撒尿娃娃里的STEAM

    撒尿娃娃是一种陶瓷制作的茶宠摆件，空腔整体封闭，仅留一处小孔。内装水和空气时，在其身体上浇淋热水便会淘气地撒尿（喷出细流），给品茶者一番乐趣。如何将这个有趣的生活物品开发成一个适合学生探究的学习呢？笔者结合自己的一点实践来进行一个探索梳理，以期对有兴趣的老师有所借鉴。

一、项目可行性分析

科学探究发生在从已知向未知的探索过程中，且已知与未知交界处的知识是最能引发学生的探究行为。因此，我们基于学生的已知知识或经验作为课程教学的起点，分析素材与学科知识的关联。撒尿娃娃的原理主要是热胀冷缩，而这一知识内容在各地小学科学教材中基本都有，只是安排的学段位置不同。苏教版（旧版）四年级上册第二单元第三课中讲到了固体、液体和气体有热胀冷缩的特性，教科版则是在五年级的下册才讲到，而广东科技教育出版社版本的教材则是放在三年级下册第四单元且专门安排了三节课分别讲液体、气体和固体的热胀冷缩。在新版小学课程标准中，这一原理被定位在三四年级的知识目标中。因此，选择在三、四或五年级来开展这一教学是适应学科进度的。

学生可探究的未知是什么呢？水在热胀（或冷缩），空气也在热胀（或冷缩），而空气的热胀冷缩幅度更大，这是学生所不知道的。在现有的学校教材中，固体、液体和气体的热胀冷缩现象的实验基本上是“固体铜球穿过铜环、液体在细管中的升降和空瓶子的瓶口套着的气球受热膨胀或遇冷收缩”。其中，固体与液体的实验是微小形变的放大，而气体的实验现象本身就很明显，这其实就暗含了一个知识：气体的热胀冷缩变化要比固体和液体明显太多。这一点并没有在教材中明确给出，当然在学生头脑中也就没有意识上的显化。尽管“窗纱”未被点破，但对于他们来说又不是完全没有经验基础。也就是说，学生的已知世界与未知世界是存在交叉地带的，教学设计可以立足于这样一个交叉地带（“最近发展区”）。因此，我们将这个知识点作为探究活动的锚点。

在思维能力方面，依据笔者的教学经验和这个项目的实际尝试（主要是在三四年级）发现，三年级学生的分析思维已经表现出了一定的水平，而四年级学生的分析与表达能力又比三年级学生好一些，采用开放度比常规课堂更大一些的教学方式能进一步启发促进思维发展。同时，这个项目用到的实验材料少，加工技术简单，教师上手快，比较适合对三四年级学生动手实践能力的起始培养，也是校本科技课程可参考的初始教学内容。

从以上几方面来看，在一定的“探究活动脚手架”支持下，如亲身经历实验探索发现，借助实验材料、教师引导、同伴互助等，学生能完成这一认知活动，比较适合在三四年级学生中开展。同时，我们也可以进一步引导学生开展基于数学与技术的探究，如瓶子等相同的情况下，水与空气的比例多少最合适？或是在统一装水量时，喷射角度为多少时能使水滴喷射的最远？

二、教学目标的设计

科学知识：物体一般具有热胀冷缩的特性（已知）；空气的热胀冷缩程度比液体大很多（未知）。

科学探究：面对有趣的情境提出猜想，猜测是水膨胀还是空气膨胀导致“撒尿”；建构模型，分组或全班讨论娃娃内部发生的物理过程；亲自制作一个撒尿娃娃来验证自己的猜想。

技术探究：控制变量法（在自己制作的撒尿娃娃模型基础上即确定了瓶子和喷射管的位置后，寻找能使喷射效果最远的水与空气比例或是寻找最佳水位线）。

工程实践：1.集体讨论与分析影响喷射远近的因素；2. 寻找能使喷射效果最远的角度值，包括提出喷射的实验模型，并进行实验模拟。3.选择原有的同种瓶子，重新制作一个撒尿娃娃，并与原先的作品进行对比。

数学应用：1.在“寻找能使喷射效果最远的水与空气比例或最佳水位线”实践时，学习应用直尺、量杯、装水量与射程关系坐标等来为自己的撒尿娃娃确定一个最优“最佳水位线”，并在瓶子上做好标记。2. 在进行喷射的实验模型模拟时，运用数据记录表格以及角度与射程关系坐标，并尝试从图上分析确定最优值。

艺术发挥：主要表现在科学展板的设计上，给学生们提供一个运用自己学过的如绘画等技能来生动表达科研成果的机会。

科学态度：合作分享，敢于交流表达，探究兴趣浓厚。

应用拓展：生活中的热胀冷缩现象（包括广泛应用与危害预防）。