設(shè)計(jì)制作喂鳥器

謝幫建 余世彥

畢節(jié)，位于貴州省西北部，風(fēng)光景色旖旎，森林面積達(dá)1174. 71萬畝，棲息的鳥種類繁多，有豐富的鳥類資源。鳥是山區(qū)孩子們身邊最熟悉的動(dòng)物，教師將科學(xué)與工程帶入山區(qū)孩子們的課堂，帶領(lǐng)學(xué)生用工程設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)、制作和測試適用于不同鳥類的喂鳥器，給它們提供充足的食物，激勵(lì)學(xué)生熱愛、保護(hù)大自然的生命。

本活動(dòng)共12課時(shí)（課程計(jì)劃見表1），旨在讓四五年級(jí)學(xué)生在課堂活動(dòng)中親身體驗(yàn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過程。在整個(gè)課程中，教師不會(huì)直接給學(xué)生提供有關(guān)鳥的知識(shí)和設(shè)計(jì)制作喂鳥器的方案，而是在活動(dòng)中將工程、技術(shù)與科學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，將科學(xué)與如何對學(xué)生產(chǎn)生積極影響相聯(lián)系，幫助學(xué)生建立工程設(shè)計(jì)科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)和框架，使學(xué)生能夠自己提出問題，“像科學(xué)家一樣思考”，習(xí)得“像工程師一樣利用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際生活問題的路徑和方法”，并為他們習(xí)得21世紀(jì)所需技能提供幫助。

課程開始為破冰之旅，教師特意安排小學(xué)4年級(jí)和5年級(jí)的不同班級(jí)的學(xué)生混合組隊(duì)，然后在不同教學(xué)環(huán)節(jié)中設(shè)置學(xué)生展示、分享、交流活動(dòng)，發(fā)揮跨年級(jí)帶動(dòng)及互補(bǔ)激發(fā)的作用，并讓學(xué)生學(xué)會(huì)溝通交流、質(zhì)疑反思、包容理解、懂得分享、善于表達(dá)等“社會(huì)人”所必備的能力和素養(yǎng)。

課程以一段優(yōu)美的鳥叫音樂將學(xué)生帶入鳥的世界，通過觀看蜂鳥視頻，讓學(xué)生思考蜂鳥的特征是什么。 “翅膀扇動(dòng)很快、鳥嘴很尖、可以停在空中（像直升機(jī)一樣）、是唯一一種可以向后飛行或倒立飛行的鳥……”以此讓學(xué)生了解鳥的特點(diǎn)及這些特性如何滿足動(dòng)物需求，根據(jù)鳥的身體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了解可應(yīng)用領(lǐng)域，并熟悉和理解鳥的適應(yīng)性特征、棲息地、物種等概念。

探究實(shí)驗(yàn)：哪一種鳥嘴能夾碎種子

把塑料吸管剪成1厘米長的小段模擬種子，把2根木棒粘在1個(gè)晾衣夾上模仿蒼鷺嘴的模型，用此模型夾起1小段吸管，觀察它是否能將吸管擠壓變形，并做記錄。教師引導(dǎo)學(xué)生思考鳥嘴的結(jié)構(gòu)對捕食的影響，試推斷它們的嘴如何幫助它們生存。

課外探究：請回家通過各種方式和渠道（網(wǎng)絡(luò)，朋友，家長），了解我們身邊都有哪些鳥，鳥嘴有哪些形狀，鳥嘴的形狀和鳥類的食物是否有關(guān)系，以及關(guān)于它們的任何事情。并以某種形式展現(xiàn)自己所了解的鳥，可以是l篇文章，1個(gè)PPT、1張手抄報(bào)或照片，只要你能想到的都可以。

設(shè)計(jì)

預(yù)熱實(shí)驗(yàn)

在設(shè)計(jì)喂鳥器之前，學(xué)生需要理解生物需要能量，才能設(shè)計(jì)出合適的喂鳥器。為什么鳥類需要食物？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，導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)材料： （1/2匙）活性干酵母，透明塑料杯，溫水， （1匙）糖，塑料匙

在實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生不斷思考：加糖前后觀察到什么現(xiàn)象？ （圖1）酵母是如何利用糖制造能量的？學(xué)生在教師的問題引導(dǎo)下觀察思考，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：生物會(huì)使用能量，并能夠變化、成長和繁殖。教師結(jié)合之前的鳥嘴夾碎種子實(shí)驗(yàn)，再引導(dǎo)學(xué)生思考對設(shè)計(jì)喂鳥器有什么啟示。要給鳥類喂食它們嘴能夾碎的食物，才能使它們健康成長。

回想酵母實(shí)驗(yàn)，酵母的能量來源是什么？教師展示太陽、植物、山羊、狼的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考其中的能量傳遞關(guān)系，找出圖片間的聯(lián)系，畫出食物鏈。運(yùn)用食物鏈知識(shí)解決實(shí)際生態(tài)問題，培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)生態(tài)平衡的意識(shí)，促使學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)喂鳥器更益于保護(hù)鳥類。

確定問題

學(xué)生在此之前已經(jīng)獲得完成設(shè)計(jì)任務(wù)所必需的背景知識(shí)。觀察、探索、研究、實(shí)踐、測試、交流、評價(jià)、頭腦風(fēng)暴和設(shè)計(jì)圖都將出現(xiàn)在之后的設(shè)計(jì)過程中。我們?yōu)槭裁匆O(shè)計(jì)喂鳥器？喂鳥器有哪些類型？鳥會(huì)選擇什么樣的喂鳥器？各小組學(xué)生明確自己要制作一個(gè)供某一種鳥（或一群鳥）進(jìn)食的喂食器。教師通過“頭腦風(fēng)暴”引導(dǎo)學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本流程。

調(diào)查研究

學(xué)生設(shè)計(jì)喂鳥器之前需調(diào)查身邊（校園里、家附近）有哪些鳥類，它們的體形如何，習(xí)性如何，設(shè)計(jì)的喂鳥器應(yīng)該有哪些作用，設(shè)計(jì)喂烏器時(shí)要考慮哪些因素，如尺寸大小、離地高度、材料選擇、安放位置、制作方法、季節(jié)變化、溫濕度變化等，各小組學(xué)生展開頭腦風(fēng)暴，收集相關(guān)信息，明確相關(guān)需求。

設(shè)計(jì)方案

每個(gè)小組成員為自己選擇的一種鳥設(shè)計(jì)一個(gè)喂烏器，畫出草圖，標(biāo)明尺寸和需要用到的材料（圖2）。學(xué)生思考：喂鳥器如何吸引鳥兒前來取食？它的外形特別嗎？它的顏色能吸引鳥兒注意嗎？還是用透明的材料制成，讓鳥兒直接看見食物？教師引導(dǎo)學(xué)生繪制草圖，提示學(xué)生注意喂鳥器的結(jié)構(gòu)、材料、防雨功能等。學(xué)生嘗試運(yùn)用多種材料、思路和方法設(shè)計(jì)喂鳥器，為后期制作實(shí)物作好準(zhǔn)備。

小組每位成員完成草圖設(shè)計(jì)后，進(jìn)行組內(nèi)展示、交流，吸取組員的優(yōu)點(diǎn)，集智討論確定一種喂鳥器的最佳方案，進(jìn)一步完善方案并畫出設(shè)計(jì)圖（要求比草圖更完善、準(zhǔn)確，除了需要標(biāo)明尺寸和材料外，還要有功能標(biāo)注）。教師提醒各小組根據(jù)喂鳥器設(shè)計(jì)方案考慮可能用到的廢舊材料，如塑料瓶、牛奶盒、鞋盒等。

建造原型

這是最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案搜集材料，開始建造喂鳥器（圖3）。學(xué)生在整理材料和工具期間，教師講解如何安全使用工具，要求小組成員分工明確、相互配合、有序進(jìn)行。教師來回巡視并提出開放性問題：“喂鳥器要考慮哪些因素？”學(xué)生對這類問題的回答能向教師顯示在哪些方面還需要指導(dǎo)。

隨著教師對各小組建造的喂鳥器的進(jìn)一步認(rèn)可，教師偶爾提出問題，激發(fā)學(xué)生思考他們的產(chǎn)品可能會(huì)遭遇的危險(xiǎn)。例如：刮風(fēng)時(shí)喂鳥器能否保持完整，不損壞？鳥在吃食物時(shí)怎么保持喂鳥器平衡？怎么才能讓多種鳥同時(shí)吃到食物，而又防止其他動(dòng)物偷吃？小組成員異口同聲地說道： “我們的不會(huì)被風(fēng)吹壞，我們的是最穩(wěn)固的，我們必須保護(hù)好……”各小組對喂鳥器建造的要求越高，不斷發(fā)現(xiàn)問題，激烈討論優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，不斷改進(jìn)他們的產(chǎn)品。

測試原型

此環(huán)節(jié)是學(xué)生們最興奮的時(shí)刻。為展示各小組的作品，教師告訴學(xué)生把喂鳥器裝置在校園內(nèi)鳥兒經(jīng)常出沒的地方，如學(xué)校QQ農(nóng)場旁邊、未名湖邊、室外綠化帶等地點(diǎn)的樹上，連續(xù)觀察5天，看有沒有鳥兒取食。學(xué)生可自行決定每天的觀察時(shí)間，如每天定時(shí)或隨機(jī)、觀察多少次、每次多少分鐘，并記錄觀察結(jié)果（表2）。

學(xué)生在原型測試階段表現(xiàn)出異常的興奮和從來沒有的專注。除上課之外，隨時(shí)跑去觀察自己的喂鳥器，整個(gè)測試過程充滿了歡聲笑語。

優(yōu)化設(shè)計(jì)

5天后，每個(gè)小組結(jié)合本組在制作喂鳥器和觀察過程中發(fā)現(xiàn)的問題，分析測試數(shù)據(jù)。小組成員聚集在一起討論優(yōu)點(diǎn)與不足，反思喂鳥器的設(shè)計(jì)方案，提出改進(jìn)方案進(jìn)行再設(shè)計(jì)，并籌備產(chǎn)品發(fā)布會(huì)。籌備產(chǎn)品發(fā)布會(huì)

（1）喂鳥器設(shè)計(jì)圖紙（有哪些功能？材料是什么？選擇是否合理？是否標(biāo)注尺寸？尺寸依據(jù)是什么？）

（2）小組每個(gè)成員是否分工合理.職責(zé)明確（如資料查詢員，繪圖員，記錄員分別是誰，都負(fù)責(zé)什么？）

（3）小組每個(gè)人的設(shè)計(jì)草圖是否齊全

（4）闡述喂鳥器原型的制作過程及遇到的問題（如用什么材料？有什么特點(diǎn)？）

（5）測試產(chǎn)品，觀察情況，說明設(shè)計(jì)存在的缺點(diǎn)及如何改進(jìn)

（6）回答其他組成員提出的問題

展示評價(jià)

此環(huán)節(jié)中，各小組分享成果并聽取他人意見，展現(xiàn)自己的溝通交流、懂得分享、質(zhì)疑反思、善于表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力和素養(yǎng)。各小組展示設(shè)計(jì)圖和模型，說明建造過程和測試結(jié)果，形象直觀地表述成果，并積極尋求他人建議。從各小組中選1位成員組成評估團(tuán)，同時(shí)教師參與，一起評估各小組成員參與設(shè)計(jì)、人員分工、建造與測試模型過程、優(yōu)化設(shè)計(jì)及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的情況，對各小組進(jìn)行綜合評價(jià)（表3）。

全球現(xiàn)存近1萬種鳥類中，超過20%是候鳥。它們每年在固定時(shí)間，沿固定路線往返于繁殖地和越冬地之間。貴州畢節(jié)威寧自治縣境內(nèi)的草海海拔2200米，是230多種鳥的重要越冬地和遷徙中轉(zhuǎn)站，每年都迎來10萬余只候鳥在此過冬。鳥類為什么遷徙？遷徙過程中如何辨別方向？遷徙的鳥類能飛多遠(yuǎn)？飛多高？科學(xué)家們?nèi)绾窝芯盔B類的遷徙？各小組就威寧草海候鳥遷徒行為開展科學(xué)調(diào)查實(shí)踐活動(dòng)。

如今的教學(xué)活動(dòng)需要的已經(jīng)不是簡單的“講授作業(yè)評價(jià)”的方法，學(xué)生非常喜歡參與本項(xiàng)目活動(dòng)，因?yàn)椴煌瑢哟蔚膶W(xué)生可以一起合作，可以在不同教學(xué)環(huán)節(jié)中展示、分享、交流，解釋他們的觀點(diǎn)并分享知識(shí);可以在平時(shí)生活中真實(shí)地觀察和體驗(yàn)知識(shí);可以聚焦問題，選擇材料，在過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題并改善方案。學(xué)生內(nèi)在的反思、批判性思考的能力及科學(xué)素養(yǎng)在完成整個(gè)真實(shí)的項(xiàng)目活動(dòng)中無形習(xí)得。

在設(shè)計(jì)制作喂鳥器項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生通過完整的項(xiàng)目實(shí)施路徑，利用工程設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)、制作和測試適用于不同鳥類的喂鳥器，學(xué)會(huì)了科學(xué)探究方法，習(xí)得了利用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的思維路徑和方法。例如：在確定問題調(diào)查研究環(huán)節(jié)，學(xué)生能用思維導(dǎo)圖整理收集信息;在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生會(huì)嘗試運(yùn)用多種材料、多種思路、多樣方法設(shè)計(jì)方案，并通過交流分享完善方案、開展質(zhì)疑反思及重新再設(shè)計(jì)。

通過設(shè)計(jì)建造喂鳥器的項(xiàng)目學(xué)習(xí)，既提升了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)技能、創(chuàng)新思維、交流溝通及創(chuàng)新能力，又讓學(xué)生形成了自覺采取行動(dòng)保護(hù)瀕危、受傷鳥類的意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生熱愛生命、保護(hù)生命、維持自然生態(tài)平衡的行動(dòng)力。

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