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小学科学疑难模拟实验器材的改进与自制策略(省科学论文二等奖)

小学科学疑难模拟实验器材的改进与自制策略(省科学论文二等奖)

作者:邱海军沈佳倩      时间:2015-5-6      点击数:

  小学科学疑难模拟实验器材的改进与自制策略
  【摘要】模拟实验是小学科学实验类型中非常重要的一类,要做好模拟实验,需要对实验的器材提出非常高的要求,但是目前一些小学科学模拟实验器材存在着操作难度大、效果差、相似度低、不规范等诸多问题,这给教师开展模拟实验教学带来较大的难度。本文作者认为通过"创新演示设备,形象化实验器材"、"完善实验方法,规范化实验器材"、"整合实验资源,系统化实验器材"等策略可以有效改进和自制疑难模拟实验器材,从而提高模拟实验教学的有效性。
  【关键词】小学科学疑难模拟实验器材改进与自制策略
  小学科学(教科版)教材中有许多模拟实验,比如《地球的运动》、《宇宙》、《环境和我们》、《形状与结构》等,这些单元中的探究实验主要以模拟实验为主。纵观小学科学中的所有的探究实验,笔者认为以模拟实验开展的难度最大,因为模拟实验是在人为控制研究对象的条件下再现现实发生的某个现象,然后用它获得的结论来解释这一现象的一种科学实验类型,所以要做好模拟实验就需要对实验的器材提出非常高的要求,但是目前一些小学科学模拟实验器材存在着操作难度大、效果差、相似度低、不规范等诸多问题,这给教师开展模拟实验教学带来较大的难度。为了解决这些疑难模拟实验器材中存在的问题,提高模拟实验教学的有效性,本文结合笔者多年对模拟实验教具的改进与自制研究,通过整理和分析,归纳了一些疑难模拟实验器材的改进与自制策略。
  一、疑难模拟实验器材的改进与自制策略梳理。
  二、疑难模拟实验器材的改进与自制策略
  (一)创新演示设备,形象化实验器材。
  表1:策略一能解决的疑难模拟实验
  能解决的单元疑难模拟实验
  五下单元四《地球的运动》
  第三课:傅科摆
  第四课:地球自转方向模拟实验
  第五课:北极星不动模拟实验
  第六课:恒星周年视差模拟实验
  第七课:四季成因模拟实验
  第八课:极昼极夜模拟实验
  六下单元三《宇宙》
  第二课:月相变化模拟实验
  第四课:日食月食模拟实验
  这些模拟实验的器材普遍存在着操作难度大、模拟效果差等问题,有些实验还给教师组织教学带来比较大的麻烦。如何解决以上模拟实验存在的问题呢?笔者认为可以通过"创新演示设备,形象化实验器材"来解决。例如笔者运用这个策略改进并自制了"恒星周年视差模拟实验装置",请看案例1。
  案例1:恒星周年视差模拟实验装置
  1.发现教材中模拟实验设计的不足。
  以下是教材中关于恒星周年视差模拟实验的介绍(见图1)。
  图1
  在教学实践过程中,笔者发现教材中的设计存在以下几点不足:
  (1)操作难度大。教材选择在操场中开展这个实验,虽然模拟的效果比较好,但是在实际教学中操作难度比较大,因为在操场上学生的纪律很难调控,并且教师演示或者学生示范所观察到的结果也都无法呈现给全班学生。
  (2)模拟效果差。教材让学生在圆圈上背对着红色原点转动一周,表示"地球"围绕着"太阳"公转一周。笔者在教学过程中发现,这样的模拟情境不够形象,以至于学生无法理解"要背对太阳转动"的意义所在,导致他们在实验过程中经常会出现随意转动的现象,从而使这个模拟实验难以再现现实的情境,失去了模拟的意义。
  为了弥补以上几点不足,笔者从自身的教学实践出发改进并自制了"恒星周年视差模拟实验装置"。
  2.改进与自制模拟实验器材。
  (1)"恒星周年视差模拟实验装置"主要组成部分。(请看图2、3、4、5、6)
  (2)为了解决教材设计中存在的两个不足,本装置主要从以下几个方面进行改进和自制:
  ①创新演示设备,降低操作难度。
  该装置运用了最新科技产品无线电脑摄像头(见图6),并把它置于地球仪之中(见图5)。有了这套演示设备,教师就可以在更大的范围内开展演示实验,而不用担心学生看不见的问题,因为所有的现象都能通过它呈现在教室的大屏幕上,让每个孩子都能身临其境,这样不仅可以降低教师的演示难度,而且学生做示范实验时也能把摄像头拿在手上,并把自己看到的现象实时地展现给其他同学,使得示范的结果更好地面向全体学生。
  ②形象化模拟器材,提高模拟效果。
  该装置将摄像头放在地球仪中,通过地球仪的公转来模拟地球公转,能让孩子们实时地看到"地球上的人"看到的现象,这样的模拟效果更加形象逼真。不仅如此该装置通过"地球公转轨道图"(见图4)上一半黑一半亮的地球非常形象地提醒学生只有背对太阳才能看到太阳以外的两颗恒星,并且通过箭头和椭圆形轨道引导学生要沿着椭圆形的轨道移动,这样设计有助于加强分组实验的规范性,提高模拟实验结果的可靠性。
  "创新演示设备,形象化实验器材"这一策略不仅能有效解决"恒星周年视差模拟实验"器材中存在的问题,而且也能有效解决其他表1中列举的模拟实验器材中存在的问题。比如"日食月食模拟实验",我们也可以用上述案例中的演示设备来改进这个模拟实验,使得这个实验的模拟效果更好,请看图7和图8。再比如"月相变化模拟实验"我们只要将图7中的黑白球绕着地球仪公转,并适时旋转地球仪即可在大屏幕上看到月相的整个变化过程,模拟的效果比教材中的设计好很多。
  运用策略一改进和自制模拟实验器材,虽然能大大提高表1中这些实验的模拟效果,但是我们在实践过程中需要注意以下几个方面:
  1.创新演示设备要根据教学实践,创新出能在教室里使用,并且被广大学生接受的演示设备。比如图5中的演示设备要在教室里有多媒体设备前提下使用,并且学生对演示设备所观察到现象要能够接受,因此笔者将无线电脑摄像头放在地球仪中,这样他们就很容易将演示设备与代表的实际事物建立起联系。
  2.形象化实验器材要考虑投入和产出比,不能为了形象化而不计成本的投入。笔者认为如果自制的形象化实验器材可以重复使用多年,并且可以用来做多个模拟实验,这样的形象化器材才值得自制。比如图4中"地球公转轨道图"采用PVC板材制作,质量好,使用时间长,而且它还可以用来做"四季成因模拟实验""极昼极夜模拟实验"等多个模拟实验,虽然制作一张需要80元,但笔者认为它的性价比高,所以值得自制。

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