“结构的力量”系列科学教育活动

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  设计思路
  在活动内容设计上,遵循科学实验以“看似脆弱的物体,只要赋予一定的结构,就可以产生惊人的力量”为原则;道具的选取以“简单易行、随处可见”为原则。强调科学原理的准确性,力求拓展中小学课程力学内容,追求科学现象的吸引力和震撼力,并在设计过程中请高校专家提供专业指导,根据受众反馈持续改进。最终的活动内容以6种特殊的结构呈现。
  拱形结构:以达·芬奇手稿中的拱桥为模型,通过木棒与木棒间的巧妙组合,拼搭复原出达·芬奇拱桥,并走上拱桥,测试其承重能力,思考拱形结构能够承重的原因。
  瓦楞结构:一张普通的A4卡纸,将其折成瓦楞的结构,测试其可以承受的重量,了解瓦楞结构的承重原理。
  柱形结构:同样的纸张,折成3种不同的柱形结构:三棱柱、六棱柱和圆柱,并进行对比实验,比较3种棱柱的承重能力。
  蜂巢结构:将20个同样大小的圆柱并列放置,在其上方加盖木板,通过参与者亲自站上木板,体验该结构的牢固程度,证明多个圆柱可以将压力分散。
  球形壳体结构:将6只玻璃灯泡通过木板固定,参与者每只脚踩3个灯泡,站立在灯泡上,灯泡不会碎裂,证实球形壳体结构分散压力的能力,体验其牢固度。
  搭扣结构:4位参与者分坐4个方位,并交叠地躺在对方的身上,抽去参与者的座椅,使其处于半腾空状态,形成搭扣结构,测试4位参与者坚持的时间。
  为了更好地体现参与性与操作性,兼顾传播方法与受众群体,设计了DIY动手做、科学演示和科学秀3种形式。DIY动手做强调参与者观察能力、操作能力、分析能力、表达能力及团队协作能力等多方位能力的培养;科学演示注重参与者的观察能力、动手能力和分析能力;科学秀对培养参与者的观察能力、表达能力和团队协作能力有较大帮助。
  实施过程
  整个系列活动由3种不同表现形式的3个节目组成。
  活动一:像达·芬奇那样搭一座拱桥
  项目分类:DIY动手做。
  地点:科学教室。
  时长:30分钟。
  组织形式:由2位工作人员组织和辅导,8~12名6~12岁小观众分为2组参与活动。
  活动步骤
  请观众在参观过展览的基础上谈对于达·芬奇本人及其科学和艺术成就的了解和认识。
  观察“达·芬奇拱桥”模型的结构和特点,培养观察能力。
  辅导教师不作任何讲解和指导的前提下,请观众自行搭建拱桥,培养动手动脑的自主意识和操作能力。
  分析讨论搭建失败的原因,培养分析问题的能力。
  辅导教师作受力分析,指导搭建要领,讲解其中蕴含的科学原理。
  观众分工协作,互帮互助,再次尝试搭建拱桥,培养沟通、交流、协作能力。
  辅导教师请小观众和家长共同检验拱桥的承重,体验结构的力量,欣赏拱桥的结构之美。
  讨论分享成功搭建的心得和体会,培养自信心和成就感。
  与亲手搭建的拱桥合影留念,再次激发成就感和审美情趣。
  活动二:达·芬奇科学实验台
  项目分类:科学演示。
  地点:展厅内的科学实验台。
  时长:15分钟。
  组织形式:由2位工作人员组织和辅导,展厅内参观的观众随机参与,20~30位观众为宜。
  活动步骤
  通过探究不规则硬纸板、不均匀纸筒等不规则物体的重心,让观众了解物体的重心和平衡与构造的稳定性的关系。
  三棱柱、六棱柱和圆柱承重比拼,引导观众通过观察、对比、推理、判断、验证等探究过程,了解结构产生的力量。
  活动三:结构的力量
  项目分类:科学秀。
  地点:上海科技馆公共区域“科学小讲台”,或以巡演形式走进学校、青少年活动中心等。
  时长:30分钟。
  组织形式:由2位工作人员表演、l位工作人员辅助,现场观众随机参与,以60~100人为宜。
  活动步骤
  一张A4纸有多大的承重能力?平铺的一张纸经不起一支笔,但如果改变它的结构,折成瓦楞结构,它就能承受4根木棍的重量!
  同样大小的一张A4纸折成的三棱柱、六棱柱和圆柱,哪一个的承重能力最大?先请观众判断、选择,然后现场验证,跟观众一起体验探究的乐趣。实验证明圆柱的承重能力最强,说明特定的结构能够巧妙地分散受力。
  一个圆柱可以承受4把凳子的重量,很多个圆柱可以承受多大的重量呢?25个圆柱能够承受90千克的成人!
  由圆柱承重能力强引出球面结构承重强。展示6只普通的灯泡能够承受一个成年人的重量,令人惊艳的现象与恰如其分的配乐,烘托了幽默风趣的氛围。
  4位男士参与的“搭扣结构”,险象环生的现象和情节,配以热闹欢快的配乐,将整场节目的气氛调到最高点。
  最后引出节目的主题,巧妙的结构能够产生意想不到的巨大力量。让观众在兴奋、愉悦的氛围中,惊叹于结构的奇妙,领略结构之美,产生探究结构之妙的兴趣和热情。
  项目成果
  从观众的反馈来看,气氛非常热烈。DIY活动非常受孩子们和家长的欢迎,有一位会员小观众多次前来参与同一个节目。家长们对于活动给予高度评价,认为活动“非常有助于培养孩子们的观察能力、动手能力、协作能力、组织能力”,“真正做到了寓教于乐,让孩子们在游戏中增长知识和团队合作能力”。通过在科学秀现场发放的调查问卷统计数据显示:有91.67%的观众表示喜欢这个节目,其中约80%的受众认为实验好玩。
  经验与不足
  本系列教育活动以达·芬奇手稿复原的拱桥作为切入点,设计了一系列互动实验和游戏,有效激发了观众科学探究的兴趣和热情。临展结束后,又将配套教育活动拓展、修改、完善,作为常规教育活动保留下来,有效拓展受众面。
  将科学、艺术与文化紧密融合,“达·芬奇科学实验台”特意选择在展厅内达·芬奇的名作《最后的晚餐》大型湿壁画前的开放区域实施,让观众沉浸在艺术气息浓郁的氛围中,在进行科学探究的同时,感受名人大家的非凡艺术魅力。
  该系列活动中,对6种结构中每一种结构的介绍较为详细,但结构与结构之间的关联性、利弊及适用场合介绍还不够,在今后的活动中可以更系统详尽的介绍,完善关于结构的知识体系。活动受到了广大参与者的欢迎,受众群体也不断扩展,但受众人数始终有限,可以在现有的基础上整合完善,推广到中小学校,并开展中小学教师培训,使该活动受众人数不断增加。
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