课题方案：自制教具设计与研发策略的实践性研究

萧山区朝晖小学  金亚军

一、课题研究的提出：

随着科学新课程改革的深入，全国上下都投入到了这次具有重要意义的教育改革当中。新课程改革以来，小学科学教学坚持培养科学素养为教育宗旨，以探究为核心作为重要的教学理念。探究即是科学学习的目标，又是科学学习的方式。将探究性教学提高到了必要的的科学教学途径。出于对科学教学的喜爱和对新课程改革的支持，笔者也投入到了个人的科学教学的热潮中，但在平时的探究性教学中却发现了现行科学教材中的教具短缺问题。而解决教具的短缺问题就成为我的当务之急！

笔者首先意识到教具短缺给课堂带来的影响：

影响一，阻碍学生科学概念的有效生成。新课程的探究性教学，对于一些科学概念是需要经过实验探究进行有效实证才能得出结论的。而实验探究的有效抓手就是依靠教具等实验材料进行实验操作。但是，新教材的推出却存在教具不配套或教具不成熟等问题，从而影响了探究实验有序进行，影响到学生科学概念的有效生成。

影响二，影响科学课堂的正常教学。以探究性教学为背景的科学教学，教具的有效使用是实现正常科学教学的必要保障。一旦教具不能满足科学课堂教学，教学的推进将受到影响，也将直接影响正常的科学教学。

影响三，影响学生的科学学习兴趣。新课程的探究性科学教学，由于课堂上充斥着实验探究的气氛，而实验探究也深深地吸引着学生的科学兴趣。学生渴望在他们的科学课堂上能看到实验的踪影，更希望看到有效的实验教具。很难想象，离开了实验探究的科学课堂能给学生带来多少兴趣。所以教具的有力补充和完善，将很到程度上激发学生对科学的学习兴趣。

综上所述，考虑到教具的短缺难点，笔者便开始思考和践行，并在平时教学中尝试自制教具的设计与研发，经过近5年的执着研究笔者对自制教具的研究领域已做出了有效尝试。在萧山区科学教研员何树德的引领下，笔者决议实施有关自制教具的设计与研发的课题研究。经过本人对自制教具的多年研究，给课题的研究打下了较厚实的基础。通过课题研究，将认真总结个人的研究内容，挖掘研究内涵，细化研究方法，形成个人有效教具研究的同时，将和教育同行携手互进，为中国的科学教育做出自己的努力！

二、国内外同类课题研究综述

国外研究：由于欧美等国外西方国家对小学科学教学的长久关注，国外科学教学中的实验器材已形成相当的规模，教具的短缺已经成为历史。而国外西方发达国家的科学教学在教具的有力支撑下，更是把眼光关注到教学的更多层面。这是值得中国教育教学界学习和赶超的，也是值得引以为戒的。

国内研究：由于中国课程改革起步较迟，所以西方发达国家已经走过了的教具短缺问题，将摆在中国科学教学的面前。对教具的研究在中国正在成为时尚，这是值得兴奋的，但真正要落实到中国科学教学当中，还有很多路要走，期待于我们每一位科学教师的思考和行动。

三、研究设计

（一）研究目标

教师:自制教具是科学教师处理教材和主持教学活动中一项不可忽视的重要教研活动。通过自制教具的设计与研发活动，不仅可以提升科学教师对教材的处理能力，而且将使教师的课堂教学提供有力支撑。自制教具活动同时还能培养教师的持续研究能力，对于教师正确理解设计与技术都将是很好的专研素材，有利于提高科学教师对科学技术的掌控能力。通过教研组老师的通力合作，还将促进教研组的凝聚力，促进教研团队的良性发展。

学生:科学教具作为探究实验的有力支撑点，在实现科学课堂上的高效达成上起着不可替代的作用。学生在有结构科学教具的支撑下的科学课堂将更加有利于学生领会、理解和变通对科学的理解。教师能主动开发自制教具，学生将从教师的平时教学举止中潜移默化的领略创新性研究能力的熏陶。自制教具的在课堂展示，更将激发学生对科学的浓厚兴趣，这是自制教具对学生影响的一个极为重要的侧重点。

学校：自制教具的设计与研发需要学校形成一种促进机制，这需要科学教师团队在其中起到引领作用。自制教具的有力充盈必将使学校的科学教育推向一个新的高度，学生在其中也将是获益最多的，这正是学校的办学宗旨。另外，自制教具有利于学校形成一种乐于专研的教学氛围，所以这又是学校教师教学能力的有力促进点。至于，将优秀的自制教具对外展示评比，这时自制教具又成为学校的对外展示的一个良好平台。

（二）课题研究的内容

本课题的研究内容侧重于自制教具的设计与研发策略的一种提炼，科学教师将通过课题研究总结和梳理自制教具的具体形成性策略，以期形成一种个人的创作风格。通过课题研究将摸索出一套简单可行、可操作性强的自制教具具体策略，通过课题的交流将自制教具的具体策略与各位科学教师共享交流。具体研究内容包括：自制教具的灵感源研究，自制教具的设计策略的摸索、自制教具的制作方略和自制教具的成品试验等环节进行有针对性的研究。

（三）课题研究的理论依据

教育部基础教育二司李天顺：在全国优秀自制教具评选活动颁奖大会上的讲话概括：

一、高度重视教具在中小学教育教学中的作用。教具是教育教学中不可缺少的物质手段,对实现教育目标、提高教学质量具有十分重要的作用。现代认知理论告诉我们:人的视觉、听觉、触觉等感官在认识世界的过程中扮演着独具特色的作用。科学的再现、形象的展示和过程的体验是重要的学习手段和学习环境，对于理解、分析、记忆、探究都十分重要。既要加强仪器设备的配备工作,又要积极开展自制教具,让教具在中小学教育教学中发挥更大的作用。

二、要把开展自制教具活动作为当前推动教育教学改革的一个重要方面来抓。从教具来源看,一方面是工厂生产的成品,另一方面是根据教学实际需要就地取材而设计制作的自制教具,二者都具有重要意义。实施素质教育,一方面要大力加强商品教具的研究开发和配备,同时要发动广大教师开展自制教具活动。设计制作相应的教学实验设备已成为新课程实施和完成上述改革的必然内容和必要条件,在这方面成品教具永远是滞后的。开展师生共同参与的自制教具活动,在加强和改进实验教学、提高教学质量方面所发挥的作用也是勿容置疑的。 

    三、要把开展自制教具活动作为培养师生创新精神和实践能力、推进素质教育的重要环节来抓。对于基础教育而言，师生的创新精神和创新能力既是教育教学质量的成果，也是教育教学质量的保障，自制教具完全可以在其中扮演重要角色。开展自制教具的核心是创新，自制教具的发展也是创新。

四、努力培养一支自制教具的骨干队伍。自制教具也需要一支很强的骨干队伍。作为一名教师,自制教具应当是一项基本功,实验操作及教具创作应该成为教师培训的重要内容和优秀教师的条件之一。

五、要在自制教具中注意新技术的应用和自制教具成果的推广。自制教具的核心是创新。当今科学技术迅猛发展,新技术、新材料不断涌现，特别是信息技术的发展,为我们开展自制教具活动提供了新的舞台和条件。同时，我们要特别重视自制教具成果的推广应用。

（四）课题研究的方法

本课题研究以行动研究法为主，辅以实践反思法、经验总结法、文献研究法等。

行动研究主要以学生学习行为研究为基础，对科学教师自制教具的一般性行为问题进行研究，再结合个人的自制教具的形成性行为研究。然后再结合实践反思法和经验总结法思考自制教具的具体形成策略，提炼出一套切实可行的自制教具形成性策略。最后再借鉴文献对自制教具策略进行完善和充实，以期实现课题的有序发展。

四、课题研究的操作措施及做法

   自制教具是科学教学中的一项值得长期研究的重要教研活动，自制教具的实施包括灵感获取、设计生成、制作完善和试验调试等环节。它是教师对科学教材的一种审视和升华，是教师对教学的一种提炼和思考，更是教师对科学教学的一种改进和拓展，所以自制教具的研究具有一定的教研深度和广泛的教研广度。自制教具在实施中中还充满着设计与研发的多重策略的选择等问题。考虑到自制教具的复杂性，所以笔者决定结合个人自制教具的实践性思考和总结作为本课题研究的主要思路，通过对个人自制教具多年的持续研究的总结性思考，和学习自制教具相关教学理论，本着提炼和思考为宗旨，努力形成个人的自制教具风格的同时，总结出一套可供大家探讨和学习的，又切实可行的自制教具方略。关于自制教具设计与研发的课题研究总体思路，坚持从科学教学的高效达成作为出发点，吃透教材的同时进行创意思考，进而设计生成到制作完善，最后再实践检验的创作思路。

1） 吃透教材——提供自制教具的原理保障

自制教具是实现科学课堂有效探究的脚手架，自制教具必须根据教材提供的科学原理进行设计与研发。正所谓自制教具要是违反了教材中的基本原理，这时的自制教具就成了无本之木。因此自制教具的有效实施必须对教材做一个全方位的探究和思考，这是自制教具有效实施的客观前提，容不得半点马虎。

吃透教材的主要策略包括：

△  初读教材：现行科学教材从编写者的角度来看，教材往往存在一些教具不配套现象或教具短缺现象。教材的吃透正所谓也要沿袭细吞慢咽的原则，所以首先学会初读教材。初读教材的主要方法：1、读懂教材设置的基本实验现象。2、理解教材设置的科学概念。3、将能实验现象和科学概念建立一种联系和思考。

△  细读教材：这一阶段主要是理解教材安排的各项联系，对实验教具与科学概念的有效形成建立一种思考。以期实现对教材设置的实验教具进行有效性思考，读懂教材中实验器材的设置重点。

△  反思教材：首先教师要建立一种观念就是实验设备的完善是没有止境的，所以应该建立对实验器材的一种审视和完善，作为反思教材和实验器材的出发点。这时将对实验器材的有效性进行怀疑性思考，反思教材设置的合理性和高效达成性，最终为自制教具的出发点做好必要的基础。

△  拓展教材：经过对教材的研读和反思后，已经对教材有了相当的把握。这时就要对教材的设计进行拓展性思考，思考能否用更为有效的实验方法和实验器材来替代教材的设定，这就是自制教具的形成性前期思考。

2） 深化教学——酝酿自制教具的动力支持

自制教具的设计与研发源于科学教师对科学教学的一种追求和提炼，对科学教学的一种思考和拓展是自制教具的源动力，对科学教学的深度广度研究就成为自制教具的不竭动力。现代科学教学已经摒弃原有以知识教学为主的教学方式，出于对创新能力和研究能力的一种思考，现代科学教学坚持培养学生的科学素养为宗旨，以探究式教学作为科学教学的主要模式，这是时代进步对教学的一种促进。现行科学教学自课改以来不过十余年，教学中有许多未知领域值得我们去探索和追求。而对探究实验中的脚手架——实验器材进行有效研究，将从很大程度上促进科学教学的发展。深化教学是自制教具走向成熟的一条必由之路。深化教学的具体途径有：

△  做好科学教学的前期工作，包括教学方案的设定、教具的使用、学生的学习心理和课堂教学氛围的把握，以及教师对教学的一种态度支撑等都要有前期的思考和准备，努力做到万事俱备、只欠东风的一种教学态势。

△  努力养成对科学教学的一种驾驭能力，教学方法和模式中不求千篇一律，唯有将科学教材用灵活和灵动的教学策略进行教学，使教学富有生气、灵气和活气。

△  做好课堂教学的课后反思，反思平时科学教学的点滴细节。从自制教具的角度来说，反思探究实验中的实验器材在课堂教学的有效性，有必要进行反思和酝酿，有心思考探究实验中实验器材的高效性达成策略。

3） 创意思考——引发自制教具的灵感生成

自制教具的设计与研发源于课堂而高于课堂，锁定探究实验的教学难点进行有针对性的思考，对实验器材进行有效性的创意思考是成就自制教具的有效前提。爱因斯坦曾有这样一句名言：发现一个问题比解决一个问题更重要。这一原理同样适合自制教具的有效形成，所以如何挖掘自制教具的问题生成自然成为自制教具的重中之重！笔者经过对自制教具多年的研究与实践，又结合教学实际把关注的眼光进行了整理性思考。

△  关注科学课堂探究中的点滴细节。

自制教具是针对现有教具在教学使用中出现的一些细节性缺陷，以至于影响实验的高效达成时，而产生自制教具的灵感。因此关注教学中实验操作中的现象，并进行有针对性的思考就成为教具设计与研发的一种重要灵感源。所以考虑到本课题是对实践性研究的总结和梳理，重点关注关于因实验细节而受启发的教具创意灵感，努力总结和提炼出关注细节的自制教具灵感获取的具体方法与策略。

△  有效提高科学课堂的直观演示性。

直观演示性是自制教具设计与研发中一个必须要考虑到的内容，提高传统教具的直观演示性也是自制教具的灵感来源之一。本课题研究将进一步总结和实践自制教具中关于提高直观演示性的创意来源策略，以期创建一个关于提高教具直观演示性的灵感机制。

△  以探究实验的难点突破为出发点。

凡是多年从事小学科学教学的科学教师，在平时的教学中不难发现我们的配套教具总是存在一些难点。有的难点不能达成实验实证的精准，且操作麻烦等问题，而就是这些实验的难点自然成为自制教具的重要创作源泉。因此本课题对此问题将作为重点来研究，锁定难点、突破难点的策略性思考和总结将成为研究的主要任务。

△  紧紧围绕科学概念的有效生成。

教具和学具的使用本着实验探究的需要而产生，而教具学具更是学生形成有效科学概念的载体，教具学具将使科学概念以实证的科学方法来进行，只有这样才能使科学概念在学生的课堂上生根开花。本课题将关注实验器材对科学概念的有效形成作为研究的重要内容，紧紧围绕科学概念的有效达成作为改进和开发教具的自制教具灵感的重要来源之一。

4） 设计生成——促进自制教具的方案完善

有了自制教具的创作灵感是成功的开始，接下来要做的是将创意灵感用心思考和突破。在灵感雏形的基础上就要努力做到精益求精，不断完善。在不断反思、改进、推翻、突破中循序思考，巧用图纸等方法努力向自制教具的设计完型推进。

教具的构思与设计源于实验设备的短缺，源于探究过程的有效生成，源于教师对教材的一种审视和升华。所以教具的构思要关注实验过程，更要紧紧围绕实验设备的完善进行构思。

作为自制教具的构思，主要遵循目标下的有针对性的有效研究，在确定远景目标的前提下，寻找和探寻得以实现的阶梯，然后逐个击破，步步为营的策略。

设计中对教具设计环节的可行性进行有效研究，甚至选材和经费上都要有所考虑。还要对设计方案进行图纸化，在构思中不断完善和改进，直到达到设计要求为止。方案图纸化不仅可以理清设计思路，还可以为教具制作提供具体尺寸方案。

值得强调的是教具的构思与设计是实现整个自制教具过程中的关键因素。

5） 制作完善——实现自制教具的有效制作

从整个自制教具的过程来看，制作这一关表面上是最重要的，但是实际上这一关只是精准设计后的一项行动实施，因为有很多项目都在设计阶段做好很好的准备和铺垫。一旦到了制作阶段，也就意味着离成功已经不远。

自制教具的取材和制作，必须建立在自制教具的完善构思与设计之上。针对预先的周到设计和精确图纸描绘进行统筹安排，就为教具制作指明了方向。这样可以减少选材的弯路，也可以节省不少材料和经费。实际的教具研发中，材料往往在构思与预设时就可以基本确定材料，同时对制作的可行性都要有比较全面的掌握。具体进行选材和制作时，基本上有了相当的把握。

教具的取材，要求教师对教具制作材料进行选定，然后可以到各种建材市场进行选材，购买时还要考虑价钱因素，尽可能买到价廉物美的材料。

教具的制作，要注意分清主次，首先要突破重点难点，然后再围绕重点难点进行展开。制作时，有必要求助外力进行制作，如熟悉的木工、铁匠工、油漆工等。当然教师自己要做好有效指导，努力实现教具制作的有效和到位。

另外，教具制作中还要注意教具即能实现预期功能，还要对教具的外形美观下一些功夫，努力实现即实用又美观的理想效果。

6） 实践检验——优化自制教具的试用改进

自制教具制作完成后，对教具的试验和调试也是一条不可或缺的环节。因为再美的设计与制作都会有马脚或细微缺点，这时就需要教师对自制教具进行实践和检验，并在实践和检验中去完善和提升教具的价值。只有经过实践和检验，才能称得上自制教具的完美生成。

在试验和调试中，首先要明确教具制作的实验功能，然后进行有的放矢地反复试验。教师还要进行数据的收集和记录，有时还要借用简单的仪器设备来检测。最后将实验数据和实验要求进行比对，并征求学生的意见和看法，必要时还要进行展示和交流，达到要求后就说明教具制作成功。如果教具设计没有达到要求或者有一定误差，就还要对教具进行调试甚至改造，直到教具制作达到设计要求。

五、研究保障

背景保障：朝晖小学在前科技教育工作的踏实教学下，已经形成朝晖小学的良好的科技活动氛围。现行学校教学师资呈现老中青梯队机制，师资队伍充满活力。科学教研组具有较强的专研能力和专研精神，教师的设计与发明领域在区内有一定影响力，自制教具在有良好的传统，并在近几年有长足的发展。

政策保障：学校科技氛围的形成，离不开学校领导的关心。一直以来，学校领导对科学教育给予宝贵支持，对科学教研组的发展备受关注。现已基本形成上下一致，协调有致的管理氛围。

硬件保障：朝晖小学是区重点窗口学校，校内设施齐全，设备优良。学校关于学校科学教研包括自制教具领域每年都有一定的资金保障，为科技活动的组织提供了资金保障。

六、研究步骤

本课题研究计划历时1年，分三个阶段进行实施。

第一阶段：准备阶段。（2008年5月到2012年6月）

 （1）在学校历届科学教研组的努力下，科学教师在自制教具领域已经行了前期的有效摸索，为自制教具的课题研究做好有力支撑。

（2）学校科学教研的自制教具作品经常在区内区外进行展示交流，广泛吸取自制教具领域的科学教师的良好经验，同时经常得到区科学教研员何树德老师的有力指导，这为课题的成功实施提供很好的铺垫。

（3）近期召开课题组会议，明理清课题实施的分工，明确课题研究的意义、内容、研究方法和我研究步骤，经过课题小组的充分交流，为课题研究小组的实施生成研究策略。

进行理论学习和资料查询，主要学习自制教具国内教育理论，以及国外先进教育思想，努力吸取思想精髓，正确处理传承与发展的关系，为课题实施创造坚实理论底蕴。

第二阶段：全面实施阶段。（2012年7月到2013年6月）

 （1）以课题负责人牵头，对自制教具活动进行持续研究。进一步研究教材、研究科学课堂的实际，带领课题组成员进行合作性的自制教具设计与研发。

 （2）以课题负责人为主，对前几年的自制教具情况进行资料的收集，并进行整理和完善。

 （3）课题实施阶段，及时进行阶段性总结，为课题研究积累经验。

第三阶段：总结和提炼研究结果。（2013年7月到2013年8月）

召开课题组成员总结会议，请各成员汇报汇总课题研究成果，及时记录整理和提炼，撰写专题论文和教具展示等活动。

七、课题研究可行性分析

   自制教具这一领域区教研员的带领下，区内涌现出众多自制教具能手，但是对自制教具设计与研发作为专题研究内容的老师并不多。笔者利用科学小发明相关技巧，再结合教学实际，勇于发现教具设计的突破口，进行了行之有效的尝试。况且，我校还有自制教具的优良传统，也为自制教具的顺利实施提供了有了的支撑。

1、我校在前任科学教师的带领下，一直拥有勇于开展自制教具的优良作风。在校科技展览室中还保存着不少自制教具的作品，秉着传承和发展我校科技组一直坚持自制教具的设计与制作，为自制教具在我校的顺利铺开打下很好的基础。

2、我校科学教师具有勇于创新的精神，在市区创新大赛中总能见到我校教师的身影。将我校的创新能力嫁接成自制教具的成为我校的一大特色，而这一成功嫁接对我校自制教具的实施提供了很多方法支持。

3、我校科技组具有较强的团队合作能力，在平时的教学工作和科技组举行的各项重大活动中，都能表现出优良的团队作风。懂得合作、相互关心、相互激励，这更是本课题成功实施的有力保障。

4、我校行政班子对校科学教育始终报以高度的重视，在自制教具这一块总是热情的鼓励和支持。在自制教具需要的人力、物力和财力上总能竭尽全力的给予宝贵支持，而学校更是把自制教具作为科学教育的一个重要内容来抓。为自制教具的实施提供了政策保障。

综上所述，自制教具在我校的开展已成气候，也预示着我校自制教具的道路将越走越宽！

八、课题成员即分工：

参考文献：

[1] 教育部：《科学（3-6年级）课程标准》.北京师范大学出版院社.2001.7，第1版

[2] 教育部基础教育二司李天顺  在全国优秀自制教具评选活动颁奖大会上的讲话

[3] 萧山区教学研究室科学教研员何树德   教具制作与实验改进PPT讲稿  2009.9.22