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让学生尖叫的STEM项目:简易棉花糖机

已有 2720 次阅读 2022-1-15 14:26 |个人分类:科技教育|系统分类:教学心得


让学生尖叫的STEM项目:简易棉花糖机

王宪邦

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1.指导小学生做出的第一朵棉花糖

当我给学生说,从下一节课开始要制作棉花糖机,并提醒他们回家后要准备收集易拉罐时,全班学生都兴奋地尖叫起来!看吧,当上课时,竟然是那些平时上课小动作多、习惯稍差的孩子率先带来了易拉罐,且坐姿笔直并主动举手示意:“老师,看,我带来易拉罐啦!!!”

    接下来,我们就进入棉花糖机的教学过程中。

环节一:回忆甜蜜瞬间——激发兴趣

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2.各色棉花糖(图片来自网络)

  师:(呈现棉花糖的各种图片)你们吃过棉花糖吗?

  生:吃过呀!

  师:(抛出问题)那么你们知道棉花糖是怎样做成的吗?

 (学生举手,说一说自己看到过的制作场景,特别是关注那些能回忆起棉花糖机转动构件的同学,对他们注意观察生活的表现进行鼓励,以引导更多学生学会主动认识周围的世界。)

    呈现棉花糖机卷糖丝的图片,让学生看到并回忆起买棉花糖时的场景。


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图3.旧式棉花糖机(图片来自网络)

环节:理解主要构件——建模

师:大家能看出来糖丝是如何出来的吗?

生:甩出来的。

    师:嗯,大家再仔细看下面这幅图,仔细想想,棉花糖机的组成部分主要有哪些?


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图4.旧式棉花糖机的结构(图片来自网络)

     若学生答不上来,可做一些适当提示:

     师:大家从这一张图上看到了什么?

 生1:我看到一个煤气罐。

 师:卖棉花糖的人为什么要用煤气罐?煤气罐有什么用途?

 生2:煤气罐是用来加热的吧?!需要把糖先熔化。

 师:嗯,这位同学说到棉花糖机的构成里有一个热源,用来加热熔化糖。其他同学还看到了什么?

 生3:我看到了围起来的金属桶?

 师:这个桶有什么用?

 生3:防止糖丝飞出来。

 师:防护功能,也便于收集糖丝。还看到了什么?

 生4:老师,我看到那个人的左脚在踩自行车,后轮应该是转动的。

 师:哦,是。那他让后轮转动起来有什么作用呀?

 生4:是不是要带动桶里的那个出糖的芯转起来。糖丝是从那个芯里甩出来的。

    师:哦(再回到上一图)这位同学认为是这幅图中间那个芯转动,把糖丝甩出来的。你们同意吗?


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图5.旧式棉花糖机的芯(图片来自网络)

 生:同意。

 师:那大家猜一猜,这个芯又是什么样的结构?

(学生们多种说法,但终会有人说出有小孔结构。)

 生5:老师,是不是这个芯上面有小孔,就像筛子一样,这样才能拉出丝。

    师:大家觉得这位同学的猜想对不对?你倒是让我想起了咱们北方人爱吃的饸饹面,那个压饸饹的床子上有很多眼儿。眼儿越细,出的面条越细。好,我们再来看看这台比较先进的棉花糖机,看看它的主要构件是什么?

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图6.新式棉花糖机(图片来自网络)

生:我们看到了转动带、喷火管、甩糖器。

师:对,通过这两款棉花糖机,大家可以看到,棉花糖机的主要构件就是这三部分。接下来,我们看一段卷棉花糖的小视频(可在网上搜索)。

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图7.观看生产棉花糖(图片来自网络)

    环节:制作棉花糖的科学原理——物态变化与离心运动

    师:同学们,咱们观看了棉花糖机出丝的过程,那些白白的糖颗粒是如何变成细细长长的糖丝的呢?经历了什么样的过程?

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图8.对比推测物态变化过程

(这个过程看不到,需要学生进行想象。对于五六年级学生能有人比较快的说出科学原理,而对三四年级的孩子们,实际教学表现中有一定的难度,需要老师引导。)

 生6:首先是把糖粒给熔化,有火嘛,肯定是先这样。

 师:那熔化之后呢?怎么会变成丝状?

 生:从那些小眼出来拉成丝。

 师:熔化是把糖颗粒变成了什么体?

 生:液体!

 师:那糖丝是什么体?

 生:固体。

 师:(追问)糖液为什么会变成固体糖丝?

 生:是不是因为从甩糖孔里出来,在空气中迅速冷却了?

 师:嗯,有道理。我们大家复盘一下整个过程:固体糖粒由于加热变成液体糖浆,糖浆从小孔里出来在空气中冷却变成糖丝。

 接着,转向离心运动的学习——

 师:那糖浆为什么会从甩糖器里出来呢?

 生:呃……

(离心运动对于小学生来讲,还比较有难度,需要老师示范引导来理解。)

     师:大家看,我带来了一把伞。如果我往伞面上洒上水,一转动伞柄,会有什么现象?


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图9.水珠的离心运动(图片来自网络)

 生:会有水珠甩出来!

 师:好,那我请一位同学给咱们大家演示一下。看谁最认真,我就请他上来演示。

 邀请平时不怎么听话但现在坐姿很认真的学生上来。一演示,全班同学都笑了,特别是被甩上水珠的同学会惊呼。

    老师向大家简单示范讲解离心运动:用细绳拴一个轻质小球,甩动后突然放手,小球失去拉力(向心力)而飞出,这叫离心运动(远离环绕的中心)。再解释刚才转动雨伞水珠飞出的现象:当转动较慢时伞面上的摩擦力能拉住水珠;但越转越快时,摩擦力就提供不了足够的拉力(向心力),水珠就做离心运动飞出。


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图10.图解离心运动(来自网络,略修改)

     为了让学生更直观地认识棉花糖机制糖丝的原理,我们再提供生活中结构更为相近的例子——洗衣机甩干桶。



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 图11.洗衣机的离心现象(来自网络)

环节技术与工程——开启动手制作

 在对棉花糖机主要构件组成和生产棉花糖的基本原理有了认识之后,就要开始项目学习的制作环节了。

 首先是我们对三个主要构件替代物的介绍。


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图12.主要部件功能及替代物

     随后,呈现我们要制作的简易棉花糖机造型。 

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 图13.了解制作目标的整体结构

 接着,是对主要工具和材料的介绍,特别是让学生知道安全使用的方法。


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图14.制作工具与材料的介绍

   此时,学生们早就按捺不住心情跃跃欲试了,但还是要先把整个制作流程讲给他们。

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图15.制作整体流程

 需要引导学生思考几个关键问题:

     一是打孔的技能。小孔的大小对于糖丝的质量有没有影响?应该打多大的孔?利用现有的工具,我们怎么才能控制孔的大小?可以徒手用摁钉来扎,但我个人实践经验是用尖嘴钳轻敲摁钉,力度更容易控制,也很省力,同时也能启发学生理解人类利用工具的意义。

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图16.重点关注孔的大小

    二是打准中心位置。需要把自行车辐条从易拉罐底部中心穿过。一般易拉罐的拉环去掉后的三角点即是中心,而在底部位置的中心点与其是在同一中心轴线上的。如何确定底部中心点?可以目测,但科学的方法是借助小钢珠静止后的位置来确定。先让学生想办法,再提供这个方案,这也会启迪学生遇到现实困难时要利用科学知识来解决。也可以让学生从反面预测一下:若中心孔打歪了,偏离了中心位置会产生什么样的影响?


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图17.底部中心位置打孔

 三是将车辐条与罐体固定。把辐条穿过易拉罐,用铁丝将辐条和易拉罐固定,固定方法如下图所示。这里提醒学生,你看到了什么样的几何图形?将数学课上学到的线条规则的三角形及其特点拉回到生活中的具体物象上来,学生的头脑就会有顿悟,而不只是简单的模仿而不知其所以然。

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图18.固定罐体与车辐条

 最后一步是连接。用电线绝缘皮或自行车辐条自带的连接口将辐条与马达连接(涂上热熔胶),再将马达接上电池盒,棉花糖机就做好啦。

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图19.连接马达和电源

 倒入白糖,放到酒精灯上烤几分钟,闻到一股焦糖味,就可以开动电源来卷糖丝了。

     为了让学生更清楚如何制作,滚动播放广西师大陈老师制作的示范视频。


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视频1链接:https://v.youku.com/v_show/id_XNjQ4MTg3MzEy.html

 借着学生的兴奋劲儿,要抓住整顿纪律的良机:坐姿端正,认真观看的同学才能先领工具和材料哦!

 正式开工前,依然要再次强调安全问题:


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图20.安全事项

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图21.学生制作场景

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图22.甜蜜的少年

    话说,同学们开心如此,怎能不爱上科学老师!?


  写给老师们——

   一、安全事项

      1.因为要用到酒精灯,存在一定的风险,但不会爆炸,心理上要有准备与胆识。

      2.用火柴点燃酒精灯,禁止用一个酒精灯点燃另一个酒精灯。熄灯时用灯帽盖,禁止用嘴吹。打翻酒精灯也不要慌,及时用湿抹布盖住(隔绝空气)。酒精灯用完时,千万不要向灯壶里添加酒精(灯壶余温高),而应当使用备用的酒精灯。

      3.为防止酒精灯翻倒,可在灯壶底部粘上双面胶,确保不晃动。

      4.备用一块湿抹布,最好是湿拖布,有长柄用起来也干脆利落。

      5.制取棉花糖的位置要相对开阔,每次上来按小组轮流,人数不能太多,否则会拥挤。

      6.电池盒最好有开关,转动停止才能将棉花糖机取出,放置在地上冷却(告诫学生千万不能动,会很烫)。

      7.固定车辐条的铁丝头要弯向内侧,以免学生在卷丝时刮到手。

      8.有关科学课的其他安全事例,请点下面的链接之一。

   二、项目意义:

      1.锻炼学生基础工具的使用能力,为后续的综合实践项目教学做好基础性准备。

      2.可与科学课中相关单元结合开展(如电与电路的知识、认识简单机械等单元)。与课本相关内容配合使用会促进学生的知识学以致用,科学与学生的生活被拉近。

      3.本项目不仅强化学生动手实践能力,也培养其观察与推理能力,学生也会将这些能力迁移至对其它事物的观察与分析中去。

      4.这个项目总体来说是按部就班地完成仿制任务,但突出的趣味性使其可作为整个STEM课程的启动项目,调动起学生的热情。

      5.学生能体验到自制与购买的价值区别,回家后对父母的讲述也将成为我们科技课程的良好宣传。

   结语——

正如前面公众号文章里讲过的,棉花糖机本身是一个不良的结构,需要改进的地方很多,但这恰好也提供给师生发挥创造力的空间。您觉得简易棉花糖机的改进方向有哪些呢?又如何开发为更有深度的PBL教学呢?欢迎下方留言,共同探讨!



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