开发不同层次的“吹泡泡”STEM课程

邵静静

STEM教育究竟是什么？为什么它能培养出创新型人才？这要从STEM教育的本质说起，STEM教育结合了科学、技术、工程和数学，然而它不是学科之间的简单结合，而是将知识融合到一起，去解决实际问题，在问题解决的过程中，让学生把零散的知识变成了一个互相联系的主体，从而获得一种跨学科的体验，因此它更注重的是学生的创新能力、解决问题的能力和相互合作的能力。这也是为什么美国要从幼儿教育开始就开展STEM教育，重在培养学生成为实际问题的解决者和学习者，发展他们面对真实世界的技能，从而顺利适应未来的社会。STEM教育贯穿小学到大学，在不同的学习阶段，其要求的水平层次必定也不相同。即使是在小学，随着学生年龄段的不同，其认识水平和认识规律的不同，会导致STEM具体教学的层次要求也不同。

本文就以“吹泡泡”为例，从小学的低、中、高三个不同的年段，谈如何做好小学科学教学。

低年段吹泡泡

低年段学生原有的知识水平较低，一些科学原理不是这个年龄段的学生所能理解的，故此，低年段的吹泡泡STEM活动，着重培养他们的基本动手能力，看图理解能力，让他们体会成功的喜悦，从而爱上动手实践。

故而，对于低年段的学生，只要他们能做出吹泡泡的工具和泡泡液即可。具体来说，他们能按照图1的办法，用吸管做一个简单的吹泡泡的工具;同时，他们依据已有的日常经验（洗涤剂、洗发水、肥皂液能产生泡泡），选择一些材料搭配，制作出泡泡液。

中、高年段吹泡泡

中、高年段的学生已具备一定的知识水平，也开始能理解一些科学原理，因此，吹泡泡活动着力培养他们在实践中发现问题、解决问题的能力。

中、高年段的需求定位是吹出更大的泡泡。学生基于此需求，在实践中必须解决两个重要的问题：调制泡泡液和改进吹泡泡的工具，并且两者密切相关。

1.调制泡泡液——中年段

在日常生活中，学生看到肥皂、洗衣粉、洗涤剂、清洁剂等产生大量泡泡，加上调查访问其他人的经验，就可能提出许多不同的泡泡液配方。如水850 mL、洗洁精500 mL、甘油275 mL、胶水100 mL，水1200 mL、洗洁精200 mL、甘油200 mL、胶水100 mL、洗发水50 mL等。

但是，维持泡泡的其实是运用液体的表面张力这一原理，这是学生不了解的。清洁剂、水、甘油在其中起到了什么作用，也是值得探究的科学问题。

为此，教师可以引导学生做下面的研究性实验。

（1）认识表面张力。例如，满满一杯水，逐渐向里面加一些回形针，水面在杯口鼓起了，并不会一下子就溢出来;生活中，可以看到荷叶上的水珠滚动。

（2）比较几种液体如水、油的表面张力。比较完水和油的表面张力后，发现水的泡泡比油的泡泡更容易破碎，而不管哪种泡泡，只要用干燥或者带尖刺的物体碰一下就会破碎。

分析（1）（2）两个实验，学生基本就能理解泡泡实际上就是表面张力的作用。他们由此可以推论，加强泡泡液体的表面张力可以让泡泡持久，也可以让泡泡吹得更大。

（3）比较发现“清洁剂+水”模式，非常容易产生泡泡。

（4）沾有油渍的碗筷，仅仅用水很难把油渍洗掉，但在加入一定的清洁剂后，就比较容易洗掉。

教师可以向学生解释清洁剂的原理：清洁剂其实是一种界面活性剂，这种物质的微粒（分子）结构的特性，使得它的一端是亲水端，一端是亲油端，从而使得水和油更容易结合。清洁剂的亲水端和水形成薄膜，此薄膜会因表面张力的原因而形成球形的泡泡。

分析（3）（4）两个实验，学生认识到清洁剂加水可以形成薄膜，从而产生泡泡，而油脂等一些其他物质被带到这个薄膜上后，能增强此薄膜的表面张力。

学习了上述科学知识后，学生知道：要做出泡泡液，至少需要水、清洁剂、甘油或其他物质。以此为指导，学生在不断尝试后，做出了最简单、最优化的泡泡液配方，即“清洁剂[∶]水[∶]胶水=2[∶]4[∶]1”。

2.改进吹泡泡工具——中年段

提出任务：利用铁丝、棉绳制作超级泡泡器。

一开始，学生凭借生活经验用铁丝做一个圈，蘸上泡泡液后吹氣，发现吹不大。分析后发现：铁丝圈上留住的泡泡液太少。改进办法：在铁丝圈上缠绕上一些棉绳，棉绳浸了泡泡液后，就能源源不断地为吹大的泡泡提供补充物质。

活动总结：影响泡泡器的关键因素之一就是泡泡器的液体附着能力。

学生自主研发超级泡泡器：除了用棉绳提升泡泡器的液体附着力，还有其他办法吗？

头脑风暴：球拍式泡泡器、花瓣式泡泡器、泡泡器棉棒……

3.改进吹泡泡的方法——中、高年段

学生通过实践很容易找到以下诀窍：吹出的气流不要忽强忽弱，气流太强则吹出的泡泡小，气流太弱又难以吹出泡泡;铁丝圈中的泡泡膜上不要有碎泡泡;铁丝圈上的棉绳要多蘸一些泡泡液，才能吹出更大的泡泡。

学生不容易注意到的是，隔着一定远的距离吹出的泡泡更大。

让学生实践此方法，带来新的疑问：这是为什么呢？教师可以先带领学生做几个伯努利实验：

趣味实验1：两张纸放在嘴边，对着两张纸的中间吹气，两张纸不会分开，反而靠拢（如图2）。

趣味实验2：吹风机吹不走这张纸台（如图3）。

教师与学生一起讨论分析实验现象。教师讲解隔开一定距离吹泡泡时的伯努利原理：吹出的气流，流速快、压力小，旁边的空气流速慢、压力大，于是旁边的空气就会补充进来。

最后，教师还可以就生活中的伯努利现象做一些拓展。如飞机的机翼是如何产生上升力的（如图4），等火车的时候为什么一定要站在黄色的警戒线以外。