设计制作喂鸟器

谢帮建 余世彦

毕节，位于贵州省西北部，风光景色旖旎，森林面积达1174. 71万亩，栖息的鸟种类繁多，有丰富的鸟类资源。鸟是山区孩子们身边最熟悉的动物，教师将科学与工程带入山区孩子们的课堂，带领学生用工程设计过程设计、制作和测试适用于不同鸟类的喂鸟器，给它们提供充足的食物，激励学生热爱、保护大自然的生命。

本活动共12课时（课程计划见表1），旨在让四五年级学生在课堂活动中亲身体验工程项目设计的全过程。在整个课程中，教师不会直接给学生提供有关鸟的知识和设计制作喂鸟器的方案，而是在活动中将工程、技术与科学进行有机结合，将科学与如何对学生产生积极影响相联系，帮助学生建立工程设计科学素养的基础和框架，使学生能够自己提出问题，“像科学家一样思考”，习得“像工程师一样利用跨学科知识解决实际生活问题的路径和方法”，并为他们习得21世纪所需技能提供帮助。

课程开始为破冰之旅，教师特意安排小学4年级和5年级的不同班级的学生混合组队，然后在不同教学环节中设置学生展示、分享、交流活动，发挥跨年级带动及互补激发的作用，并让学生学会沟通交流、质疑反思、包容理解、懂得分享、善于表达等“社会人”所必备的能力和素养。

课程以一段优美的鸟叫音乐将学生带入鸟的世界，通过观看蜂鸟视频，让学生思考蜂鸟的特征是什么。 “翅膀扇动很快、鸟嘴很尖、可以停在空中（像直升机一样）、是唯一一种可以向后飞行或倒立飞行的鸟……”以此让学生了解鸟的特点及这些特性如何满足动物需求，根据鸟的身体结构特点了解可应用领域，并熟悉和理解鸟的适应性特征、栖息地、物种等概念。

探究实验：哪一种鸟嘴能夹碎种子

把塑料吸管剪成1厘米长的小段模拟种子，把2根木棒粘在1个晾衣夹上模仿苍鹭嘴的模型，用此模型夹起1小段吸管，观察它是否能将吸管挤压变形，并做记录。教师引导学生思考鸟嘴的结构对捕食的影响，试推断它们的嘴如何帮助它们生存。

课外探究：请回家通过各种方式和渠道（网络，朋友，家长），了解我们身边都有哪些鸟，鸟嘴有哪些形状，鸟嘴的形状和鸟类的食物是否有关系，以及关于它们的任何事情。并以某种形式展现自己所了解的鸟，可以是l篇文章，1个PPT、1张手抄报或照片，只要你能想到的都可以。

设计

预热实验

在设计喂鸟器之前，学生需要理解生物需要能量，才能设计出合适的喂鸟器。为什么鸟类需要食物？是不是所有的生物都需要能量？生物是如何使用能量的？了解酵母，导入实验。

实验材料： （1/2匙）活性干酵母，透明塑料杯，温水， （1匙）糖，塑料匙

在实验中，教师引导学生不断思考：加糖前后观察到什么现象？ （图1）酵母是如何利用糖制造能量的？学生在教师的问题引导下观察思考，得出实验结论：生物会使用能量，并能够变化、成长和繁殖。教师结合之前的鸟嘴夹碎种子实验，再引导学生思考对设计喂鸟器有什么启示。要给鸟类喂食它们嘴能夹碎的食物，才能使它们健康成长。

回想酵母实验，酵母的能量来源是什么？教师展示太阳、植物、山羊、狼的图片，引导学生思考其中的能量传递关系，找出图片间的联系，画出食物链。运用食物链知识解决实际生态问题，培养学生保护生态平衡的意识，促使学生思考如何设计喂鸟器更益于保护鸟类。

确定问题

学生在此之前已经获得完成设计任务所必需的背景知识。观察、探索、研究、实践、测试、交流、评价、头脑风暴和设计图都将出现在之后的设计过程中。我们为什么要设计喂鸟器？喂鸟器有哪些类型？鸟会选择什么样的喂鸟器？各小组学生明确自己要制作一个供某一种鸟（或一群鸟）进食的喂食器。教师通过“头脑风暴”引导学生了解工程设计的基本流程。

调查研究

学生设计喂鸟器之前需调查身边（校园里、家附近）有哪些鸟类，它们的体形如何，习性如何，設计的喂鸟器应该有哪些作用，设计喂乌器时要考虑哪些因素，如尺寸大小、离地高度、材料选择、安放位置、制作方法、季节变化、温湿度变化等，各小组学生展开头脑风暴，收集相关信息，明确相关需求。

设计方案

每个小组成员为自己选择的一种鸟设计一个喂乌器，画出草图，标明尺寸和需要用到的材料（图2）。学生思考：喂鸟器如何吸引鸟儿前来取食？它的外形特别吗？它的颜色能吸引鸟儿注意吗？还是用透明的材料制成，让鸟儿直接看见食物？教师引导学生绘制草图，提示学生注意喂鸟器的结构、材料、防雨功能等。学生尝试运用多种材料、思路和方法设计喂鸟器，为后期制作实物作好准备。

小组每位成员完成草图设计后，进行组内展示、交流，吸取组员的优点，集智讨论确定一种喂鸟器的最佳方案，进一步完善方案并画出设计图（要求比草图更完善、准确，除了需要标明尺寸和材料外，还要有功能标注）。教师提醒各小组根据喂鸟器设计方案考虑可能用到的废旧材料，如塑料瓶、牛奶盒、鞋盒等。

建造原型

这是最具挑战性的环节。学生根据设计方案搜集材料，开始建造喂鸟器（图3）。学生在整理材料和工具期间，教师讲解如何安全使用工具，要求小组成员分工明确、相互配合、有序进行。教师来回巡视并提出开放性问题：“喂鸟器要考虑哪些因素？”学生对这类问题的回答能向教师显示在哪些方面还需要指导。

随着教师对各小组建造的喂鸟器的进一步认可，教师偶尔提出问题，激发学生思考他们的产品可能会遭遇的危险。例如：刮风时喂鸟器能否保持完整，不损坏？鸟在吃食物时怎么保持喂鸟器平衡？怎么才能让多种鸟同时吃到食物，而又防止其他动物偷吃？小组成员异口同声地说道： “我们的不会被风吹坏，我们的是最稳固的，我们必须保护好……”各小组对喂鸟器建造的要求越高，不断发现问题，激烈讨论优化设计方案，不断改进他们的产品。

测试原型

此环节是学生们最兴奋的时刻。为展示各小组的作品，教师告诉学生把喂鸟器装置在校园内鸟儿经常出没的地方，如学校QQ农场旁边、未名湖边、室外绿化带等地点的树上，连续观察5天，看有没有鸟儿取食。学生可自行决定每天的观察时间，如每天定时或随机、观察多少次、每次多少分钟，并记录观察结果（表2）。

学生在原型测试阶段表现出异常的兴奋和从来没有的专注。除上课之外，随时跑去观察自己的喂鸟器，整个测试过程充满了欢声笑语。

优化设计

5天后，每个小组结合本组在制作喂鸟器和观察过程中发现的问题，分析測试数据。小组成员聚集在一起讨论优点与不足，反思喂鸟器的设计方案，提出改进方案进行再设计，并筹备产品发布会。筹备产品发布会

（1）喂鸟器设计图纸（有哪些功能？材料是什么？选择是否合理？是否标注尺寸？尺寸依据是什么？）

（2）小组每个成员是否分工合理.职责明确（如资料查询员，绘图员，记录员分别是谁，都负责什么？）

（3）小组每个人的设计草图是否齐全

（4）阐述喂鸟器原型的制作过程及遇到的问题（如用什么材料？有什么特点？）

（5）测试产品，观察情况，说明设计存在的缺点及如何改进

（6）回答其他组成员提出的问题

展示评价

此环节中，各小组分享成果并听取他人意见，展现自己的沟通交流、懂得分享、质疑反思、善于表达、团队协作的能力和素养。各小组展示设计图和模型，说明建造过程和测试结果，形象直观地表述成果，并积极寻求他人建议。从各小组中选1位成员组成评估团，同时教师参与，一起评估各小组成员参与设计、人员分工、建造与测试模型过程、优化设计及团队协作的情况，对各小组进行综合评价（表3）。

全球现存近1万种鸟类中，超过20%是候鸟。它们每年在固定时间，沿固定路线往返于繁殖地和越冬地之间。贵州毕节威宁自治县境内的草海海拔2200米，是230多种鸟的重要越冬地和迁徙中转站，每年都迎来10万余只候鸟在此过冬。鸟类为什么迁徙？迁徙过程中如何辨别方向？迁徙的鸟类能飞多远？飞多高？科学家们如何研究鸟类的迁徙？各小组就威宁草海候鸟迁徒行为开展科学调查实践活动。

如今的教学活动需要的已经不是简单的“讲授作业评价”的方法，学生非常喜欢参与本项目活动，因为不同层次的学生可以一起合作，可以在不同教学环节中展示、分享、交流，解释他们的观点并分享知识;可以在平时生活中真实地观察和体验知识;可以聚焦问题，选择材料，在过程中发现问题、解决问题并改善方案。学生内在的反思、批判性思考的能力及科学素养在完成整个真实的项目活动中无形习得。

在设计制作喂鸟器项目学习活动中，学生通过完整的项目实施路径，利用工程设计过程设计、制作和测试适用于不同鸟类的喂鸟器，学会了科学探究方法，习得了利用跨学科知识解决实际问题的思维路径和方法。例如：在确定问题调查研究环节，学生能用思维导图整理收集信息;在设计环节，学生会尝试运用多种材料、多种思路、多样方法设计方案，并通过交流分享完善方案、开展质疑反思及重新再设计。

通过设计建造喂鸟器的项目学习，既提升了学生科学素养、科学技能、创新思维、交流沟通及创新能力，又让学生形成了自觉采取行动保护濒危、受伤鸟类的意识，培养了学生热爱生命、保护生命、维持自然生态平衡的行动力。

参考文献

[1] 陆颖.PBL-STEAM源自实践第一线的报告.浙江教育出版社，2018

[2]陈如平，李佩宁.美国STEM课例设计（小学卷）.教育科学出版社，2018

[3]培生.设计喂鸟器STEM教学资源，优成长教育，2018