STEAM理念下自制教具提升实验有效性探究
作者： 郑倩茹
《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出，“倡导以探究和实践为主的多元化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究以及技术与工程实践的过程”。而STEAM教育提倡培养学生的探究能力、批判性思维以及与人沟通的能力，因此，基于STEAM的教育理念下小学科学的探索很有必要。自制教具能提升科学实验有效性，改变教师的教育理念和教学方式。本文以粤教科技版二年级下册第8课《不倒翁》一课为例进行说明。
一、提升科学实验有效性
自制教具从无到有，从有到优，比现成的教具有更大的优势，是为特有的教学目标量身打造的，有利于引导学生在探究实验中靠近关键问题思考，积极主动地探究，更好地为探究实验服务。要注意所采用的材质、规格的大小、教具的外观、色彩的搭配等。
执教前，教师利用3D打印机制作了一个超大号圆形作为不倒翁的身体， 用轻黏土加工成不倒翁的“香肠”大嘴巴和小眼睛，用一个旧的车轮当帽子（如图1）。当这个造型特别的不倒翁一出现在课堂上，马上吸引了学生的注意力，这符合低年级学生在感知事物时首先关注事物的大概轮廓与整体形象的心理发展特点。
在学生的好奇心、求知欲高涨的一刻，教师按倒不倒翁，不倒翁立刻恢复直立，并沿着底部的圆弧来回运动，顺势抛出对不倒翁的探究目标：“不倒翁为什么不倒？你能从它的样子上发现秘密吗？”于是，四人小组进行探究活动，通过看一看、摸一摸、想一想，找出不倒翁的外形特点——底部是圆弧形的。教师追问：“底部是弧形的对它的‘不倒’起什么作用？”提供底座是正方形的小木偶，学生通过观察对比，得出结论：弧形为不倒翁提供运动的轨迹。
不倒翁包含了杠杆原理、摩擦力等知识，不过，低年段科学课的重点不在于科学知识的讲授习得，而在于培养学生对科学的兴趣、正确的思维方式和学习习惯，激发他们爱科学、学科学、用科学的学习热情。
不倒翁可爱的外观，材料的循环利用，形状的可塑性强等，都是教师投射在不倒翁上的STEAM理念，自制教具让课堂充满了童趣，引导学生提出有价值的问题，激发学生探索的欲望，更好地达到科学实验探究目标。
二、突破科学实验的重难点
小学科学课与其他课的重要区别之一是，学生要通过动手做来学习，比如，做实验、制作模型、观察、测量、种植与饲养。
低年段的学生动手能力尚未成熟，对工具的运用不熟练，难以独自完成作品制作，在制作不倒翁这一环节上，确定和固定不倒翁的重心，如果没有任何的辅助工具，只靠肉眼来判断，是难以成功的。为了突破这一难点，教师事先利用CORELDRAW画图软件、激光切割机技术，制作了一个辅助工具“中心定位器”（如图2）。
在1号板子的中心有个圆环底座，底座固定圈直径和高度与乒乓球嵌入部分吻合，如图3，AB为直径，H为高。把切除球冠的乒乓球放在圆环底座上，再把2号板子穿过1号板子的柱子，将乒乓球固定。此时，3号模块的圆片可以上下移动，调整圆柱体的高度与切除球冠的乒乓球一致，在圆柱底端沾上颜料，通过2号板，让3号板的圆片压在2号板上，这样3号模块的圆柱就垂直地在乒乓球内部点上记号，这个记号就是乒乓球的中心点，也是不倒翁的重心。
定好中心点后，教师让学生用橡皮泥把一个铁螺母粘贴在中心位置，并插上一根牙签，在牙签上标出乒乓球的高度，以牙签为中心进行填充，让学生猜想究竟需要多少橡皮泥，才能让不倒翁摆动的幅度最合适。经过分组探究，学生得出的结论是橡皮泥的高度为乒乓球高度的一半，橡皮泥的数量比1包多，比1包半少，这样比例的不倒翁效果最理想。通过猜想、探究归纳得到的实验结论，在解决科学问题同时，发展学生缜密的数学思维和探究意识，实现了科学课程与数学课程的渗透。
三、培养学生的创新能力
课本上给出的例子只有做个帽子、画个笑脸，这样浅层意义上的外观包装，并不能真正激活儿童的创新能力。因此，我尝试用纽扣电池、二极管、电工胶布等材料，用电工胶布把二极管粘贴在纽扣电池上，这对于二年级的学生来说是可以独立完成但又并不容易的事（如图4、5、6）。二极管的长脚和短脚对应纽扣电池的正负极，当二极管亮起来时，学生会惊讶于科学的奥秘，迫不及待地亲身体验，让自己的不倒翁亮起来。
用这样的闪亮的二级管来装饰不倒翁，学生的作品变得丰富多样，创作热情被点燃，实现了作品的艺术化、多样化。
四、延伸实验有效性
对于“不倒”这一知识原理，我们可以做进一步的应用，延伸到课外一个很有趣的现象：用一根牙签撑起两个叉子。这是个重心问题，与不倒翁的重心原理是相似的，“二叉一签”应视为一个“整体”，其重心恰好就在牙签的接触点的正下方，形成了力的平衡现象。
课后，教师把视频和图片资料发到家校群里，让家长和学生一起探究这个有趣的现象，借助家庭的力量，扩宽作品的深度、广度、宽度，深化创新意识，延伸STEAM创客理念。对给出的材料、信息，学会从不同角度、不同方向，用不同方式去分析和解决问题，是创造性思维的一种主要形式，教师要善于选择具体例题，创设问题情境，精细地引导学生的求异意识。
责任编辑 魏文琦