中小學STEM教學案例：趣玩泡泡

朱家禮

摘? 要 吹泡泡是少年兒童非常喜愛的活動，因涉及配置泡泡液、用各種方式吹泡泡、制作各種吹泡泡工具等內容，可設計成綜合性、跨學段、普惠性的STEM教學活動項目。

關鍵詞 STEM;吹泡泡;綜合素質

1 STEM教學目標

科學知識

1）理解液體有表面張力等性質;

2）理解泡泡形成的原理;

3）知道泡泡的大小和停留時間與泡泡液成分、吹泡泡工具和氣流等有關。

技術和工程

1）會用日常器材吹泡泡;

2）會設計制作正方體框架玩泡泡;

3）會設計制作戶外吹大泡泡工具并實驗;

4）會用漆包線等器材設計實驗裝置并探究液體表面張力。

數學和藝術

1）會按合適成分比例配制泡泡液;

2）會選用和測算制作吹泡泡工具所需材料;

3）會吹出不同形狀大小和色彩斑斕的泡泡。

2 器材和工具

肥皂一塊、塑料碗一個、粗吸管一根、細吸管一根、鐵絲兩根、線繩一根、牙簽12根、橡皮泥一團、打火機一個，甘油、洗潔精、膠水、白醋、白糖等適量。

3 活動方案

自制泡泡液? 將洗滌劑等皂類液體或固體通過攪拌溶解在水中，即為最簡單的泡泡液。如要吹出大而久的泡泡，可采用三份水、一份洗潔精和適量白糖、醋、膠水、甘油、色素、茶水等進行配置。將所配置的泡泡液裝入有蓋的瓶中，放在陰涼處12小時以上，效果更佳。可指導學生采用不同的材料和不同的比例配置不同的泡泡液并標識，用市售吹泡泡工具進行吹泡泡效果比較，通過實驗獲取最佳泡泡液配方。

用日常器材玩泡泡? 在市售玩泡泡工具基礎上，可讓學生利用日常生活器材并進行適當加工，制作吹泡泡工具，探究吹泡泡工具的形狀大小和氣流強弱等因素對所吹泡泡的影響，在做中玩并能夠在玩中思考和改進。

常見器材有吸管、筆管、打火機、飲料瓶、紗布、線繩、鐵絲、漆包線、鉛筆等。選用日常器材設計制作吹泡泡工具和泡泡液實驗現象見表1。

制作正方體框架玩泡泡? 此分活動可首先讓學生選用日常器材設計制作正方體框架，再將正方體框架浸沒在泡泡液中進行吹泡泡實驗。

設計制作正方體框架是典型的技術和工程問題。教師應充分發揮學生的主體作用，要求學生在活動前選擇不同器材和連接方式制作出穩固的正方體框架，并在活動過程中交流分享。常見制作正方體框架12個棱邊的材料有牙簽、吸管、棉簽棒、火柴梗、塑料棒、鐵絲等;連接棱邊構成正方體方法有強力膠水粘接、橡皮泥粘接、膠槍膠粘、線繩捆扎、細鐵絲捆扎、圓形帶孔球插接、毛根條連接、小藤球連接等。

將制作的正方體框架的六個面分別浸在泡泡液中，保證各面具有液膜;或是將其整體浸沒在泡泡液中再拿出，可觀察到正方體框架內形成多邊形泡泡。如用吸管在正方體框架內泡泡里再吹泡泡，可形成正方體泡泡，實驗效果見圖1。吹出正方體泡泡是學生最為驚愕和興趣所在。

戶外造大泡泡? 在戶外利用風力吹出巨大且色彩斑斕的泡泡，需要設計可承載較多泡泡液膜的圓形或多邊形工具，同時應配置能讓泡泡在空中停留較長時間的泡泡液。

可以選用兩根細長竹竿，將一根粗長麻繩兩端拴在竹竿端部，在麻繩垂下的最低點拴幾個螺母作為配重;再在垂下的兩根麻繩中間橫向拴一根麻繩，形成封閉的準三角形。實驗時，將麻繩浸沒在泡泡液中，兩手分開竹竿，借助風力，可吹出大泡泡。戶外吹大泡泡的實驗效果見圖2。

在戶外吹大泡泡的泡泡液在常規配置情況下，應多放一些甘油和糖，能保證所吹泡泡大而長久。

此活動可在學校科技節期間進行表演，或作為比賽項目，引導學生團隊合作并不斷進行實驗調試。

還可以用鐵絲彎曲制作成帶手柄的圓圈，或使用鐵絲晾衣架等，在戶外吹大泡泡。

比較液體表面張力? 液體具有表面張力，雖然可以采用水面浮物、硬幣滴水等實驗加以解釋，但不具備定量研究性。用漆包線制作一個帶手柄的半開型長方形框架，在框架上套連一根帶拉線的導軌以形成封閉的長方形。用此裝置可比較不同泡泡液表面張力的大小。

將裝置浸沒在泡泡液中拿出，輕輕拉動導軌，液膜面積可隨之變大直至破裂。純凈水和不同配方的泡泡液，在相同實驗條件下的最大面積不同。實驗方法見圖3。

4 原理和解釋

液體表面具有張力。水能形成泡泡，但水泡很小，停留時間極短，原因是水的表面張力太大。在水中溶入洗潔精、肥皂等，可降低水的表面張力，能吹出停留稍長時間的泡泡。加入白糖和甘油，可減少水的蒸發，能保證泡泡停留時間更長;加入墨水或茶水，可使吹出來的泡泡五彩斑斕。洗衣粉幾乎都是經過低泡處理的，制備泡泡液一般不采用。

肥皂泡泡液的薄膜厚度只有頭發絲直徑的五千分之一。一般情況下，泡泡液中存有空氣，若泡泡液中存有可燃氣體，則泡泡可被點燃，因時間極短，不具危險性。

5 注意事項

1）配置泡泡液，除皂液以外，其他輔料應采用食品級。實驗時，應防止泡泡液被吸入口中或濺入眼中。

2）制作吹泡泡工具，應注意工具使用安全，

3）實驗完成后，應處理廢棄物，注意保潔。

6 專家評析

本STEM教學活動項目選題源自學生自幼兒起即已開展的吹泡泡活動，他們已有體驗，易于接受。所設計的各類分活動在科學原理、設計制作難易程度等方面具有層次性和循序漸進性，可實現自小學低年級到高中的跨學段教學。各分活動所需設計制作器材皆為日常生活用品，價格低廉，易于復制、便于推廣，具有普惠性，各級各類小學和中學皆可開展。活動設計獨具匠心，蘊含科學、技術、工程、數學乃至藝術等方面的要素，能培養學生的設計制作和科學探究能力，體現了以科學為基礎的STEM教學思想和理念。與當下很多學校或企業采用信息技術、網絡技術和人工智能等裝備開展創客和STEM教學相比較，此活動案例充分運用日常器材、常見工具和傳統技術，也可以對學生進行科學、數學與技術、工程等方面的綜合素質培養，為普通中小學校選擇常規科學實驗、科技制作項目進行拓展、深化，進而作為STEM教學活動項目提供了有益的借鑒，值得推廣。

（中國教育裝備研究院研究員 彭志新）