〔摘""要〕"本文針對(duì)蘇教版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“專項(xiàng)學(xué)習(xí)：像科學(xué)家那樣……”中傳統(tǒng)擺實(shí)驗(yàn)存在的效率低、變量控制難等問題，通過自制教具創(chuàng)新，設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。傳統(tǒng)擺實(shí)驗(yàn)存在耗時(shí)長、操作煩瑣、誤差大、變量難以控制等缺陷，大大制約了教學(xué)效果。本自制實(shí)驗(yàn)器材以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提升實(shí)驗(yàn)效率與精準(zhǔn)性為目標(biāo)，提出“雙擺同步對(duì)比裝置”，并通過在裝置中結(jié)合紅外計(jì)數(shù)器自動(dòng)計(jì)數(shù)、可拆卸墊片，調(diào)節(jié)擺錘重量和輪盤刻度，調(diào)節(jié)擺長、外置量角器定量控制擺角等技術(shù)改良，實(shí)現(xiàn)變量精準(zhǔn)控制與數(shù)據(jù)高效采集。實(shí)踐表明，使用本套創(chuàng)新教具可以使數(shù)據(jù)誤差顯著降低，學(xué)生參與度與科學(xué)思維能力同步提升。自制教具通過對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的融合與設(shè)計(jì)優(yōu)化，能夠突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的瓶頸，有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力與嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的養(yǎng)成，為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供可推廣的創(chuàng)新范式。研究驗(yàn)證了現(xiàn)代技術(shù)與教具改良在科學(xué)教育中的實(shí)踐價(jià)值，為深化學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)提供參考。〔關(guān)鍵詞〕"小學(xué)科學(xué)；自制教具；雙擺設(shè)計(jì)；變量控制一、研究背景與意義小學(xué)科學(xué)作為培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵學(xué)科，其教學(xué)過程對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)起著決定性作用。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)體系中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占據(jù)著舉足輕重的地位，是落實(shí)科學(xué)素養(yǎng)培育的重要渠道。而教具作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵要素，其選用是否恰當(dāng)，直接影響著教學(xué)成效。自制教具最大的亮點(diǎn)在于，教師能夠緊密貼合學(xué)生的認(rèn)知特性以及實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求，進(jìn)行靈活且個(gè)性化的設(shè)計(jì)。這可使教學(xué)的針對(duì)性和有效性得到顯著提升，能夠更好地滿足不同學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)上的差異化需求。從學(xué)生的角度來看，自制教具為他們理解抽象的科學(xué)知識(shí)點(diǎn)提供了直觀的感知途徑。借助這些教具，可以將晦澀難懂的知識(shí)具象化，讓學(xué)生在親身體驗(yàn)和觀察中，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與記憶，進(jìn)而激發(fā)他們對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，提升學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效果的優(yōu)化。對(duì)教師而言，自制教具也是提升教學(xué)水平的有力助手。在自制教具的過程中，教師需要深入鉆研教材內(nèi)容，精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，不斷創(chuàng)新教學(xué)方法。這不僅有助于教師更高效地傳授知識(shí)，還能促進(jìn)教師自身教學(xué)技能的持續(xù)提升，推動(dòng)教師在專業(yè)發(fā)展道路上不斷前進(jìn)。在小學(xué)科學(xué)教育體系中，蘇教版教材意義重大，其以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心，借助豐富的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)助力學(xué)生探索科學(xué)世界。在蘇教版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“專項(xiàng)學(xué)習(xí)：像科學(xué)家那樣……”中，擺的實(shí)驗(yàn)是學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究全過程的關(guān)鍵活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與實(shí)踐能力意義非凡。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察擺的運(yùn)動(dòng)、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、分析數(shù)據(jù)等，可鍛煉觀察、創(chuàng)新、邏輯思維等多種能力，還能養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。然而，傳統(tǒng)的擺實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題重重。原實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行3組共9次實(shí)驗(yàn)，耗時(shí)極長，教師為趕進(jìn)度常采用分組實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生參與度受限，無法全面了解實(shí)驗(yàn)。而且，多次測量擺的擺動(dòng)次數(shù)易使學(xué)生視覺疲勞，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)擺長時(shí)解系繩子操作煩瑣且難以精準(zhǔn)控制長度，改變擺錘重量會(huì)使重心變化影響擺長，無法實(shí)現(xiàn)單一變量控制，探究擺角時(shí)靠手隨機(jī)確定角度，無法定量研究。這些問題嚴(yán)重阻礙學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與科學(xué)素養(yǎng)的提升。擺的實(shí)驗(yàn)作為課程的重要內(nèi)容，對(duì)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)至關(guān)重要。因此，創(chuàng)新擺實(shí)驗(yàn)的方法迫在眉睫，其有助于提高實(shí)驗(yàn)效率、減少誤差，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新與實(shí)踐能力，提升科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生未來的發(fā)展筑牢基礎(chǔ)。二、教材學(xué)情深度剖析（一）教材分析蘇教版科學(xué)教材專項(xiàng)學(xué)習(xí)板塊呈進(jìn)階式發(fā)展。1～2年級(jí)階段注重引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、尋找證據(jù)與分享交流，讓學(xué)生初步感受科學(xué)探究樂趣。從三年級(jí)起，專項(xiàng)學(xué)習(xí)涵蓋完整探究環(huán)節(jié)，學(xué)生在研究時(shí)，需經(jīng)歷提出問題、做出假設(shè)等全過程，逐步掌握科學(xué)探究方法。四年級(jí)時(shí)，學(xué)生要熟練運(yùn)用控制變量法，在擺的實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)與操作實(shí)驗(yàn)。擺的實(shí)驗(yàn)在四年級(jí)下冊(cè)教材中承上啟下。它承接之前的科學(xué)探究知識(shí)，又為后續(xù)學(xué)習(xí)奠基。教材先引導(dǎo)學(xué)生觀察擺的運(yùn)動(dòng)，引發(fā)思考，鼓勵(lì)學(xué)生做出假設(shè)；接著指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求多次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，最終得出擺的快慢與多種因素的關(guān)系。而且，擺的實(shí)驗(yàn)與前后知識(shí)聯(lián)系緊密，之前的知識(shí)為其提供基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)中涉及的方法和知識(shí)又將在后續(xù)的學(xué)習(xí)中得到廣泛的應(yīng)用。（二）學(xué)情洞察四年級(jí)學(xué)生多在9～10歲，好奇心與求知欲旺盛，對(duì)新鮮事物充滿探索欲望，這為科學(xué)學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)大動(dòng)力。在擺的實(shí)驗(yàn)中，他們看到擺的擺動(dòng)會(huì)積極思考其原理，教師應(yīng)利用這一特點(diǎn)激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。并且經(jīng)過前期學(xué)習(xí)，四年級(jí)學(xué)生已具備一定的科學(xué)探究能力，掌握了基本探究方法，對(duì)控制變量法也有一定認(rèn)識(shí)。但是，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)操作嚴(yán)謹(jǐn)性、數(shù)據(jù)整理分析及結(jié)論得出方面仍有不足。比如在擺的實(shí)驗(yàn)中，可能因操作不規(guī)范、數(shù)據(jù)處理不當(dāng)?shù)贸鲥e(cuò)誤結(jié)論。因此，教師在教學(xué)中需避免因教具、學(xué)生操作等因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)學(xué)生有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)，幫助學(xué)生提升能力。三、原實(shí)驗(yàn)缺陷審視（一）時(shí)間效能瓶頸傳統(tǒng)擺實(shí)驗(yàn)時(shí)間效能低，3組9次實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)大量課堂時(shí)間，壓縮教師講解、學(xué)生討論總結(jié)時(shí)間。課堂上大部分教師會(huì)采用分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能有效地參與一組實(shí)驗(yàn)，另外兩組實(shí)驗(yàn)只是靠同學(xué)匯報(bào)或教師講解，缺乏一定的科學(xué)性，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的全面理解和學(xué)習(xí)積極性。多次測量擺的擺動(dòng)次數(shù)易使學(xué)生視覺疲勞，導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，引入誤差，且學(xué)生對(duì)其他組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏直觀感受，不利于其培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和批判性思維。擺實(shí)驗(yàn)分組多、耗時(shí)久，嚴(yán)重影響教學(xué)進(jìn)度和效果。（二）變量控制困境傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)擺長需解系繩子，操作煩瑣且浪費(fèi)時(shí)間，學(xué)生操作熟練度不同，難以精準(zhǔn)控制擺長，誤差積累影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性，使學(xué)生難以得出擺長與擺快慢的正確關(guān)系。改變擺錘重量時(shí)，擺錘重心變化導(dǎo)致實(shí)際擺長改變，無法實(shí)現(xiàn)單一變量控制，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解和對(duì)控制變量法的應(yīng)用。探究擺角時(shí)，靠手隨機(jī)拉取確定擺角，靠眼睛目視的方式確定擺角，主觀性強(qiáng)，無法精確確定角度，難以進(jìn)行定量研究，阻礙學(xué)生對(duì)科學(xué)關(guān)系的深入探究。四、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新亮點(diǎn)呈現(xiàn)（一）雙擺設(shè)計(jì)革新1.高效性實(shí)驗(yàn)采用雙擺設(shè)計(jì)，兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的擺同步運(yùn)行。這一設(shè)計(jì)可縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，大幅提高實(shí)驗(yàn)效率，在相同時(shí)間內(nèi)獲取兩倍數(shù)據(jù)量，縮短實(shí)驗(yàn)周期。在世界范圍內(nèi)，一般事物的發(fā)展變化通常歷經(jīng)漫長進(jìn)程。而在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，核心任務(wù)是想盡一切辦法，以最短的時(shí)間讓學(xué)生目睹這種變化，助力他們發(fā)現(xiàn)事物變化的規(guī)律，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與積極性。只有縮短每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間，才能夠在40分鐘的課堂教學(xué)里，增加實(shí)驗(yàn)數(shù)量，提升教學(xué)密度，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的優(yōu)化。2.直觀性同步對(duì)比可直觀判斷測量準(zhǔn)確性。小學(xué)生正處于從形象思維向抽象思維過渡的階段。學(xué)生利用本實(shí)驗(yàn)裝置在直觀上能同時(shí)觀察兩個(gè)擺的擺動(dòng)差異，更好地理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如探究擺長影響時(shí)，可清晰看到不同擺長擺的擺動(dòng)快慢差異。查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，雙擺設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有顯著優(yōu)勢，能有效提升實(shí)驗(yàn)效果。（二）技術(shù)融入賦能在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中，適時(shí)融入現(xiàn)代技術(shù)，不僅契合時(shí)代發(fā)展的趨勢，更能精準(zhǔn)對(duì)接學(xué)生的興趣需求點(diǎn)。在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)場景里，為學(xué)生引入基于現(xiàn)代技術(shù)的實(shí)驗(yàn)器材，具有諸多顯著優(yōu)勢。這些器材能夠巧妙地將復(fù)雜的科學(xué)知識(shí)與現(xiàn)象化難為簡，把抽象的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為具體可感的實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果。如此一來，學(xué)生能夠更輕松地理解和掌握知識(shí)，使原本晦澀難懂的科學(xué)內(nèi)容變得生動(dòng)有趣。這不僅能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們更加積極主動(dòng)地參與到課堂學(xué)習(xí)中來，還能拓寬學(xué)生的視野，讓他們接觸到更前沿、更豐富的科學(xué)知識(shí)與研究方法。從課堂教學(xué)效果來看，現(xiàn)代技術(shù)實(shí)驗(yàn)器材的運(yùn)用能夠有效節(jié)省教學(xué)時(shí)間，提高教學(xué)效率，顯著提升課堂的時(shí)效性，使有限的課堂時(shí)間得到更充分、更高效的利用。實(shí)驗(yàn)引入紅外計(jì)數(shù)器，基于紅外線感應(yīng)技術(shù)，擺錘遮擋紅外線光束時(shí)自動(dòng)計(jì)數(shù)。與人工計(jì)數(shù)相比，避免視覺疲勞，提高計(jì)數(shù)精度和穩(wěn)定性，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠。同時(shí)，提高課堂效率，學(xué)生無須花費(fèi)大量時(shí)間計(jì)數(shù)，可將精力投入其他實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。（三）裝置改良優(yōu)化輪盤、彩繩。本實(shí)驗(yàn)用輪盤和彩繩調(diào)節(jié)擺長，彩繩標(biāo)有精確刻度，轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤可輕松實(shí)現(xiàn)擺長精確調(diào)節(jié)，操作簡便且準(zhǔn)確性高，節(jié)省時(shí)間，避免擺長誤差。擺錘。探究擺錘質(zhì)量影響時(shí)，采用可拆卸墊片設(shè)計(jì)，墊片密度均勻，添加或移除墊片不改變擺錘重心，有效控制變量，準(zhǔn)確探究擺錘質(zhì)量與擺快慢的關(guān)系。外置量角器。實(shí)驗(yàn)將量角器固定在裝置外側(cè)，中心與擺懸掛點(diǎn)重合，學(xué)生可根據(jù)需求將擺錘拉至指定角度，精確設(shè)定擺角，便于進(jìn)行定量研究，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和優(yōu)化研究方法。五、實(shí)驗(yàn)成效評(píng)估（一）效率直觀提升選取兩個(gè)知識(shí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力和態(tài)度相似的班級(jí)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。對(duì)照班采用傳統(tǒng)單擺實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組依次操作，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)久，易產(chǎn)生視覺疲勞，影響觀察記錄。實(shí)驗(yàn)班運(yùn)用創(chuàng)新雙擺及新裝置，教師介紹后學(xué)生兩人一組操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)班完成三組實(shí)驗(yàn)時(shí)間比對(duì)照班縮短約三分之一，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀，學(xué)生參與度高，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解更深刻。據(jù)此可充分說明，雙擺及新裝置在提高實(shí)驗(yàn)效率和增強(qiáng)直觀感受方面效果顯著。（二）操作精準(zhǔn)改進(jìn)紅外計(jì)數(shù)器避免人工計(jì)數(shù)誤差，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。量角器精確設(shè)定擺角，為實(shí)驗(yàn)定量研究提供支持。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，人工計(jì)數(shù)受多種因素干擾，對(duì)擺角難以精確控制，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，紅外計(jì)數(shù)器和量角器的應(yīng)用有效解決了這些問題，學(xué)生能夠在簡單的操作下高效地得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，大大提高了課堂的時(shí)效性，同時(shí)也提升了實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性。（三）思維態(tài)度養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生的科學(xué)思維和責(zé)任態(tài)度得到培養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)方案，體現(xiàn)了邏輯思維提升。操作過程中，學(xué)生專注嚴(yán)謹(jǐn)，借助工具精確調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)條件。分享交流時(shí)，學(xué)生積極分享、傾聽思考，敢于質(zhì)疑討論，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作和批判性思維。問卷調(diào)查顯示，大部分學(xué)生在科學(xué)思