小学科学实验教学中的创新教具设计与应用

引言

小学科学课程旨在引导学生认识自然现象、掌握科学知识、培养科学思维和实践能力。实验教学是实现这些目标的重要途径，通过亲自动手操作实验，学生能更直观地理解科学概念和原理。然而，传统的实验教具在某些方面可能无法充分满足现代教学需求，如趣味性不足、难以体现科学原理的动态过程等。因此，创新教具的设计与应用成为优化小学科学实验教学的关键环节。

一、创新教具设计的原则

（一）科学性原则

创新教具必须准确反映科学知识和原理，其结构、材料选择以及实验操作过程都要符合科学规律。例如，在设计关于电路连接的创新教具时，要确保电流的流向、电阻的作用等原理能够清晰准确地呈现出来，避免给学生传递错误的科学信息。

（二）趣味性原则

小学生具有好奇心强、注意力易分散的特点。创新教具应具备足够的趣味性，以吸引学生的注意力，激发他们主动参与实验的热情。可以通过色彩鲜艳的外观设计、有趣的实验现象展示等方式来增加教具的趣味性。比如，设计一款以卡通形象为造型的风力发电实验教具，让学生在充满趣味的氛围中了解风力发电的原理。

（三）简易性原则

创新教具的设计应尽量简单易懂，便于学生操作。复杂的教具可能会让学生产生畏难情绪，影响实验教学的效果。同时，简易性也体现在制作材料的易获取性上，教师可以利用生活中常见的材料制作教具，如塑料瓶、吸管、电池等，降低制作成本，提高教具的推广应用价值。

二、创新教具设计的方法

（一）基于问题导向的设计

针对传统实验教具在教学过程中暴露出的问题进行改进和创新。例如，传统的植物光合作用实验教具可能无法很好地展示光照强度对光合作用的影响。教师可以以此为问题导向，设计一款能够调节光照强度的创新教具，通过不同光照条件下植物叶片颜色、气泡产生量等变化，让学生更直观地理解光照强度与光合作用的关系。

（二）结合现代技术的设计

随着科技的不断发展，将现代技术融入创新教具设计中能够为实验教学带来新的活力。例如，利用传感器技术设计一款能够实时测量温度、湿度、酸碱度等参数的多功能实验教具，学生可以通过手机 APP 或显示屏直观地获取数据，分析实验结果。这种结合现代技术的教具不仅能提高实验的准确性和效率，还能培养学生的科技应用能力。

（三）整合多学科知识的设计

小学科学课程与多个学科有着紧密的联系，在创新教具设计中可以整合多学科知识，拓宽学生的视野。比如，在设计一款关于建筑结构稳定性的创新教具时，可以融合数学中的几何知识、美术中的造型设计知识以及物理中的力学原理。让学生在搭建不同结构的建筑模型过程中，综合运用多学科知识，提高解决实际问题的能力。

三、创新教具在小学科学实验教学中的应用案例（一）“自制太阳能风扇”创新教具在能源教学中的应用

教具设计：该教具主要由太阳能电池板、小电机、风扇叶片、导线等材料组成。利用废弃的塑料盒作为外壳，将太阳能电池板固定在盒子顶部，小电机安装在盒子内部，通过导线将太阳能电池板与小电机连接起来，最后装上风扇叶片。

应用过程：在讲解太阳能相关知识时，教师首先向学生展示这款创新教具，引发学生的好奇心。然后让学生分组进行实验，将教具放在阳光下，观察风扇叶片的转动情况。学生通过讨论和分析，了解太阳能电池板将光能转化为电能，电能驱动小电机带动风扇叶片转动的原理。

教学效果：通过使用这款创新教具，学生对太阳能这一抽象的能源概念有了更直观的认识，激发了他们对新能源的探索兴趣。同时，小组合作实验培养了学生的团队协作能力和动手实践能力。

（二）“微观世界放大镜”创新教具在生物教学中的应用

教具设计：利用两个不同放大倍数的凸透镜、硬纸板、胶水等材料制作而成。将两个凸透镜分别安装在硬纸板制成的圆筒两端，通过调整圆筒的长度来改变放大倍数。

应用过程：在教授植物细胞、昆虫结构等微观生物知识时，教师让学生使用“微观世界放大镜”观察树叶的叶脉、昆虫的翅膀等微小物体。学生通过自主观察和比较，发现了微观世界的奇妙之处，对细胞、组织等概念有了更深刻的理解。

教学效果：这款创新教具让学生能够直接观察到微观世界的物体，弥补了课本图片和视频的局限性，增强了学生的感性认识，提高了他们学习生物知识的积极性。

四、创新教具设计与应用带来的积极影响

（一）提升学生的学习兴趣

创新教具以其独特的趣味性和新颖性吸引学生的注意力，使他们从被动接受知识转变为主动探索知识。例如，上述提到的“自制太阳能风扇”和“微观世界放大镜”等创新教具，让学生在充满乐趣的实验过程中感受到科学的魅力，从而激发他们对科学课程的热爱。

（二）增强学生的实践操作能力

创新教具强调学生的动手操作，通过亲自设计、制作和使用教具，学生的实践操作能力得到了锻炼和提高。在制作创新教具的过程中，学生需要运用各种工具和材料，按照一定的步骤进行组装和调试，这有助于培养他们的手眼协调能力和解决实际问题的能力。

（三）促进学生科学思维的发展

在使用创新教具进行实验的过程中，学生需要观察实验现象、提出问题、做出假设、设计实验方案、收集数据并分析结果，这一系列活动都有助于培养他们的科学思维能力。例如，在“自制太阳能风扇”实验中，学生通过观察风扇转动情况，思考太阳能转化为电能的过程，进而提出如何提高太阳能转化效率的问题，这种思维过程正是科学思维发展的体现。

结语

小学科学实验教学中创新教具的设计与应用具有重要意义。通过遵循科学性、趣味性、简易性和安全性等原则，运用基于问题导向、结合现代技术、整合多学科知识等设计方法，能够开发出一系列符合教学需求的创新教具。这些创新教具在实际教学中的应用，不仅能够提升学生的学习兴趣、增强实践操作能力、促进科学思维发展，还能丰富教学资源，提高教学质量。小学科学教育工作者应积极探索创新教具的设计与应用，为培养具有科学素养和创新能力的新时代人才贡献力量。

参考文献

[1]小学科学实验教学改进与创新策略探究[J].刘芳.新课程,2021(32)

[2]小学科学实验教学的创新策略[J].吴桂胜.基础教育研究,2020(18)

[3]小学科学实验教学的改进与创新策略[J].司书宾.科普童话,2019(30)