小題大做也精彩

楊穎

[摘 要]戈德堡機械是指一種設(shè)計過度復(fù)雜的機械組合，通過迂回曲折的方式完成一個簡單的操作。它能從創(chuàng)新和實踐的角度，輔助學(xué)生理解及運用各種科學(xué)原理。在科學(xué)教學(xué)中，教師可通過戈德堡機械引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生小題大做，以小見大，綜合運用所學(xué)知識，提升科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]戈德堡機械;科學(xué)教學(xué);科學(xué)素養(yǎng);小題大做;以小見大

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2019）09-0074-02

如果你要打開一把傘，你會怎么做？當然是用手一步完成啦。然而，有幾個中國孩子用了22步才完成這一過程，卻獲得了美國戈德堡機械創(chuàng)意大賽的銀獎?？隙ㄓ腥藭f這太無聊了，明明如此簡單的事情卻用那么多裝置復(fù)雜化，簡直小題大做。這些繁雜的裝置統(tǒng)稱為魯布·戈德堡機械。它指一種設(shè)計過度復(fù)雜的機械組合，用迂回曲折的方式完成一個簡單的操作。可別小瞧它，設(shè)計一個復(fù)雜而成功的戈德堡機械往往要有龐大的科學(xué)知識庫，綜合運用各種科學(xué)原理才能完成。由此可見，將戈德堡機械融入科學(xué)課，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能使學(xué)生在做中學(xué)，理解并運用知識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力。下面，筆者就以兩個具體案例淺析戈德堡機械如何助力科學(xué)教學(xué)。

一、紙質(zhì)材料的小題大做

紙無處不在，是易得且價格較廉的材料，也是科學(xué)實驗的主要材料。從三年級《材料》單元的《紙》到五年級《結(jié)構(gòu)》單元的《折形狀》《造房子》，學(xué)生對紙的認識不斷深入。人們制造了各種各樣的紙以滿足不同的需求，如銅版紙、卡紙、素描紙、宣紙等。通過科學(xué)課上的對比實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)并歸納出各種紙的性質(zhì)：一些紙很厚實但不防水，一些紙輕薄卻有韌性……而不同的加工折疊方法，又會賦予紙質(zhì)材料新的功能。

但是，對紙的認識不能停留在此，教師還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用。用紙質(zhì)材料制作戈德堡機械是一個很好的應(yīng)用契機，即在立起來的紙板上運送一個玻璃珠（如下圖），看似簡單，實則需要耗費大量的時間和精力。學(xué)生在設(shè)計、制作、實踐環(huán)節(jié)中面臨各種問題，如如何選擇紙質(zhì)材料、運用哪種紙質(zhì)結(jié)構(gòu)等，在失敗中不斷摸索成功的方法。當然，學(xué)生不能腦中一片空白就開始著手制作，教師應(yīng)呈現(xiàn)一個簡單的戈德堡機械結(jié)構(gòu)讓學(xué)生觀察、分析：拉動繩子，玻璃彈珠下滑，經(jīng)過兩個硬卡紙制作的滑道，彈珠掉落到有彈性的折疊紙上，再彈進塑料瓶中，最終掉入瓶蓋，通過杠桿原理抬起旗子。學(xué)生對這樣的裝置相當感興趣，提問：“可以用其他紙質(zhì)材料，讓它變得更復(fù)雜、更有意思嗎？”

于是學(xué)生分成小組，應(yīng)用所學(xué)知識來制作戈德堡機械。在設(shè)計環(huán)節(jié)，他們要考慮除了卡紙外，還可以用哪些紙質(zhì)材料來設(shè)計滑道。有的學(xué)生提出可以用A4紙卷成筒狀做立體滑道;有的學(xué)生腦洞大開，用不同硬度的紙設(shè)計迷宮式滑道;在實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生遇到了很多問題：紙質(zhì)滑道的折疊形狀不合理，使玻璃珠直接滾飛，無法抬起旗子;紙質(zhì)滑道的角度設(shè)計有誤，導(dǎo)致玻璃珠卡在滑道上，無法落下;對玻璃珠的沖擊力和重量計算錯誤，導(dǎo)致紙質(zhì)滑道的承重出現(xiàn)問題……學(xué)生在反復(fù)實踐中熟練運用不同的紙質(zhì)材料，經(jīng)過確定目標、頭腦風(fēng)暴、設(shè)計思路、實踐驗證幾個階段，從挫敗中找出問題并解決問題。學(xué)生對戈德堡機械小題大做，充分地挖掘和應(yīng)用有關(guān)紙質(zhì)材料的科學(xué)知識，在獲得成就感的同時內(nèi)化了所學(xué)的科學(xué)知識，經(jīng)歷了有意義的精彩的主動學(xué)習(xí)過程。

二、能量學(xué)習(xí)的以小見大

例如，六年級《能量》單元中每一課的內(nèi)容有著遞進的關(guān)系，但都是淺嘗輒止，沒有深入的探究，更多的是對學(xué)生進行科學(xué)概念的灌輸。閱讀量廣泛的學(xué)生在學(xué)習(xí)該單元之前就對一些科學(xué)名詞爛熟于心，但他們真的懂這些名詞的含義嗎？他們會應(yīng)用這些科學(xué)名詞解釋實際生活中的問題嗎？我們不妨用戈德堡機械來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)《能量》單元。

首先，教師可以通過一個問題引入該單元的教學(xué)，這個問題就是“怎樣用一顆彈珠點亮燈泡”，并基于這一問題設(shè)計一個與眾不同的戈德堡機械，讓學(xué)生在此過程中逐步認識能量、能量的轉(zhuǎn)換與守恒以及能量的應(yīng)用。教師預(yù)先展示較為簡單的彈珠戈德堡機械（如下圖）：（1）將一顆彈珠放置于坡道頂端，彈珠滾落后擊中底部的一個小橡皮球;（2）橡皮球撞擊一張多米諾骨牌;（3）多米諾骨牌接連倒下;（4）最后一張多米諾骨牌推倒鋁箔條;（5）鋁箔條擊中桌上的電線;（6）電路被連通，燈泡被點亮。

學(xué)生要想了解彈珠戈德堡機械是如何工作的，需要了解各種不同類型的能量，包括重力勢能、動能、彈性勢能、熱能、化學(xué)能、電能和光能等。在之后的學(xué)習(xí)中，教師要幫助學(xué)生理解不同類型的能量，以及能量如何從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。學(xué)生回顧彈珠戈德堡機械結(jié)構(gòu)圖，用已學(xué)知識來辨別能量的類型、能量轉(zhuǎn)換的路徑，以及不同主體能量的增減。學(xué)生進行更高層次的思考，通過彈珠戈德堡機械明白：能量是守恒的，不會無故產(chǎn)生，也不會憑空消失;能量可以由一個系統(tǒng)逐步影響消散至周圍環(huán)境，但能量的總量是恒定的。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生開始分組設(shè)計并制造自己的彈珠戈德堡機械。在活動前，各組準備好所需的各種材料，并各準備一張紙，繪制彈珠戈德堡機械結(jié)構(gòu)圖，在結(jié)構(gòu)圖中標明各種能量以及能量的轉(zhuǎn)換示意圖。教師應(yīng)告知學(xué)生不需制造非常精密的機械裝置，但每個組設(shè)計的機械應(yīng)至少包括四個步驟和多種能量的轉(zhuǎn)換形式。教師以此激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使他們設(shè)計的機械和能量的概念建立聯(lián)系。

學(xué)生在探究過程中會遇到問題、提出疑問，教師可以利用這個機會向?qū)W生介紹一些生活中會用到的材料和應(yīng)用形式。一些小組在實踐時會對設(shè)計進行修改，這需要再繪制一幅彈珠戈德堡機械結(jié)構(gòu)圖。修改完畢的圖要包括每個機械部件，按序排列，在能量轉(zhuǎn)換處做好標注。同時，每個小組的成員都要能簡單描述該機械的運行方式以及能量轉(zhuǎn)換間的關(guān)系。當然，各個小組也要向全班展示機械的運行，讓臺下的同學(xué)觀看演示，提出反饋意見，用更加科學(xué)的詞匯、能量的概念解釋生活中相似的工作原理。這種用以小見大的形式來學(xué)習(xí)《能量》單元的方法，實際上是一種引導(dǎo)學(xué)生在玩中學(xué)、在做中用的教學(xué)方法。

總之，戈德堡機械的小題大做也可以很精彩，永遠不要小看學(xué)生的創(chuàng)造力和實踐能力，他們帶來的驚喜會令教師嘆為觀止。給科學(xué)探究項目做“加法”，使學(xué)習(xí)的過程不僅有趣還具有挑戰(zhàn)性，相信越來越多的學(xué)生會喜歡科學(xué)，在生活中運用科學(xué)，達到學(xué)習(xí)科學(xué)的目的。

（特約編輯 木 清）