的必要性和重要性。学生作为教具的使用者和受益者，被排斥于这一过程之外，严重背离了学生开展探究式学习“做中学，学中思，思中悟”的精髓。

儿童是天生的工程师和发明家。教具的开发和改进是学生身边的“技术”和“工程”，教师要引导学生像工程师那样根据科学的原理设计出能够实际应用的产品。本文尝试通过创设材料超市，探讨师生共同参与的教具开发和改进。

1让观察更方便——以“制作滚珠轴承”为例

在《滑动与滚动》一课中，有一个制作滚珠轴承的小实验。教师按照教材建议，提供了金属瓶盖、玻璃球、铅笔、胶带、橡皮泥等实验材料，同时还特别准备了培养皿。

教师先把金属瓶盖和培养皿分发给学生，让学生比较它们的区别。学生很快发现两者在材料上有差异，前者是金属的，而后者是玻璃的。教师引导学生思考材料的差异会对观察造成什么影响？学生发现培养皿是透明的，可以看到内部；而金属瓶盖是不透明的，无法看到容器内部。

实验任务布置后，教师请每个小组按照自己的意愿，自由选择材料开展实验。实验過程中，有的小组按照教材提示开展实验，如图1所示；有的小组直接用培养皿进行实验，如图2所示；还有的小组尝试了两种方案。采用培养皿进行实验的学生提出，没放玻璃球时，培养皿的盖子和底座之间存在滑动摩擦力，将培养皿的盖子转动起来有点费力；而放了玻璃球以后，可以看到培养皿的盖子和底座之间的玻璃球在滚动，两者之间由滑动摩擦力转变为滚动摩擦力，摩擦力变小了，培养皿的盖子的转动就变得顺滑了。

实验中用培养皿代替瓶盖后，可以清楚地观察到滚珠轴承内部的实时运动状态，滚动摩擦力远远小于滑动摩擦力概念的建构也就水到渠成了。由此可见，教师要为学生提供可选择的材料和进行动手操作的机会，让学生在这一过程中领会不同材料的性能特点，并利用这些特点进行相应的改进。

2让操作更简便——以“制作钟摆”为例

《做一个钟摆》一课中，教材建议在30cm长的木条上，用图钉固定一块金属圆片，移动金属圆片的位置，观察并记录它们在15s内摆动的次数，如图3所示。根据教材建议，教师按要求将木条锯成30cm长，并在上面钻了一个用于固定摆绳的孔。同时，搜集了金属的圆形盒子，并在圆心位置钻了一个孔，用于固定图钉。另外，还准备了30cm长的钢尺，用于量取金属盒的位置。

实验任务布置后，学生开始进行分组实验。实验中学生发现用图钉把金属盒固定在木条上并不难，但很难将图钉撬出来，导致要想把金属盒从木条上取下来，再换一个位置就不那么容易了。

教师适时叫停实验，让学生思考这个实验装置的设计是否合理。学生虽然能指出实验中较难完成的操作，但一时也说不出具体的改进措施。教师请学生观察一下，钢尺和木条有什么相同之处。受此启发，学生提出能不能用钢尺来代替木条。因为钢尺和木条在形状和长度上都非常接近。再者，钢尺上端有一个圆孔，可以很方便地将其固定在铁架台上。同时，钢尺上标有刻度，免去了反复测量长度的麻烦。教师适时追问学生：“那要怎么样才能把金属盒固定在钢尺上？”学生提出用磁铁代替金属盒，因为磁铁可以吸在钢尺上，而且能够上下自由移动。

这个实验中，教材提供的实验方案在操作上存在一定的困难。教师让学生通过“下水实验”，找出实验装置中存在的问题，再提出有针对性的解决方案，改进实验装置，如图4所示。“下水实验”不应是教师的“专利”，要引导学生参与教具的开发和改进，必须要让学生先找出现有教具存在的问题，才能对症处理做出相应的改进。寻找合适的实验材料是开展科学探究中必不可少的环节。这个过程也是学生创造性思维进发的过程，让学生从关注实验结果转向关注方案设计。

3让效果更显著——以“制作污水处理装置”为例

《污水与污水处理》一课中，教师以“环保局长下河游泳”的案例引入，创设了净化污水的学习任务。教师提供了剪刀、饮料瓶、细沙、粗砂、小石子、海绵、纱布、锯末等材料，让学生自由选取材料，设计一个净化污水的实验装置。

经过小组讨论，学生画出了各自的污水处理装置设计图。教师请学生分享设计方案，并说明各自的设计理念。学生的设计方案主要分为以下几类。

3.1简单实用型

该方案主要参考了教材中的建议，如图5所示，即将饮料瓶从瓶身中部裁剪成2个部分，在瓶盖上钻了1个小洞，然后在饮料瓶的上端分别放入小石子、粗砂、细沙作为过滤装置，再将其倒扣在饮料瓶的下端。

3.2极致效果型

该方案充分利用了教师提供的实验材料，将饮料瓶从瓶身中部裁剪成2个部分，在瓶盖上钻了1个小洞，依次铺上海绵、小石子、锯末、纱布、粗砂、细沙等材料，通过层层过滤，强化净化效果。

3.3实效和时效兼顾型

该方案将饮料瓶从瓶身中部裁剪成2个部分，弃用了瓶盖，而是先用海绵把瓶口塞严实，然后依次铺上锯末、粗砂、细沙、纱布等材料。这样既能保证净化效果，又能通过扩大排泄口，提高净化速度。

经过充分的讨论和交流，学生改进了各自的实验设计方案，并通过实验验证了各自的方案是否切实可行。经过实验对比，学生找出了效果好、效率高、操作易的实验方案，如图6所示。由此可见，教师要善于利用生活中的真实情境进行教学，给予学生充足的时间和空间，充分发挥学生的想象力和创造力，在装置设计、方案制定中渗透解决问题的策略。

在日常教学中，教师习惯了直接把教具提供给学生，让很多探究性实验在教师的主导下，演变成了思维含量不高的验证性实验。教师不能局限于让学生被动地、机械地使用教具，而是应该引导学生以主人翁的精神投入到教具的开发和改进中去，让学生在这一过程中学会独立思考，尝试用科学的理念，动手解决身边的问题，体验“做”的成功和乐趣。