[专题]设计制作喂鸟器——将科学与工程带入山区孩子们的课堂

鸟是山区孩子们身边最熟悉的动物，教师将科学与工程带入山区孩子们的课堂，带领学生用工程设计过程设计、制作和测试适用于不同鸟类的喂鸟器，给它们提供充足的食物，激励学生热爱、保护大自然的生命。

本活动共12课时，旨在让四五年级学生在课堂活动中亲身体验工程项目设计的全过程。在整个课程中，教师不会直接给学生提供有关鸟的知识和设计制作喂鸟器的方案，而是在活动中将工程、技术与科学进行有机结合，帮助学生建立工程设计科学素养的基础和框架，使学生能够自己提出问题，“像科学家一样思考”，习得“像工程师一样利用跨学科知识解决实际生活问题的路径和方法”，并为他们习得21世纪所需技能提供帮助。

导入

课程以一段优美的鸟叫音乐将学生带入鸟的世界，通过观看蜂鸟视频，让学生思考蜂鸟的特征是什么。“翅膀扇动很快、鸟嘴很尖、可以停在空中（像直升机一样）、是唯一一种可以向后飞行或倒立飞行的鸟”以此让学生了解鸟的特点及这些特性如何满足动物需求，根据鸟的身体结构特点了解可应用领域，并熟悉和理解鸟的适应性特征、栖息地、物种等概念。

探究实验：哪一种鸟嘴能夹碎种子

把塑料吸管剪成1厘米长的小段模拟种子，把2根木棒粘在1个晾衣夹上模仿苍鹭嘴的模型，用此模型夹起1小段吸管，观察它是否能将吸管挤压变形，并做记录。教师引导学生思考鸟嘴的结构对捕食的影响，试推断它们的嘴如何帮助它们生存。

课外探究

请回家通过各种方式和渠道（网络、朋友、家长），了解我们身边都有哪些鸟，鸟嘴有哪些形状，鸟嘴的形状和鸟类的食物是否有关系，以及关于它们的任何事情。并以某种形式展现自己所了解的鸟，可以是1篇文章、1个PPT、1张手抄报或照片，只要你能想到的都可以。

设计

预热实验

在设计喂鸟器之前，学生需要理解生物需要能量，才能设计出合适的喂鸟器。为什么鸟类需要食物？是不是所有的生物都需要能量？生物是如何使用能量的？了解酵母，导入实验。

实验材料：（1/2匙）活性干酵母，透明塑料杯，温水，（1匙）糖，塑料匙

在实验中，教师引导学生不断思考：加糖前后观察到什么现象？（图1）酵母是如何利用糖制造能量的？学生在教师的问题引导下观察思考，得出实验结论：生物会使用能量，并能够变化、成长和繁殖。教师结合之前的鸟嘴夹碎种子实验，再引导学生思考对设计喂鸟器有什么启示。要给鸟类喂食它们嘴能夹碎的食物，才能使它们健康成长。

图1　酵母实验

回想酵母实验，酵母的能量来源是什么？教师展示太阳、植物、山羊、狼的图片，引导学生思考其中的能量传递关系，找出图片间的联系，画出食物链。运用食物链知识解决实际生态问题，培养学生保护生态平衡的意识，促使学生思考如何设计喂鸟器更益于保护鸟类。

确定问题

学生在此之前已经获得完成设计任务所必需的背景知识。观察、探索、研究、实践、测试、交流、评价、头脑风暴和设计图都将出现在之后的设计过程中。我们为什么要设计喂鸟器？喂鸟器有哪些类型？鸟会选择什么样的喂鸟器？各小组学生明确自己要制作一个供某一种鸟（或一群鸟）进食的喂食器。教师通过“头脑风暴”引导学生了解工程设计的基本流程。

调查研究

学生设计喂鸟器之前需调查身边（校园里、家附近）有哪些鸟类，它们的体形如何，习性如何，设计的喂鸟器应该有哪些作用，设计喂鸟器时要考虑哪些因素，如尺寸大小、离地高度、材料选择、安放位置、制作方法、季节变化、温湿度变化等，各小组学生展开头脑风暴，收集相关信息，明确相关需求。

设计方案

每个小组成员为自己选择的一种鸟设计一个喂鸟器，画出草图，标明尺寸和需要用到的材料（图2）。学生思考：喂鸟器如何吸引鸟儿前来取食？它的外形特别吗？它的颜色能吸引鸟儿注意吗？还是用透明的材料制成，让鸟儿直接看见食物？教师引导学生绘制草图，提示学生注意喂鸟器的结构、材料、防雨功能等。学生尝试运用多种材料、思路和方法设计喂鸟器，为后期制作实物作好准备。

图2　设计草图

小组每位成员完成草图设计后，进行组内展示、交流，吸取组员的优点，集智讨论确定一种喂鸟器的最佳方案，进一步完善方案并画出设计图（要求比草图更完善、准确，除了需要标明尺寸和材料外，还要有功能标注）。教师提醒各小组根据喂鸟器设计方案考虑可能用到的废旧材料，如塑料瓶、牛奶盒、鞋盒等。

建造原型

这是最具挑战性的环节。学生根据设计方案搜集材料，开始建造喂鸟器（图3）。学生在整理材料和工具期间，教师讲解如何安全使用工具，要求小组成员分工明确、相互配合、有序进行。教师来回巡视并提出开放性问题：“喂鸟器要考虑哪些因素？”学生对这类问题的回答能向教师显示在哪些方面还需要指导。

图3　建造喂鸟器

随着教师对各小组建造的喂鸟器的进一步认可，教师偶尔提出问题，激发学生思考他们的产品可能会遭遇的危险。例如：刮风时喂鸟器能否保持完整，不损坏？鸟在吃食物时怎么保持喂鸟器平衡？怎么才能让多种鸟同时吃到食物，而又防止其他动物偷吃？小组成员异口同声地说道：“我们的不会被风吹坏，我们的是最稳固的，我们必须保护好”各小组对喂鸟器建造的要求越高，不断发现问题，激烈讨论优化设计方案，不断改进他们的产品。

测试原型

此环节是学生们最兴奋的时刻。为展示各小组的作品，教师告诉学生把喂鸟器装置在校园内鸟儿经常出没的地方，如学校QQ农场旁边、未名湖边、室外绿化带等地点的树上，连续观察5天，看有没有鸟儿取食。学生可自行决定每天的观察时间，如每天定时或随机、观察多少次、每次多少分钟，并记录观察结果。

学生在原型测试阶段表现出异常的兴奋和从来没有的专注。除上课之外，随时跑去观察自己的喂鸟器，整个测试过程充满了欢声笑语。

优化设计

5天后，每个小组结合本组在制作喂鸟器和观察过程中发现的问题，分析测试数据。小组成员聚集在一起讨论优点与不足，反思喂鸟器的设计方案，提出改进方案进行再设计，并筹备产品发布会。

展示评价

此环节中，各小组分享成果并听取他人意见，展现自己的沟通交流、懂得分享、质疑反思、善于表达、团队协作的能力和素养。各小组展示设计图和模型，说明建造过程和测试结果，形象直观地表述成果，并积极寻求他人建议。从各小组中选1位成员组成评估团，同时教师参与，一起评估各小组成员参与设计、人员分工、建造与测试模型过程、优化设计及团队协作的情况，对各小组进行综合评价。

总结

通过设计建造喂鸟器的项目学习，既提升了学生科学素养、科学技能、创新思维、交流沟通及创新能力，又让学生形成了自觉采取行动保护濒危、受伤鸟类的意识，培养了学生热爱生命、保护生命、维持自然生态平衡的行动力。

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