如果近期你去过附近的儿科医生候诊室，你可能会注意到一些变化。以前有许多小块和无数的公共玩具的低技术游戏区，已经转变成一个数字游乐场——平板屏幕、高清电视运行的卡通，以及最新的游戏系统都在等待着孩子们去尝试。如果这些高科技设备无法吸引孩子们的注意，那么家长就会拿出他们的便携式平板电脑。我们在这里不是描述这个环境，而是说明技术是如何丰富学生在课堂之外的体验。在教室内也可以提供一个具有高度吸引力和有意义的环境，在这种环境下来教授科学。
　　“愤怒的小鸟”是一个非常流行的游戏，这款游戏可以安装在大多数电子设备上。游戏中，玩家使用弹弓通过愤怒的鸟类击打复杂的、可破坏的结构上的猪。通过半天的课程，四年级学生在现实世界中设计、构建游戏的真实场所，玩真实世界中的游戲，这可以为教育者提供融合工程设计和科学概念的一个途径。
　　在这节课之前，学生应该能够区分动能和势能，以及先前课程中学过的摩擦力和重力。这一课，进一步加深对这些主题的理解，并增加了能量转移的内容。两个物体间的能量转换与NGSS中4-PS3-2对应：观察并提供证据，说明能量可以通过声音、光、热、电流从一地方转移到另一个地方。另外也和NGSS中4-PS3-3对应：提出问题并预测物体碰撞时，发生的能量变化的结果。这节课也同样涉及到学科核心概念中对能量和能量转移的定义。学生通常难以区分能量形式和力量以及它们之间的相互作用。在游戏中，为了使学生建构科学概念，教师应当将学生的生活经验与正式的科学课程学习结合在一起（课程内容见表1）。
　　在虚拟和现实世界中的课程之旅，一定会被同学们在晚餐、公共汽车站或夏季关于学年最喜欢的时刻的对话中谈起。将科学与学生的兴趣相结合，这种课程可以激发学生课外对科学学习的热情。
　　一、教学引入
　　一天，我打开手机上的“愤怒的小鸟”软件准备玩，这个游戏看似没有任何的教育价值，但是却使课堂上的每个孩子都十分兴奋。这个游戏我玩得很差，小鸟总是无法击中目标，直到身边的同学们都看不下去了，给我一些有用的建议，这些建议都是基于他们以前的一些物理和虚拟世界的知识。这是一个很好的机会，可以教给学生们一些科学词汇，让他们理解蕴含在猪和鸟背后的科学知识。当一个孩子告诉我在射击前要瞄准鸟，我使用轨迹、角度、力和弹射这些词来理解他们的命令。孩子们对于我使用的这些词，感到十分困惑，这便是向学生讲授新知识的绝佳机会。
　　接着，我问孩子们一些问题：“玩这个游戏的乐趣是什么？”“为什么你喜欢这个游戏？”“在这个游戏中，你注意到有哪些科学知识？”在图表“愤怒的小鸟的科学”里，我写上了学生们对最后一个问题的回答。随着课程的进行，学生们会把学到的内容添加到表格中（见图1）。在简单讨论了这个表格后，我提出设计一个真实世界里的“愤怒的小鸟”游戏，孩子们需要发现游戏里面的科学知识。准备好材料之后，我问：“大家想不想建一个真实的‘愤怒的小鸟’游戏？”听到这个问题后，孩子们都十分激动。
　　二、材料性质和相互作用
　　学生将会有机会探讨与物质的性质和势能相关的物品，为了鼓励学生的创新，我用一种竞争方式呈现问题，给每个小组一定的时间来阐述他们的最初想法，并鼓励他们大胆提出新的想法。我给每个学生一张数据表，让他们记录下发现。学生在探索材料的性质时，让他们在教室里自由活动，并记录下小组成员相互交流的一些问题。例如，一位成员促使他们小组更有创造力：“拉伸橡皮筋，有没有什么方法把这个势能很好地转移到其他物体？记住，我们需要有创造力的方法。”一个好问题让一组学生进入了一个新的探究领域：“我在想我们是否可以用气球、工艺木棍得到能量？”这些方法都可以当作下一节能量转换课程的过渡。随着学生们向全班展示他们的发现，最具创造力的学生将会赢得挑战。学生们从安全距离惊讶地注视着工艺木棍在空中旋转跳跃，另一小组的同学还提出了由自己的扫尾玩具制成的橡皮筋扭紧连接两个工艺棒。
　　三、以学生为主导的讨论
　　各个小组给出了一些物体获得能量的方法，许多想法还需要进一步讨论。重要的是，这时候的讨论一定要以学生主导，老师只是在必要时进行指导。这样，就给了学生一个机会去质疑、争论及提供证据，让他们经历类似科学家们的讨论过程。他们这个年纪是能够描述物体性质的，但经常使用一些不科学的词汇。当描述物体性质以挑战方式呈现时，学生便会尝试使用准确的科学词汇，如圆柱形、展开、收缩、引力和弹性，来赢得挑战。例如，当记录下所观察的橡皮筋的性质时，一个小组成员擦去“弹性”，写成“膨胀和收缩（弹性）”。这种讨论形式给学生提供了一个合作学习的机会，教师的干预仅仅只是在需要的时候出现。特别需要教师关注的一个领域是能量从势能到动能，因为对这些科学概念之间关系的理解对学生来说是十分困难的。在展示结束时，让学生们将他们项目中涉及的能量追溯到其最初来源，这个做法是很明智的，会给学生带来一些惊奇，追踪能量的转化从橡皮筋转移到昨晚他们吃的汉堡，再通过其他几个项目，最终追溯到太阳。一旦学生理解了能量可以转移，那么他们将开始注意到其他形式能量转移的问题。
　　讨论和交流为以后的游戏设计提供了很多思路，可以帮助学生设计真实的“愤怒的小鸟”游戏。老师可以向学生展示不同型号的弹射器，以及如何将物体发射到空中。在这个活动中，弹射器需要学生制造，弹射器里面的弹弓和其他装置有它们的工作原理，这些原理也需要学生明白。在讨论中，学生们要使用他们学到的词汇来描述弹射器，教师鼓励每个小组对不同的弹射器设计进行绘画及做记录，学生自己观察到的东西有利于帮助他们设计自己的弹射器结构和装置。学生们看着网络里的弹射器都十分激动，并想象他们自己设计的样子。
　　四、设计和制作“愤怒的小鸟”游戏模型
　　此次活动最大的挑战就是设计和制作一个游戏的模型。这个挑战直接与NGSS中的4-PS3-4的要求相对应：学生应用科学知识去设计、测试和完善装置，使之能够将能量从一个地方传递到另一个地方。学生要亲身参与工程设计，会定义工程技术问题的学科核心概念。此时，老师要解释每个设计的要求，同时指出要在每个表末尾标记出要制作35厘米的正方形方框。很多学生一开始都激动地去设计他们的弹射器，因而会忘记一些规定和要求，以及团队的其他想法。给学生留出一点时间考虑以及画出他们的设计图，这是十分重要的一步。我通常把时间设置为7分钟。 　　在制作开始前，要求学生们记录下他们在制作或测试期间关于科学或设计的任何发现。学生轮流制作放置猪的结构或弹射器，确保手上有多余的材料，以防一些东西在第一次尝试时就被损坏。要铭记于心的是，测试弹射器的时候要注意安全。我允许他们进行四轮测试，每轮5分钟，在测试期间，教室里的所有学生都要求戴上护目镜，并且保持安全距离。在20分钟的设计和制作后，学生们停止活动，小组成员必须不再触碰材料，而是一起讨论交流什么部分会起什么作用，什么部分不能够起作用。在这个过程中，学生要画出新的草图，随后要交换工作。那些设计弹射器的学生现在将设计结构，反之亦然。20分钟后，设计和制作团队重新讨论最佳设计，以完成他们最佳设计的结构和弹射器的改造工作。如图2所示，这个小组改变了橡皮筋的数量和位置，将碗改成杯，将弹射器倾斜。学生添加的角度提高了精度，但杯子却不如碗耐用，最后，这个小组选择了两者最好的结合，并且做得很好。
　　在制作的前期，我巡视教室，对学生的设计过程提出一些问题，让他们回答，我一般会问如下问题：“是什么保护你的猪使之不被鸟打落？在你设计弹射器的过程中，你认为材料的什么性质是最重要的？什么力影响你弹丸的发射？在什么地方能量被转化或转移？”除了问这些问题以外，我还会用摄像机记录下学生测试、制作和讨论的过程，拍摄的视频将会播放给家长们看。
　　五、游戏
　　现在是游戏时间。每个小组允许用他们的弹射器射击5次，在射击前，学生们测量他们猪的高度，确保一切都正常。在这段时间内，学生在我的帮助下，用科学的方法描述发生的事情，整个过程十分热闹有趣。“那只鸟刚刚砸进方框里，但那些猪却没有动”变为“弹丸不能是大的物体，为了移动更大的物体，应该用更大的力、更大质量的弹丸，或两者都需要”。
　　随着小鸟被发射，猪就会被打落在地上，我要求学生对这个过程用科学词汇来解释，每个团队的记分员统计被打落的猪的数量和颜色，然后将数量公布在计分板上，让所有同学都能看到，每个猪都代表着一定的分数。活动结束后，学生们将分数加起来，看哪组的分数最高。我同时也会将他们的科学解释的分数、有效的团队合作的分数，以及良好的运动精神的分数加进去。
　　六、评价
　　这节课有许多的非正式评价和学生的自我评价。我让学生画一张他们创建的项目的图表，在上面标记一些重要的科学观察或过程（见图3）。为了弄清学生的需要，我为他们提供了一个字库，这个字库里的字都是学生难以记忆或拼写有难度的，学生活动期间会使用到其中的一些词汇。最后，让学生写下他们在这个活动中的收获，描述这些收获是如何与科学和工程相联系的。例如，有的学生写下“如果没有力如重力和摩擦力，我們不能做任何事”，有的学生描述了各种不同的结构草图，以说明为什么其中一个是最好的设计。学生们的回答让我对他们在游戏中学到了什么有更为清晰的了解，我把他们这些有意义的作品的照片打印出来，贴在走廊里。
　　七、网络讨论
　　在对“愤怒的小鸟”背后的科学原理有了一定的了解后，学生已做好回到数字世界的准备，并应用他们学到的东西。我编辑了在课程早些时候加载到教育社交媒体网站上的视频，网站是对公众开放的。我将社交媒体以一种安全的方式纳入教育的氛围中，大家可以看到每个学生的帖子，在我传上视频后，学生都在下面用科学词汇来回复我。这样做的一个优点是让学生在老师的监督下，先在课堂上做出反应，为科学讨论奠定基础。学生不仅在网络上回复，他们还会向同学问问题，或纠正其他同学的回答，或赞扬其他同学的回答。一位同学评论：“梅丽萨的弹射器发送的鸟要比格雷的高。”另一学生质疑：“为什么你认为梅丽萨的要高一点呢？”接下来有关力、质量和角度的评论便接踵而来，我对学生们的评论给予了反馈，网络上学生的评论持续了很多天。
　　充分利用学生的兴趣和经验是一种促进他们科学学习的方法。在这个过程中，以学生为主导的讨论从日常语言逐渐转变为完善的科学讨论，学生对弹射器的设计从完全不能操作到准确和优化设计，在这个变化中，兴奋和开心的声音洋溢在教室里。
　　（译者：高梦波 首都师范大学教育学院；校对：刘忠学 人民教育出版社综合理科室）