傅　蒋

摘 要 实验是科学课堂中最常用的探究方式。但学生在实验时常常会遭遇操作困难、观察不易、器材不足等尴尬。虽然也涌现出不少优秀的自制教具，但这些教具或是材料复杂，或是制作困难，难以面向全体学生广泛地制造使用。因此，小学科学实验中可以对一些低成本的实验器材加以改进：通过灵活组合不同实验的器材降低操作难度，借助打印标记的白纸提升实验可视性，从超市寻找材料实现人人可做的实验。使用这些成本低、制作易、受众面广的改进创新方法，最终帮助全体学生高质量地完成科学实验。

关键词 低成本 实验器材 科学课堂

实验是科学课堂中最常用的探究方式，但在实际教学中，常常会遇到实验器材不好用甚至缺乏对应实验器材的尴尬处境。在一些教具设计大赛中涌现出不少优秀的自制教具，但这些教具或是材料复杂，或是制作困难，难以面向全体学生广泛地制造使用。对于普通老师的日常科学教学，更需要的是一些低成本接地气的实验器材改进与设计方案。对工具箱中已有的器材，或是其他一些加工简单、价格便宜、在现实生活中容易找到的材料进行改进和创新，让实验的操作更简便、结果更明显、效果更显著，帮助全体学生高质量地完成科学实验。

一、当前实验器材使用中的困惑

1. 器材易用性低

有些实验在操作时需要非常小心，一不当心就容易操作失误，但学生年龄尚小，精细操作能力较低，很多器材操作不好。例如在磁铁下悬挂多枚回形针实验，往往磁铁一晃，小手一抖，所有回形针都碰落了，总是容易失误，易用性不足。

2. 器材操作难度大

随着小学科学教材的改版，一些原本在中高年级的实验开始下沉到中低年级。例如低年级学生本身就对火比较畏惧，但在三年级上册中出现了数次需要划火柴点火的实验，对这个年龄段的学生来说难度不小。

3. 器材操作可视性差

在对比实验中非常强调前后条件的一致性。在实验过程中，这个一致性需要学生自己去留心观察。但当学生操作不当导致前后条件发生了变化时，因为器材在关键信息上显示不明显，导致学生没能自主意识到错误。

4. 器材使用受众面小

实验一般包括演示实验和分组实验，也有不少实验是适合每个学生自己独立完成的。但对应的器材不论是由教师制作还是由学生自己制作，难度都不小。如果有适合学生的更简单的制作方法，那么每个孩子就都有机会自己独立完成实验了。

二、低成本实验器材改进的策略

1.组合不同实验的器材，让实验变得简单易操作

从演示实验到分组实验，学生总是会陷入看看容易做做难的困境。如何让实验器材在学生手中操作起来更容易，是实验改进最先碰到的一个问题。针对不同的实验，解决这个问题的思路有很多。跳出单一实验器材的局限，对整个小学阶段的所有器材了然于胸，这样就能将不同实验中的材料重新组合搭配，形成简单好用的全新器材，充分发挥出现有器材的最大作用。

案例1：在三年级的“空气”一单元中，有两个实验。第一个是针筒中的空气压缩实验，需要学生用手指抵住针筒的一端。第二个是开孔和不开孔两种状态下，杯子倒扣入水中的实验。在第一个实验中，由于要用手指抵住，针筒中空气压缩得越厉害，小朋友的手指就越痛。不少学生因为这种疼痛导致针口按得不够紧密，使得出口漏气，造成空气过度压缩的假象，影响了实验的正确结果。这时，如果有一个橡胶帽能塞住针筒口，操作就轻松多了，也不会造成漏气的问题。而这个橡胶帽在第二个实验中正好就有。它原本用于堵住杯底的一个小孔，形成开孔与不开孔两种状态。把这个橡胶帽巧妙地挪用到第一个实验中，有了橡皮塞，可以不用手按了，将针筒倒置直接用桌面抵住针口，效果更好，这样既可以减轻学生痛苦，又能增加实验的准确性。

案例2：研究磁铁五个点位的磁性时，一般使用细绳悬挂到铁架台上。但是这样磁铁会很晃，严重影响学生操作。也有老师用粗铜丝将磁铁固定到铁架台上。除此以外有没有更简单的方案呢？考虑到不少科学课都要拿着器材去教室上课，一套轻便的器材，对学生和老师都是莫大的帮助。而这个问题的解决方法就藏在三年级下册过山车实验的器材中。这个实验有两种器材，一种是类似乐高积木的器材，还有一种是底座加立杆加塑料轨道等。其中底座和立杆正好可以作为固定磁铁的支架，只需用橡皮筋把2根立杆绑到磁铁上，使用时将立杆往底座上一插就可以了。这个实验中回形针的悬挂也是操作的一个难点，很容易碰掉。如果把回形针10个一组事先固定好，一组一组挂，操作效率大大提高，这样就不用担心老是碰掉了。

图2

案例3：在“让小车动起来”一课中，我们要使用垫圈作为重物。这个实验要做三次不同重量的情况对比，三次实验垫圈数量成倍增加才能取得明显的数据变化。这样就出现了两个难题，太多的垫圈悬挂很困难，而且老师也没有上百个垫圈供学生分组实验。其实这个实验只有第一次需要一点一点增加垫圈数量，后面的两次实验就只需要成倍改变悬挂物的重量，不一定要局限于垫圈本身。这时，笔者就想到了一種很方便的悬挂器材——吸铁石，它能直接吸在用回形针做的钩子上。而且，找到了一种圆形吸铁石，一枚刚好与8个垫圈差不多重。那后面就简单了，每组只要分几个吸铁石就可以轻松完成这个实验了。

不止在悬挂重物上，吸铁石在摆的研究中也非常好用。有一组实验要求改变摆锤的上下位置，只需要用两颗环形吸铁石，相互吸在细绳上，既能当摆锤，又能轻松改变位置。甚至在研究浮力一课中，条形吸铁石还能充当普通石块，浸入量筒中用于研究排开水的体积。条形吸铁石又瘦又长，这样的形状最适合放入量筒研究。小小一块吸铁石，真是一种神奇的实验器材，它在诸多实验中都能得到巧妙运用。

2.在做好标记的白纸上操作，增强实验的可视性

在实验教学中，实验器材的选择不但要易于学生操作也要易于学生观察。不少实验在器材摆放时对距离、位置都有一定的要求。小学生的年龄特征决定了他们的细微操作能力和空间观察能力都无法和成人相比，难免出现一些主观错误，进而影响实验结果的正确性。

案例4：在二年级纸的承重实验中，一般用两本词典架起纸条。每次实验时，我们都要求两本词典之间的间距是一致的。在教材中，用中间再插入一本词典对另两本词典进行定位。儿童生性好动，一不小心的磕碰就很容易导致两本词典的间距改变，而且学生也很难发觉自己的器材出问题了。在这个实验中，其实只需要准备一张打印好两个方框的白纸，要求学生每次实验时词典都必须与方框对牢就可以了。这样，用一张带有简单标记的白纸，既解决了承重跨度定位的问题，又使得跨度发生改变时一目了然，同时训练了学生主动观察前后跨度一致的实验意识。类似的要求在六年级“形状与结构”单元中也有不少，都可以用这种方式解决，只需打印上刻度，就能直接定量使用。

案例5：二年级“磁铁的两极”一课中，在比较磁铁各部分磁性时，有一个实验需要将5个回形针排成一排，然后平行推动条形磁铁，观察吸引的先后顺序。这个实验要求5个回形针要排成一条直线，还要左右间距一致，头尾两枚还要与磁铁的两极对齐，而且磁铁还必须平行推进。种种操作，对二年级学生的操作能力提出了巨大挑战，即便摆歪了，学生自己也看不出。这时，我们直接在一张白纸上打印好每个回形针的准确位置以及铁磁起始的测试位置，并在中间以较小的间距画好数条平行线，这样器材在摆放和操作的时候，就可以借助各种辅助线，准确操作了。

增強实验操作的可视性是实验器材改进的重要目标，它既降低了操作难度，更便于学生精确观察从而有效地完成实验操作。像这样在白纸上事先打印好线框或刻度，不但成本低廉，制作简单，而且也非常利于学生观察。除了白纸，我们也可以借助其他带有线条或刻度的辅助材料，增强实验结果的可视性。

3.寻找合适的材料，实现人人可做的实验

在科学实验中，一般分演示实验和分组实验，但也有的实验更适合人人参与。或者说，只要器材足够，明明可以让每个学生独立完成的实验，为什么非要几个人一组呢？但难就难在足够多的器材。而且有些实验甚至需要带回家去做，在教室上课时不一定能有效完成，那么更需要人手一套器材了。超市就是个大宝库，只要认真寻找、精心设计，就能让每一个学生获得自己独一份的实验器材。

案例6：在研究降水量时，实际上课时不一定正好遇见雨天，而且就算遇见雨天，测得的也不是一天的降水量，所以教室里的实验只能进行模拟降水。这个实验如果需要完成，就要提前一两周准备，最好是人手一份器材，在家做好实验，上课时再对学生的实验结果进行反馈。如果可以的话，每人能准备几个口径不一的雨量器就更好了。

雨量器看似简单，但实则要求较高，底部必须是平整的，上下口径要求完全一致。几乎所有的饮料瓶都不符合要求。那么符合这样严苛要求的器材超市真的有吗？当然是有的！例如圆柱形水彩笔容器的上半个盖子，就完全符号要求。装牙签或者装棉签的圆柱形透明盒子，也是底部平整，上下直筒的。这样就能得到多个口径不一的容器了，再贴上打印好的刻度条，就是一个标准的雨量器了。如此，每个学生都可以做最真实的实验了，再也不需要课堂上模拟了。

案例7：在“空气占据空间”一课中，有一个经典的实验：在一个瓶子中插入一长一短两根管子，一根在水面上，一根在水面下，从两头分别吹气时会得到不同的结果。这个实验在上课时大家往往只做演示实验，既不会分组，更不会让每个学生独立实验。因为器材要自己制作，而且在瓶盖上打两个正好插入吸管的小孔，并处理气密性，做起来一点也不容易。

那有没有简单一戳就能完成打洞的材料呢？超市就有！那就是小孩子特别喜欢喝的优酸乳。优酸乳瓶盖上的密封膜，只要用吸管一戳就能插入，而且气密性还挺不错。将一瓶优酸乳先喝掉一半，然后吸管拔起一部分，再找一根普通牛奶盒上的弯头吸管插入底部，弯头向前伸出。这样，只要从之前的吸管中轻轻吹气，优酸乳就会源源不断地从弯头吸管中喷出来。用小碗接住，还能继续喝呢。这个空气的小实验每个孩子都可以在家独立完成，好喝又有趣，每个孩子都玩得不亦乐乎。

只要耐心寻找，就能花很少的钱在超市找到完全符合要求的实验器材。这样的实验器材不但成本低廉，更能惠及每一个学生。人人都有器材，人人都能做好实验，这不正是实验教学的最大追求嘛！

4.动手改造低成本、易复制、适合学生广泛使用的独创器材

在诸多器材改进中，创新是最难的。而这种创新既要成本低，又要让其他老师看完也能自己制作，还要适合学生广泛使用，那更是难上加难。在教具改进比赛中，很多获奖的优秀作品，令人叹为观止。但看完又让人觉得制作成本高，制作难度大，而且只适合演示实验，很难大量制作给学生广泛使用。低成本、易复制、能广泛使用，才是我们所追求的器材改进设计的方向。以下介绍一种笔者指导学生制作的独创的实验器材——易拉火柴盒。

在科学实验中，经常需要点火，虽然打火机比火柴容易得多，但出于安全等因素，火柴仍旧是最主要的点火器材。自新教材改革以后，在低段的三年级上册中，就出现了数次需要点火的实验。三年级的学生，无论是心智上，还是身体上，都还非常年幼。用火柴点火对他们来说可是个不小的挑战。而且不少孩子怕火，火柴很难划，越是划不好就越是增加了对火的恐惧。而易拉火柴盒的出现，最多一两次就能让每一个孩子上手点燃火柴。如此简单的使用，甚至能将学生对火的恐惧变成对火的兴趣。

使用说明：用两块磷片面对面夹住火柴，然后用力向外拉出，即可点燃火柴。

器材原理：传统的火柴点火磷片都是分布在两侧，每次只使用其中一面，要用恰当的角度、力度和速度才能点燃火柴。而易拉火柴盒将两侧的磷片集中到了一侧。使用时，用两张磷片面对面夹住火柴，无须再考虑用什么样的角度和力度，只管用力向外拉就可以了，火柴一拉即燃。易拉火柴盒将原先的划动操作改成了拉动操作，极大地降低了使用难度。这么简单的点火器材，激起了不少学生的兴趣，以前大家都畏畏缩缩不敢点火，现在反而都争着去点火了。

这个独创的点火器材，只是对传统火柴盒磷片的位置改了个头，换了个面，制作成本极低，一看就会，同时非常适合学生广泛使用。学生点火操作的前后巨大变化，更是凸显了这个器材极佳的使用效果。

如果说实验是学生学习科学的基础，那么易操作、易观察、易获取的各类优秀实验器材，就是学生学习科学的重要基石。我们要着眼于学生核心素养的发展，立足于实验效益的有效提高，充分发挥教师自身的想象力与创造力，为学生提供更优质的实验器材，让学生在实验活动中感受学习的快乐，体验探究的乐趣，感悟科学的奥秘，最终促进学生的全面发展。

参考文献

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[责任编辑：郭振玲]