STEM項目 | 簡易棉花糖機

2022-01-06 STEAM教師

當我給學生說,從下一節課開始要製作棉花糖機,並提醒他們回家後要準備收集易拉罐時,全班學生都興奮地尖叫起來!看吧,當上課時,竟然是那些平時上課小動作多、習慣稍差的孩子率先帶來了易拉罐,且坐姿筆直並主動舉手示意:「老師,看,我帶來易拉罐啦!!!」

環節一:回憶甜蜜瞬間——激發興趣

  師:(呈現棉花糖的各種圖片)你們吃過棉花糖嗎?

  生:吃過呀!

  師:(拋出問題)那麼你們知道棉花糖是怎樣做成的嗎?

 (學生舉手,說一說自己看到過的製作場景,特別是關注那些能回憶起棉花糖機轉動構件的同學,對他們注意觀察生活的表現進行鼓勵,以引導更多學生學會主動認識周圍的世界。)

  呈現棉花糖機卷糖絲的圖片,讓學生看到並回憶起買棉花糖時的場景。

圖3.舊式棉花糖機(圖片來自網絡)

師:大家能看出來糖絲是如何出來的嗎?

生:甩出來的。

師:嗯,大家再仔細看下面這幅圖,仔細想想,棉花糖機的組成部分主要有哪些?

若學生答不上來,可做一些適當提示:

師:大家從這一張圖上看到了什麼?

生1:我看到一個煤氣罐。

師:賣棉花糖的人為什麼要用煤氣罐?煤氣罐有什麼用途?

生2:煤氣罐是用來加熱的吧?!需要把糖先熔化。

師:嗯,這位同學說到棉花糖機的構成裡有一個熱源,用來加熱熔化糖。其他同學還看到了什麼?

生3:我看到了圍起來的金屬桶?

師:這個桶有什麼用?

生3:防止糖絲飛出來。

師:防護功能,也便於收集糖絲。還看到了什麼?

生4:老師,我看到那個人的左腳在踩自行車,後輪應該是轉動的。

師:哦,是。那他讓後輪轉動起來有什麼作用呀?

生4:是不是要帶動桶裡的那個出糖的芯轉起來。糖絲是從那個芯裡甩出來的。

師:哦(再回到上一圖)這位同學認為是這幅圖中間那個芯轉動,把糖絲甩出來的。你們同意嗎?

圖5.舊式棉花糖機的芯(圖片來自網絡)

生:同意。

師:那大家猜一猜,這個芯又是什麼樣的結構?

(學生們多種說法,但終會有人說出有小孔結構。)

生5:老師,是不是這個芯上面有小孔,就像篩子一樣,這樣才能拉出絲。

師:大家覺得這位同學的猜想對不對?你倒是讓我想起了咱們北方人愛吃的餄餎面,那個壓餄餎的床子上有很多眼兒。眼兒越細,出的麵條越細。好,我們再來看看這臺比較先進的棉花糖機,看看它的主要構件是什麼?

生:我們看到了轉動帶、噴火管、甩糖器。

師:對,通過這兩款棉花糖機,大家可以看到,棉花糖機的主要構件就是這三部分。接下來,我們看一段卷棉花糖的小視頻(可在網上搜索)。

圖7.觀看生產棉花糖(圖片來自網絡)

環節三:製作棉花糖的科學原理——物態變化與離心運動師:同學們,咱們觀看了棉花糖機出絲的過程,那些白白的糖顆粒是如何變成細細長長的糖絲的呢?經歷了什麼樣的過程?

圖8.對比推測物態變化過程

(這個過程看不到,需要學生進行想像。對於五六年級學生能有人比較快的說出科學原理,而對三四年級的孩子們,實際教學表現中有一定的難度,需要老師引導。)

 生6:首先是把糖粒給熔化,有火嘛,肯定是先這樣。

 師:那熔化之後呢?怎麼會變成絲狀?

 生:從那些小眼出來拉成絲。

 師:熔化是把糖顆粒變成了什麼體?

 生:液體!

 師:那糖絲是什麼體?

 生:固體。

 師:(追問)糖液為什麼會變成固體糖絲?

 生:是不是因為從甩糖孔裡出來,在空氣中迅速冷卻了?

 師:嗯,有道理。我們大家復盤一下整個過程:固體糖粒由於加熱變成液體糖漿,糖漿從小孔裡出來在空氣中冷卻變成糖絲。

 接著,轉向離心運動的學習——

 師:那糖漿為什麼會從甩糖器裡出來呢?

 生:呃……

(離心運動對於小學生來講,還比較有難度,需要老師示範引導來理解。)

 師:大家看,我帶來了一把傘。如果我往傘面上灑上水,一轉動傘柄,會有什麼現象?

圖9.水珠的離心運動(圖片來自網絡)

生:會有水珠甩出來!

師:好,那我請一位同學給咱們大家演示一下。看誰最認真,我就請他上來演示。

 

邀請平時不怎麼聽話但現在坐姿很認真的學生上來。一演示,全班同學都笑了,特別是被甩上水珠的同學會驚呼。

老師向大家簡單示範講解離心運動:用細繩拴一個輕質小球,甩動後突然放手,小球失去拉力(向心力)而飛出,這叫離心運動(遠離環繞的中心)。再解釋剛才轉動雨傘水珠飛出的現象:當轉動較慢時傘面上的摩擦力能拉住水珠;但越轉越快時,摩擦力就提供不了足夠的拉力(向心力),水珠就做離心運動飛出。

圖10.圖解離心運動(來自網絡,略修改)

為了讓學生更直觀地認識棉花糖機製糖絲的原理,我們再提供生活中結構更為相近的例子——洗衣機甩幹桶。

 圖11.洗衣機的離心現象(來自網絡)

在對棉花糖機主要構件組成和生產棉花糖的基本原理有了認識之後,就要開始項目學習的製作環節了。

圖12.主要部件功能及替代物

 圖13.了解製作目標的整體結構

接著,是對主要工具和材料的介紹,特別是讓學生知道安全使用的方法。

圖14.製作工具與材料的介紹

此時,學生們早就按捺不住心情躍躍欲試了,但還是要先把整個製作流程講給他們。

圖15.製作整體流程

 需要引導學生思考幾個關鍵問題:

 一是打孔的技能。小孔的大小對於糖絲的質量有沒有影響?應該打多大的孔?利用現有的工具,我們怎麼才能控制孔的大小?可以徒手用摁釘來扎,但我個人實踐經驗是用尖嘴鉗輕敲摁釘,力度更容易控制,也很省力,同時也能啟發學生理解人類利用工具的意義。

圖16.重點關注孔的大小

二是打準中心位置。需要把自行車輻條從易拉罐底部中心穿過。一般易拉罐的拉環去掉後的三角點即是中心,而在底部位置的中心點與其是在同一中心軸線上的。如何確定底部中心點?可以目測,但科學的方法是藉助小鋼珠靜止後的位置來確定。先讓學生想辦法,再提供這個方案,這也會啟迪學生遇到現實困難時要利用科學知識來解決。也可以讓學生從反面預測一下:若中心孔打歪了,偏離了中心位置會產生什麼樣的影響?

三是將車輻條與罐體固定。把輻條穿過易拉罐,用鐵絲將輻條和易拉罐固定,固定方法如下圖所示。這裡提醒學生,你看到了什麼樣的幾何圖形?將數學課上學到的線條規則的三角形及其特點拉回到生活中的具體物象上來,學生的頭腦就會有頓悟,而不只是簡單的模仿而不知其所以然。

圖18.固定罐體與車輻條

 最後一步是連接。用電線絕緣皮或自行車輻條自帶的連接口將輻條與馬達連接(塗上熱熔膠),再將馬達接上電池盒,棉花糖機就做好啦。

圖19.連接馬達和電源

倒入白糖,放到酒精燈上烤幾分鐘,聞到一股焦糖味,就可以開動電源來卷糖絲了。

為了讓學生更清楚如何製作,滾動播放廣西師大陳老師製作的示範視頻。

視頻1連結:https://v.youku.com/v_show/id_XNjQ4MTg3MzEy.html

借著學生的興奮勁兒,要抓住整頓紀律的良機:坐姿端正,認真觀看的同學才能先領工具和材料哦!

圖20.安全事項

圖21.學生製作場景

圖22.甜蜜的少年

一、安全事項:

      1.因為要用到酒精燈,存在一定的風險,但不會爆炸,心理上要有準備與膽識。

      2.用火柴點燃酒精燈,禁止用一個酒精燈點燃另一個酒精燈。熄燈時用燈帽蓋,禁止用嘴吹。打翻酒精燈也不要慌,及時用溼抹布蓋住(隔絕空氣)。酒精燈用完時,千萬不要向燈壺裡添加酒精(燈壺餘溫高),而應當使用備用的酒精燈。

      3.為防止酒精燈翻倒,可在燈壺底部粘上雙面膠,確保不晃動。

      4.備用一塊溼抹布,最好是溼拖布,有長柄用起來也乾脆利落。

      5.製取棉花糖的位置要相對開闊,每次上來按小組輪流,人數不能太多,否則會擁擠。

      6.電池盒最好有開關,轉動停止才能將棉花糖機取出,放置在地上冷卻(告誡學生千萬不能動,會很燙)。

      7.固定車輻條的鐵絲頭要彎向內側,以免學生在卷糖絲時刮到手。

      8.有關科學課的其他安全事例,請點下面的連結之一。

二、項目意義:

      1.鍛鍊學生基礎工具的使用能力,為後續的綜合實踐項目教學做好基礎性準備。

      2.可與科學課中相關單元結合開展(如電與電路的知識、認識簡單機械等單元)。與課本相關內容配合使用會促進學生的知識學以致用,科學與學生的生活被拉近。

      3.本項目不僅強化學生動手實踐能力,也培養其觀察與推理能力,學生也會將這些能力遷移至對其它事物的觀察與分析中去。

      4.這個項目總體來說是按部就班地完成仿製任務,但突出的趣味性使其可作為整個STEM課程的啟動項目,調動起學生的熱情。

      5.學生能體驗到自製與購買的價值區別,回家後對父母的講述也將成為我們科技課程的良好宣傳。

 結語——

正如前面公眾號文章裡講過的,棉花糖機本身是一個不良的結構,需要改進的地方很多,但這恰好也提供給師生發揮創造力的空間。您覺得簡易棉花糖機的改進方向有哪些呢?又如何開發為更有深度的PBL教學呢?

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