STEAM项目《护目镜的功能提升》

孙林建

项目简介

1.总目标

充分利用疫情产生的科普素材，了解野生动物保护、病毒知识、防疫知识等，从而更好地理解现实社会、科学防疫并保护自我。

2.具体目标

科学：通过对疫情相关科普知识的了解和学习，懂得相应的防疫知识，懂得护目镜的重要性。同时，通过对护目镜特点和功能的学习，把防护知识应用到实际生活中。通过对比实验，比较不同材质镜片的不同特性。动手制作，亲身体验防护的科学性和严谨性。

技术：在亲身参与的过程中掌握组装防护镜镜片和镜架等的技术方法，并根据设计方案高效地制作具有创意的护目镜。

工程：能在小组讨论中完善设计方案，画出护目镜的设计图，并在小组合作中不断改进实施方案。

艺术：能在不影响护目镜效果的前提下，对其进行美化、创意设计。

数学：能通过计算和分析，确定镜片的大小、厚度，镜面面积大小和镜架的形状等。

3.关键能力

对物质世界及其规律的探究;物质世界和人类文明的相互作用;人类怎样运用他们对科学原理的理解;科技发展对社会和环境的影响。

4.项目框架

从学生的知识储备和已知能力出发，根据研究任务与内容自行选择研究小组，分别从三个方面对护目镜的现状和功能进行调查与研究（见表1）。

项目实施与成果

在项目学习近一个月的时间里，学生深度研究护目镜，通过查阅资料、实验操作、制作设计等多种形式的学习，体会护目镜在对抗疫情中的重要作用。

1.镜片面积

护目镜的镜片是防护的主要部分，这一部分的面积大小对于防护性的影响到底有多少？带着这样的疑问，我们开展了对护目镜镜片面积的研究。

根据现有护目镜，算出市面上护目镜镜片的面积。在这个标准值的上限和下限中，分别取一个面积值，设计出符合该面积值的护目镜平面图（如图1），标注为大于护目镜镜片面积、等于护目镜镜片面积、小于护目镜镜片面积。根据设计图制作三副不同镜片面积的简易护目镜。

运用数学面积公式，计算出三种不同面积的镜片面积，寻找身边可利用的材料制作简易护目镜。在平面设计到立体制作的过程中，学生要处理因数据计算与剪裁制作存在差异而产生的制作问题，要思考利用哪些材料最为合适，要坦然面对制作失败的结果……看似简单的问题，对学生来说都是一种挑战，然而结果却出人意料。

矿泉水瓶、纸板、胶枪、泡沫棉、塑料片等，都成了学生的抢手材料，不多时，各种形状各异的简易护目镜就呈现在了大家的眼前（如图2）。

这三副不同镜片面积的护目镜，难道只有“等于护目镜镜片面积”的那一副才最适合吗？学生通过给家里人佩戴体验，发现不同年龄、不同脸型的人，他们的视线范围也不一样，护目镜镜片的最佳面积值需要根据佩戴者的具体情况来调整。这样就会出现人人都需要“定制”护目镜了，这显然不符合实际情况。于是，学生围绕以下两个核心问题，再次进行研究学习。

通过给不同的人佩戴，获得不同的试戴体验，学生从舒适性、安全性等方面进行比较，记录试戴感受，完成研究报告，并最终为家里的每个人设计出最适合镜片面积的护目镜。

小于镜面面积：可以正好将整个眼睛覆盖，具有一定的舒适度，但是防护性和安全性较差，不能很好地保护眼部。

等于镜面面积：防护性较好，实验时水从正面飞来，可以较好地防护眼部，固定好后，舒适度也不错。

大于镜面面积：面积大，防护性和安全性较好，但不是很舒服。

经过以上测试，学生总结出等于镜面面积的护目镜最好，防护性、安全性和舒适度都很适宜，佩戴感受也是三副护目镜中最好的。

结合试戴人员的年龄、性别、脸型，可以发现最佳镜片面积的大概区域值，但由于大家都是宅在家里进行研究实验，试戴人员相对较少，因此最佳面积的区间范围数值还有待样本数的增加来确定。

2.镜架

镜架的造型较为简单，但护目镜的镜架和普通眼镜的镜架有非常大的区别，我们主要围绕镜架设计开展探究（见表2）。

普通眼镜镜架和护目镜镜架在密封性、稳定性、安全性和舒适性方面的比较，可以通过对比实验来进行，但由于地点、材料、技术上存在问题，这一部分的对比实验没有真正开展，实际教学中主要以推理、预见为主。设计这一组研究活动的目的，是希望学生能通过已知结果的实验，来证明护目镜在防疫中的必要性与重要性。

护目镜的镜架在现有设计的基础上，还能有更好的设计吗？虽然这个设定对于学生来说有点困难，但思考是没有边界的。围绕这一问题，他们利用身边的各种材料，如铁丝、塑料、纸板等，设计制作了各种形状的镜框，并就试戴体验进行了汇总小结。

3.镜片材质

有一则视频讲的是一位医务人员对媒体说：“我不想哭，护目镜会花。”护目镜起雾是很常见的问题，那么是否有改进的空间？有一则新闻，讲的是国外防疫物资稀缺，有人套着塑料袋充当口罩和护目镜出门，这样的防护措施有实际意义吗？

带着这样的疑惑，“任务三”研究小组决定将研究内容定为护目镜镜片材质的研究，他们召开了两次讨论。第一次讨论身边哪些材料可以在资源紧缺的情况下替代护目镜镜片，小组成员各自查找资料，整理搜集，绘制思维导图。第二次讨论如何在这些材料上进行“质量、牢固性、渗水性、透光性”四个方面的对比实验。

第一次讨论：查找资料，寻找身边的材料，了解护目镜镜片的功能以及和镜片有关的其他信息。

第二次讨论：从四个方面自选材料，进行对比实验（见表3）。

4.学习成果

课程最后，學生完成了“简易护目镜”说明书（附后）。

可以看出，镜片面积最小的既不舒适又防碍视野，而镜片面积最大的，则拥有舒适度和视野范围加大的双重优势。由于镜架材料不足，本次仅为测试，而在实际使用时，背后拉绳可为带扣式松紧带。镜片已优化为无菌、清晰的材质，在眼眶附近使用橡胶封边。

“简易护目镜”说明书

一、护目镜摆放

将护目镜镜片朝上方放置，以免刮擦，导致镜片受损。

二、镜片更换

1.用两只拇指压着镜片把镜片往上推;

2.把镜片从镜架两旁的卡位中取出来;

3把新的镜片重新装回镜架两旁的卡位上;

4.用力把镜片压回镜架中间的卡位上。

三、镜片清洗步骤

1.在自来水下冲洗镜片表面的灰尘和微粒，或是用湿纸巾边缘擦拭镜片表面的灰尘;

2.喷少量的清洗液于镜片的两面;

3.用镜片清洁纸或湿巾由里到外循环擦拭镜片。

四、清洗注意事项

1.不同的涂层有不同的特性，所以在擦拭镜片时也应注意方法;

2.变脏的镜片不要在干燥的情况下进行清洗。这样可能导致涂层受损，尤其是防雾涂层;

3.切勿用粗糙的布料、报纸或衣服擦拭镜片，这些材质都会对镜片造成损伤;

4.不合适的清洁液可能在镜片上留下污点，出现污点时，需使用柔软的绒布清洗;

5.当镜片遭到严重刮擦或损坏影响正常使用时，请立即更换。

五、镜片面积（平方厘米）

最小镜片面积：11×3=33

一般镜片面积：12×4=48

最大鏡片面积：13×5=65

项目反思

关于护目镜的项目学习，学生虽然宅在家中，但是并没有停下研究的脚步，甚至还学到了很多课堂上没有的知识。学生学会了如何绘制思维导图，了解了护目镜镜架的各种功能特点，还能自己设计制作镜架，通过动手实践，验证各种实验结果。在项目学习的过程中，学生除了体会到科学学习的快乐，也体验到了多学科融合在一起的奇妙。

此次关于护目镜的项目学习是在全国抗击疫情的大背景下开展的，从设计方案到落实开展历时一个月左右，时间相对紧迫，相关备课工作没有完善，导致“任务二”中的对比实验环节出现断链。同时，由于学生都是宅在家中，缺少了同伴交流讨论的学习环节，相关设计图纸、实验过程显得略为粗糙，提取的数据范围较小，使得研究成果有些片面性。这些都是值得反思的地方，在后期的项目学习中有待改进。

浙江省杭州市萧山区新街第四小学（311217）