制作科学玩具，培养创新能力

刘松

在科学玩具制作活动中，通过选择低成本的材料、制作简单的科学玩具模型、探究其中的科学原理，可培养学生的创新实践能力。本文以“悬浮方块”教案为例，介绍笔者在教学中的实践，以期为相关教师提供参考。

一、什么是科学玩具

科学玩具是将科学原理融入有趣的装置模型，学生能在制作科学玩具的同时，了解一些简单的科学概念，玩出更多的花样，发现科学不只是背诵书本上的知识，在日常生活中也能看见。

能让学生加以利用、进行各种有意义的活动和游戏、完成相关的任务要求的，都可以成为科学玩具的制作材料，如纸、纸杯、塑料瓶、气球、硬币、易拉罐、电池、磁铁、橡皮筋、馬达、光盘、吸管等。

二、科学玩具课程的特点与目标

1.特点

作为一门校本课程，科学玩具课程必须体现动手做的理念，此外，玩具主题应留有一定的创新设计空间，学生制作出的作品不能千篇一律，要有自己的设计思路。总体来讲，科学玩具课程有以下几个特点。

（1）科学性

科学性是指课程中要完成的项目模型应符合科学原理，包括原理解释的科学性、演示操作的科学性、测量记录的科学性、探究结论的科学性。具体要求是：项目模型所包含的科学原理没有争议，学术界有统一的结论。课程活动中模型的演示现象、实验设计、解释要符合科学，能够得到实验验证。

（2）简易性

简易性指的是模型的制作材料来源广泛，制作步骤、演示过程简单。这一特点旨在区别于那些制作复杂、价格昂贵的科技项目，这些项目难以推广复制，在实际教学中操作性不强。简易性的课程内容既节约了成本，又便于教师课前准备，减轻了教师的压力。

（3）安全性

安全性指在项目完成过程中没有安全隐患，能确保师生人身安全。课程项目应尽量避免采用专业性过强的工具，如电焊机、切割机等。如确有需要，必须在老师的监督、指导下，做好安全措施后才能操作。

（4）创造性

创造性指课程选择的项目在材料选择、结构设计、制作方法、外观美化、成果展示等方面都具有一定的开放性，学生完成项目时有很多的选择空间，可根据小组的具体条件确定。

（5）趣味性

趣味性主要是指课程内容来自学生喜闻乐见的项目，符合学生的心理特点且制作完成的作品生动有趣。通过项目的完成，学生可以联想到生活中类似现象的多种应用。

（6）教育性

教育性指的是通过完成课程内容能达到预期的教学目标，学生的创新能力能得到显著提高，学生的学习态度、思想状况有明显的改善。

2.目标

科学玩具课程是一门以提高学生创新兴趣、培养学生创新能力为目的的综合性基础课程，旨在激发学生学习科学的积极性和自觉性，使其了解基本的科学知识，体验和掌握探究设计的一般过程和基本方法。

通过对课程的学习，学生能运用所学知识和方法来解释生活中的现象，解决生活中遇到的问题，能对科学玩具进行简单的创新设计，初步了解科学技术与人类社会发展之间的辩证关系。

三、“悬浮方块”教案

1.教学目标

了解视错觉现象产生的原因;学会制作简单的视错觉悬浮方块;发挥想象力，设计不同的图案;掌握不同的制作方案，设计不同的视错觉玩具;了解视错觉现象在日常生活中的应用。

2.教学重、难点

发挥想象力，设计不同的图案;掌握不同的制作方案，设计不同的视错觉玩具。

3.制作材料

剪刀，双面胶，彩笔，硬卡纸。

4.科学原理

利用视觉角度造成的错觉，将原来凹进去的中心看成是凸出来的。如图2a，方块的中心是黑色的，看起来是凸出来的（靠近观察者），但实际的构造如图2b，是凹进去的（远离观察者）。

5.制作方法

学生根据发放的图纸，从边缘依次将图案剪下，发挥自己的想象力，在裁剪好的图纸上画上有创意的图案，按要求将图纸粘贴好。

制作完成后，以单眼或用手机、照相机的屏幕观察，效果会更明显。此外，灯光最好直接对着中心点，让立方体的每个面都很明亮，效果更佳。

四、创新教学思路

1.制作方法的创新

笔者在讲授“悬浮方块”这节课的过程中，分享了一种不借助剪刀的方法，可直接用正方形的纸折出来，然后在上面设计不同的图案，同样可起到悬浮的视错觉效果。

2.悬浮方块图案的设计创新

在理解了悬浮方块的科学原理后，学生可充分发挥想象力，在纸上设计不同的图案，呈现不同的效果，如设计人脸、麻将、文字图案等。

此外，还可以利用相关软件设计不同的造型，在学习相关软件的同时进一步激发学生的创新动力。

五、结语

伴随“创客教育”“STEM教育”等名词的出现，国内的科技创新教育课程研究主要集中于开源硬件、Scratch、Arduino、机器人、3D打印等方面。由于缺乏专业的科技教师和成熟的科技教育课程体系，仅有极少数学生能够真正享受到这些课程带来的乐趣。

如果科技创新教育课程能立足于学生的真实生活情景，使其通过动手制作参与其中，学生会更感兴趣。在这种情况下，才能更好地发挥科技创新教育的育人价值，也更有利于促进青少年科技素养的提升。