文重慶市巴川中學(xué) 劉松

“玩”轉(zhuǎn)創(chuàng)新
——設(shè)計(jì)制作科學(xué)玩具開(kāi)展創(chuàng)客教學(xué)

文重慶市巴川中學(xué) 劉松

現(xiàn)在的學(xué)生接觸到的玩具大多是通過(guò)購(gòu)買或簡(jiǎn)單組裝獲得。如果學(xué)生能通過(guò)動(dòng)手制作玩具、學(xué)習(xí)其中的科學(xué)知識(shí)，勢(shì)必會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

我在科技課教學(xué)中融入設(shè)計(jì)、制作、分享、推介科學(xué)玩具，為學(xué)生講解科學(xué)玩具背后的科學(xué)原理，再引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，利用常見(jiàn)的材料“化腐朽為神奇”。這種形式不失為一種開(kāi)展創(chuàng)客教學(xué)的好方法。

一、制作科學(xué)玩具與創(chuàng)客教育的共同點(diǎn)

在科技創(chuàng)新課程中，設(shè)計(jì)制作科學(xué)玩具與創(chuàng)客教育的課程實(shí)施有很多共同點(diǎn)。比如二者都要求學(xué)以致用，將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，都提倡“做中學(xué)”，小組合作，注重培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力。

科學(xué)玩具的設(shè)計(jì)制作過(guò)程往往是綜合運(yùn)用各種學(xué)科知識(shí)、工具、材料的過(guò)程，比如設(shè)計(jì)投石機(jī)、機(jī)械手臂等，這些與創(chuàng)客教育的跨學(xué)科特征別無(wú)二致。所以，通過(guò)設(shè)計(jì)制作科學(xué)玩具開(kāi)展創(chuàng)客教育教學(xué)，既是在現(xiàn)有科技創(chuàng)新教育課程基礎(chǔ)上與創(chuàng)客教育課程的結(jié)合，又是教育理念更新、提升的過(guò)程。

二、通過(guò)設(shè)計(jì)制作科學(xué)玩具開(kāi)展創(chuàng)客教育課程的優(yōu)點(diǎn)

創(chuàng)客教育課程注重與日常生活結(jié)合，解決生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題。將設(shè)計(jì)制作科學(xué)玩具融入創(chuàng)客教育課程，一是符合瑞士?jī)和睦韺W(xué)家讓·皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)的同時(shí)接觸自己感興趣的科學(xué)玩具，能提升學(xué)生的學(xué)習(xí)代入感，使學(xué)生有身臨其境的感受。

二是相對(duì)無(wú)人機(jī)、VR、3D打印、arduino開(kāi)源硬件、機(jī)器人等，科學(xué)玩具造價(jià)便宜，容易獲得。

三是教育改革的新趨勢(shì)，即用生活化的教具讓學(xué)生更容易理解所學(xué)內(nèi)容，寓教于樂(lè)。

四是可以利用科學(xué)玩具進(jìn)行各種創(chuàng)意設(shè)計(jì)，比如玩具玩法、外觀、結(jié)構(gòu)、功能等。

三、案例分析

如何開(kāi)展創(chuàng)客教育課程？我以錯(cuò)覺(jué)陀螺、回旋紙飛機(jī)及紙竹蜻蜓三種科學(xué)玩具為例作詳細(xì)分析。

（一）錯(cuò)覺(jué)陀螺

使用的基本器材有剪刀、熱熔膠槍、光盤、圖紙、玻璃珠、膠水。

課程目的：1.讓學(xué)生通過(guò)錯(cuò)覺(jué)陀螺的活動(dòng)了解錯(cuò)覺(jué)、視覺(jué)暫留、旋轉(zhuǎn)平衡等概念。2.設(shè)計(jì)出不同的錯(cuò)覺(jué)動(dòng)畫(huà)效果，并演示講解。

科學(xué)原理：首先需了解影片是以“幀”的方式儲(chǔ)存影像，即以固定的時(shí)間間隔記錄影像，例如每秒記錄10張或20張等（通常每秒12幀以上）。而眼睛是連續(xù)性地接收影像，與攝影機(jī)不同。因此用攝影機(jī)拍攝旋轉(zhuǎn)的物體，就會(huì)呈現(xiàn)與肉眼看到的不同的現(xiàn)象。

在錯(cuò)覺(jué)陀螺的設(shè)計(jì)圖中，每一層的方塊（即螺旋槳）數(shù)目不同，由內(nèi)到外共六層，分別為 15、18、21、24、27 以及30個(gè)方塊。開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后，在轉(zhuǎn)速逐漸變慢的過(guò)程中，每一層的視覺(jué)效果都會(huì)不一樣。

圖1錯(cuò)覺(jué)陀螺設(shè)計(jì)圖

圖2不同的錯(cuò)覺(jué)陀螺動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)效果

課程預(yù)定的效果：引起學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的興趣，進(jìn)而研究其他各種視錯(cuò)覺(jué)玩具的原理，設(shè)計(jì)不同的錯(cuò)覺(jué)陀螺效果。

（二）回旋紙飛機(jī)

使用的材料：A4紙。

課程目的：1.讓學(xué)生通過(guò)回旋紙飛機(jī)的飛翔了解流體力學(xué)伯努利原理。

2.設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的回旋紙飛機(jī)，并演示飛行效果。

3.能夠順利完成回旋紙飛機(jī)的各種闖關(guān)游戲。

科學(xué)原理：利用紙飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)，了解流速快、壓力小，流速慢、壓力大的原理。

圖3制作回旋紙飛機(jī)

課程預(yù)定的效果：取材方便，引起學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，進(jìn)而設(shè)計(jì)不同類型的回旋紙飛機(jī)。教學(xué)活動(dòng)簡(jiǎn)單易操作，回旋效果明顯。

（三）紙竹蜻蜓活動(dòng)

使用的材料：A4紙。

圖4 不同結(jié)構(gòu)的回旋紙飛機(jī)

課程目的：1.讓學(xué)生通過(guò)紙竹蜻蜓的活動(dòng)了解螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。2.設(shè)計(jì)類似原理的不同飛行器或創(chuàng)意玩具。

科學(xué)原理：與直升機(jī)原理一致，利用槳片的構(gòu)造，軸的兩側(cè)傾斜到固定的一邊，自由下落，槳片受到空氣的升力。空氣阻力給予紙片的作用力垂直于紙片“翅膀”。如圖5所示，此作用力的分力為左右兩個(gè)箭頭。其中向上的分力使紙竹蜻蜓的下降速度變慢，另一個(gè)分力與“翅膀”左右兩邊的方向相反，使得紙竹蜻蜓旋轉(zhuǎn)。

圖5 紙竹蜻蜓的受力分析示意圖

課程預(yù)定的效果：學(xué)生能了解直升機(jī)飛行的原理，同時(shí)設(shè)計(jì)不同的螺旋槳飛行器。

四、小結(jié)

環(huán)顧世界各國(guó)，莫不重視科學(xué)教育，雖然我國(guó)每年都會(huì)舉辦青少年科技創(chuàng)新大賽，民間也有大量的科技創(chuàng)新類比賽鼓勵(lì)青少年動(dòng)手實(shí)踐、科學(xué)探究，但學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高，根本上還要依靠學(xué)校教師在教學(xué)上引入新的方式。

通過(guò)設(shè)計(jì)制作科學(xué)玩具將創(chuàng)客教育課程的“動(dòng)手做”理念融入科學(xué)課程，可增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，讓學(xué)生喜愛(ài)科學(xué)、熱衷科技創(chuàng)新。