在小学科学教学中，实验作为培养小学生实践能力和创新思维的重要手段，日益受到重视。然而，由于各种原因，一些小学面临着实验器材和资源的限制。因此，开发低成本科学实验成为一种有效解决方案。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）也强调科学课涉及的工具和材料应尽可能简单、容易获得
［1］。低成本实验不仅有助于培养学生的科学素养和创新精神，还能节约教育资源，促进教育的均衡发展
［2］。有鉴于此，笔者将以纸杯实验为例，探讨低成本科学实验开发的教育价值、研究内容及开发策略。
1 开发低成本科学实验的意义
1.1 促进科学教育的普及
在现阶段小学科学教学中，各类高科技实验设备如传感器等，已得到广泛应用，成为帮助学生开展科学探究活动的重要工具。然而，受限于设备成本高昂及乡村地区经费短缺，该类仪器难以普及；加之操作复杂，多局限于课堂演示，难以支撑大规模的学生分组实验。科技实验虽能精准呈现科学规律，若无法让学生亲历探究过程，其教育价值仍将大打折扣。低成本实验的核心在于降低成本，以便让更多学生参与，促进科学教育的普及
［2］。
1.2 落实《课标》要求
（1） 在《课标》“探究实践”核心素养中，要求学生在科学课程学习中注重实践和创新，用自制简单装置及实物模型验证或展示某些原理、现象和设想；通过实验探究来解决问题、验证假设，培养其实验探究能力和创新精神。
（2） 《课标》在技术、工程与社会学习板块中，强调了学习活动要具有可操作性、科学性和趣味性，涉及的工具和材料应尽可能简单、容易获得，以降低实验成本，提高实验的普及性和可持续性。
（3） 《课标》还提供了丰富的低成本实验案例和教学建议，鼓励教师引导学生利用生活材料开展科学探究，让学生在动手操作中体验科学原理，培养科学思维
［1］。
1.3 拉近科学与生活的距离
实验材料大部分取自日常生活中的常见物品，成本低廉，门槛低，实验方案和步骤可以更加灵活多变，更加贴近实际生活。这些特点和优势使得低成本实验成为一种非常有价值的科学教育方式。
2 纸杯科学实验应用案例
纸杯是生活中常见物品，成本较低。用纸杯进行科学实验，操作简单，充满趣味。纸杯除了可以用于常见的纸杯土电话等声学实验外，还可用于力学、热学、电学等实验，便于激发学生的学习兴趣，提高观察与动手能力。
2.1 纸杯“呱呱叫”
（1） 实验材料：纸杯、牙签、绳子。
（2） 实验步骤：在纸杯底部中心用牙签戳一个小洞，保留半截牙签在杯内，将绳子的一端穿过杯底小孔，在杯内将绳端系于牙签上固定。用水将绳子润湿后，用手快速拉动绳子，纸杯会发出“呱呱”声，改变手对绳的压力和纸杯口大小，还可以改变声音大小和频率。
（3） 实验原理：快速拉动摩擦绳子，绳子会振动发出声音，利用纸杯的共鸣效果，可以把声音放大。
（4） 课程关联：该活动可以应用于小学科学四年级上册“声音是怎么产生的”“声音的高与低”“声音的强与弱”等与声音相关的课程。教材中的实验器材是橡皮筋、鼓、音叉、笛子、吉他等，学生缺少动手创作机会
［3］。而让学生制作并体验纸杯“呱呱叫”，就使学生在有趣的制作活动中理解了声音产生的原因及特性。该设计契合《课标》中“运用自制的简易装置及实物模型验证或展示某些原理、现象和设想”的教学理念。
2.2 纸杯飞行器
（1） 实验材料：两个纸杯，胶带，橡皮筋。
（2） 实验步骤：如
图1所示，将两个纸杯底部相对，用胶带固定在一起，然后用橡皮筋拉紧绕三圈，松开橡皮筋，纸杯立即飞出去。
（3） 实验原理：绕紧的橡皮筋有弹性势能，放手后橡皮筋的弹性势能转化为纸杯的动能，纸杯以旋转状态飞出去时，其下方的空气流速加快，气压减小，而上方的气压相对较大，形成向上的推力，从而使纸杯飞行器升空。这一例证是能量守恒和伯努利原理在生活中的应用。
（4） 课程关联：该活动可以应用于小学科学四年级上册“用橡皮筋驱动小车”一课。教材所采用的实验器材是模型车和橡皮筋，学生动手的空间有限，驱动小车距离也有限
［4］。而纸杯飞行器充满趣味，操作也简单，体现了《课标》中“学习活动要具有可操作性、科学性和趣味性，涉及的工具和材料应尽可能简单、容易获得”的理念。
2.3 纸杯风车
（1） 实验材料：2个纸杯、胶带纸、螺帽、剪刀、铁丝。
（2） 实验步骤：取一个纸杯，在杯身中部剪开多个L形切口，将切出的部分向外翻折，形成扇叶结构；在杯底中心钻一小孔，将螺帽穿入并固定；另取一个纸杯作为底座，在杯身中部剪出一个方形开口；将点燃的蜡烛置于下方纸杯内，用铁丝固定底座，并将上方纸杯的螺帽尖端顶住底座铁丝的上端，即可完成简易走马灯的制作（
图2）。
（3） 实验原理：铁丝顶端与螺帽凹陷部位的接触面积很小，旋转时摩擦力就小。当蜡烛产生的热气流上升至上方纸杯时，热气推动扇叶转动，其本质是热空气与叶片之间力相互作用的结果。
（4） 课程关联：该活动可以应用于小学科学三年级上册“我们来做热气球”和“风的成因”，以及六年级下册“制作塔台模型”这3节课中。教材中的实验器材是塑料袋、蜡烛、纸箱、香和吸管等
［5］，这些材料是现成的，而让学生动手做一个纸杯风车，理解热力学的科学知识，体验设计和制作作品的过程，体现了《课标》中的“提高学生工程设计与物化的能力”理念。
2.4 纸杯煮水
（1） 实验材料：纸杯，蜡烛，水。
（2） 实验步骤：将纸杯装满水，然后将纸杯置于酒精灯上加热。观察纸杯的变化，当纸杯中水被加热到一定程度时，水开始沸腾，而纸杯并没有被烧破。
（3） 实验原理：纸杯具有导热性，而纸杯的着火点比水的沸点高，所以水沸腾时，纸杯不会被烧破。通过这个实验，学生可以更好地理解水的沸点和物质的着火点。
（4） 课程关联：该活动可以应用于小学科学三年级上册“水沸腾了”和五年级下册“热在水中的传递”两课中。教材中的实验器材是试管、烧杯和酒精灯，生活中不容易获取，而纸杯和蜡烛易得。纸杯烧不破的现象，极大地激发了学生的探究热情，体现了《课标》中“鼓励教师引导学生利用生活中的材料开展科学探究活动”的理念。
2.5 纸杯电动机
（1） 实验材料：2根5 cm长铁丝、2节5号电池、胶带、1个电池盒、1块磁铁。
（2） 实验步骤：将两根铁丝弯成Y形，作为接线触头，用胶带固定在倒扣的纸杯上；将电池盒的两极分别与两根铁丝相连接；用漆包线绕制一个小线圈，两端各引出一个线头：一端用刀片刮去全部漆层，另一端仅刮去一半漆层；将线圈架设于Y形铁丝上方，线圈下方放置一块磁铁；闭合开关后，线圈开始转动，即制成一个简易电动机（
图3）。
（3） 实验原理：电动机是把电能转化成机械能的一种设备。电池给线圈通电，磁铁提供磁场，通电线圈在磁场中受力转动，加上线圈一端只刮了一半的漆，起到了换向器的作用，线圈就可以持续转动下去。
（4） 课程关联：该活动可以应用于小学科学四年级下册“简易电路”“电路故障”，以及六年级上册“电磁铁”“神奇的小电动机”这4节课中。教材中的实验器材包括开关、小灯泡、电池、磁铁和成品线圈，但缺少动手制作环节
［6］。纸杯电动机制作活动，有助于学生直观认识电动机的工作原理，深切体会电气时代对人类文明发展的巨大推动作用，体现了《课标》中“让学生理解技术、工程与社会的关系”的理念。
3 开发低成本科学实验的策略
除纸杯外，诸多生活中常见的材料亦可开发为科学探究活动载体。开发低成本科学实验的策略主要包括以下几个方面。
3.1 利用生活中的常见物品，简化实验装置与操作流程
选用塑料瓶、吸管、橡皮筋等生活常见物品作为实验器材，既有助于学生感知科学的生活化属性，又能简化装置与操作流程，在控制成本的同时确保实验效度，从而为各类学校及教育机构推广低成本实验提供有力支撑。
3.2 凸显实验趣味性，引导学生自主探究
通过设计有趣的实验，激发学生的好奇心和探究欲望，引导学生自主设计探究实验，让他们在轻松愉快的氛围中学习科学知识，培养创新思维和解决问题的能力。
3.3 注重实验的可持续性、安全性
要考虑到环保和可持续性，尽量选择可回收利用的物品，减少废弃物的产生。在实验过程中，要注意安全问题。对于可能存在安全隐患的物品和操作，要加强管理和监督，防止意外事故的发生。
3.4 强化师资培训，构建合作共享机制
教师是低成本科学实验开发的关键。要加强对科学教师的培训，提高其实验设计和教学能力，以便更好地指导学生进行低成本科学实验；鼓励学校、教育机构之间建立合作与共享机制，互相交流和分享开发低成本科学实验的经验和资源，共同推进低成本科学实验的发展。
4 结语
低成本科学实验拉近了科学与生活的距离，提高了学生实践能力和科学素养，有助于推动科学教育的普及，促进教育公平和社会可持续发展。教师可以根据学生的年龄和知识水平，选择适合的生活材料作为实验载体，引导学生积极参与，激发他们对科学的兴趣和探究精神。
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