制制作作科科學(xué)學(xué)玩玩具具，，培培養(yǎng)養(yǎng)創(chuàng)創(chuàng)新新能能力力
——以“懸浮方塊”校本課程為例

■重慶市巴川中學(xué)校 劉 松

在科學(xué)玩具制作活動(dòng)中，通過選擇低成本的材料、制作簡單的科學(xué)玩具模型、探究其中的科學(xué)原理，可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。本文以“懸浮方塊”教案為例，介紹筆者在教學(xué)中的實(shí)踐，以期為相關(guān)教師提供參考。

一、什么是科學(xué)玩具

科學(xué)玩具是將科學(xué)原理融入有趣的裝置模型，學(xué)生能在制作科學(xué)玩具的同時(shí)，了解一些簡單的科學(xué)概念，玩出更多的花樣，發(fā)現(xiàn)科學(xué)不只是背誦書本上的知識(shí)，在日常生活中也能看見。

能讓學(xué)生加以利用、進(jìn)行各種有意義的活動(dòng)和游戲、完成相關(guān)的任務(wù)要求的，都可以成為科學(xué)玩具的制作材料，如紙、紙杯、塑料瓶、氣球、硬幣、易拉罐、電池、磁鐵、橡皮筋、馬達(dá)、光盤、吸管等。

二、科學(xué)玩具課程的特點(diǎn)與目標(biāo)

1.特點(diǎn)

作為一門校本課程，科學(xué)玩具課程必須體現(xiàn)動(dòng)手做的理念，此外，玩具主題應(yīng)留有一定的創(chuàng)新設(shè)計(jì)空間，學(xué)生制作出的作品不能千篇一律，要有自己的設(shè)計(jì)思路。總體來講，科學(xué)玩具課程有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）科學(xué)性

科學(xué)性是指課程中要完成的項(xiàng)目模型應(yīng)符合科學(xué)原理，包括原理解釋的科學(xué)性、演示操作的科學(xué)性、測(cè)量記錄的科學(xué)性、探究結(jié)論的科學(xué)性。具體要求是：項(xiàng)目模型所包含的科學(xué)原理沒有爭議，學(xué)術(shù)界有統(tǒng)一的結(jié)論。課程活動(dòng)中模型的演示現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、解釋要符合科學(xué)，能夠得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1 科學(xué)玩具課程的特點(diǎn)

（2）簡易性

簡易性指的是模型的制作材料來源廣泛，制作步驟、演示過程簡單。這一特點(diǎn)旨在區(qū)別于那些制作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的科技項(xiàng)目，這些項(xiàng)目難以推廣復(fù)制，在實(shí)際教學(xué)中操作性不強(qiáng)。簡易性的課程內(nèi)容既節(jié)約了成本，又便于教師課前準(zhǔn)備，減輕了教師的壓力。

（3）安全性

安全性指在項(xiàng)目完成過程中沒有安全隱患，能確保師生人身安全。課程項(xiàng)目應(yīng)盡量避免采用專業(yè)性過強(qiáng)的工具，如電焊機(jī)、切割機(jī)等。如確有需要，必須在老師的監(jiān)督、指導(dǎo)下，做好安全措施后才能操作。

（4）創(chuàng)造性

創(chuàng)造性指課程選擇的項(xiàng)目在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制作方法、外觀美化、成果展示等方面都具有一定的開放性，學(xué)生完成項(xiàng)目時(shí)有很多的選擇空間，可根據(jù)小組的具體條件確定。

（5）趣味性

趣味性主要是指課程內(nèi)容來自學(xué)生喜聞樂見的項(xiàng)目，符合學(xué)生的心理特點(diǎn)且制作完成的作品生動(dòng)有趣。通過項(xiàng)目的完成，學(xué)生可以聯(lián)想到生活中類似現(xiàn)象的多種應(yīng)用。

（6）教育性

教育性指的是通過完成課程內(nèi)容能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生的創(chuàng)新能力能得到顯著提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、思想狀況有明顯的改善。

2.目標(biāo)

科學(xué)玩具課程是一門以提高學(xué)生創(chuàng)新興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目的的綜合性基礎(chǔ)課程，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的積極性和自覺性，使其了解基本的科學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)和掌握探究設(shè)計(jì)的一般過程和基本方法。

通過對(duì)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法來解釋生活中的現(xiàn)象，解決生活中遇到的問題，能對(duì)科學(xué)玩具進(jìn)行簡單的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，初步了解科學(xué)技術(shù)與人類社會(huì)發(fā)展之間的辯證關(guān)系。

三、“懸浮方塊”教案

1.教學(xué)目標(biāo)

了解視錯(cuò)覺現(xiàn)象產(chǎn)生的原因；學(xué)會(huì)制作簡單的視錯(cuò)覺懸浮方塊；發(fā)揮想象力，設(shè)計(jì)不同的圖案；掌握不同的制作方案，設(shè)計(jì)不同的視錯(cuò)覺玩具；了解視錯(cuò)覺現(xiàn)象在日常生活中的應(yīng)用。

2.教學(xué)重、難點(diǎn)

發(fā)揮想象力，設(shè)計(jì)不同的圖案；掌握不同的制作方案，設(shè)計(jì)不同的視錯(cuò)覺玩具。

3.制作材料

剪刀，雙面膠，彩筆，硬卡紙。

4.科學(xué)原理

利用視覺角度造成的錯(cuò)覺，將原來凹進(jìn)去的中心看成是凸出來的。如圖2a，方塊的中心是黑色的，看起來是凸出來的（靠近觀察者），但實(shí)際的構(gòu)造如圖2b，是凹進(jìn)去的（遠(yuǎn)離觀察者）。

圖2 懸浮方塊的使用效果

5.制作方法

學(xué)生根據(jù)發(fā)放的圖紙，從邊緣依次將圖案剪下，發(fā)揮自己的想象力，在裁剪好的圖紙上畫上有創(chuàng)意的圖案，按要求將圖紙粘貼好。

制作完成后，以單眼或用手機(jī)、照相機(jī)的屏幕觀察，效果會(huì)更明顯。此外，燈光最好直接對(duì)著中心點(diǎn)，讓立方體的每個(gè)面都很明亮，效果更佳。

四、創(chuàng)新教學(xué)思路

1.制作方法的創(chuàng)新

筆者在講授“懸浮方塊”這節(jié)課的過程中，分享了一種不借助剪刀的方法，可直接用正方形的紙折出來，然后在上面設(shè)計(jì)不同的圖案，同樣可起到懸浮的視錯(cuò)覺效果。

2.懸浮方塊圖案的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

在理解了懸浮方塊的科學(xué)原理后，學(xué)生可充分發(fā)揮想象力，在紙上設(shè)計(jì)不同的圖案，呈現(xiàn)不同的效果，如設(shè)計(jì)人臉、麻將、文字圖案等。

此外，還可以利用相關(guān)軟件設(shè)計(jì)不同的造型，在學(xué)習(xí)相關(guān)軟件的同時(shí)進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)力。

圖3 不同的懸浮方塊圖案效果

五、結(jié)語

伴隨“創(chuàng)客教育”“STEM教育”等名詞的出現(xiàn)，國內(nèi)的科技創(chuàng)新教育課程研究主要集中于開源硬件、Scratch、Arduino、機(jī)器人、3D打印等方面。由于缺乏專業(yè)的科技教師和成熟的科技教育課程體系，僅有極少數(shù)學(xué)生能夠真正享受到這些課程帶來的樂趣。

如果科技創(chuàng)新教育課程能立足于學(xué)生的真實(shí)生活情景，使其通過動(dòng)手制作參與其中，學(xué)生會(huì)更感興趣。在這種情況下，才能更好地發(fā)揮科技創(chuàng)新教育的育人價(jià)值，也更有利于促進(jìn)青少年科技素養(yǎng)的提升。