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优化?精准?创新
——例谈自制教具在小学科学教学中的开发与应用
【摘要】小学科学是一门以实验为基础的综合性探究课程。教学实践表明,实验设计的好坏直接关系到教学的成功与失败,然而支撑探究活动的现有教具与学具却存在不能完全满足教学实际需求的问题。为此,针对小学科学教具与学具使用现状本人进行了深入调查和研究,并通过对《多功能傅科摆演示器》和《基于光传感器的钟摆实验仪》2个自制教具的案例分析,充分阐释了自制教具在加强小学科学课程资源工作中的拓展性、创造性与实用性等作用,以此来适应课程改进的需要并提高小学科学教育教学水平。
【关键词】创新自制教具小学科学教学实践教学开发
学生获取信息的过程常常离不开具体事物的支持,作为科学学科的探究更应如此。科学探究的目的在于充分激发学生对于科学的兴趣,提高学生的科学素养,学生也能够在教师的指导下充分自主地参与课堂探究活动。然而现行教材中有很多课程存在无教具、教具不充足或有缺陷等情况,给师生的探究活动带来了一定的阻碍,这就需要教师在深刻理解教材的基础上,利用生活中可以被利用的材料进行教学具制作,以此来弥补现有教材和教具的不足。新课程标准指出:教学具是教学活动中供教师演示和学生操作所用的材料,科学探究离不开物质材料的支持。精心设计的教学具可以帮助学生更好的理解抽象、难懂的科学知识,体验科学探究过程,并能激发学生的学习兴趣,启迪思维,培养动手能力。本人将以《多功能傅科摆演示器》及《基于光传感器的钟摆实验仪》两个自制教具为例,通过分析对比教材中教具及自制教具的优劣及自制教具的使用原理、方法等,浅谈自制教具在小学科学课程教学中的开发与应用。
一、《多功能傅科摆演示器》项目
(一)项目背景
1851年,法国著名物理学家傅科为了验证地球自转进行了一系列壮观的实验,那次实验所用的装置被人们称之为傅科摆,这也是人类第一次用实验来验证地球自转的装置。
该实验在教科版小学科学5年级下册第4单元第3课“证明地球自转”中介绍。这一课中教材安排了2个活动:探究摆的特点和傅科摆的原理。第一个活动存在4点不足:a.整个装置没有以摆绳顶点为中心旋转,容易形成圆锥摆;b.摆在摆动过程中会撞到铁架台,导致实验失败;c.整个装置不平稳,铁架台容易倒塌,不易操作;d.证明过程不够科学严谨。教材的第2个活动仅以图片、文字及配套教材视频来让学生理解傅科摆的原理,为什么不以实验的形式呈现呢?因为真正的傅科摆摆锤重量高达28千克,摆绳长达67米,这样20多层楼高的傅科摆只有在北京天文馆等一些专业科普场馆可见,这就导致学生不能在课堂上亲眼见证、亲手探究,理解起来相当困难,远离中心城市的学生更是连参观一次的机会都非常稀少。为了克服在教学中遇到的一系列困惑,本人制作了傅科摆模型来模拟该实验。
(二)项目应用的科学方法和科学原理
首先利用光沿直线传播的特点来证明摆具有保持摆动方向不变的特点,餐桌转盘可以让整个装置平稳的围绕摆锤锤心进行圆周旋转,完美的模拟了地球自转。摆摆动方向不变,但摆锤指示的刻度盘示数在不断变化,从而证明刻度盘在随着地球自转。
(三)演示器使用方法
1.首先让摆沿着激光的照射方向摆动起来,缓慢而平稳的转动整个装置,可以观察到摆摆动的方向始终沿着光传播的方向,由此证明摆具有保持摆动方向不变的特点。
2.在装置底盘放上刻度盘,让摆再次摆动起来,接通电源让整个装置平稳匀速逆时针旋转,发现随着时间的流逝,摆指示的刻度不断的发生变化。摆可以保持摆动方向不变,但指示的刻度在发生变化,并通过摄像将整个过程展现出来,说明整个装置在随着这个“地球”即圆盘底座一起转动,由此证明地球在自转。
3.通过更换摆锤、用木塞及卷尺控制摆绳长度、用自制量角器改变摆角大小来探究摆摆动快慢的影响因素。
(四)该项目的创新点
1.利用光沿直线传播的特点来证明摆具有保持摆动方向不变的特点更科学严谨,也更加直观。
2.装置底座自动餐桌转盘加入,可使整个装置自动围绕摆绳做圆周转动,从而有效模拟傅科摆原理,装置的开关插头等设计在底座外面操作起来更加方便。
3.把卷尺、自制量角器、吊线锤等与单摆结合,可以演示多种单摆探究实验。
4.整个装置采用自制木架结构,节约成本、牢固美观。
5.摄像头的使用直观的展示摆锤指示的刻度盘示数的变化,真实的模拟1851年傅科做实验的场景。
6.该装置还具有证明方法科学严谨、体积小、操作方便、演示时间短、演示效果显著等优点。
(五)傅科摆演示器装置图
二、《基于光传感器的钟摆实验仪》项目
(一)项目简介
该实验装置是一种结合红外发射器、数字光传感器、数字采集器、自制水平仪等设备对钟摆的运动进行信息收集和数据信息化处理分析的仪器。该装置可以应用在教科版五年级科学下册《机械摆钟》《摆
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