□苏爱娣

（台州市教育局教学研究室，浙江台州 318000）

2015年9月，浙江省教育厅颁布了《浙江省教育厅办公室关于深化义务教育科学课程改革的指导意见》（浙教办基〔2015〕81号）文件。文件指出，规范实施基础性课程，积极建设拓展性课程，改进教与学方式，改进考试评价为此次科学课程改革的主要任务。同期，《浙江省深化义务教育科学课程改革指导意见》指出，建设拓展性课程，要结合现代科技与生活生产实际，开发多样化的拓展性课程，鼓励开设STS、STEM、STEAM等课程，关注科学与工程、科学与技术的联系。

现以浙教版《科学》教材为基础，通过实例阐述初中科学制作类拓展课程的开发。

一、制作类拓展课程的内容和目标

（一）课程内容

以制作仪器或产品为特征，结合基础性课程中的相应科学概念，从工程和技术的角度出发，设计STEM活动。

（二）课程目标

改变单一为追求科学知识建构以及验证科学知识的学习模式，通过设计、制作、操控仪器或产品提高学生的动手能力，通过数学定量描述与逻辑推理提高分析与解决问题的能力。在制作仪器或产品的过程中应用STEM，实现科学探究向STEM的转变，促进学生科学、工程与技术素养的共同发展。

二、制作类拓展课程的素材来源

（一）教材知识内容的再拓展

例如，通过七年级下册《透镜和视觉》的教学，学生学习了凸透镜的光学特点和照相机的原理，在此基础上可设计自制简易照相机的拓展课。

案例1：制作简易光学照相机

任务一：测出凸透镜的焦距大小（采用多种方法）

学生根据所学的凸透镜相关内容，通过讨论并实践后得到的测量方法有：会聚法、物像等大法、远物成像法等。

教师将该部分知识进行纵向拓展，可再介绍以下两种方法，学生进行实践验证。

①观察虚像法。将一较大的字贴在光屏上，透过凸透镜看光屏上的字，当出现该字正立放大的虚像后，逐渐加大凸透镜与光屏的距离，直到该字的虚像正好消失为止，此时凸透镜到光屏的距离即为焦距。

②一次成像法。在光具座上依次放上光屏、凸透镜、燃烧的蜡烛，移动蜡烛和光屏，直到光屏上出现清晰、倒立、放大的（或缩小的）像为止，测出物距U和像距V，代入公式1/f=1/U+1/V,即可算出焦距。

任务二：根据所测得的凸透镜焦距，利用相关材料制作一架简易照相机

最初作品：用卡纸将镜头（凸透镜）和光屏（毛玻璃片）固定在距离大于一倍焦距，小于2倍焦距的位置，能在光屏上观察到物体所成的倒立、较清晰的实像。

完善后的作品：制作可伸缩的镜头，可以根据物体的远近调节像距和物距，形成清晰倒立的实像。

通过凸透镜焦距的多种测量方法研究及制作简易光学照相机的体验过程，提升了对凸透镜相关知识的综合应用能力，加深学生对照相机原理、技术的认识，体会到科学知识、技术和数学的完美结合。

（二）教材中学生实验的再开发

例如，利用七年级上册《地球仪和地图》中的学生实验，可开发成拓展课《制作小型地球仪》。

（三）教材阅读材料再利用

例如，九年级上册《物质的酸碱性》的阅读材料介绍了《自制酸碱指示剂》，在此基础上可设计《自制酸碱指示剂》的拓展活动，体验植物酸碱指示剂的制作工艺流程，并探究常见液体的酸碱性和适合作酸碱指示剂的植物器官，使学生充分体会到科学与生活的完美融合。

（四）学习过程中发现的难点或易错点的再挖掘

例如，八年级上册《水的浮力》是力学内容中的难点，《自制密度计》的拓展课有助于学生对该部分内容的理解和应用。

案例2：制作一个浮子式吸管密度计

步骤一：配重和密封

将塑料吸管置于装有一定量水的烧杯中，发现吸管斜靠或漂浮于烧杯液面，无法竖立。

发现问题：为什么实验室的密度计在水中能竖立，而塑料吸管不能？如何能使塑料吸管在水中竖立？

讨论解决方案并操作：配重并密封。

步骤二：标注刻度值

将制作成的吸管先后置于装有已知密度的酒精、水、浓盐水的烧杯中，观察与液面的相交位置，做上记号，并标注相应的密度值。

发现问题：制作的吸管密度计在浓盐水中发生倾斜。

讨论解决方案并操作：增加配重，重新标刻度。

发现新问题：配重过大，则吸管密度计在酒精中深度过大，触到了烧杯底部。

观察实验室的密度计以获得启发：密度计的下端膨大，增大了V排，可以减小密度计在液体中的深度。

思考：能否根据已标的刻度间距，借助刻度尺在吸管上直接标出其他刻度值？

把吸管看成是一个上下横截面积相同的圆柱体，根据密度计的原理进行公式推导：

F浮=G物，即ρ液gV排=m物g，则V排=m物/ρ液，

V排=Sh深，横截面积S不变，推导可得：

h深=ρ物H/ρ液

因为ρ物和H为定值，所以h深与ρ液成反比（如图1），因此其刻度的分布是不均匀的。

图1　

通过用吸管制作简易浮子式密度计的实践过程，使学生不断地自主发现问题、讨论解决方案并进行实践验证，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和严谨的逻辑思维能力，深度挖掘科学与数学、技术、工程之间的融合，理解浮子式密度计在每个构造上的设计意图，体验STEM的魅力。

三、制作类拓展课程的主要类型

（一）仪器或产品的实物制作

义务教育阶段科学学科的学习，涉及到很多测量仪器或工具的应用，所学习的基础知识和基本原理也应用于很多仪器、产品的设计和研制。建议选择开发学生兴趣较集中、制作简单且又有一定创新价值的项目，如温度计、弹簧测力计、小杠秤、潜望镜、望远镜、显微镜、吸尘器、电动机等的简易制作。

学生根据科学原理制作属于自己的产品，体验科学知识转化为技术产品的过程，从中开展科学探究和深度学习，锻炼动手能力，激发创新灵感，感悟同伴合作，获得成功快乐，培养不断克服挫折的毅力和精益求精的精神。

（二）仪器或产品的设计原理探究

根据所掌握的科学基础知识和基本原理，能够对新的技术产品进行分析，体验科学知识与技术的结合，初步了解科技创新或发明产品的基本思维方式和方法，激发学习科学的兴趣和动力。例如，八年级上册的《大气压强》介绍了压强与流速的关系，《电荷与电流》介绍了电路的基本组成，在此基础上可设计一节探究无叶电风扇的拓展课。

案例3：风扇变形记

学生将电动机、开关、电池通过导线连接，使电动机带动扇叶转动。教师演示：将纸条靠近旋转的扇叶，学生体会普通电风扇在安全性能上的缺陷。

思考：如何解决普通电风扇的不足之处？

展示无叶风扇，学生讨论：无叶风扇是否真的没有扇叶？如果不是，怎么把扇叶藏起来？在把扇叶藏起时，如何兼顾风向变化、吹风范围、风速调节等问题？

学生根据讨论结果，画出设计草图。教师组织学生进行展示交流并相互补充和完善后，学生开始制作无叶风扇。

制作步骤：

（1）藏起扇叶：将电动机固定在小纸片上，小纸片固定在底座中间恰当的高度，使扇叶的最上方不露出底座（如图2）。

（2）组装：将材料中的环形结构和底座进行粘贴、组合（如图3）。

图2　　

图3　

（3）启动：闭合开关，检测出风口是否有风。

思考与讨论:如何阐述无叶风扇形成风的过程？环形结构对于出风量有什么影响？此无叶风扇有什么优点和缺陷，可以对哪些方面再进行改进？

通过设置真实问题情境，探索产品的设计原理。在不断解决问题的过程中，体验产品创新思维方法中的“加法”、“减法”和“组合法”，以拓展学生的思维方式和方法。如针对具体产品，可考虑“什么还不足”、“要是有这个就好了”、“配置这个功能是不是更方便”等，也可考虑“还能减掉什么”、“能否更简单一点”等。

（三）仪器或产品性能的影响因素探究

为了使制作的仪器或产品的性能最佳，需要对其影响因素和影响效果进行探究，寻找最佳的搭配组合。例如在八年级下册《电与磁》的基础上可设计一节研究制作扬声器的拓展课。

案例4：简易扬声器分析与制作

展示一个扬声器，播放一段音乐，学生观察扬声器的振膜随音乐发生强弱不同的振动。

思考：在播放音乐时，振膜为什么会振动？振动有强弱，说明了什么？

分析问题并引发新的思考：振膜发生振动，说明受到力的作用，且力的大小在发生变化，这个力的施力物体是谁呢？

教师边拆解扬声器，边介绍扬声器的结构（如图4）。

图4　

讨论：为了确保振膜能持续有效地振动，这种材料在选择上，应该有什么要求？

思考：音圈其实是一段金属丝，这段金属丝，在选择上需要考虑哪些因素对它的影响？

生：材料、长度、横截面积。——电阻！

讨论：金属丝电阻是越小越好，还是越大越好?为什么？

教师给出音量与线圈电阻关系的坐标图（如图5），学生判断讨论结果的对错。

图5　

小结：音圈的作用，其实就是导体。当电流通过导体时，产生合适的磁场，变化的电流能产生变化的磁场。

问题:扬声器中的磁体起什么作用？

生：磁体能与电流产生的磁场相作用产生力。

学生对扬声器的工作原理进行小结后，根据现有材料制作一个简易的扬声器。

材料：纸杯或矿泉水瓶，线圈匝数不同的音圈（30匝，80匝，160匝），音频线，小磁铁8个，木板，螺丝钉等。

展示并测试学生的制作成果（如图6），并请小组汇报选择音圈的匝数为多少，选择磁铁的个数为多少，并解释选择的理由。

图6　

学生结合所学的科学知识，对产品的结构和各部分功能进行分析，如把扬声器分解成振膜、线圈、磁体和支架四个部分，再对各部分进行具体设计分析，探究材料、结构、外形等对产品性能的影响，并综合考虑成本、外形、环保、安全性能等方面，最后通过制作产品进行验证，充分体会到合理的分析是成功进行技术设计的关键步骤。□◢