拆解法：學科學像解謎一樣有趣

陳染

著名教育家陶行知講過一個著名的故事：有一位父親買了塊昂貴的金表，剛買回來沒多久，就被他5歲的孩子拆壞了，父親怒不可遏，將孩子狠狠地揍了一頓，后來，這位父親把事情告訴陶行知的時候，陶行知打趣地說，中國的愛迪生就被你打沒了。確實，像福特、愛迪生等偉大的發(fā)明家小時候都有拆解東西的經(jīng)歷。拆東西是孩子好奇心的體現(xiàn)，孩子看到手表嘀嗒嘀嗒地轉動，好奇表里到底有什么，就會想辦法把它拆開一探究竟。許多家長也有相似的煩惱，有時候我們給孩子的玩具買回家沒多久就被拆得支離破碎，有的家長會為此責罵孩子，這種行為會很大地打擊孩子的好奇心和學習積極性。

作為科技教師，我們可以將“拆解玩具”為主題開展創(chuàng)客活動。學生喜歡玩具，很多玩具還蘊含了不少有趣的科學原理，值得我們探究。當然，拆解的對象也不一定是玩具，其他合適的常見物品也是可以的。

科技學堂的STEM云教研“拆玩具，學科學”活動從整體上看是一個“編碼一解碼”的過程。我們選擇的玩具便是一個“編碼”的過程，玩具就像一個包裝巧妙的謎題，學生在玩具拆解的過程中完成對科學原理的“解碼”，找到這個謎題的答案。在解碼的過程中，學生通過探究活動不斷進行猜測和解答，逐步理解我們所要傳達的科學原理，這就是學生建構起自己知識的過程。

從流程上看，我們可以將“拆玩琪，學科學”分為“體驗與觀察”“拆解與研究”和“分享與展示”3個環(huán)節(jié)。在體驗與觀察環(huán)節(jié)，學生需要充分了解和體驗玩具的玩法，在未拆開玩具的前提下，觀察外露的玩具結構，猜想玩具的工作原理;在拆解與研究環(huán)節(jié)，學生拆開玩具，研究玩具的工作原理，驗證或修改自己在體驗與觀察環(huán)節(jié)提出的猜想，在分享與展示環(huán)節(jié)，學生總結這節(jié)課程所學到的知識，通過各種方式展示并向他人分享自己在課程中學到的知識，教師通過成果評估學生學過程中的收獲。

什么樣的玩具適合“拆玩具，學科學”的活動呢？我們可以遵循幾個簡單的原則：

●玩具的難度要適中，不能一眼就看穿原理，也不能拆解之后還搞不清原理;

●玩具的零件數(shù)量不要太多，能夠直觀表現(xiàn)2～3個物理現(xiàn)象即可;

●玩具安全性好，價格低廉。

除了這些必要的條件外，教師和學生熟悉的玩具更適合作為開展活動的材料。在STEM云教研活動的討論中，我們選擇“了大多數(shù)教師和學生都玩過的鐵皮青蛙作為拆解的內容。

體驗與觀察

鐵皮青蛙是一款經(jīng)久不衰的玩具，轉動青蛙身上的旋桿，擰上發(fā)條，將青蛙放在地上，它就會自動地一步步向前跳。很多教師小時候都玩過鐵皮青蛙，甚至可能是唯一的童年玩具。回憶一下，你小時候是否好奇過鐵皮青蛙是怎樣工作的，是否嘗試過拆開鐵皮青蛙，觀察里面的結構呢？用我們小時候玩玩具的熱情引導學生體驗和觀察鐵皮青蛙吧！

在這個環(huán)節(jié)，學生分組活動，充分體驗鐵皮青蛙的玩法，教師設計相應學習單，讓學生把玩鐵皮青蛙的多種體驗寫在學習單上。例如，教師可以提出這樣的問題：

轉動旋桿的時候你看到什么？聽到什么？手感有什么變化？

●青蛙拿在手上有什么感受，它在什么時候才會跳起來？

通過這一系列問題，引導學生有意識地從視覺、聽覺、觸覺等多角度體驗鐵皮青蛙的玩法和感受。這種充分體驗將幫助學生對鐵皮青蛙的運行過程有全面的認識，在體驗的同時，教師還要引導學生思考鐵皮青蛙為什么會做出這樣的動作。

教師還需要引導學生對鐵皮青蛙進行全面的觀察，在不拆開玩具的前提下，觀察鐵皮青蛙的結構。例如，我們可以從鐵皮青蛙腿部的孔洞中窺視到內部結構的小部分，我們可以看到鐵皮青蛙內部安裝有彈簧，還可以發(fā)現(xiàn)當我們轉動旋桿時，內部有一個零件會向上運動。

進行了充分的體驗和觀察之后，學生在學習單中寫下對鐵皮青蛙工作原理的猜想。這個環(huán)節(jié)我們體驗到的聲音、手感，觀察到的彈簧、移動的零件都應該作為學生作出猜想的依據(jù)。這一過程學生也許不能將全部收集到的證據(jù)用上，這是很正常的，我們可以讓學生將自己的疑惑寫在學習單中，并在下一個環(huán)節(jié)進行解答?？梢詫W生在這一階段的猜想作為課程的形成性評價。

拆解與研究

在這個環(huán)節(jié)，學生將拆解玩具，研究玩具每一個零件的作用和工作原理，以驗證自己提出的猜想。拆解鐵皮青蛙只需要尖嘴鉗就可以完成，但這個環(huán)節(jié)教師一定要特別注意學生安全，最好能為學生配備勞保手套等防護物資。

鐵皮青蛙的拆解并不難，但我們不要讓學生太快地把鐵皮青蛙拆得一千二凈，拆解的目的是為了研究，不明不白地將鐵皮青蛙拆散并沒有太大的意義。在這個環(huán)節(jié)，教師要引導學生邊拆解，邊提出問題，邊研究解決問題。怎樣做到邊拆解邊研究呢？我們可以通過比較的方式進行。

拆開了鐵皮青蛙的外殼后，擰一擰旋桿，觀察內芯中有哪些結構運動了，又是怎樣運動的。將鐵皮青蛙放在桌子上，我們觀察到青蛙依舊能夠一蹦一蹦向前跳，這說明青蛙的外殼與青蛙的運動沒有必然的聯(lián)系。

我們在第一個環(huán)節(jié)中觀察到鐵皮青蛙的內部機構中具有彈簧，學生對彈簧的作用進行了猜測。在這個階段，我們就要對猜測的結果進行驗證。取出彈簧，轉動旋桿，觀察內芯與原來的運動方式有什么不同。我們發(fā)現(xiàn)，安裝彈簧時，轉動旋桿后蛙腿不會跳動，只有放到地上鐵皮青蛙才會跳起來;沒有安裝彈簧時，轉動旋桿松開手后，蛙腿會馬上開始跳動。通過比較，我們發(fā)現(xiàn)彈簧的作用是阻止發(fā)條快速釋放能量。接下來，教師要引導學生進一步思考和討論，為什么要阻止發(fā)條快速釋放能量呢？彈簧用到了什么原理能阻止發(fā)條能量釋放呢？我們能用別的什么材料替代彈簧嗎？通過提問和思考，學生主動思考玩具中每一個零件的作用，并將自己所想記錄在學習單中。

零件拆解出來后，學生要將零件保存好，以防丟失，這也是培養(yǎng)學生好習慣的一個細節(jié)。我們看到鐵皮青蛙由外殼、內殼、蛙腿、發(fā)條、旋桿、齒輪、曲柄、軸、彈簧這些零件組成，它體現(xiàn)了不少有趣的物理原理：發(fā)條和彈簧的作用是彈性勢能和動能的相互轉換，齒輪產(chǎn)生加速作用，蛙腿體現(xiàn)的是杠桿原理……學生要清楚每一個零件的作用，并且能夠說明這些零件是怎樣組成鐵皮青蛙的。

分享與展示

學生通過拆解與研究環(huán)節(jié)搞清楚原理后，我們需要一種合適的方式讓學生將玩具的原理展示出來，以總結學習的成果。分享與展示環(huán)節(jié)可選用的方式有很多，由于鐵皮青蛙拆解之后會破壞它的連接結構，無法安裝回去，我們不如用解剖的青蛙零件做一張思維導圖，直觀地呈現(xiàn)每一個部分的作用和關系。

制作鐵皮青蛙的思維導圖需要的材料和工具有A4紙、彩筆和藍泥膠，藍泥膠是很好地將零件粘貼在紙上的材料。在思維導圖中，我們依照運動的順序將零件一一粘貼在紙上，并用箭頭標識出來：手轉動旋桿一旋桿帶動發(fā)條一發(fā)條帶動齒輪運轉一齒輪帶動曲柄將旋轉運動轉化為往復運動一曲柄帶動蛙腿運動一，彈簧儲存能量將蛙腿的連續(xù)跳動轉化為間歇運動，而這些零件都固定在鐵皮青蛙內部的固定裝置上。

然后，我們在每一個零件旁邊寫下它的工作原理，并用更小的線條連接有相似原理的生活常見物品，將課程與生活聯(lián)系起來。在物品旁邊，我們還可以用箭頭標識出零件的細節(jié)部分，完善展衲容。

完成思維導圖后，教師可以讓學生用思維導圖向其他同學講解鐵皮青蛙的工作原理，也可以分小組評選最好的思維導圖。作品的完成圖也可以作為教師給學生的總結性評價。

玩具就像一個被層層包裝的禮物，我們將科學知識包裹進其中，學生通過體驗與觀察、拆解與研究、分享與展示3個階段，拆開層層的包裹，解開玩具科學原理的時候，一定會更加的難忘。