用一張A4紙造高塔的實驗探究

陳菊芳

一、選題的背景、緣由和意義

2012年4月，廣東省珠海市香洲區中小學科技節比賽，其中有個比賽項目是用一張A4紙造高塔，以塔的高度取勝，材料是一張A4紙，一把剪刀，一把尺子，一支鉛筆，不準用黏膠粘，壘塔的時間是30分鐘，兩人合作完成一個塔，壘好塔要求塔能站穩10秒鐘，比賽時塔壘的高度是1.62米，我覺得以前的方法還存在弊端，現在我還在探究中，想通過學生實際操作來驗證改進的方法。這項活動可以培養學生動手動腦的能力，既安全又方便操作。還可以培養學生的綜合的科學素養，是培養學生工程素養的好項目。

二、本課題核心概念

1.紙塔的特點：塔的特點是上小下大，上輕下重的框架結構比較牢固，用一張A4造高塔的實驗探究就是兩個學生通過一段時間的研究、實踐、操作、探索。利用一張A4紙，每人一把剪刀、一把尺子，在30分鐘內，合作完成一個紙塔，塔的高度要求高于30厘米，穩定程度要求站穩10秒鐘以上，不能使用膠水、雙面膠等粘性物質粘合。

2.紙條---從A4紙上剪成的寬度不同的紙條，用于做成綁帶、紙筒和紙棍的材料；

3.綁帶——從A4紙上剪成的紙條用于塔的捆綁，起連接和固定作用的紙帶；

4.紙筒--從A4紙剪成的紙條卷成圓筒形狀，做塔身和塔腳的材料，圓筒形可以增強抗彎曲能力；

5.紙棍--從A4紙上剪成的紙條卷成棍子形狀，做成塔的底座的三角形，用于連接踏腳與塔身的作用，可以增加塔的穩固性；

6.塔身--從A4紙上剪成的紙條卷成圓筒狀，用來做成塔身，圓筒形塔身可以增強塔身的抗彎曲能力和支撐力，達到提高塔的高度；

7.塔的底座--從A4紙上剪成的紙條卷成筒狀做成塔的三個腳，將塔腳、三角形、塔身用綁帶將三者捆綁在一起，就是塔的底座。

三、研究范圍

① 研究材料，認識紙是一種柔軟毫無支撐力的，易受潮、易爛、易碎，易斷的材料，但是也是一種容易改變形狀的材料，要做成塔，必須改變紙的形狀，結合科學專業知識和材料力學知識，把紙帶卷成紙筒，可以增強抗彎曲能力。

② 研究塔的穩固性，塔怎樣才壘得既穩固又高呢？結合生活經驗和材料力學的知識，一邊實驗一邊探索更好的方法，一邊總結經驗教訓；一邊積累經驗和改進壘塔的方法；

③ 研究怎樣用一張A4紙的材料把塔壘得更高，通過實驗操作結果來證明；

④ 根據兩人個性特點，通過若干次壘紙塔的嘗試，探究出最佳的分工合作的方案，誰造塔的底座，誰造塔身，更加科學有效，達到更加合理的分工合作的兩人小組。

四、本課題的重要觀點（理論依據）

紙質材料是一種柔軟的，毫無支撐力的、易潮、易斷材料，但紙質材料的優點是容易改變形狀，是它變得硬朗，具有支撐力，可通過改變形狀后做成紙質高塔，用紙質材料是研究改變物體形狀可以增加材料的抗彎曲能力的好方法。

五、本課題的研究現狀及述評

從2012年4月開始，我帶領學生研究怎樣用一張A4紙造一座穩固的高塔，經過一個月左右的學習探究，不斷操作和改進，在當年的香洲區中小學科技節中獲得一等獎，塔高1.62米，穩定站立在10秒以上，出現了壘塔不成功的情況，我一直在思考覺得壘塔的方法還有改進的地方，組建用一張A4紙造高塔的探究小組，想通過實驗去探究更好的方法，提高壘塔的成功率和塔的高度。

六、本課題研究的目標

1.培養學生喜歡用一張A4紙壘高塔的這個項目活動；了解到一些紙質材料的特性和塔的特性；

2.培養學生細心、專注、動腦、動手、遇事沉著冷靜、善于不斷改進的科學素養；

3.經過三個月的培訓學習、動手操作后，可以用一張A4紙壘紙塔高度在1.4米至1.6米左右的紙塔，穩固在10秒以上。

七、本課題研究的內容

1.紙質材料的基本性質及特性；

2.紙材料形狀和抗彎曲能力的知識，

3.簡單的框架結構知識；塔的基本特點；

4.怎樣把紙塔壘得又穩又高；積累壘塔的方法和經驗。

八、本課題的研究方法

1.組織10人左右的學習培訓隊，通過紙質材料知識的傳授，了解紙質的特性；

2.研究探索怎樣把A4紙剪紙帶、再把織帶卷紙棍、紙筒；怎樣壘塔腳和塔身；

3.不斷地訓練壘塔和改進壘塔方法；積累經驗教訓，改進方法把紙塔壘得更高。

九、本課題的實施方案，各階段要解決的主要問題及方法、途徑

2017年3月-4月

1.從四年級和五年級里選拔培訓人員10名左右組成兩人合作小組；合理地把10人分成合作小組；

2.講解紙的特性和塔的特點；紙條的大約寬度，怎樣把紙條卷成紙筒、紙棍，綁帶；

3.怎樣把紙棍、紙筒壘成塔的底座和塔身，怎樣把塔的底座和塔身組合成塔，學會壘塔；

2017.5月-6月

1.如何壘塔才會更高更穩，如何把塔壘得更高的方法；

2.鼓勵和培養學生不怕失敗，勇于進取，知難而上的精神；

3.培養學生熱愛科學，不斷創新的精神；

4.通過改進方法把塔壘到1.4米至1.6米左右。

十、本課題預期的研究成果及形式

1.經過月3個月共約30節課的A4紙造紙塔的操作訓練和探究，學生了解A4紙質材料的特性——軟、易斷、易潮，也容易改變形狀的特點，能夠用一A4紙造一個高于1.4米以上的紙塔，最高的紙塔的高度達到1.72米，紙塔的高度超過預期的效果；

2.培養了學生的自信；

3.培養了學生善于動手、動腦、創新的科學素養；

4.培養了學生善于分工合作的團體精神；

5.學生學會了與對手怎樣和睦相處，共同進步的方法和思想品質；

6.提高了學生造紙塔的成功率；壘塔的高度也比原來增加了10厘米，有三組學生壘塔的成功率達到100%；

7.學生了解紙質材料的特性和塔的特點，能把塔壘到1.4米至1.6米左右，穩固在10秒以上，平時有學習和壘塔的照片積累，有學生的壘塔心得體會。

8.經過造塔練習，培養有細心、耐心、愛動手、愛動腦的科學素養。

9.通過A4紙造高塔的動手操作，使學生獲得成功感，提高學生的自信心。