《义务教育小学科学课程标准》从科学知识、科学探究、科学态度及科学、技术、社会与环境四个维度对课程目标进行了阐述，旨在通过科学教学促进学生科学素养的发展。日常教学中，教师要在领会课标精神、研读教材内容以及综合考虑学生实际和教学条件等基础上确定教学目标，并注重在目标的达成方式上下功夫。
　　科学课教学中，经常会用到教学具，其价值大致可体现为以下几种情形：丰富学生感知，弥补学生知识经验的不足;凸显事物或现象的规律，突出教学内容之间的内在联系，强调事物或现象的本质属性;增加活动的思维含量，强化学生的思维训练;拓展教学活动空间，突破教学条件限制，促进教学活动的有序进行;搭建活动平台，巩固运用教学成果等。
　　在执教青岛版四年级下册《四季更替》一课时，我尝试自制教学具，作为改进教学的突破口。
　　教学具研制过程与方法
　　1.研读教材，发现问题
　　《四季更替》一课旨在引导学生认识地球的公转是四季形成的原因。从教材看，本课内容主要包括三个方面：四季更替带来了哪些变化，四季更替是怎样产生的，拓展认识《节气歌》与四季。本课的主要探究活动围绕“四季更替是怎样产生的”设计展开，该活动包括四个环节，分别是猜测四季更替成因、学习公转概念、模拟实验探究活动、归纳得出结论。
　　通过调查学生的前概念发现，大多数学生都知道地球公转形成了春夏秋冬的季节更替，但无法进一步说明具体原因，即便是已经学习过该内容的高年级学生同样如此。因此，教师应帮助学生找到理解四季更替成因的关键，即地球公转过程中太阳直射点有规律地移动，这是本课的教学重点，也是教学具研制的出发点。
　　教材介绍的实验方法是，由一位学生用手电筒作为太阳光，照射另一位学生手中做“公转”运动的“地球”（实验室提供的器材只有供学生用的直径15厘米的地球仪）。这种探究方式难以保证“地球”按标准轨道做公转运动，学生也无法观察到太阳直射点的位置及其變化，如果不对实验材料和操作方法进行改进，就无法精准显示出“地球公转过程中太阳直射点有规律地移动”这一自然现象。
　　2.研发制作，建立模型
　　为达成既定教学目标，教师要结合教学实践，针对教学中的问题制作出具有相应价值的教学具。本课研制的“四季更替分组实验装置”，可以增强学生对于地球公转运动的感知，突出四季更替现象的成因，提高教学活动效率。
　　（1）分析问题，研制模型
　　综合考虑学生的知识经验、思维水平和教学内容等方面因素，要让学生弄清楚四季更替的成因，就应当借助模拟实验让他们清晰地感知在地球公转过程中，太阳直射点的位置在南北半球有规律地移动，为科学结论的获得提供必要的表象。为此，我将教学活动的突破口确定为准确显示出在地球公转过程中太阳直射点有规律地移动。
　　我设计了“四季更替分组实验装置”（如图1），包括三部分：一是用固定在底座上可以绕轴转动的箭头来模拟“阳光”，如此一来，那一束直射在地球表面的阳光（箭头），其直射点所在（箭头垂直指向）的地区为夏季;二是用地球仪模拟“地球”，为便于观察，用红色贴纸突出显示赤道，以便学生观察到“太阳直射点”在赤道附近的移动;三是增加便于学生操作“地球”公转的方位板。与教材中两位学生分别手持“地球”（地球仪）和“阳光”（手电筒）的操作活动相比，该装置能够提高操作活动的精准程度，而四个观察点的设置也便于学生开展观察活动。
　　（2）课堂应用，模型检测
　　将上述教学具应用于教学时，优点是实验现象明显，即随着地球公转，太阳直射点的位置有规律地在南北半球移动;缺点是用箭头模拟阳光，对于仍以具体形象思维为主的小学生来说，理性有余而形象不足，不利于表象的建立，也难以激发他们的探究兴趣。
　　另外，方位板还存在两个缺陷：一是学生操作时难以保证地球仪的底座中心与观察点重合;二是“地球”的公转轨道是线状的，而地球仪的底座是个圆盘，操作难度增大，必然影响到实验结果的精准。
　　（3）改进完善，完成模型
　　为此，我进行了如下改进（如图2）：一是用手电筒替代箭头来模拟阳光，以增强“光照”效果;二是将地球公转轨道设置成环状，其环状的轨道与地球仪底座相吻合;三是将观察点设置为和地球仪底座大小相近的圆圈，又在四个观察点（圆圈）边沿清晰地标明“北”，并用红色突出强调。如此一来，不仅降低了实验操作的难度，便于学生自主探究，还增强了实验效果。
　　运用教学具的基本策略
　　教学具有效运用的关键在于引发学生的思维活动，其前提是教师深入了解教材、课标和学生情况。在此基础上，教师还应当做好下面几项工作：
　　1.操作活动前的铺垫
　　尽管实验探究活动的目的在于帮助学生建构科学概念，但教师在指导学生使用“四季更替分组实验装置”之前，应当让他们明确地球公转的概念，特别是地轴倾斜这一学习难点以及太阳直射点的位置是四季更替的决定因素，这是探究活动的知识基础。
　　2.操作过程中的指导
　　一是要做到演示清晰，解说简明，让学生明确方法、步骤及需要注意的问题。教学中，教师要做到“四清”，即目的清、器材清、步骤清和现象清。“目的清”就是通过探究在地球公转过程中太阳直射点的位置变化，为弄清四季更替的成因获得必要的事实;“器材清”即向学生讲明，这一实验所需要的装置有“模拟阳光”“模拟地球”和“方位板”;“步骤清”指结合前面的学习，教师可以边操作边讲解，让学生清楚基本的操作方法;“现象清”就是帮助学生完整、准确、清晰地获得实验的现象和数据。
　　二是要让学生明确教学具的操作要领，以保证操作活动的有序与规范，做到重点突出。通过教师指导，学生操作时应确保在公转过程中“地球”的地轴始终指向“北方”，除了特别强调外，我还拍摄了微视频来演示操作要领，帮助学生理解。另外，在学习“地球公转”相关概念时，也对“地轴倾斜，其北端始终指向北极星附近”做了强调，增强了学生探究活动的效果。
　　3.操作结束后的分析
　　“推理清”和“结论清”是实验操作结束之后的重要环节。“推理清”，就是引导学生对实验现象和实验数据进行必要的分析研究，包括实验误差的科学归因，模拟实验的还原思考、类比推理等，“推理清”是“结论清”的前提和基础。“结论清”就是让学生明确探究活动的结论。
　　“四季更替”实验的现象为，当“地球”处于1号观察点时，阳光直射北半球;当地球处于2、3、4号观察点时，阳光分别直射赤道、南半球、赤道。这样，“地球”处于1、2、3、4号观察点时，北半球对应的季节分别为夏、秋、冬、春。通过该实验，学生很容易认识到，正是地球公转使得太阳直射点在南北半球间有规律地移动，从而形成了四季更替。
　　自制教学具的教学价值
　　教学具的研发在促进学生科学学习、提升学生科学素养过程中具有非常重要的作用。
　　首先，教学具让学生获得感性经验，为他们的学习提供了必要的思维材料。由于小学生生活经历极为有限，又缺乏必要的知识经验，使得本课学习难度增大，借助“四季更替分组实验装置”较好地解决了这一问题。
　　其次，教学具的研制和运用能够凸显事物本质，有利于学生逻辑思维的发展。对于小学生来说，必要的实验操作活动有利于他们认识科学探究的本质，帮助他们建立一个准确而清晰的科学概念。本课实验装置准确展示出地球公转运动与四季更替之间的内在联系，即在地球公转过程中，太阳直射点的位置在南北半球之间有规律地移动，引起了四季更替，有效突破了教学难点。
　　最后，教学具的研制和应用拓展了教学活动空间，为学生提供了动手操作的机会和丰富的活动载体，在激发学生学习兴趣的同时，让他们获得真实的操作体验，有利于发展他们的科学素养。