拆解法：学科学像解谜一样有趣

陈染

著名教育家陶行知讲过一个著名的故事：有一位父亲买了块昂贵的金表，刚买回来没多久，就被他5岁的孩子拆坏了，父亲怒不可遏，将孩子狠狠地揍了一顿，后来，这位父亲把事情告诉陶行知的时候，陶行知打趣地说，中国的爱迪生就被你打没了。确实，像福特、爱迪生等伟大的发明家小时候都有拆解东西的经历。拆东西是孩子好奇心的体现，孩子看到手表嘀嗒嘀嗒地转动，好奇表里到底有什么，就会想办法把它拆开一探究竟。许多家长也有相似的烦恼，有时候我们给孩子的玩具买回家没多久就被拆得支离破碎，有的家长会为此责骂孩子，这种行为会很大地打击孩子的好奇心和学习积极性。

作为科技教师，我们可以将“拆解玩具”为主题开展创客活动。学生喜欢玩具，很多玩具还蕴含了不少有趣的科学原理，值得我们探究。当然，拆解的对象也不一定是玩具，其他合适的常见物品也是可以的。

科技学堂的STEM云教研“拆玩具，学科学”活动从整体上看是一个“编码一解码”的过程。我们选择的玩具便是一个“编码”的过程，玩具就像一个包装巧妙的谜题，学生在玩具拆解的过程中完成对科学原理的“解码”，找到这个谜题的答案。在解码的过程中，学生通过探究活动不断进行猜测和解答，逐步理解我们所要传达的科学原理，这就是学生建构起自己知识的过程。

从流程上看，我们可以将“拆玩琪，学科学”分为“体验与观察”“拆解与研究”和“分享与展示”3个环节。在体验与观察环节，学生需要充分了解和体验玩具的玩法，在未拆开玩具的前提下，观察外露的玩具结构，猜想玩具的工作原理;在拆解与研究环节，学生拆开玩具，研究玩具的工作原理，验证或修改自己在体验与观察环节提出的猜想，在分享与展示环节，学生总结这节课程所学到的知识，通过各种方式展示并向他人分享自己在课程中学到的知识，教师通过成果评估学生学过程中的收获。

什么样的玩具适合“拆玩具，学科学”的活动呢？我们可以遵循几个简单的原则：

●玩具的难度要适中，不能一眼就看穿原理，也不能拆解之后还搞不清原理;

●玩具的零件数量不要太多，能够直观表现2～3个物理现象即可;

●玩具安全性好，价格低廉。

除了这些必要的条件外，教师和学生熟悉的玩具更适合作为开展活动的材料。在STEM云教研活动的讨论中，我们选择“了大多数教师和学生都玩过的铁皮青蛙作为拆解的内容。

体验与观察

铁皮青蛙是一款经久不衰的玩具，转动青蛙身上的旋杆，拧上发条，将青蛙放在地上，它就会自动地一步步向前跳。很多教师小时候都玩过铁皮青蛙，甚至可能是唯一的童年玩具。回忆一下，你小时候是否好奇过铁皮青蛙是怎样工作的，是否尝试过拆开铁皮青蛙，观察里面的结构呢？用我们小时候玩玩具的热情引导学生体验和观察铁皮青蛙吧！

在这个环节，学生分组活动，充分体验铁皮青蛙的玩法，教师设计相应学习单，让学生把玩铁皮青蛙的多种体验写在学习单上。例如，教师可以提出这样的问题：

转动旋杆的时候你看到什么？听到什么？手感有什么变化？

●青蛙拿在手上有什么感受，它在什么时候才会跳起来？

通过这一系列问题，引导学生有意识地从视觉、听觉、触觉等多角度体验铁皮青蛙的玩法和感受。这种充分体验将帮助学生对铁皮青蛙的运行过程有全面的认识，在体验的同时，教师还要引导学生思考铁皮青蛙为什么会做出这样的动作。

教师还需要引导学生对铁皮青蛙进行全面的观察，在不拆开玩具的前提下，观察铁皮青蛙的结构。例如，我们可以从铁皮青蛙腿部的孔洞中窥视到内部结构的小部分，我们可以看到铁皮青蛙内部安装有弹簧，还可以发现当我们转动旋杆时，内部有一个零件会向上运动。

进行了充分的体验和观察之后，学生在学习单中写下对铁皮青蛙工作原理的猜想。这个环节我们体验到的声音、手感，观察到的弹簧、移动的零件都应该作为学生作出猜想的依据。这一过程学生也许不能将全部收集到的证据用上，这是很正常的，我们可以让学生将自己的疑惑写在学习单中，并在下一个环节进行解答。可以将学生在这一阶段的猜想作为课程的形成性评价。

拆解与研究

在这个环节，学生将拆解玩具，研究玩具每一个零件的作用和工作原理，以验证自己提出的猜想。拆解铁皮青蛙只需要尖嘴钳就可以完成，但这个环节教师一定要特别注意学生安全，最好能为学生配备劳保手套等防护物资。

铁皮青蛙的拆解并不难，但我们不要让学生太快地把铁皮青蛙拆得一千二净，拆解的目的是为了研究，不明不白地将铁皮青蛙拆散并没有太大的意义。在这个环节，教师要引导学生边拆解，边提出问题，边研究解决问题。怎样做到边拆解边研究呢？我们可以通过比较的方式进行。

拆开了铁皮青蛙的外壳后，拧一拧旋杆，观察内芯中有哪些结构运动了，又是怎样运动的。将铁皮青蛙放在桌子上，我们观察到青蛙依旧能够一蹦一蹦向前跳，这说明青蛙的外壳与青蛙的运动没有必然的联系。

我们在第一个环节中观察到铁皮青蛙的内部机构中具有弹簧，学生对弹簧的作用进行了猜测。在这个阶段，我们就要对猜测的结果进行验证。取出弹簧，转动旋杆，观察内芯与原来的运动方式有什么不同。我们发现，安装弹簧时，转动旋杆后蛙腿不会跳动，只有放到地上铁皮青蛙才会跳起来;没有安装弹簧时，转动旋杆松开手后，蛙腿会马上开始跳动。通过比较，我们发现弹簧的作用是阻止发条快速释放能量。接下来，教师要引导学生进一步思考和讨论，为什么要阻止发条快速释放能量呢？弹簧用到了什么原理能阻止发条能量释放呢？我们能用别的什么材料替代弹簧吗？通过提问和思考，学生主动思考玩具中每一个零件的作用，并将自己所想记录在学习单中。

零件拆解出来后，学生要将零件保存好，以防丢失，这也是培养学生好习惯的一个细节。我们看到铁皮青蛙由外壳、内壳、蛙腿、发条、旋杆、齿轮、曲柄、轴、弹簧这些零件组成，它体现了不少有趣的物理原理：发条和弹簧的作用是弹性势能和动能的相互转换，齿轮产生加速作用，蛙腿体现的是杠杆原理……学生要清楚每一个零件的作用，并且能够说明这些零件是怎样组成铁皮青蛙的。

分享与展示

学生通过拆解与研究环节搞清楚原理后，我们需要一种合适的方式让学生将玩具的原理展示出来，以总结学习的成果。分享与展示环节可选用的方式有很多，由于铁皮青蛙拆解之后会破坏它的连接结构，无法安装回去，我们不如用解剖的青蛙零件做一张思维导图，直观地呈现每一个部分的作用和关系。

制作铁皮青蛙的思维导图需要的材料和工具有A4纸、彩笔和蓝泥胶，蓝泥胶是很好地将零件粘贴在纸上的材料。在思维导图中，我们依照运动的顺序将零件一一粘贴在纸上，并用箭头标识出来：手转动旋杆一旋杆带动发条一发条带动齿轮运转一齿轮带动曲柄将旋转运动转化为往復运动一曲柄带动蛙腿运动一，弹簧储存能量将蛙腿的连续跳动转化为间歇运动，而这些零件都固定在铁皮青蛙内部的固定装置上。

然后，我们在每一个零件旁边写下它的工作原理，并用更小的线条连接有相似原理的生活常见物品，将课程与生活联系起来。在物品旁边，我们还可以用箭头标识出零件的细节部分，完善展衲容。

完成思维导图后，教师可以让学生用思维导图向其他同学讲解铁皮青蛙的工作原理，也可以分小组评选最好的思维导图。作品的完成图也可以作为教师给学生的总结性评价。

玩具就像一个被层层包装的礼物，我们将科学知识包裹进其中，学生通过体验与观察、拆解与研究、分享与展示3个阶段，拆开层层的包裹，解开玩具科学原理的时候，一定会更加的难忘。