“玩”转创新——设计制作科学玩具开展创客教学

文重庆市巴川中学 刘松

“玩”转创新
——设计制作科学玩具开展创客教学

文重庆市巴川中学 刘松

现在的学生接触到的玩具大多是通过购买或简单组装获得。如果学生能通过动手制作玩具、学习其中的科学知识，势必会达到事半功倍的效果。

我在科技课教学中融入设计、制作、分享、推介科学玩具，为学生讲解科学玩具背后的科学原理，再引导学生通过创意设计，利用常见的材料“化腐朽为神奇”。这种形式不失为一种开展创客教学的好方法。

一、制作科学玩具与创客教育的共同点

在科技创新课程中，设计制作科学玩具与创客教育的课程实施有很多共同点。比如二者都要求学以致用，将创意变为现实，都提倡“做中学”，小组合作，注重培养学生的表达能力。

科学玩具的设计制作过程往往是综合运用各种学科知识、工具、材料的过程，比如设计投石机、机械手臂等，这些与创客教育的跨学科特征别无二致。所以，通过设计制作科学玩具开展创客教育教学，既是在现有科技创新教育课程基础上与创客教育课程的结合，又是教育理念更新、提升的过程。

二、通过设计制作科学玩具开展创客教育课程的优点

创客教育课程注重与日常生活结合，解决生活中遇到的实际问题。将设计制作科学玩具融入创客教育课程，一是符合瑞士儿童心理学家让·皮亚杰的认知发展理论。让学生在学习科学技术的同时接触自己感兴趣的科学玩具，能提升学生的学习代入感，使学生有身临其境的感受。

二是相对无人机、VR、3D打印、arduino开源硬件、机器人等，科学玩具造价便宜，容易获得。

三是教育改革的新趋势，即用生活化的教具让学生更容易理解所学内容，寓教于乐。

四是可以利用科学玩具进行各种创意设计，比如玩具玩法、外观、结构、功能等。

三、案例分析

如何开展创客教育课程？我以错觉陀螺、回旋纸飞机及纸竹蜻蜓三种科学玩具为例作详细分析。

（一）错觉陀螺

使用的基本器材有剪刀、热熔胶枪、光盘、图纸、玻璃珠、胶水。

课程目的：1.让学生通过错觉陀螺的活动了解错觉、视觉暂留、旋转平衡等概念。2.设计出不同的错觉动画效果，并演示讲解。

科学原理：首先需了解影片是以“帧”的方式储存影像，即以固定的时间间隔记录影像，例如每秒记录10张或20张等（通常每秒12帧以上）。而眼睛是连续性地接收影像，与摄影机不同。因此用摄影机拍摄旋转的物体，就会呈现与肉眼看到的不同的现象。

在错觉陀螺的设计图中，每一层的方块（即螺旋桨）数目不同，由内到外共六层，分别为 15、18、21、24、27 以及30个方块。开始旋转后，在转速逐渐变慢的过程中，每一层的视觉效果都会不一样。

图1错觉陀螺设计图

图2不同的错觉陀螺动画设计效果

课程预定的效果：引起学生对科学的兴趣，培养学生动手做实验的兴趣，进而研究其他各种视错觉玩具的原理，设计不同的错觉陀螺效果。

（二）回旋纸飞机

使用的材料：A4纸。

课程目的：1.让学生通过回旋纸飞机的飞翔了解流体力学伯努利原理。

2.设计不同结构的回旋纸飞机，并演示飞行效果。

3.能够顺利完成回旋纸飞机的各种闯关游戏。

科学原理：利用纸飞机的运动，了解流速快、压力小，流速慢、压力大的原理。

图3制作回旋纸飞机

课程预定的效果：取材方便，引起学生对科学的兴趣，进而设计不同类型的回旋纸飞机。教学活动简单易操作，回旋效果明显。

（三）纸竹蜻蜓活动

使用的材料：A4纸。

图4 不同结构的回旋纸飞机

课程目的：1.让学生通过纸竹蜻蜓的活动了解螺旋桨转动的原理。2.设计类似原理的不同飞行器或创意玩具。

科学原理：与直升机原理一致，利用桨片的构造，轴的两侧倾斜到固定的一边，自由下落，桨片受到空气的升力。空气阻力给予纸片的作用力垂直于纸片“翅膀”。如图5所示，此作用力的分力为左右两个箭头。其中向上的分力使纸竹蜻蜓的下降速度变慢，另一个分力与“翅膀”左右两边的方向相反，使得纸竹蜻蜓旋转。

图5 纸竹蜻蜓的受力分析示意图

课程预定的效果：学生能了解直升机飞行的原理，同时设计不同的螺旋桨飞行器。

四、小结

环顾世界各国，莫不重视科学教育，虽然我国每年都会举办青少年科技创新大赛，民间也有大量的科技创新类比赛鼓励青少年动手实践、科学探究，但学生科学素养的提高，根本上还要依靠学校教师在教学上引入新的方式。

通过设计制作科学玩具将创客教育课程的“动手做”理念融入科学课程，可增强学生的动手操作能力，让学生喜爱科学、热衷科技创新。