摘 要
培养小学生科学素养和创新能力的基石是小学科学教育，做好科学教育，对孩子而言，意义深远。然而，传统实验教学往往因操作复杂、耗时长及现象不直观等问题，难以充分激发学生的学习兴趣和探究欲望。本文旨在通过五个具体案例，深入探讨实验改进与创新设计以及自制教具（玩具）在小学科学教育中的应用，以期提升教学效果，激发学生的学习兴趣，并促进家校共育。这些案例涵盖了热传递实验改进、“超能力”控制、“潜水员”实验、空气流动装置、“竹子潜水艇”实验以及固体的混合与分离课前导学案例。通过详细分析这些案例，本文将揭示自制教具在提升小学科学教育质量方面的巨大潜力。
一、引言
小学科学教育的目标是传授学生科学知识、教会他们科学方法并培养其科学态度，从而为他们的未来学习和生活打下坚实基础。而实验教学，作为小学科学教育中不可或缺的一环，其教学质量的高低直接关联到学生的学习成效与兴趣激发，然而，传统实验教学存在诸多不足，如操作难度大、耗时长、现象不直观等，这些问题限制了学生的学习体验和探究欲望。为了解决这些问题，教师需要不断探索实验改进与创新设计，以及自制教具（玩具）的应用。本文将通过五个具体案例，详细展示这些改进和创新如何提升小学科学教学的效果，并探讨其背后的教育理念和教学方法。
二、案例展示与分析
1. 热传递实验改进
原始实验：传统的热传递实验通常使用火柴和金属条进行。但是，这种实验操作难度偏大，又不直观，学生往往难以准确观察和理解热传递的过程，导致学习效果不佳。
改进方法：为了克服这些困难，我们采用了装旺仔小馒头罐的盖子边缘作为加热源，并通过变温油墨的颜色变化来直观展示热传递过程。具体做法是，在旺仔小馒头的盖子边缘涂抹一层薄薄的变温油墨，然后将其加热。随着温度的升高，变温油墨的颜色会发生变化，从而直观地展示了热传递的过程。这种方法不仅使实验现象更加明显且易于操作，还有助于学生更直观地理解热传递的原理。
教育意义：通过这种改进方法，学生可以更加直观地观察到热传递的过程，从而加深对热传递原理的理解。同时，这种有趣的实验设计也激发了学生的学习兴趣和探究欲望，使他们更加积极地参与到科学学习中来。
2. “超能力”控制“潜水员”实验
实验目的：本实验旨在演示浮力原理，帮助学生理解物体在水中的浮沉现象。
改进教具：为了增强实验的趣味性和神秘感，我们制作了一个简易装置，通过控制矿泉水瓶的挤压程度来控制笔套（作为“潜水员”）的浮沉。具体做法是，将一个笔套固定在矿泉水瓶的底部，并通过一根细管与矿泉水瓶的口部相连。学生挤压矿泉水瓶，瓶内的空气被压缩，笔套会下沉；当学生松开手时，瓶内的空气恢复原状，笔套上升。这种设计不仅使实验更加有趣且富有神秘感，还激发了学生的探究欲望。
教育意义：通过这种改进教具，学生可以更加直观地观察到浮力原理在实际中的应用，从而加深对浮力原理的理解。同时，这种有趣的实验设计也增强了学生的学习兴趣和动手能力，使他们更加积极地参与到科学实验中来。
3. 空气流动装置
应用场景：本装置主要应用于《热空气和冷空气》一课的教学。
教具设计：为了直观展示冷热空气流动规律，我们自制了一个探究风盒。该风盒由两个相邻的盒子组成，一个盒子内放置干冰以制造冷空气，另一个盒子内放置烛台以制造热空气。两个盒子之间通过一个小孔相连，以便观察冷热空气的流动情况。当干冰产生的冷空气与烛台产生的热空气相遇时，会形成明显的空气流动现象。这种装置有助于学生构建风的形成概念，并理解冷热空气流动的原理。
教育意义：通过这种自制教具，学生可以更加直观地观察到冷热空气流动的现象和规律，从而加深对风的形成原理的理解。同时，该装置也极大地调动了学生的学习热情与探索欲，促使他们更加主动地投身科学实验。而且，这种自制的教具还锻炼了学生的实践能力，激发了他们的创新思维，为他们的长远学习与生活打下了牢固的基础
4. “竹子潜水艇”实验
实验目的：本实验旨在研究改变物体体积与物体在水中沉浮关系的原理。
改进教具：为了使学生更加直观地理解这一原理，我们使用两个不同大小的竹筒制成潜水艇模型，并通过改变竹筒之间的距离来控制潜水艇的体积。具体做法是，将两个竹筒分别固定在一块木板上，并通过一根细线相连。当学生拉动细线时，两个竹筒之间的距离缩小，潜水艇的体积减小，从而下沉；当学生松开细线时，两个竹筒之间的距离恢复原状，潜水艇的体积增大，从而上升。这种设计不仅使实验材料更加环保且易于操作，还有助于学生更直观地理解物体在水中沉浮的原理。
教育意义：通过这种改进教具，学生可以更加直观地观察到物体在水中沉浮的现象和规律，并理解改变物体体积对其在水中沉浮的影响。同时，这种有趣的实验设计也激发了学生的学习兴趣和探究欲望，使他们更加积极地参与到科学实验中来。此外，这种自制教具还培养了学生的环保意识和动手能力，为他们未来的学习和生活提供了有益的启示。
5. 固体的混合与分离课前导学案例
课前导学：为了丰富学生的实验资源和促进家校共育，我们设计了一个课前导学案例，引导学生利用家中触手可得的用品（如黄豆、绿豆、玉米粉等）进行固体混合与分离的实验探究。具体做法是，教师提前制定导学提纲，明确实验目的、步骤和注意事项，并要求学生在家中与家长一起进行实验探究。通过这种方式，学生不仅可以在课前对实验内容有所了解，还可以在家长的陪伴下进行实验操作，从而加深对实验原理的理解。
教育意义：通过这种课前导学案例，学生可以更加充分地利用家庭资源进行实验探究，从而丰富实验经验和提升实验能力。同时，这种家校共育的方式也增强了家长对孩子学习的关注和支持，有助于形成良好的学习氛围。此外，这种实验探究还培养了学生的自主学习能力和创新思维，为他们未来的学习和生活提供了有益的启示。
三、成果与讨论
通过上述五个具体案例的展示与分析，我们可以得出以下结论：
提高实验效果：通过改进实验方法和自制教具，我们可以使实验现象更加明显、直观，从而有助于学生更好地理解科学原理。这些改进与创新举措不仅提升了实验的操作便捷性，还大大增加了实验的趣味性和吸引力。在激发学习兴趣方面，富有创意的实验设计与自制教具能够有效地点燃学生的好奇心与探索欲，促使他们更主动地融入科学学习中。这种积极主动的学习态度，不仅促进了学生学业成绩的提升，更为他们科学素养与创新能力的培养奠定了坚实的基础。
促进家校共育：通过课前导学案例和自制教具的应用，我们可以加强家庭与学校之间的联系，共同促进学生的科学学习。这种家庭与学校合作共育的模式，不仅有利于营造积极向上的学习氛围，还对学生自主学习能力及创新思维的培育大有裨益。在综合能力培养上，自制教具与实验创新不仅增强学生的科学素养，同时锻炼他们的实践操作、创新思考以及环境保护意识等多方面能力，这些能力对学生日后的学习与生活均具有重要价值。
综上所述，实验改进与创新设计以及自制教具（玩具）的应用是提升小学科学教学效果的有效途径。通过这些改进和创新，我们可以提高实验效果、增强学生的学习兴趣、促进家校共育并培养学生的综合能力。因此，教师应该不断探索和实践这些改进和创新方法，以更好地培养学生的科学素养和创新能力。同时，学校和教育部门也应该加强对小学科学教育的支持和投入，为教师和学生提供更好的教学条件和资源。
参考文献
（1）刘恩山. 《小学科学教育》. 北京师范大学出版社, 2010.
（2）李建平. “小学科学实验教学改进与创新”. 《小学教学研究》, 2015年第3期, 第45-47页.
（3）王志明. “自制教具在小学科学教学中的应用”. 《实验教学与仪器》, 2016年第6期, 第52-54页.
（4）赵丽萍. “家校共育视角下的小学科学教育”. 《基础教育研究》, 2017年第9期, 第78-80页.
（5）张伟. “实验改进与创新设计在小学科学教育中的实践”. 《课程·教材·教法》, 2018年第11期, 第90-93页.
作者简介
吴海燕，娄底大科小学教导副主任，一级教师。
编辑：范典
二审：王玉洁
三审：李茂林
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