中小學(xué)STEM教學(xué)案例：趣玩泡泡

朱家禮

摘? 要 吹泡泡是少年兒童非常喜愛的活動，因涉及配置泡泡液、用各種方式吹泡泡、制作各種吹泡泡工具等內(nèi)容，可設(shè)計成綜合性、跨學(xué)段、普惠性的STEM教學(xué)活動項目。

關(guān)鍵詞 STEM;吹泡泡;綜合素質(zhì)

1 STEM教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)知識

1）理解液體有表面張力等性質(zhì);

2）理解泡泡形成的原理;

3）知道泡泡的大小和停留時間與泡泡液成分、吹泡泡工具和氣流等有關(guān)。

技術(shù)和工程

1）會用日常器材吹泡泡;

2）會設(shè)計制作正方體框架玩泡泡;

3）會設(shè)計制作戶外吹大泡泡工具并實驗;

4）會用漆包線等器材設(shè)計實驗裝置并探究液體表面張力。

數(shù)學(xué)和藝術(shù)

1）會按合適成分比例配制泡泡液;

2）會選用和測算制作吹泡泡工具所需材料;

3）會吹出不同形狀大小和色彩斑斕的泡泡。

2 器材和工具

肥皂一塊、塑料碗一個、粗吸管一根、細吸管一根、鐵絲兩根、線繩一根、牙簽12根、橡皮泥一團、打火機一個，甘油、洗潔精、膠水、白醋、白糖等適量。

3 活動方案

自制泡泡液? 將洗滌劑等皂類液體或固體通過攪拌溶解在水中，即為最簡單的泡泡液。如要吹出大而久的泡泡，可采用三份水、一份洗潔精和適量白糖、醋、膠水、甘油、色素、茶水等進行配置。將所配置的泡泡液裝入有蓋的瓶中，放在陰涼處12小時以上，效果更佳?？芍笇?dǎo)學(xué)生采用不同的材料和不同的比例配置不同的泡泡液并標(biāo)識，用市售吹泡泡工具進行吹泡泡效果比較，通過實驗獲取最佳泡泡液配方。

用日常器材玩泡泡? 在市售玩泡泡工具基礎(chǔ)上，可讓學(xué)生利用日常生活器材并進行適當(dāng)加工，制作吹泡泡工具，探究吹泡泡工具的形狀大小和氣流強弱等因素對所吹泡泡的影響，在做中玩并能夠在玩中思考和改進。

常見器材有吸管、筆管、打火機、飲料瓶、紗布、線繩、鐵絲、漆包線、鉛筆等。選用日常器材設(shè)計制作吹泡泡工具和泡泡液實驗現(xiàn)象見表1。

制作正方體框架玩泡泡? 此分活動可首先讓學(xué)生選用日常器材設(shè)計制作正方體框架，再將正方體框架浸沒在泡泡液中進行吹泡泡實驗。

設(shè)計制作正方體框架是典型的技術(shù)和工程問題。教師應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，要求學(xué)生在活動前選擇不同器材和連接方式制作出穩(wěn)固的正方體框架，并在活動過程中交流分享。常見制作正方體框架12個棱邊的材料有牙簽、吸管、棉簽棒、火柴梗、塑料棒、鐵絲等;連接棱邊構(gòu)成正方體方法有強力膠水粘接、橡皮泥粘接、膠槍膠粘、線繩捆扎、細鐵絲捆扎、圓形帶孔球插接、毛根條連接、小藤球連接等。

將制作的正方體框架的六個面分別浸在泡泡液中，保證各面具有液膜;或是將其整體浸沒在泡泡液中再拿出，可觀察到正方體框架內(nèi)形成多邊形泡泡。如用吸管在正方體框架內(nèi)泡泡里再吹泡泡，可形成正方體泡泡，實驗效果見圖1。吹出正方體泡泡是學(xué)生最為驚愕和興趣所在。

戶外造大泡泡? 在戶外利用風(fēng)力吹出巨大且色彩斑斕的泡泡，需要設(shè)計可承載較多泡泡液膜的圓形或多邊形工具，同時應(yīng)配置能讓泡泡在空中停留較長時間的泡泡液。

可以選用兩根細長竹竿，將一根粗長麻繩兩端拴在竹竿端部，在麻繩垂下的最低點拴幾個螺母作為配重;再在垂下的兩根麻繩中間橫向拴一根麻繩，形成封閉的準(zhǔn)三角形。實驗時，將麻繩浸沒在泡泡液中，兩手分開竹竿，借助風(fēng)力，可吹出大泡泡。戶外吹大泡泡的實驗效果見圖2。

在戶外吹大泡泡的泡泡液在常規(guī)配置情況下，應(yīng)多放一些甘油和糖，能保證所吹泡泡大而長久。

此活動可在學(xué)?？萍脊?jié)期間進行表演，或作為比賽項目，引導(dǎo)學(xué)生團隊合作并不斷進行實驗調(diào)試。

還可以用鐵絲彎曲制作成帶手柄的圓圈，或使用鐵絲晾衣架等，在戶外吹大泡泡。

比較液體表面張力? 液體具有表面張力，雖然可以采用水面浮物、硬幣滴水等實驗加以解釋，但不具備定量研究性。用漆包線制作一個帶手柄的半開型長方形框架，在框架上套連一根帶拉線的導(dǎo)軌以形成封閉的長方形。用此裝置可比較不同泡泡液表面張力的大小。

將裝置浸沒在泡泡液中拿出，輕輕拉動導(dǎo)軌，液膜面積可隨之變大直至破裂。純凈水和不同配方的泡泡液，在相同實驗條件下的最大面積不同。實驗方法見圖3。

4 原理和解釋

液體表面具有張力。水能形成泡泡，但水泡很小，停留時間極短，原因是水的表面張力太大。在水中溶入洗潔精、肥皂等，可降低水的表面張力，能吹出停留稍長時間的泡泡。加入白糖和甘油，可減少水的蒸發(fā)，能保證泡泡停留時間更長;加入墨水或茶水，可使吹出來的泡泡五彩斑斕。洗衣粉幾乎都是經(jīng)過低泡處理的，制備泡泡液一般不采用。

肥皂泡泡液的薄膜厚度只有頭發(fā)絲直徑的五千分之一。一般情況下，泡泡液中存有空氣，若泡泡液中存有可燃氣體，則泡泡可被點燃，因時間極短，不具危險性。

5 注意事項

1）配置泡泡液，除皂液以外，其他輔料應(yīng)采用食品級。實驗時，應(yīng)防止泡泡液被吸入口中或濺入眼中。

2）制作吹泡泡工具，應(yīng)注意工具使用安全，

3）實驗完成后，應(yīng)處理廢棄物，注意保潔。

6 專家評析

本STEM教學(xué)活動項目選題源自學(xué)生自幼兒起即已開展的吹泡泡活動，他們已有體驗，易于接受。所設(shè)計的各類分活動在科學(xué)原理、設(shè)計制作難易程度等方面具有層次性和循序漸進性，可實現(xiàn)自小學(xué)低年級到高中的跨學(xué)段教學(xué)。各分活動所需設(shè)計制作器材皆為日常生活用品，價格低廉，易于復(fù)制、便于推廣，具有普惠性，各級各類小學(xué)和中學(xué)皆可開展?；顒釉O(shè)計獨具匠心，蘊含科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)乃至藝術(shù)等方面的要素，能培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計制作和科學(xué)探究能力，體現(xiàn)了以科學(xué)為基礎(chǔ)的STEM教學(xué)思想和理念。與當(dāng)下很多學(xué)?；蚱髽I(yè)采用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能等裝備開展創(chuàng)客和STEM教學(xué)相比較，此活動案例充分運用日常器材、常見工具和傳統(tǒng)技術(shù)，也可以對學(xué)生進行科學(xué)、數(shù)學(xué)與技術(shù)、工程等方面的綜合素質(zhì)培養(yǎng)，為普通中小學(xué)校選擇常規(guī)科學(xué)實驗、科技制作項目進行拓展、深化，進而作為STEM教學(xué)活動項目提供了有益的借鑒，值得推廣。

（中國教育裝備研究院研究員 彭志新）