科学小制作小发明

　　科学小制作小发明推荐文章1：【“科学教育加法”人人做！晒出你的科学含量】作品展播之自制科学模型展：小手创万物，童心探未来

　　你是否曾为牛顿的苹果而着迷？是否曾幻想过亲手制造一架火箭？是否曾用好奇的眼睛观察过这个奇妙的世界？

　　2023年2月，习近平总书记在主持中共中央政治局第三次集体学习时提出，“要在教育‘双减’中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体”。

　　在教育“双减”中做好科学教育加法提出两周年之际，2月12日，由教育部校外教育培训监管司指导，中国网、新浪微博主办的#晒出你的科学含量#大型互动类征集火热开启，话题发布当天，登上微博热搜第三，3000余万人次参与话题讨论，全国的中小学生在微博话题下纷纷晒出自己的科学实验和自制科学模型，晒出他们的科学含量。

　　#晒出你的科学含量 微博数据截图。

　　科学实验，就像一把神奇的钥匙，为孩子们打开探索世界的大门。他们用镜头记录下亲手操作的实验过程，每一个模型，都凝聚着孩子们的热情与智慧；每一次探索，都见证着他们的成长与进步。在一次次的科学实践中，他们不仅收获了知识，更培养了观察力、思考力、和创造力，以及坚持不懈、勇于探索的科学精神。

　　即日起，中国网将对这些优秀作品进行主题展播，通过展现他们优秀的科学素养和创新能力，感受科学知识的魅力，让我们一起为这些小小科学家们点赞，为他们的科学梦想加油！

　　【第一期】自制科学模型展：小手创万物，童心探未来

　　作品一：一见不如实验室

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　　微博网友@happyheart66供稿

　　投稿原文：人为什么会晒黑？油锅起火了怎么办——欢迎来到我的“一见不如实验”家庭实验室。在这里，我进行了各种各样的科学实验。我能用简单材料，开启奇妙科学之旅。我还尝试了一些更有趣的实验作品，比如制作蛋壳音乐厅，制作AI教室，设计低碳社区等，这些都让我对科学都有了更深的认识。我的爸爸、妈妈和外婆都曾陪我一起做实验，学习和分享知识。这个家庭实验室它让我学会了如何独立思考、解决问题。希望今后我能做更多有趣的实验，获得更广博的知识。（新晖201班 潘云何）

　　作品二：搭建智能教室

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　　微博网友@长大后的我们不在相信什么供稿

　　投稿原文：大悠悠第一次搭建智能教室，从听科学课老师分享科学原理，到准备智能教室材料、电子原件，都是独立整理材料，安装过程中，她也在老师的指导下一步步去完成和尝试，遇到困难时都耐心去校对。大悠悠也希望现在学习到的每一个科学知识都为未来做好准备，希望她可以为祖国的科学技术发展贡献自己小小的力量。我们也期待大悠悠继续热爱科学，用科学知识去更好地建设国家。

　　作品三：零碳社区模型

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　　微博网友@-薛家小妮儿- 供稿

　　投稿原文：这个零碳社区模型，展现了未来理想的居住环境，主要包括生态建筑、能源发电两大部分，旨在实现能源的自给自足和碳中和，希望我们的城市更加低碳环保，地球母亲越来越美好！

　　作品四：低碳交通系统

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　　微博网友@Cathy芳芳2010供稿

　　投稿原文：低碳出行是降低碳排放的有效方式。我运用学习的知识，整合出一个主要由立体交通、压力发电和智慧信号三部分组成的低碳交通模型，展示一个未来可实现的较理想的交通出行环境。通过这些智能系统的集成和应用，我希望我们的城市能够变得更加环保、低碳和宜居。

　　作品五：我的零碳社区

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　　微博网友@s午夜魑魅s 供稿

　　投稿原文：“零碳社区”设计制作了碳排放量等于碳吸收量的社区模型。包括新能源发电、雨水回收系统以及绿化建设等，实现能源的自给自足和碳中和。

　　文案：仝选

　　编审：韩雅洁 刘佳 王月博

　　（封面海由AI生成）

　　科学小制作小发明推荐文章2：小发明撬动科学大教育

　　“它寄托着我们奔向星辰大海的梦想。”在湖南师大附中雨花学校“2025年科学实践作品比赛”中，学生刘芷菁、刘珂璠、任思齐团队设计的“宇航员多功能体能训练器”让人眼前一亮。这一装置通过喷气式升降机模拟超重、失重环境，利用弹性载人舱进行离心力训练，让飞行员、宇航员在同一空间完成多种适应性训练。团队成员表示，在项目研发中，他们的创新思维、动手能力和团队协作能力得到了提升，“若能为国家航天事业作出一点贡献，我们的一切努力都值得”。

　　自2000年起，湖南师大附中雨花学校从科学小发明、小制作课程开始，坚持“科创引擎，科教融合”理念，构建了“小发明撬动科学大教育”体系，并通过科普教育、跨学科融合、研学实践、学段衔接、强化师资5个板块协同发展，实现了科学教育体系的全面升级与高质量发展。

　　科普活动，让学生“动心”

　　小发明、小制作是学校科普教育的生动载体。每年7月—10月，学校举办“科技节”主题活动，编程工坊、科学辩论赛、科技创意市集等科普宣传活动轮番登场。

　　在科学实验小乐园中，学生用自制火山模型演示地质运动，亲身体验各种新奇有趣的实验，感受科学的魅力；编程与AI工作坊中，学生专注于代码编写，尝试开发简单的人工智能程序；科技创意市集上，琳琅满目的创意作品让人目不暇接；科技制作工坊内，学生发挥想象力，将各种材料变成独特的科学小制作；科学辩论赛上，思维的火花激烈碰撞；科技明星分享会中，学生聆听优秀科技前辈的故事，汲取前进的力量。

　　这些活动不仅能丰富学生的科学体验，促进科学知识的普及与传播，还能激发学生对科学的兴趣，将科学梦想深植于学生心田。

　　跨学科教学，让学生“动手”

　　“制作一台‘农村家庭粮食烘干机’需要哪些学科知识？”学生盛紫涵团队综合运用电学、力学、材料化学以及信息技术等多学科知识，改进农村家庭粮食烘干机，使烘干效率提升40%，帮助农民解决实际问题。

　　小发明、小制作项目鼓励学生跨越学科界限，是学科融合的催化剂。学校发动40余名各学科教师组建兼职科学教师团队，指导学生常态化开展科学奇幻秀、科学实验小挑战、科学家角色扮演、科学探索讲座工作坊等跨学科项目实践，学生需要综合运用物理、化学、生物、信息技术等多学科知识，解决真实生活中的具体问题。

　　跨学科实践促进了学科间的深度融合与交叉创新，有利于发展学生的多元智能，培养他们发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力。

　　科学实践，让学生“动脑”

　　学校为学生搭建了多层次的实践平台，确保每位学生都能在实践中提升科学素养。

　　探索奇趣科技、科技小侦探、创意DIY工坊等活动贯穿小学部整个学期。在探索奇趣科技活动中，学生接触前沿科技产品，了解其原理与应用前景；科技小侦探活动鼓励学生发现生活中的科技问题；创意DIY工坊里，学生动手制作各种科学小制作……这些活动确保每名学生每学期至少完成2项小制作作品，培养了他们的动手能力与创新意识。中学部组织科技创新项目竞赛、科技前沿讲座、科技游园会等活动，培养了学生的科研素养，锻炼了学生的科学思维与写作能力。

　　通过系统的实践活动，学生的创新思维、动手能力、解决问题能力等科学素养得到全面提升，团队合作精神与社会责任感也不断增强。

　　跨学段合作，提升科学教育“动能”

　　学校建立了跨学段合作机制，鼓励学生跨年级、跨学校参与项目合作，实现了科学教育的连续性与系统性。同时，学校积极与高校、企业等外部机构建立合作关系，为学生创造更优越的学习环境。

　　学校与湖南师范大学、长沙理工大学等高校合作，探索构建拔尖创新人才培养机制，借助高校的科研资源与师资力量为有潜力的学生提供更高层次的学习与发展平台；与科大讯飞等科技企业合作建设“科创智能制作空间”，引入前沿科技设备与技术，让学生接触到最先进的科技理念；与湖南省植物园、长沙市雨花区非遗馆合作成立科学实践研学基地，为学生提供丰富的科学教育实践素材。

　　这些项目拓宽了学生的科学视野，丰富了他们的实践经验，也为他们的未来职业规划提供了更多可能性。

　　强化师资，科学教育“总动员”

　　师资队伍建设是科学教育质量提升的关键。学校完善科学教育管理制度，健全科学教育管理体系，成立了由书记、校长亲自挂帅的科学教育教研组，聘请湖南省教科院科学教研员担任科学副校长，把科学教育融入学科课程。

　　学校以正高级科学教师为核心建立科创中心，汇聚数学、物理、化学、生物、地理等学科教师，打造了一支专业性强、教学水平高的科学教师团队，构建起专任科学教师与科学融合教师两支队伍，并实现完美融合。

　　25年的科学教育实践结出了累累硕果。学校获评全国科学教育实验基地、湖南省科技创新教育实验基地、长沙市科技教育特色学校；学生团队荣获国家发明奖金奖5次、国际发明奖银奖3次；学生申请国家专利9项。

　　未来，学校将继续秉持“科创引擎，科教融合”的理念，不断深化“小发明撬动科学大教育”体系，为培养更多具有创新精神与实践能力的优秀人才而努力。

　　（系湖南师大附中雨花学校党总支书记）

　　《中国教师》2025年03月12日第9版

　　：刘灵松

　　科学小制作小发明推荐文章3：在家就能做！那些神奇又有趣的科学小实验

　　你是否想过，为什么漏勺盛大米、玉米碴子会漏，装碎细的面粉却能稳稳当当？为何在蚂蚁周围画个圈，它就仿佛被施了定身咒，怎么也走不出去？其实，这些生活中看似奇妙的现象，背后都隐藏着有趣的科学原理，通过简单的小实验就能轻松揭秘！今天，就带大家走进神奇的科学世界，体验科学的魅力与乐趣。

　　

　　生活中常见物品背后的科学奥秘

　　

　　漏勺“挑食”的秘密，在于物体颗粒的大小。大米和玉米碴子颗粒较大，漏勺的孔洞让它们轻松溜走；而面粉颗粒极其细小，相互之间的摩擦力以及与漏勺表面的摩擦力，使得它们能紧密地“抱”在一起，不会轻易掉落。

　　

　　小小的蚂蚁也能成为我们的实验对象。当在蚂蚁周围画直线或圆圈时，蚂蚁之所以被困住，是因为它们主要依靠气味和触觉来辨别方向和路线。这些线条干扰了蚂蚁的嗅觉信号，破坏了它们熟悉的环境标识，让它们迷失方向，就像陷入了一个无形的迷宫。

　　

　　自制简易装置，解锁科学原理

　　

　　接下来，让我们动手制作几个超有趣的小装置，探索背后的科学原理。将纸片夹在磁铁中间，放上螺丝钉和电池，用导线连接电池和磁铁，纸片就会飞速转动，这其实就是简易的电动机模型，和电风扇的工作原理如出一辙，都是利用通电导体在磁场中受到力的作用而运动。

　　

　　剧烈运动后不能喝冰水，这和易拉罐实验有着异曲同工之妙。向易拉罐里倒入一点清水并加热，2分钟后迅速倒扣在冰水里，易拉罐会瞬间被压瘪。这是因为加热时罐内空气受热膨胀，排出部分空气，倒扣在冰水中后，罐内空气迅速冷却收缩，气压降低，外界大气压就将易拉罐压瘪了。剧烈运动后，人体的体温较高，肠胃血管处于扩张状态，此时喝冰水，肠胃会因突然受到冷刺激而收缩，影响肠胃正常的消化和吸收功能，甚至可能引发腹痛、腹泻等症状。

　　

　　把土豆切成三个小方块，用牙签穿起来，一个简易的土豆平衡仪就诞生了，这体现了物体的平衡原理。通过调整三个土豆块的位置和重心，使整个装置能够保持平衡，就像杂技演员在高空中保持平衡一样，需要找到那个恰到好处的平衡点。

　　

　　在装满水的瓶口放一张扑克牌，翻转过来，扑克牌会牢牢吸在瓶口，这就是大气压强的神奇作用。大气对各个方向都有压强，在这个实验中，瓶口的水受到向下的重力，但大气向上的压强托住了扑克牌和水，使得水不会流出来。

　　

　　将火柴从中间对折，聚拢在一起，在中心处滴水，神奇的事情发生了，火柴慢慢变成一个完美的五角星。这是因为水具有表面张力，水滴在火柴上，使得火柴之间产生了一种相互吸引的力，从而让它们排列成五角星的形状。

　　

　　把芯片和铜片分别插入西红柿中，用导线连接，就能给电子表供电，这就是利用了水果电池的原理。西红柿等水果中含有酸性物质，能够与金属发生化学反应，产生电子的定向移动，从而形成电流。

　　

　　神奇的物理化学现象，一次看个够

　　

　　塑料袋装满清水，慢慢插入铅笔，水竟然不会流出来，即使袋子全身插满铅笔，依然滴水不漏。这是因为塑料袋具有一定的弹性，当铅笔插入时，塑料袋会紧紧包裹住铅笔，形成密封状态，水就无法流出。

　　

　　把彩色卡纸剪成螺旋状，套在一根竖立的竹签上，下面放一根燃烧的蜡烛，纸片会随着热气流上升而旋转，仿佛一条盘旋飞舞的长龙。这是热空气上升的原理，蜡烛燃烧使周围空气受热膨胀变轻，热空气上升，带动纸片一起旋转。

　　

　　用高脚杯罩住乒乓球顺时针晃动，能把它从桌面移动到杯子里，这利用了离心力。在晃动高脚杯的过程中，乒乓球受到离心力的作用，被甩向杯壁，随着晃动逐渐进入杯子。

　　

　　向空瓶的瓶口喷少许酒精，再倒扣一个纸杯，加热底部小孔，化学能转化为内能，纸杯会腾空飞起。酒精燃烧释放出化学能，转化为周围空气的内能，使空气受热膨胀，产生向上的压力，将纸杯顶飞。

　　

　　将根茎部切成4份，插入4种不同的颜料里，静置一夜，就能得到一只绝美的七彩玫瑰。这是因为植物的茎具有运输水分和养分的功能，颜料随着水分被运输到花瓣的各个部位，从而使玫瑰呈现出不同的颜色。

　　

　　将吸管在卫生纸里反复摩擦，靠近水流，水会出现弯曲，这就是静电现象。摩擦使吸管带上电荷，带电体具有吸引轻小物体的性质，水流属于轻小物体，所以会被吸管吸引而发生弯曲。

　　

　　鸡蛋放在清水中会沉底，向水中加入适量食盐，搅拌均匀后，鸡蛋竟然漂浮起来了，这就是死海的秘密。盐水的密度比清水大，当盐水的密度大于鸡蛋的密度时，鸡蛋就会受到向上的浮力，从而漂浮起来。

　　

　　用激光笔照射清水，看不到任何光路，向水中加入一点牛奶，搅拌后再用激光笔照射，会出现一条明显的光路，这就是丁达尔效应。牛奶中的微小颗粒对光线进行散射，使我们能够看到光线的传播路径，而在清水中，由于没有足够的散射颗粒，所以看不到光路。

　　

　　这些有趣的科学小实验，不仅能让孩子们直观地感受到科学的神奇，还能激发他们对科学的兴趣和探索欲望。科普百变，不如让孩子亲自体验一遍。快和孩子们一起动手做实验，开启奇妙的科学之旅吧！

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　　在大型结构上进行集成电子设备的原型设计（比如制作一把能监测使用者坐姿的椅子），通常是一个费时费力的过程。

　　以往，人们可能得通过 3D 打印和激光切割，制作多个版本的椅子结构，这会产生大量废料。之后再组装框架，把传感器和其他易碎的电子设备安装上去，最后连接起来，才能得到一个可用的设备。

　　然而，一旦原型制作失败，那就只能把它扔掉，然后重新开始设计。

　　如今，麻省理工学院的研究人员找到了一种更好的方法，能快速迭代设计大型且坚固的交互式结构。他们开发了一个快速开发平台，该平台运用可重新配置的组件和集成电子元件，这些电子元件能组装成复杂的功能性设备。

　　需要注意的是，与传统将电子元件嵌入结构不同，该系统让电子元件本身成为结构主体。

　　这些轻质的三维晶格组件被称为“体素”（Voxels），不仅强度高、刚度大，还具备集成传感、响应和处理能力，就算没有机械或电气工程专业知识的用户也能快速制作出交互式电子设备。

　　这些“体素”的组装、拆卸和重新配置几乎不受任何限制，能组合成各种形状，而且每个“体素”成本约为 50 美分。

　　图｜名为“体素”的轻量级三维晶格构建块（：MIT News）

　　麻省理工学院的研究人员开发的这个原型平台名为“VIK”（Voxel Invention Kit，体素发明套件），包含用户友好的设计工具，并支持端到端的原型设计开发。

　　借助这个工具，用户能模拟结构在机械载荷作用下的反应，并根据需求对设计进行迭代优化。

　　“这一平台旨在让功能性交互式设备的制作更加普及。无需 3D 打印或激光切割，使用‘VIK’，只要有‘体素’，你就能在任何你想的地方制作这些交互式结构。” 麻省理工学院媒体艺术与科学专业研究生、麻省理工学院比特与原子中心（CBA）及媒体实验室成员、VIK 相关论文的共同第一 Jack Forman 说道。

　　Forman 与共同第一、研究生 Miana Smith 和 Amira Abdel - Rahman，以及资深、麻省理工学院教授兼 CBA 主任 Neil Gershenfeld 共同完成了这项研究。这篇研究论文将在 Conference on Human Factors in Computing Systems 会议上发表。

　　功能模块

　　VIK 是在麻省理工学院比特与原子中心多年研究的基础上开发出来的，此前他们开发了一种名为体素的离散蜂窝组件。每个体素是由铝制成的立方体八面体晶格结构（有八个三角形面和六个方形面），它的强度很高，能支撑 228 公斤的重量，差不多相当于一架立式钢琴的重量。

　　图｜铝立方八面体晶格（：MIT News）

　　体素并非通过 3D 打印、铣削或激光切割制成，而是被组装成大型、坚固且耐用的结构，比如能对环境做出响应的飞机部件或风力涡轮机。

　　麻省理工学院比特与原子中心团队将体素与其他以互连电气元件为核心的研究成果相结合，创造出了具备结构电子学特性的体素。把这些功能性体素组装起来，就能形成一种无需电线，既能传输数据、电力，又能传递机械力的结构。

　　研究人员正是利用这些机电模块开发了 VIK 系统。“把我们之前那些达到严格工程标准的研究成果，转化成一个对用户友好、实用有趣且易于操作的系统，这个过程很有挑战性。”Smith 说道。

　　例如，他们加大了体素的设计尺寸，让人徒手就能轻松组装和拆卸晶格结构，同时还为体素单元添加了铝制交叉支撑，以此增强其强度和稳定性。

　　此外，VIK 体素采用了可逆的卡扣连接方式，用户无需额外工具就能轻松组装，这和之前一些用铆钉作紧固件的体素设计有很大区别。

　　Smith 表示：“我们设计的体素连接面，只允许正确的连接方式。这就意味着，只要你用体素进行构建，就能确保搭建的线路正确无误。设备组装完成之后，直接插上电源就能用。”

　　图｜组装这些体素结构可以传输数据和电力以及机械力，而无需导线（：MIT News）

　　值得一提的是，线束系统通常是功能型设备的高成本项，也是故障多发环节，VIK 通过模块化设计有效解决了这一问题。

　　便捷的原型开发平台

　　为了帮助那些没有工程知识背景的用户制作各种交互式设备，研究团队开发了一个便于操作的界面，用于模拟 3D 体素结构。

　　这个界面包含一个有限元分析（FEA）仿真模型，用户可以在上面绘制结构，并模拟施加在结构上的力和机械载荷。系统会通过给用户设备的动画添加颜色，来标识潜在的故障点。

　　按照 Forman 的说法，“我们打造的这个界面本质上就像是体素版的‘我的世界’。用户不需要多专业的土木工程知识或桁架分析能力，就能判断自己制作的结构是否安全。任何人都能借助 VIK 制作东西，而且安全性也有保障。”

　　图｜VIK 利用可重构的积木与集成的电子产品，能组装成复杂的功能性设备（：MIT News）

　　VIK 非常注重灵活性，创客们可以使用自己熟悉的微控制器，能轻松将现成的模块，像扬声器、传感器或执行器等，集成到自己的设备中。

　　Molex 公司先进电子封装技术经理 Victor Zaderej 评价道：“电子产品的下一次重大发展将在三维空间展开，而体素发明套件（VIK）正是帮助用户、设计师和创新者将电子元件直接融入结构的桥梁。想象一下，可以把 VIK 看作是乐高积木套件和电子实验板的结合体，当创意工程师和设计师开始思考应用场景时，它能激发无限可能性和独特产品。”

　　更为关键的是，借助设计工具的实时反馈，制能快速更改体素的配置，对原型进行调整，或者拆卸结构制作新的产品。要是用户最后不想用这个设备了，铝制体素还能完全回收利用。

　　这种可重新配置、可回收的特性，再加上体素强度高、刚度大、质量轻且集成了电子元件，使 VIK 特别适合需要临时搭建的场景，比如戏剧舞台，用可定制的布景安全地支撑演员在舞台上表演，而这些布景可能只用几天就不再使用了。

　　此外，通过实现大型复杂结构的快速原型设计，VIK 在太空制造、智能建筑以及可持续城市智能基础设施开发等领域也有广阔的应用前景。

　　不过，对于研究人员来说，也许接下来最重要的就是将 VIK 推向市场，看看用户能利用它创造出什么。“现在这些模块很容易获取，人们可以在日常生活中使用它们，期待看到大家用 VIK 来制作各种创意产品。” Forman 补充道。

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