创作一个吹气水瓶玩具 ——小学科学《空气占据空间》项目化学习案例

一、项目简介

科学概念需要在新情境中被运用，才能检验学生是否真正掌握。当下科学教学作用大多停留在课堂的科学概念教学上。我的教学也是如此：三年级的学生喜欢我的科学课，仅仅因为科学课的活动本身带趣味。纵然我费尽心思，学生也很少主动在课外运用科学，让课内学到的知识和方法真正发生作用。除了一些生活小调查，我也想不出有什么更好的活动。直到我尝试让学生在课外动起手来，运用科学知识创作的项目化学习开始，一个全新的视角展现。

在三年级科学课程《水和空气》单元学习之后，我期待学生能运用“空气占据空间”概念，动手创作一个吹气水瓶玩具。这是三年级学生第一次在课外动手实践创作的体验。希望学生能深刻体验科学知识的魅力，体验创造的发生。

课内外7课时有计划的干预和无限时长的学生自主学习，学生的学习成果精彩纷呈。一期学习结束，180位学生创作了132个不雷同的玩具设计，每一个作品都让人惊叹不止。学生利用空气占据空间的原理设计了吹水灭火器、喷水小象、音乐喷泉、火山喷发、尿娃、吹气艇、吹气洒水车、吹气打靶水枪等作品，从科学原理的创造性利用上，从产品的外观设计上，从功能的运用上，从语言的介绍上……创意360度无死角！在学习过程中，无限的创意在交流中产生，一个创意点燃新的创意。该项目结合常规科学课，从科学课出发到生活中实践，在生活中运用科学创造。学生体验到了知识带来的最高乐趣——创作的乐趣！快乐学习，自主学习，终身学习开始有了一条清晰的路径！

二、项目设计

（一）学习目标

1.学科素养目标

（1）知道空气会占据空间，能对生活中的空气占据空间现象做出解释。

（2）会利用空气占据空间的原理，设计一个有创意的玩具，选择合适的材料来制作成品，并做出迭代方案设计与实施。

2.学习基础素养目标

（1）问题解决能力：能运用已学的科学原理，提出一个概念运用的新情境，通过动手实践，设计解决问题的方案。

（2）交流分享能力：乐于在交流平台上分享自己的作品与创意，主动学习其他作品的优点，体验协作带来的乐趣。能较准确描述整个玩具产品的材料、外观等尺寸和功能。

（3）批判性思维能力：能对同伴的作品从某一个角度如外观、材料运用、结构、实用性、新颖性等进行评价，尝试提出改进建议。

（二）教学准备

矿泉水瓶、吸管、项目方案、作业交流微信群等

（三）驱动性问题

怎样利用空气占据空间原理创作一个吹气水瓶玩具？

（四）项目流程设计

学生在整个项目学习中要经历两条线的发展，一条是科学概念迁移和运用的线，一条是创作产生的线。在整个环节中，实践是连接所有发展的载体。概念发展线索和创作线索同时在实践中推进。整个项目学习能完美展现的关键是让学生动起手来！

三、项目实施

第一阶段：项目启动（1课时）

创作一个玩具，属于小发明性质。发明始于需求驱动，灵感来自于多种多样的外界刺激。大班额的学生如何在创作基础上运用科学概念是该项目成功的关键。

在学习水和空气的单元开始，进行项目说明：期末综合评价活动中，同学互评时要赠送自己创作的玩具——吹气水瓶玩具。每一个同学设计与创作的玩具先接受评价，再赠送。评价内容包括产品作品，设计图纸，说明书三个板块10个细目。

孩子们都觉得这个任务太难了，他们说自己从来没有创作过玩具。当我的PPT出现了吹气水瓶玩具时，马上有很多孩子们提问：“吹气水瓶是什么？”四个班级的课里都是一样的情形。我心里开始打鼓：三年级的学生可以吗？前期课外作业完成率不是很理想。再说他们从来没有经历过玩具创作，动手能力也不容乐观。以往我辅导学生进行发明创作都是以个体为主的，从来没有过大班额的经历。如果180名学生只创作了几件作品，那投入的教育成本太高了！

 

第二阶段：项目实施与成果（4课时）

（一）科学课程学习：空气占据空间

任务：科学实验“空气会占据空间吗？”，学习科学概念，观察创意玩具的基本装置。

课堂实践：小组实验不合作怎么办？

“老师，林某都给自己玩，我们根本没有选他！”实验刚开始，第四小组的其他3个学生一起到我面前申诉了。而这节实验课，充满失落的不仅仅是第四小组。空气会不会占据空间是一个小组实验。实验器材是一个矿泉水瓶和两根吸管，吸管一根插在水中（A管），另一根露在空气中（B管）。如果空气会占据空间，往B管里吹气，A管就会喷出水来。对于这样有趣的猜测验证，学生都跃跃欲试。可是每个小组都只有一个瓶子，考虑到卫生，吸管只能由一个学生吹。谁来吹？为了解决这个问题，我让小组通过评选的方法推出一个操作员。第四小组的林某霸道地破坏了规则。虽然事后我教育了他，但我也不是那么自信：再来一次类似的操作，只要实验有趣好玩，又只能个别人操作，林某可能还是会抛下自己遵守规则的承诺再次犯规。毕竟这个更像玩具的实验器材，让没有体验的学生充满了遗憾。

反思：吹气水瓶的实验充满了乐趣，孩子们很想做却没能做。这是一个需要解决的事实，这为在课余时间展开实践提供了最原始的需求。学生开始心动了，项目学习的动力被进一步激发。从孩子们感兴趣的现象到利用现象创作玩具，从看别人做到自己做，实践起来就有无限的可能。好玩的项目打动学生心灵，创作就此起步。

（二）课外创作与微信交流群展示

任务：学生以个人为单位，在家里制作吹气水枪，由家长拍摄介绍视频，并上传至交流微信群。

实践案例：王天硕做了6个吹气水枪

下课了，我刚到办公室里坐下，一群学生簇拥了一个学生涌了过来。被围在中间的是王天硕。他怀里抱着一堆的瓶子。学生叽叽喳喳地说开了：“老师，王天硕做了6个吹气水枪！”“老师，我第一次见到这么大的！”“老师，他的还有一个水枪可以瞄准的，还有一个双发射的！”……王天硕咪咪笑，什么也不说，把他的6个吹气水枪依次排到了我的桌子上。可乐瓶子，矿泉水瓶子，弯头吸管，直吸管、出水口在瓶子上方的、出水口在瓶子侧面的，一个吹气口，两个出水口的……

反思：课外实践应该在新的情境中让知识与方法真正起到作用。相比课内的吹气水瓶验证实验，课外让学生制作一个吹气水枪是知识与方法迁移的开始。学生要去寻找材料，要明白吸管怎样安装，原理是什么，怎样让出水时间变长，吸管的朝向要调试。学生只要对空气占据空间的知识有足够的理解，取材与安装便有了无限可能，创意开始。玩具创作项目，先从材料改变等实践中将创造世界之门打开。

（三）吹气水瓶玩具创意交流、作品表达

任务：集体交流吹气水瓶的创意方向：1.怎么改进外观？2.怎样吹出多样的效果？3.有哪些玩具可以运用出水的效果？微信群共享作品介绍，集体交流产品迭代记录、表达方法。

实践案例：132个创意玩具

在吹气水枪结束后，学生意犹未尽。将吹气水枪改造成创意玩具的任务马上开始。我的家校微信群里叮叮咚咚响起学生上传视频的提示。不雷同的创意玩具有132个，虽然大多数学生在家里随意穿着睡衣，他们的作品却让人惊叹不止。学生利用空气占据空间的原理设计了喷气灭火器、喷水小象、音乐喷泉、火山喷发、尿娃等创作。每一个新的产品都能在前面的创意中找到学习的痕迹。下面择其中的7个玩具：

作品1：小象喷水

作品2：吹水花洒

作品3：气球吹起玩具

作品4：打气筒花洒

作品5：音乐喷泉

作品6：尿娃

作品7：爆水鱼缸

反思：

创作是学习成果的最高表现形式，在产品类的实践项目中创作是最高的发展目标。对产品的整体设计培养真正的创新技能。基于线上的产品创意交流，是一种共享，也是一种合作。一个创意点燃了其他的创意，更新的创意又对每个学生起到作用。

 

第三阶段：成果展示与评价（2课时）

任务：展示与成品说明书撰写：1.一学生展示，其他学生评价。2.撰写成品说明书，与作品等一起上交，教师评价。3.生互赠奖品，根据说明书介绍演示。

评价说明：

本次评价以作品评价和过程性评价相结合的方式进行。作品评价从STEM角度分成科学知识、技术、工程和数学四方面，占分值80%。评价方法如下：科学知识根据上传视频的介绍由教师评价；产品创意、展示以及说明由教师和推选的评价助手现场评价；产品改进、图纸设计、数据测量，由教师根据说明书，不同时期资料等纸质材料评价；现场演示效果互动评价由其他观察演示的学生评价。过程性评价占分值20%：由小组互评组员的参与情感、互相合作。

图2：评价细目、分类及所占分值

 

四、项目总结与反思

我和学生一起经历了完整的项目学习，整个过程让我惊讶与感动。我第一次感受到学生热情高涨的课外创作、交流、展示的主动学习状态。

第一、科学概念得到有效的运用

玩具创作是科学概念运用的有效途径。创作吹气水瓶玩具的学习项目解决了一个两难问题：当学生在课外碰到驱动学习的问题时，需要储备的知识概念不能对应教学进度；而在教学某个概念时，学生不一定能在课外马上产生一个对应的问题运用该概念。玩具创作项目能结合教学进度有计划实施，以班级整体推进，让学生在课外淋漓尽致地理解、运用科学概念。从玩具创作需求开始，在实践的全过程中，任何的设计、制作、改进、材料的选择等决策和实施，科学概念时刻都被深刻理解和运用。

第二、学生的创意灵感需要外部刺激

从本次的成功创作事件分析，学生的创意灵感需要一些关联的外部刺激。外部刺激包括刺激支架和承载的平台。刺激支架有大方向支架和具体的创意点支架。在创作吹气水瓶玩具过程中，教师利用教学时间集体交流外观、效果、用途等大方向创意支架。学生在实践过程中产生了非常多的具体创意：材料选择、安装方法、效果改良、构造迭代……这些创意表达出来就成为了其他学生的创意点支架。灵感的产生是随机的、发散的，交流是灵感点燃的重要路径，在创作过程中要给学生提供交流共享的触发平台。一个学生展示、交流自己的创意作品时，其他学生的创作灵感被激发，创意的点子被迁移运用，被迭代更新，发展的路径更加明显。看起来都是独立的学生个体，在交流群里合作开拓创意的源泉。

图3：吹气水瓶玩具创意与灵感产生与进一步激发路径

第三、学生的学习过程经历了积极的情感提升

从全程参与情感状态分析，学生经历了积极的情感。从原来的畏难到实践开始的好奇，到有所发现的惊喜，到创作出作品后的兴奋与自豪，到产品表达时的冷静内化，是一个总体螺旋上升的过程。

整体阶段有两个落差大的难点，需要克服。一是对未知的畏惧，通过课外实践活动的安排，不断积累经验就能落实发展。二是对产品表达时，冷静的内化会产生兴趣缺失，需要有意识的设计与干预。除了集体教学安排，习得用科学和数学的理性表达的程序性知识，还需要在兴趣上，对产品表达的元认知等方面增加学习动力。

从最初用一个水瓶验证空气占据空间到最后的展示各种充满创意的吹气水瓶玩具，学生经历了“创新”的高阶思维能力发展。学生精彩的创意作品和洋溢在脸上的笑容，足以证明项目化学习正以一种带积极情绪的动力助推学生成长。相信在接下来的项目中，学生能得到更理性的快乐学习，快乐创作！