優(yōu)化•精準(zhǔn)•創(chuàng)新例談自制教具在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 論文

優(yōu)化?精準(zhǔn)?創(chuàng)新——例談自制教具在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用【摘要】小學(xué)科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的綜合性探究課程。教學(xué)實(shí)踐表明，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到教學(xué)的成功與失敗，然而支撐探究活動(dòng)的現(xiàn)有教具與學(xué)具卻存在不能完全滿足教學(xué)實(shí)際需求的問(wèn)題。為此，針對(duì)小學(xué)科學(xué)教具與學(xué)具使用現(xiàn)狀本人進(jìn)行了深入調(diào)查和研究，并通過(guò)對(duì)《多功能傅科擺演示器》和《基于光傳感器的鐘擺實(shí)驗(yàn)儀》2個(gè)自制教具的案例分析，充分闡釋了自制教具在加強(qiáng)小學(xué)科學(xué)課程資源工作中的拓展性、創(chuàng)造性與實(shí)用性等作用，以此來(lái)適應(yīng)課程改進(jìn)的需要并提高小學(xué)科學(xué)教育教學(xué)水平?！娟P(guān)鍵詞】創(chuàng)新自制教具小學(xué)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐教學(xué)開(kāi)發(fā)學(xué)生獲取信息的過(guò)程常常離不開(kāi)具體事物的支持，作為科學(xué)學(xué)科的探究更應(yīng)如此?？茖W(xué)探究的目的在于充分激發(fā)學(xué)生對(duì)于科學(xué)的興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，學(xué)生也能夠在教師的指導(dǎo)下充分自主地參與課堂探究活動(dòng)。然而現(xiàn)行教材中有很多課程存在無(wú)教具、教具不充足或有缺陷等情況，給師生的探究活動(dòng)帶來(lái)了一定的阻礙，這就需要教師在深刻理解教材的基礎(chǔ)上，利用生活中可以被利用的材料進(jìn)行教學(xué)具制作，以此來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)有教材和教具的不足。新課程標(biāo)準(zhǔn)指出：教學(xué)具是教學(xué)活動(dòng)中供教師演示和學(xué)生操作所用的材料，科學(xué)探究離不開(kāi)物質(zhì)材料的支持。精心設(shè)計(jì)的教學(xué)具可以幫助學(xué)生更好的理解抽象、難懂的科學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟迪思維，培養(yǎng)動(dòng)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(shí)驗(yàn)儀》兩個(gè)自制教具為例，通過(guò)分析對(duì)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(xué)科學(xué)課程教學(xué)中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。一、《多功能傅科擺演示器》項(xiàng)目（一）項(xiàng)目背景1851年，法國(guó)著名物理學(xué)家傅科為了驗(yàn)證地球自轉(zhuǎn)進(jìn)行了一系列壯觀的實(shí)驗(yàn)，那次實(shí)驗(yàn)所用的裝置被人們稱之為傅科擺，這也是人類(lèi)第一次用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證地球自轉(zhuǎn)的裝置。該實(shí)驗(yàn)在教科版小學(xué)科學(xué)5年級(jí)下冊(cè)第4單元第3課“證明地球自轉(zhuǎn)”中介紹。這一課中教材安排了2個(gè)活動(dòng)：探究擺的特點(diǎn)和傅科擺的原理。第一個(gè)活動(dòng)存在4點(diǎn)不足：a.整個(gè)裝置沒(méi)有以擺繩頂點(diǎn)為中心旋轉(zhuǎn)，容易形成圓錐擺；b.擺在擺動(dòng)過(guò)程中會(huì)撞到鐵架臺(tái)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失?。籧.整個(gè)裝置不平穩(wěn)，鐵架臺(tái)容易倒塌，不易操作；d.證明過(guò)程不夠科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。教材的第2個(gè)活動(dòng)僅以圖片、文字及配套教材視頻來(lái)讓學(xué)生理解傅科擺的原理，為什么不以實(shí)驗(yàn)的形式呈現(xiàn)呢？因?yàn)檎嬲母悼茢[擺錘重量高達(dá)28千克，擺繩長(zhǎng)達(dá)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(zhuān)業(yè)科普?qǐng)鲳^可見(jiàn)，這就導(dǎo)致學(xué)生不能在課堂上親眼見(jiàn)證、親手探究，理解起來(lái)相當(dāng)困難，遠(yuǎn)離中心城市的學(xué)生更是連參觀一次的機(jī)會(huì)都非常稀少。為了克服在教學(xué)中遇到的一系列困惑，本人制作了傅科擺模型來(lái)模擬該實(shí)驗(yàn)。（二）項(xiàng)目應(yīng)用的科學(xué)方法和科學(xué)原理首先利用光沿直線傳播的特點(diǎn)來(lái)證明擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特點(diǎn)，餐桌轉(zhuǎn)盤(pán)可以讓整個(gè)裝置平穩(wěn)的圍繞擺錘錘心進(jìn)行圓周旋轉(zhuǎn)，完美的模擬了地球自轉(zhuǎn)。擺擺動(dòng)方向不變，但擺錘指示的刻度盤(pán)示數(shù)在不斷變化，從而證明刻度盤(pán)在隨著地球自轉(zhuǎn)。（三）演示器使用方法1.首先讓擺沿著激光的照射方向擺動(dòng)起來(lái)，緩慢而平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)裝置，可以觀察到擺擺動(dòng)的方向始終沿著光傳播的方向，由此證明擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特點(diǎn)。2.在裝置底盤(pán)放上刻度盤(pán)，讓擺再次擺動(dòng)起來(lái)，接通電源讓整個(gè)裝置平穩(wěn)勻速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的流逝，擺指示的刻度不斷的發(fā)生變化。擺可以保持?jǐn)[動(dòng)方向不變，但指示的刻度在發(fā)生變化，并通過(guò)攝像將整個(gè)過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，說(shuō)明整個(gè)裝置在隨著這個(gè)“地球”即圓盤(pán)底座一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由此證明地球在自轉(zhuǎn)。3.通過(guò)更換擺錘、用木塞及卷尺控制擺繩長(zhǎng)度、用自制量角器改變擺角大小來(lái)探究擺擺動(dòng)快慢的影響因素。（四）該項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)1.利用光沿直線傳播的特點(diǎn)來(lái)證明擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特點(diǎn)更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，也更加直觀。2.裝置底座自動(dòng)餐桌轉(zhuǎn)盤(pán)加入，可使整個(gè)裝置自動(dòng)圍繞擺繩做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，從而有效模擬傅科擺原理，裝置的開(kāi)關(guān)插頭等設(shè)計(jì)在底座外面操作起來(lái)更加方便。3.把卷尺、自制量角器、吊線錘等與單擺結(jié)合，可以演示多種單擺探究實(shí)驗(yàn)。4.整個(gè)裝置采用自制木架結(jié)構(gòu)，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(pán)示數(shù)的變化，真實(shí)的模擬1851年傅科做實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景。6．該裝置還具有證明方法科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、體積小、操作方便、演示時(shí)間短、演示效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。（五）傅科擺演示器裝置圖二、《基于光傳感器的鐘擺實(shí)驗(yàn)儀》項(xiàng)目（一）項(xiàng)目簡(jiǎn)介該實(shí)驗(yàn)裝置是一種結(jié)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(shè)備對(duì)鐘擺的運(yùn)動(dòng)進(jìn)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(yīng)用在教科版五年級(jí)科學(xué)下冊(cè)《機(jī)械擺鐘》《擺的研究》《做一個(gè)鐘擺》等課程教學(xué)中，方便學(xué)生對(duì)于擺運(yùn)動(dòng)的數(shù)字化信息的收集，能充分降低教學(xué)難度，激發(fā)學(xué)生對(duì)于擺研究的熱情，教學(xué)效果顯著。（二）該項(xiàng)目的背景及基本思路1.項(xiàng)目背景自從之前的研究過(guò)利用多功能傅科擺演示器來(lái)證明地球自轉(zhuǎn)后，我又繼續(xù)對(duì)小學(xué)科學(xué)課本中涉及到的關(guān)于《機(jī)械擺鐘》《擺的研究》《做一個(gè)鐘擺》等相關(guān)課程中關(guān)于擺的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入探索。教材中關(guān)于擺的研究涉及到了4課時(shí)，每一課時(shí)都需要進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)探究。然而學(xué)生在利用傳統(tǒng)器材操作的過(guò)程會(huì)遇到諸多麻煩，如：擺繩長(zhǎng)度的調(diào)整不便且不易測(cè)量、擺錘的重量不易把握以及擺動(dòng)次數(shù)的計(jì)量不準(zhǔn)等情況。生活中我發(fā)現(xiàn)很多地方利用到了光傳感器來(lái)計(jì)數(shù)的裝置，比如點(diǎn)鈔機(jī)、口罩生產(chǎn)線等地方都使用的光傳感器來(lái)計(jì)數(shù)，我就設(shè)想能不能將這樣的裝置應(yīng)該應(yīng)用到擺的計(jì)數(shù)上。于是通過(guò)多番改進(jìn)我制作出來(lái)了這樣的一套裝置，整個(gè)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(shí)驗(yàn)裝置”。2.基本思路發(fā)現(xiàn)問(wèn)題——尋找材料——制作安裝——嘗試使用——發(fā)現(xiàn)缺陷——改進(jìn)裝置——再次組裝使用——制作成型（三）項(xiàng)目應(yīng)用的科學(xué)方法和科學(xué)原理當(dāng)擺錘經(jīng)過(guò)紅外線時(shí)便遮擋住了光線，此時(shí)會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)觸發(fā)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。擺錘使用橡膠材質(zhì)，因其具有一定的彈性可以沿著擺繩上下移動(dòng)來(lái)調(diào)整擺繩的長(zhǎng)度并通過(guò)觀察孔準(zhǔn)確讀數(shù)。（四）項(xiàng)目使用方法1.接通電源，觀察水平儀，將其調(diào)整至水平狀態(tài)；2.上下移動(dòng)擺錘，調(diào)整擺繩至指定長(zhǎng)度；3.將計(jì)數(shù)器調(diào)零。4.參照自制量角器，移動(dòng)擺錘，使擺繩偏離中心線一定角度，讓擺自由擺動(dòng)。5.擺擺動(dòng)起來(lái)后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始自動(dòng)計(jì)擺擺動(dòng)的次數(shù)。（五）該項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)1.利用紅外發(fā)射器（輸出波長(zhǎng)為650nm）、光傳感器和數(shù)據(jù)收集器組裝成光電門(mén)用于數(shù)據(jù)的收集及統(tǒng)計(jì)，能夠準(zhǔn)確的記錄單擺擺動(dòng)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(diǎn)；3.可以通過(guò)擺錘上的觀察孔準(zhǔn)確地讀出擺繩的長(zhǎng)度；4.擺繩的長(zhǎng)度可通過(guò)擺錘直接調(diào)整。（六）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄擺繩頂點(diǎn)距重心40厘米處，10秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)擺繩頂點(diǎn)距重心30厘米處，10秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)擺繩頂點(diǎn)距重心20厘米處，10秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)表110秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表擺動(dòng)次數(shù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)擺繩長(zhǎng)20厘米擺繩長(zhǎng)30厘米擺繩長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)結(jié)論：擺繩越長(zhǎng)，擺動(dòng)速度越慢；擺繩越短，擺動(dòng)速度越快。（七）項(xiàng)目的使用情況和進(jìn)一步完善設(shè)想1.使用情況該裝置已在五年級(jí)課堂教學(xué)中嘗試使用，有效地降低了教學(xué)難度，教學(xué)效果顯著。2.進(jìn)一步完善設(shè)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(tái)更換成更高的支架，這樣擺繩長(zhǎng)度的調(diào)整范圍就更大了。三、結(jié)束語(yǔ)作為科學(xué)老師，我們應(yīng)從自身做起，在加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，師生應(yīng)該共同去參與群眾性自制教具活動(dòng)，培養(yǎng)廣大師生的思維能力、研究設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新能力，從而拉近教師與學(xué)生之間的距離，拉近“教與學(xué)”的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提高課堂教與學(xué)的質(zhì)量?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】［1］董禮.淺