小題大做也精彩

楊穎

[摘 要]戈德堡機械是指一種設計過度復雜的機械組合，通過迂回曲折的方式完成一個簡單的操作。它能從創新和實踐的角度，輔助學生理解及運用各種科學原理。在科學教學中，教師可通過戈德堡機械引導學生思考，讓學生小題大做，以小見大，綜合運用所學知識，提升科學素養。

[關鍵詞]戈德堡機械;科學教學;科學素養;小題大做;以小見大

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2019）09-0074-02

如果你要打開一把傘，你會怎么做？當然是用手一步完成啦。然而，有幾個中國孩子用了22步才完成這一過程，卻獲得了美國戈德堡機械創意大賽的銀獎。肯定有人會說這太無聊了，明明如此簡單的事情卻用那么多裝置復雜化，簡直小題大做。這些繁雜的裝置統稱為魯布·戈德堡機械。它指一種設計過度復雜的機械組合，用迂回曲折的方式完成一個簡單的操作。可別小瞧它，設計一個復雜而成功的戈德堡機械往往要有龐大的科學知識庫，綜合運用各種科學原理才能完成。由此可見，將戈德堡機械融入科學課，不僅可以激發學生的學習興趣，還能使學生在做中學，理解并運用知識，培養創新能力和實踐能力。下面，筆者就以兩個具體案例淺析戈德堡機械如何助力科學教學。

一、紙質材料的小題大做

紙無處不在，是易得且價格較廉的材料，也是科學實驗的主要材料。從三年級《材料》單元的《紙》到五年級《結構》單元的《折形狀》《造房子》，學生對紙的認識不斷深入。人們制造了各種各樣的紙以滿足不同的需求，如銅版紙、卡紙、素描紙、宣紙等。通過科學課上的對比實驗，學生發現并歸納出各種紙的性質：一些紙很厚實但不防水，一些紙輕薄卻有韌性……而不同的加工折疊方法，又會賦予紙質材料新的功能。

但是，對紙的認識不能停留在此，教師還要引導學生學會應用。用紙質材料制作戈德堡機械是一個很好的應用契機，即在立起來的紙板上運送一個玻璃珠（如下圖），看似簡單，實則需要耗費大量的時間和精力。學生在設計、制作、實踐環節中面臨各種問題，如如何選擇紙質材料、運用哪種紙質結構等，在失敗中不斷摸索成功的方法。當然，學生不能腦中一片空白就開始著手制作，教師應呈現一個簡單的戈德堡機械結構讓學生觀察、分析：拉動繩子，玻璃彈珠下滑，經過兩個硬卡紙制作的滑道，彈珠掉落到有彈性的折疊紙上，再彈進塑料瓶中，最終掉入瓶蓋，通過杠桿原理抬起旗子。學生對這樣的裝置相當感興趣，提問：“可以用其他紙質材料，讓它變得更復雜、更有意思嗎？”

于是學生分成小組，應用所學知識來制作戈德堡機械。在設計環節，他們要考慮除了卡紙外，還可以用哪些紙質材料來設計滑道。有的學生提出可以用A4紙卷成筒狀做立體滑道;有的學生腦洞大開，用不同硬度的紙設計迷宮式滑道;在實踐環節，學生遇到了很多問題：紙質滑道的折疊形狀不合理，使玻璃珠直接滾飛，無法抬起旗子;紙質滑道的角度設計有誤，導致玻璃珠卡在滑道上，無法落下;對玻璃珠的沖擊力和重量計算錯誤，導致紙質滑道的承重出現問題……學生在反復實踐中熟練運用不同的紙質材料，經過確定目標、頭腦風暴、設計思路、實踐驗證幾個階段，從挫敗中找出問題并解決問題。學生對戈德堡機械小題大做，充分地挖掘和應用有關紙質材料的科學知識，在獲得成就感的同時內化了所學的科學知識，經歷了有意義的精彩的主動學習過程。

二、能量學習的以小見大

例如，六年級《能量》單元中每一課的內容有著遞進的關系，但都是淺嘗輒止，沒有深入的探究，更多的是對學生進行科學概念的灌輸。閱讀量廣泛的學生在學習該單元之前就對一些科學名詞爛熟于心，但他們真的懂這些名詞的含義嗎？他們會應用這些科學名詞解釋實際生活中的問題嗎？我們不妨用戈德堡機械來引導學生學習《能量》單元。

首先，教師可以通過一個問題引入該單元的教學，這個問題就是“怎樣用一顆彈珠點亮燈泡”，并基于這一問題設計一個與眾不同的戈德堡機械，讓學生在此過程中逐步認識能量、能量的轉換與守恒以及能量的應用。教師預先展示較為簡單的彈珠戈德堡機械（如下圖）：（1）將一顆彈珠放置于坡道頂端，彈珠滾落后擊中底部的一個小橡皮球;（2）橡皮球撞擊一張多米諾骨牌;（3）多米諾骨牌接連倒下;（4）最后一張多米諾骨牌推倒鋁箔條;（5）鋁箔條擊中桌上的電線;（6）電路被連通，燈泡被點亮。

學生要想了解彈珠戈德堡機械是如何工作的，需要了解各種不同類型的能量，包括重力勢能、動能、彈性勢能、熱能、化學能、電能和光能等。在之后的學習中，教師要幫助學生理解不同類型的能量，以及能量如何從一種形式轉化為另一種形式。學生回顧彈珠戈德堡機械結構圖，用已學知識來辨別能量的類型、能量轉換的路徑，以及不同主體能量的增減。學生進行更高層次的思考，通過彈珠戈德堡機械明白：能量是守恒的，不會無故產生，也不會憑空消失;能量可以由一個系統逐步影響消散至周圍環境，但能量的總量是恒定的。

在此基礎上，學生開始分組設計并制造自己的彈珠戈德堡機械。在活動前，各組準備好所需的各種材料，并各準備一張紙，繪制彈珠戈德堡機械結構圖，在結構圖中標明各種能量以及能量的轉換示意圖。教師應告知學生不需制造非常精密的機械裝置，但每個組設計的機械應至少包括四個步驟和多種能量的轉換形式。教師以此激發學生的主觀能動性，培養學生的創新意識，使他們設計的機械和能量的概念建立聯系。

學生在探究過程中會遇到問題、提出疑問，教師可以利用這個機會向學生介紹一些生活中會用到的材料和應用形式。一些小組在實踐時會對設計進行修改，這需要再繪制一幅彈珠戈德堡機械結構圖。修改完畢的圖要包括每個機械部件，按序排列，在能量轉換處做好標注。同時，每個小組的成員都要能簡單描述該機械的運行方式以及能量轉換間的關系。當然，各個小組也要向全班展示機械的運行，讓臺下的同學觀看演示，提出反饋意見，用更加科學的詞匯、能量的概念解釋生活中相似的工作原理。這種用以小見大的形式來學習《能量》單元的方法，實際上是一種引導學生在玩中學、在做中用的教學方法。

總之，戈德堡機械的小題大做也可以很精彩，永遠不要小看學生的創造力和實踐能力，他們帶來的驚喜會令教師嘆為觀止。給科學探究項目做“加法”，使學習的過程不僅有趣還具有挑戰性，相信越來越多的學生會喜歡科學，在生活中運用科學，達到學習科學的目的。

（特約編輯 木 清）