“玩”轉創新
——設計制作科學玩具開展創客教學

文重慶市巴川中學 劉松

“玩”轉創新
——設計制作科學玩具開展創客教學

文重慶市巴川中學 劉松

現在的學生接觸到的玩具大多是通過購買或簡單組裝獲得。如果學生能通過動手制作玩具、學習其中的科學知識，勢必會達到事半功倍的效果。

我在科技課教學中融入設計、制作、分享、推介科學玩具，為學生講解科學玩具背后的科學原理，再引導學生通過創意設計，利用常見的材料“化腐朽為神奇”。這種形式不失為一種開展創客教學的好方法。

一、制作科學玩具與創客教育的共同點

在科技創新課程中，設計制作科學玩具與創客教育的課程實施有很多共同點。比如二者都要求學以致用，將創意變為現實，都提倡“做中學”，小組合作，注重培養學生的表達能力。

科學玩具的設計制作過程往往是綜合運用各種學科知識、工具、材料的過程，比如設計投石機、機械手臂等，這些與創客教育的跨學科特征別無二致。所以，通過設計制作科學玩具開展創客教育教學，既是在現有科技創新教育課程基礎上與創客教育課程的結合，又是教育理念更新、提升的過程。

二、通過設計制作科學玩具開展創客教育課程的優點

創客教育課程注重與日常生活結合，解決生活中遇到的實際問題。將設計制作科學玩具融入創客教育課程，一是符合瑞士兒童心理學家讓·皮亞杰的認知發展理論。讓學生在學習科學技術的同時接觸自己感興趣的科學玩具，能提升學生的學習代入感，使學生有身臨其境的感受。

二是相對無人機、VR、3D打印、arduino開源硬件、機器人等，科學玩具造價便宜，容易獲得。

三是教育改革的新趨勢，即用生活化的教具讓學生更容易理解所學內容，寓教于樂。

四是可以利用科學玩具進行各種創意設計，比如玩具玩法、外觀、結構、功能等。

三、案例分析

如何開展創客教育課程？我以錯覺陀螺、回旋紙飛機及紙竹蜻蜓三種科學玩具為例作詳細分析。

（一）錯覺陀螺

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.讓學生通過錯覺陀螺的活動了解錯覺、視覺暫留、旋轉平衡等概念。2.設計出不同的錯覺動畫效果，并演示講解。

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

在錯覺陀螺的設計圖中，每一層的方塊（即螺旋槳）數目不同，由內到外共六層，分別為 15、18、21、24、27 以及30個方塊。開始旋轉后，在轉速逐漸變慢的過程中，每一層的視覺效果都會不一樣。

圖1錯覺陀螺設計圖

圖2不同的錯覺陀螺動畫設計效果

課程預定的效果：引起學生對科學的興趣，培養學生動手做實驗的興趣，進而研究其他各種視錯覺玩具的原理，設計不同的錯覺陀螺效果。

（二）回旋紙飛機

使用的材料：A4紙。

課程目的：1.讓學生通過回旋紙飛機的飛翔了解流體力學伯努利原理。

2.設計不同結構的回旋紙飛機，并演示飛行效果。

3.能夠順利完成回旋紙飛機的各種闖關游戲。

科學原理：利用紙飛機的運動，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

課程預定的效果：取材方便，引起學生對科學的興趣，進而設計不同類型的回旋紙飛機。教學活動簡單易操作，回旋效果明顯。

（三）紙竹蜻蜓活動

使用的材料：A4紙。

圖4 不同結構的回旋紙飛機

課程目的：1.讓學生通過紙竹蜻蜓的活動了解螺旋槳轉動的原理。2.設計類似原理的不同飛行器或創意玩具。

科學原理：與直升機原理一致，利用槳片的構造，軸的兩側傾斜到固定的一邊，自由下落，槳片受到空氣的升力?？諝庾枇o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箭頭。其中向上的分力使紙竹蜻蜓的下降速度變慢，另一個分力與“翅膀”左右兩邊的方向相反，使得紙竹蜻蜓旋轉。

圖5 紙竹蜻蜓的受力分析示意圖

課程預定的效果：學生能了解直升機飛行的原理，同時設計不同的螺旋槳飛行器。

四、小結

環顧世界各國，莫不重視科學教育，雖然我國每年都會舉辦青少年科技創新大賽，民間也有大量的科技創新類比賽鼓勵青少年動手實踐、科學探究，但學生科學素養的提高，根本上還要依靠學校教師在教學上引入新的方式。

通過設計制作科學玩具將創客教育課程的“動手做”理念融入科學課程，可增強學生的動手操作能力，讓學生喜愛科學、熱衷科技創新。