科学小发明小制作（初中物理小制作100个）
日前，一段用简易塑料瓶制作水火箭并发射升空的视频刷屏。塑料瓶如何做出二级水火箭？这枚火箭背后又隐藏着怎样的科技教育理念？
“三、二、一！”随着全校四百多名师生的齐声倒数，三枚水火箭同时发射，在天空中划出了优美的弧线。
【资料图】
▲蓝润天使外国语实验学校水火箭比赛
这是浙江安吉蓝润天使外国语实验学校水火箭比赛现场的精彩一幕。其中，一位科学老师在往返于发射架和学生之间，不断地进行检查和指导，以保证比赛的顺利进行。
这位老师就是最近在走红的科学老师——王印，他目前教一年级至四年级的科学课，还是四年级的班主任。
“天问一号”火星探测器登陆当天，他在自己的视频号“王主君”上发布了一段用塑料瓶制作的水火箭升空视频，仅半天播放量就突破1300万，并且被人民日报、央视新闻等媒体转载。
视频中的火箭可以实现二级分离，而且每一级都能自动打开降落伞让箭体安全降落，巧妙的设计引起在场学生们的欢呼，也引起评论区许多网友的共鸣。
塑料瓶如何做出二级水火箭？这枚火箭背后又隐藏着怎样的科技教育理念？近日，北京科技报记者专程来到位于浙江安吉的蓝润天使外国语实验学校，为你揭秘网红老师的“水火箭”。
▲王印在学校木工房
01
二级降落伞水火箭背后的“玄机”
在学校的木工房，各类材料、工具被归置得整整齐齐，工艺气息和仪式感迎面而来，这里就是视频中的网红水火箭“天使二号”诞生的地方。谈起设计这款水火箭灵感的时候，王印说，一切都来源于校本课程的主题实践课。该课程每学期制定一个主题，全校围绕主题进行跨学科跨年级的综合学习。
“本学期正好赶上我国的火星探测器天问一号发射，所以学校制定了‘太空探索与人类文明’的主题，开设了‘火星生存’‘火箭运输’等科学课题。根据这个主题，我决定在科学手工课中设置水火箭课程，并且制定了带领学生们制作两级分离式水火箭的目标。”王印介绍说。
和单级水火箭相比，制作两级分离式水火箭的难点主要有两个，：一是实现两级的自动分离，二是二级火箭的自动开伞。
为了实现两级火箭的分离，王印通过一段软管、一段硬管和一个单向阀制作了专门的分离器。在两级火箭密封对接的情况下，气体通过两段管子和单向阀向二级火箭送气。在火箭发射之前，软管周围承受高压，紧紧地“握”住里面的硬管，强大的摩擦力使一二级箭体结合在一起。随着火箭升空，一级箭体内的压力会随着水流不断外泄而减小，软硬管之间的摩擦力不足以束缚住上面的二级箭体，二级箭体便会在反冲力的作用下跟一级箭体实现分离。
▲两级分离式水火箭的分离器
“之所以选择制作两级分离式水火箭，一方面是更加模拟真实的火箭发射；另一方面火箭分离后，二级火箭因为重量减轻，会以更大的速度前进，同学在观测之后，对相关科学原理会有更深刻的认识。”王印说。
二级火箭的自动开伞是另一个难题，开伞需要把握时机，不能太早，也不能太晚。在尝试用多种不同的方式后，王印最终还是采用了最稳定的“侧开伞”的方案，通过玩具上的延时发条来控制伞舱的打开，这才有了视频中的二级火箭的开伞功能。
▲二级火箭开伞延时工具（左）原理和是玩具上的延时发条（右）类似
▲二级火箭采取侧开伞的设计
王印表示，视频中看到的水火箭并不是“完全版”，未来还将进行更多改进。“我们会根据不同的需要，定制不同版本的水火箭。比如为了让它的飞行距离更远，我们可以完善导轨和尾翼的设计；为了让火箭能够垂直降落，我们会研发制作多伞火箭，先打开一个引导伞初步降低下降速度，再从顶部打开大伞，这样会让落地的位置更精确，让垂直落地成为可能。”
02
锻炼动手能力
能让孩子展现不同的自我
王印介绍，自己主导的科学手工课开设于本学期，目前还在不断探索完善中。由于相关成体系的课程比较少，他搜集借鉴国内外相关经验，结合自己做手工的学习经历，设计了一套循序渐进的校本课程内容。从最基础的工具使用开始，直到制作一些相对复杂的小设计、小发明，用来锻炼学生的综合能力。
▲王印指导学生制作的手工车
谈到开设科学手工课的原因，王印坦言，自己在教学中发现不同学生对不同类型信息的接受能力有很大差异。有的学生对阅读、听课等方式不够敏感，缺乏学习效率，但往往在动手实操的能力很强，而且还能够举一反三，由小见大。开设科学手工课正是给这部分学生提供一个差异化的学习平台。
王印表示，他之所以敏锐地捕捉到了这点，是由于自己从小就是一个热爱动手实践的人，在动手的过程中收获的感悟和体会，甚至比课本上学习到的还要多。在学校的木工房里，王印向记者展示了他和学生们制作的作品，其中有能够持续行进上百米的手工车，用特定方式才能打开的机关盒，能够放大手机镜头焦距从而实现微距摄影的相机、摄影机辅助工具等等，而制作它们的初衷，则是出于个人兴趣和教育的意义。
▲王印制作的手机模具，将手机置入可以实现微距摄影（左）和微距摄像（右）
“通过手工制作，我感受到的是与大自然的亲密交流，所以我认为通过这样的方式，带领学生们去感受科学、理解科学，会更有说服力，能够从心底激发学生对大自然的好奇心和探索欲。所以我的手工课尽管以严格著称，仍然很受同学们的欢迎。”王印说。
03
手工制作提升的是综合能力
属于“磨刀不误砍柴工”
然而，与同学们的一致好评不同，目前部分家长对于科学手工课持观望或者犹豫的态度，甚至有个别家长还担心通过做手工来进行科学教育效率太低，难以抓住重点，影响学习效率。对此，王印表示，科学手工课并不像很多家长想象的那样只是“玩”，它其实是培养学生解决问题的实际能力以及终身成长的能力，而非简单地学习课本知识。
“比如水火箭的开伞方案，我们之前设计了非常多的版本，虽然从理论上来说都没有问题，但真的到具体到发射中，因为火箭处在一种高速运动的状态，所以就会衍生出各种各样设计时无法预料的突发状况。视频中的那次发射成功，背后可能是8-9个摔坏的火箭，这种克服困难的宝贵经验，只有通过亲身体验才能感觉到。”王印说，“所以，手工课不仅不是浪费时间，反而可以让孩子们进入一种深入探究的状态，自发地感受科学探索过程，激发孩子的原创能力。”
即便是在学习科学知识方面，王印认为参与科学手工课也能起到不小的辅助作用，属于“磨刀不误砍柴工”。通过课程中的动手和观察，大量科学现象以一种感性的方式进入孩子的记忆，等到孩子接触到相关科学理论时，学习速度会远超没有亲身体验的孩子。
▲王印带领学生制作水火箭（朱晓强/摄）
“我在小学二年级时做的一些手工制作，可能要等到大学二年级我才学到原理，但儿时那些模糊的印象能让我在学习时一点就通，这是我的亲身体验。从事教育工作后，我了解到英国教育家怀特海提出的‘浪漫—精确—综合’三阶段循环理论，就更印证了我的认识。所以，我认为在小学阶段开展科学手工课，是符合科学教育的规律的。”王印感慨道。
通过科学手工课，王印正在一步步地把“从传授科学知识到提升学习能力”的教育理念付诸现实。他表示，未来还将持续推进包括水火箭制作在内的科学手工课课程的进一步开展，并且将其总结成有计划、有规律的课程，为新时代的科技教育贡献自己的一份力。
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