日照观测仪的制作与应用

科学课程要求，教师带领学生开展各种活动，需要为他们准备大量的活动器材和实物材料，自制教具、学具。自制教具是教师和学生根据课程需要通过周边的事物制作出来可以用于日常教学使用的教具，其应用性会高度符合课程的重难点，因此自制教具在科学课上应用得越来越广泛。有学者对广义的教具的描述为，在教学过程中使用的自然物或社会产品；对狭义的教具的表述为，各类教学活动专门设计制造的物品。[1]在教具制作前，教师与学生的共同探究，能拉近两者间的关系，营造良好的教学氛围；在制作中，教师与学生的合作，能让学生感受到科学与生活的密切联系；在制作后，教师与学生的总结交流，能让学生感受到科学知识的奥妙。自制教具在日常教学中的频繁使用有利于提高学生的科学素养，共同推进小学科学教学的发展水平，打造优质的品质课堂。

现以四年级《阳光下的影子》中制作日照观测仪为例，介绍教师和学生合作完成自制表具的开发和使用。

一、搭建自制教具，联系课堂与生活

创意的灵感源于生活，科学的知识也离不开生活，学生会在不经意间发现许多有趣的生活现象，也会脑洞大开，展示出非一般的想象。在日常教学中，学生往往会误以为课程知识与生活之间有相对的距离，教师可以利用自制教具来将课程知识与生活联系起来，提高学生对课程的投入程度以及快速地让他们进入科学探究的状态中，让他们既对事物有着自己的见解也保持对事物的好奇心。

在《阳光下的影子》一课中，我们最先使用的是日影模拟器，通过手电筒与纸张快速制作一个简易的模拟器，通过观察木棒影子的位置变化，推断出太阳在天空中的位置变化。但随着科学探究活动的深入，学生会发现诸多不必要的因素会影响到模拟器的使用效果，如手电筒是否与纸张垂直面平行，在不平行的时候有可能出现木棒影子的长度会比原来的长度长或者短；纸张相对柔软，在折叠角度时难以统一控制，而折叠角度的大小会造成实验的偏差。

为了获得与实际效果相应的实验结果，我们需要考虑的是如何减少不必要的误差。在整个模拟器的使用过程中，最大的误差来自学生对模拟器使用的多样化，也就是人为因素。因此，如何减少人为因素成了关键。在实际生活中，学生会联想到工厂为了减少误差最直接的办法是使用机器来代替人工，用机器解决人为因素的方法就占了绝大部分。在搭建机器的过程中，教师与学生共同设计，有利于提高学生的参与度，使课堂气氛活跃，提高知识的应用度。如在设计好不同的模拟器外形之后，可以利用在校的第二课堂时间利用激光切割对板材进行切割。在教具的开发过程中，学生充分“动”起来，以爱好为驱动力，在知识的道路上不断探索。做出第一代教具之后，学生内心会有巨大的成就感，这也是对科学知识的满足和自己学习能力的肯定。

二、使用自制教具，建构课堂实验

在课堂中通过对自制教具的使用，也能凸现出教师教学过程中的多样化。教学中，根据教学内容的不同，学生的学习方式可以是多样的，教师要根据教学目标和内容采用不同的教学方式与策略，让学生将探究式学习与其他方式的学习充分结合起来，以获得最佳的学习效果。不同设计的自制教具表明了学生对于知识点的理解程度，教师可以因此掌握教学进度，适时改变教学策略，和学生一起突破教学重难点。

第一代教具，很大程度地解决了人为因素对于测量结果的影响，可以在圆弧轨道中模拟出太阳在天空中位置的变化，此时观察木棒影子的长度变化会更符合现实。在圆弧上有相应的时间刻度，是学生根据生活经验结合科学知识总结出来的。虽然太阳东升西落的轨迹变化并不是半圆轨迹，但是科学研究表明这个过程实际的距离是变化不大的，可以用半圆来表示，而弧度上的刻度也与生活中的时间所对应，能更好地反映出每一时间段上木棒影子的长度。这样的设计能让学生更好地收集实验数据，培养他们严谨的科学态度。

三、改进自制教具，反思课堂构架

有学者认为，英国的科学教师都认为自己制作的起电盘比学校配送的感应起电机的教学效果更好。[2]合适学生的才是最好的，随着科学探究活动的深入，不断地改进教具才能适应不同的知识环境。自制教具是学生接触科学知识的载体，有了这个载体，知识的应用将不再遥不可及。

随着第一代教具的深度使用，学生会发现设计上的缺乏，既然刚开始的设计就是以机器代替人工的方案，何不再增加智能控制模块以实现全智能的模式呢？自制教具的设计是以学生的认知为基础的，设计不应超出学生现有的知识范围，不然会陷入知识模糊的困境。随着第一代教具深度使用以及新知识的应用，学生会基于实验结果的层层分析，得出改进自制教具的优化方案。第一代教具需要用人工来照射木棒，使用久了手臂很累，因此，学生可以用不同的方案去解决问题，而教师只需在适当时候引导即可。例如，在学生无法使用智能方案时，教师可以提议使用scratch编程方案解决智能化问题，也可以让学生将设计的重点放在自动化灯光照射和驱动系统当中。这些解决方案都是以学生所接纳的知识为主，教师的作用只是引导学生再次使用该知识。学生应用所学知识时，会使其对课程产生浓厚的兴趣。

四、提升自制教具，拓展课堂理念

科学课程承担了培养学生科学素养的重任，注重使学生保持与生俱来的好奇心，发展学习科学的潜力，培养他们的创新精神和实践能力。创新精神的培养能让学生推陈出新，快速地应用各种知识；而实践能力的培养是让知识有了用“武”之地，不再只停留于课堂之中。通过自制教具能更好地培养学生这两种基础能力以适应未来的社会生活。

在不断地完善日照观测仪的设计中（如图1），教具会愈发地趋向于功能化，并兼顾外观的设计。产品的功能与外观设计是同等重要的。

提升教具的应用价值需要不拘一格地拓展学生理念，以开拓的态度放眼于知识的海洋，以开阔的胸襟去接纳不同的科学知识，在知识的交汇中提升学生的科学素养。

（作者单位：聂锦新，广东省东莞市黄江镇第二小学；莫春荣，广东省东莞松山湖中心小学）

参考文献

[1]刘济昌.教具理论研究导论[M].北京：教育科学出版社，2011.

[2]王岳.英国小学的科学教育[J].课程·教材·教法，1992（12）.