制作科學玩具，培養創新能力

劉松

在科學玩具制作活動中，通過選擇低成本的材料、制作簡單的科學玩具模型、探究其中的科學原理，可培養學生的創新實踐能力。本文以“懸浮方塊”教案為例，介紹筆者在教學中的實踐，以期為相關教師提供參考。

一、什么是科學玩具

科學玩具是將科學原理融入有趣的裝置模型，學生能在制作科學玩具的同時，了解一些簡單的科學概念，玩出更多的花樣，發現科學不只是背誦書本上的知識，在日常生活中也能看見。

能讓學生加以利用、進行各種有意義的活動和游戲、完成相關的任務要求的，都可以成為科學玩具的制作材料，如紙、紙杯、塑料瓶、氣球、硬幣、易拉罐、電池、磁鐵、橡皮筋、馬達、光盤、吸管等。

二、科學玩具課程的特點與目標

1.特點

作為一門校本課程，科學玩具課程必須體現動手做的理念，此外，玩具主題應留有一定的創新設計空間，學生制作出的作品不能千篇一律，要有自己的設計思路。總體來講，科學玩具課程有以下幾個特點。

（1）科學性

科學性是指課程中要完成的項目模型應符合科學原理，包括原理解釋的科學性、演示操作的科學性、測量記錄的科學性、探究結論的科學性。具體要求是：項目模型所包含的科學原理沒有爭議，學術界有統一的結論。課程活動中模型的演示現象、實驗設計、解釋要符合科學，能夠得到實驗驗證。

（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。這一特點旨在區別于那些制作復雜、價格昂貴的科技項目，這些項目難以推廣復制，在實際教學中操作性不強。簡易性的課程內容既節約了成本，又便于教師課前準備，減輕了教師的壓力。

（3）安全性

安全性指在項目完成過程中沒有安全隱患，能確保師生人身安全。課程項目應盡量避免采用專業性過強的工具，如電焊機、切割機等。如確有需要，必須在老師的監督、指導下，做好安全措施后才能操作。

（4）創造性

創造性指課程選擇的項目在材料選擇、結構設計、制作方法、外觀美化、成果展示等方面都具有一定的開放性，學生完成項目時有很多的選擇空間，可根據小組的具體條件確定。

（5）趣味性

趣味性主要是指課程內容來自學生喜聞樂見的項目，符合學生的心理特點且制作完成的作品生動有趣。通過項目的完成，學生可以聯想到生活中類似現象的多種應用。

（6）教育性

教育性指的是通過完成課程內容能達到預期的教學目標，學生的創新能力能得到顯著提高，學生的學習態度、思想狀況有明顯的改善。

2.目標

科學玩具課程是一門以提高學生創新興趣、培養學生創新能力為目的的綜合性基礎課程，旨在激發學生學習科學的積極性和自覺性，使其了解基本的科學知識，體驗和掌握探究設計的一般過程和基本方法。

通過對課程的學習，學生能運用所學知識和方法來解釋生活中的現象，解決生活中遇到的問題，能對科學玩具進行簡單的創新設計，初步了解科學技術與人類社會發展之間的辯證關系。

三、“懸浮方塊”教案

1.教學目標

了解視錯覺現象產生的原因;學會制作簡單的視錯覺懸浮方塊;發揮想象力，設計不同的圖案;掌握不同的制作方案，設計不同的視錯覺玩具;了解視錯覺現象在日常生活中的應用。

2.教學重、難點

發揮想象力，設計不同的圖案;掌握不同的制作方案，設計不同的視錯覺玩具。

3.制作材料

剪刀，雙面膠，彩筆，硬卡紙。

4.科學原理

利用視覺角度造成的錯覺，將原來凹進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），但實際的構造如圖2b，是凹進去的（遠離觀察者）。

5.制作方法

學生根據發放的圖紙，從邊緣依次將圖案剪下，發揮自己的想象力，在裁剪好的圖紙上畫上有創意的圖案，按要求將圖紙粘貼好。

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

四、創新教學思路

1.制作方法的創新

筆者在講授“懸浮方塊”這節課的過程中，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，然后在上面設計不同的圖案，同樣可起到懸浮的視錯覺效果。

2.懸浮方塊圖案的設計創新

在理解了懸浮方塊的科學原理后，學生可充分發揮想象力，在紙上設計不同的圖案，呈現不同的效果，如設計人臉、麻將、文字圖案等。

此外，還可以利用相關軟件設計不同的造型，在學習相關軟件的同時進一步激發學生的創新動力。

五、結語

伴隨“創客教育”“STEM教育”等名詞的出現，國內的科技創新教育課程研究主要集中于開源硬件、Scratch、Arduino、機器人、3D打印等方面。由于缺乏專業的科技教師和成熟的科技教育課程體系，僅有極少數學生能夠真正享受到這些課程帶來的樂趣。

如果科技創新教育課程能立足于學生的真實生活情景，使其通過動手制作參與其中，學生會更感興趣。在這種情況下，才能更好地發揮科技創新教育的育人價值，也更有利于促進青少年科技素養的提升。