“鸡蛋撞地球”课程方案的设计

设计思路

鸡蛋是极易碎的物品。如果说鸡蛋能从几米高的地方落下而安然无恙，那简直就是天方夜谭。这样一件看似不可能的事情，是否就不可办到呢？其实只要学生依据正确的科学原理，提出可行的解决方案，经过实践检验，不断改进，是完全可以办到的。

本课程要求学生利用身边的材料，设计制作一个鸡蛋保护器，从一定的高度扔下，使其自由下落。在鸡蛋不破的前提下，要求整个保护器装置重力（不包括鸡蛋）越小越好。学生通过设计方案、选择材料、实验记录和分析、竞技等环节以小组为单位进行活动和比赛。“鸡蛋撞地球”活动看似简单，但其中包含了丰富的科学知识，涉及重力、惯性、能量守恒、物体的平衡、空气阻力、缓冲、材料特性等物理知识。此课程对学生思维方法的培养和锻炼，对学生的创造能力的形成极为有利。

背景知识

1.力是使物体运动状态发生变化的原因。力能够使物体的形状发生改变。我们通常把物体的形状和体积的改变称为形变。任何物体在力的作用下都会发生形变。有的物体的形变比较明显，比如在力的作用下，弹簧的形状和体积会有明显的变化，但是当作用力撤去后很快能恢复原状。物体的这种能够在外力撤去后恢复原状的性质叫做弹性，这种形变叫做弹性形变。发生弹性形变的物体因为要恢复原状而对使它发生形变的物体施加的力，叫做弹力。

2.任何物体都有弹性限度。当外力超过物体的弹性限度，即使撤去外力后，物体也不再恢复原状。物体的这种在形变后不能恢复原状的性质叫做范性，这种形变叫做范性形变。乒乓球和鸡蛋受到力的撞击超过了其弹性限度，会发生范性形变，表现为凹陷或破损（鸡蛋壳较脆弱，容易破损）。

3.物体由于机械运动而具有的能叫做动能。鸡蛋原来是静止的，它的动能为零。当鸡蛋从空中落下来至撞击地面前，鸡蛋具有了一定的动能。

4.物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。由物体与地球的相对位置决定的能量叫做重力势能。

5.在物理学中把动能、弹性势能、重力势能统称为机械能。

6.关于能量转换：在只有重力（或弹力）做功的情况下，物体发生重力（或弹力）势能与动能的相互转换时，机械能的总量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。

课程目标

一、知道力的几种常见形式，知道一切物体都具有惯性。了解鸡蛋坠落过程中涉及的物理知识。能动手对材料进行简单的加工，并根据材料的特性进行创造性运用。学会画出简单的设计示意图。学会撰写简单的科学实验报告。

二、知道科学与技术的结合能产生社会效益，了解技术创新应该有扎实的文化科学知识基础。在集体与个人相结合的探究活动中学科学、爱科学、用科学、信科学，具有客观、求真、探索、合作、竞争等科学精神。

课程结构与内容

步骤一　问题引入（想一想、看一看）

1.教师提出问题：“这是一个鸡蛋，如果我手一松，让鸡蛋撞到地球的表面会怎样？你们能不能想个办法让鸡蛋撞到地球而鸡蛋不破裂呢？”学生思考几分钟后，交流如何让鸡蛋撞到地球而不破裂的设想。

2.播放有关力学、能量等知识的视频短片。

步骤二　设计方案（听一听）

1.教师提示几种外形设计的设想。

①降落伞形：顾名思义，就是利用降落伞，增大空气阻力，以使鸡蛋连同整个装置一起平稳落地。

②外包装形：就是用较多的减震材料将鸡蛋严严实实地包裹起来。比如泡沫、棉花、各种填充材料等。通过这些材料的缓冲作用，达到保护鸡蛋的目的。

③不倒翁形：就是使整个装置像不倒翁一样，把重心尽可能降低，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终让一个面着地。那么保护工作只需要在这一个面做好就行了，从而节省了材料。

④多面体形：就是把整个装置制作成一个多面体，将鸡蛋用结实的绳子固定在多面体的中央，使整个鸡蛋悬空。装置落地后，不论哪个面着地，鸡蛋都不会着地。鸡蛋就完好无损了。

⑤缓冲形：就是利用气球或者吸管、泡沫等来增加缓冲，使鸡蛋免受地面的冲击。

学生根据教师的提示，设想其他外形设计方案，或者综合以上几种方案进行设计。

2.学生分组讨论设计方案，汇报和完善方案。

同学们分小组讨论：

①你们组设计的鸡蛋保护器是什么样的结构？

②要用到哪些材料？为什么选择这些材料？

③画出设计图。

④组内比一比，哪个设计最美观、最新颖，选用的材料最合理、最节约，制作起来最方便、最快捷。关键是确保鸡蛋从高处落下后不会摔破。

3.根据组内交流情况修改、调整设计图。

步骤三　动手制作（做一做，即每组制作3～4个保护器，进行实验比较）

1.选择相关材料。

①教师在教室角落设置一个材料超市，提供相关制作材料。并向学生展示准备的材料，介绍一些材料的特性。

②学生根据设计自主选择材料。

2.动手制作。

制作时注意事项：

①制作时小心别把鸡蛋弄破。

②要正确、安全使用剪刀等用具。

③节约制作材料，需要什么就选择什么，需要多少就拿多少。

④以小组为单位团结合作。

步骤四　实验分析

1.组内比较几个保护器的制作优缺点，记录实验数据，选出组内最佳方案。

2.引导学生进行实验效果情况分析，思考哪些地方会影响实验结果。如：鸡蛋的大小和形状对实验效果有影响吗？学生学会罗列可能影响实验效果的因素。

3.填写实验报告。

步骤五　班内竞技（比一比）

1.比赛过程：包装过的生鸡蛋从高1.5米的半空落到地面指定范围内，在鸡蛋不破的前提下，进行评分。

2.评分标准：在鸡蛋不破的前提下，重力最小（除鸡蛋外），落地准确，外观设计新颖、美观，为高分。其中重力占70%，位置占30%，外观为附加条件（质量相等时外观设计出彩者胜出）。

3.引导学生思考：实验成功的原因，能不能做得更好（还有没有需要改进的地方）；失败的原因，是哪个环节出了问题（设计、制作，还是选材）。

步骤六　创新拓展（想一想）

教师引导学生联想生活中的情景（在成批运输过程中，鸡蛋容易被损坏），考虑设计运输鸡蛋的保护装置。还有针对贵重物品（如文物、工艺品），我们可以用类似装置来保护他们。我国发射的“神舟五号”“神舟六号”“神舟七号”宇宙飞船成功返回地面，也是运用了类似保护装置的原理。请学生继续开动脑筋，利用所学的知识为父母设计制作一个既轻巧便捷，又成本低廉的鸡蛋手提装置。请学生将设想的设计方案进行交流。鼓励学生在本课程结束后能继续探究。

教学建议

1.课时安排：6课时

2.教学对象：六年级学生

3.环境布置

如图所示，在普通教室里，让4个同学为1组围坐。在教室的中间留出比赛场地。后半部分布置成小型材料超市，内有多种材料可供选择。

4.教学配套资源

多媒体设备1套，电子秤5台，开放式材料架，剪刀10把等。

制作材料（耗材）：鸡蛋、小木条、报纸、方布、细线、气球、透明胶、双面胶、泡沫块、纸杯、吸管、棉花、泡沫网、塑料袋等。

课程评价

评价依据：分相关知识、过程表现、作品三方面评价，要点如下：

1.相关知识评价要点：通过学习，对有关力学、能量等知识基本了解。

2.过程表现评价要点：积极参与课堂各种活动，表现出浓厚的兴趣；制作过程表现出专注、用心，合作与交流能力较强。

3.作品评价要点：作品完整、设计合理、效果良好，体现一定创新能力。

其中相关知识与作品由教师评价；过程表现由学生自评。按照总分排序，前30%为优秀、31%～60%为良好，61%～100%为合格。

活动综合评分表

另附学生实验报告：

鸡蛋保护器制作与研究（实验报告）

（续表）

浦东新区青少年活动中心　储琼　执笔