李博 左超

【摘 要】如何兼顧參與性和競技性，是每項(xiàng)以科學(xué)教育與普及為目的的科技競賽都要面對的重要課題。本文以“探知未來”2017年全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽的“逆風(fēng)行駛”項(xiàng)目為例進(jìn)行分析，該項(xiàng)目的籌備和組織者通過對原型裝置的開發(fā)與推廣，達(dá)到了兼顧參與性和競技性的目的，實(shí)現(xiàn)了較好的效果，可以為類似工作提供思路和借鑒。

【關(guān)鍵詞】科技競賽；原型裝置；參與性；競技性

中圖分類號： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）13-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.13.013

【Abstract】How to achieving both participatory and competitive is an important issue for all the competitions for the purpose of scientific education and popularization. This paper takes the competition “sail against the wind” in 2017 Solve for Tomorrow as an example. The organizers took the way of developing the prototype devices to achieve the goal of both participatory and competitive， which made the competition a good effect.The example can provide ideas and references for similar work.

【Key words】Science and technology competition；Prototype device；Participatory；Competitive

隨著中國對全民科學(xué)素質(zhì)建設(shè)工作的重視、對學(xué)生實(shí)踐能力的強(qiáng)調(diào)，以及理論界對STEM、探究式學(xué)習(xí)等理念和方式的討論和推廣，面向青少年的科技競賽也成為科普教育活動中的一種常見組織形式。這些科技競賽不同于面向特定領(lǐng)域的專業(yè)賽事，其本質(zhì)屬于教育活動，根本目標(biāo)在于鍛煉學(xué)生的綜合知識與技能、心理素質(zhì)、合作意識等，這就要求賽事具有廣泛的參與性，而作為比賽，競技性又必然成為不可忽視的重要特征。因此，如何兼顧參與性和競技性，是每項(xiàng)此類賽事都要面對的重要課題。本文以“探知未來”2017年全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽“逆風(fēng)行駛”項(xiàng)目為例，分析原型裝置開發(fā)對于同時提升賽事參與性和競技性的意義，希望為同類工作提供參考和借鑒。

1 項(xiàng)目實(shí)施案例

1.1 學(xué)情分析

“探知未來”全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽是一項(xiàng)面向青少年的全國性賽事，自2013年以來，已成功舉辦五屆。其中，“風(fēng)能利用”是比賽的傳統(tǒng)項(xiàng)目，每年設(shè)置不同賽題。2017年，“風(fēng)能利用”項(xiàng)目的賽題為“逆風(fēng)行駛”，面向?qū)ο鬄橹袑W(xué)生，要求參賽團(tuán)隊(duì)以風(fēng)能為唯一動力，選用賽場提供的材料，在規(guī)定時間內(nèi)現(xiàn)場制作能夠在逆風(fēng)環(huán)境下行駛的裝置。

受眾特點(diǎn)是賽事籌備工作中需要考慮的重要問題。首先，中學(xué)生作為未成年人，其能夠使用的材料和工具種類有限；其次，中學(xué)階段，一些相關(guān)的知識體系還沒有建立起來，這其中包括物理和數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識。例如，逆風(fēng)行駛本質(zhì)上是利用了“能量作為‘標(biāo)量不具有方向性”的特點(diǎn)，達(dá)到讓裝置在逆風(fēng)環(huán)境下利用風(fēng)能的目的，是否能夠理解這一本質(zhì)，是能否設(shè)計(jì)出合理機(jī)械結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵；最后，一些低年級的初中生，對“圓心”等概念還沒有涉獵，這對于其設(shè)計(jì)和制作效果也會有影響。

根據(jù)以上分析，賽事籌備人員需要解決以下問題：

其一、按照該賽題要求，中學(xué)生能否順利開發(fā)制作出相應(yīng)裝置？

其二、如何在初賽階段讓盡量廣大的學(xué)生人群參與進(jìn)來并獲得成績？

其三、如何在賽事后期階段保證競技性，以選拔出盡量高水平的選手？

1.2 原型裝置開發(fā)

針對這些問題，賽事籌備人員通過開發(fā)原型車的方式進(jìn)行前期研究與論證，并為規(guī)則的制訂和賽事推廣提供相應(yīng)的依據(jù)。用于前期研究和論證的原型車需要滿足結(jié)構(gòu)簡單、材料規(guī)格易于標(biāo)準(zhǔn)化、性能穩(wěn)定、具有進(jìn)一步提升的空間等特點(diǎn)，以證明新賽題既適合廣大中學(xué)生的普遍參與，又能夠從中選拔出能力突出的選手。按照以上原則，賽事籌備人員開發(fā)了三款原型車。三款車型的用材，特點(diǎn)如表1所示：

三種車型基本達(dá)到了預(yù)期的效果，并反映出如下結(jié)論。首先，證明可以以比較簡單的結(jié)構(gòu)達(dá)到逆風(fēng)行駛目標(biāo)，易于中學(xué)生完成；其次，車型成績穩(wěn)定，證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作工藝是影響性能的最主要因素，其他隨機(jī)因素作用很小，適合賽事競技；再次，證明制作材料可以標(biāo)準(zhǔn)化，適合參賽選手在賽前自行準(zhǔn)備進(jìn)行場外演練；又次，不同車型使用不同材料均可以達(dá)到一定效果，同種材料用法又多種多樣，為選手提供了較豐富的創(chuàng)意空間。最后，作品成績還有進(jìn)一步提高的余地，對每種車型本身的適當(dāng)修改可以提升性能（例如剪掉車體框架多余部分以減小風(fēng)阻），設(shè)計(jì)和制作的不同也會帶來成績差別。例如，傳動比和扭矩之間就是互為矛盾的一對指標(biāo)，大的扭矩意味著對速度的犧牲，而單純追求速度又可能使裝置寸步難行；又如，減輕車體重量可以使車體對能源的要求更小，但適當(dāng)增加配重可以提供更好的抓地力。

1.3 車型試用

通過原型車開發(fā)，初步論證了賽題在現(xiàn)有規(guī)則下的可行性。賽事籌備人員根據(jù)三種車型所用的材料，結(jié)合以往開展類似活動的經(jīng)驗(yàn)，遴選制定出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格材料清單，并選定車型I作為活動推廣的標(biāo)準(zhǔn)車型，目的在于借助這種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的車型，使盡量廣大的中學(xué)生群體能夠參與進(jìn)來，同時，又保證參與者可以通過發(fā)揮創(chuàng)意，取得進(jìn)一步的成績提升。

接下來，賽事籌備人員借助中國科技館的夏令營和展廳內(nèi)教育活動，對車型I進(jìn)行試用。然而，初次試用卻出現(xiàn)之前沒有預(yù)料到的問題，十余名參與制作的中學(xué)生均未完成裝配。事后分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致學(xué)生們失敗的原因，并非在于其對裝置結(jié)構(gòu)難以理解，而緣于車型開發(fā)者忽視了一個隱含因素——力量。車型I原本使用一種硬質(zhì)軸套，以成年人的手部力量，可以較輕松地將其套在金屬軸上，但初中生的力量卻不能滿足這一要求。為此，賽事籌備人員重新調(diào)整材料清單，選用另外一種更具有彈性的軸套，盡管穩(wěn)固性不如硬制軸套，但更適合初中生使用。經(jīng)過再次試用，達(dá)到了滿意的效果。

1.4 車型推廣

車型試用階段取得成功以后，初賽規(guī)則正式公布，為了向廣大中學(xué)生設(shè)置一個不太苛刻的參賽門檻，材料方面，制作一套完整的車型I所用的材料被設(shè)定為“定制包”，同時車型I的具體制作方法完全對外公布，而更加完整多樣的材料被劃為“拓展包”。選用定制包，可以較容易地完成車型I的裝配，也可以在其基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以提升性能，而要取得更好的成績，則可以追加拓展包中的材料，以發(fā)揮創(chuàng)意。

在以車型I獲得初賽階段的良好推廣以后，為了鼓勵更多創(chuàng)意與革新，復(fù)賽和決賽規(guī)則有所調(diào)整，增加了對不同材料的點(diǎn)數(shù)標(biāo)價，并將其納入影響最終成績的因素。其中，初賽中比較冷門的材料標(biāo)價更低，而完整的一套“定制包”價格則高于完全相同的分散材料價格之和，從而引導(dǎo)參賽選手考慮節(jié)省材料或轉(zhuǎn)向使用其他材料的設(shè)計(jì)。

2017年12月23日，“探知未來”2017年全國青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽決賽在中國科學(xué)技術(shù)館舉行，在“風(fēng)能利用”項(xiàng)目中，從全國各地脫穎而出的15支參賽隊(duì)伍現(xiàn)場制作并同臺角逐，所有作品設(shè)計(jì)各不相同，已經(jīng)脫離了“定制包”的束縛，其中，一些車型極具創(chuàng)意，成績也非常突出，表現(xiàn)出較高的設(shè)計(jì)和制作水平。

2 經(jīng)驗(yàn)與借鑒

借助原型裝置進(jìn)行賽事分析與推廣的工作思路，其基本過程如圖2所示。

在整個賽事籌備和組織過程中，原型裝置在以下兩個方面發(fā)揮了作用，保證了對參與性和競技性的兼顧。

2.1 為規(guī)則制定提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)

通過開發(fā)原型裝置，賽事籌備人員對能否制作出結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)、性能穩(wěn)定并具有可提升空間的裝置進(jìn)行了前期論證，并取得了理想的結(jié)果，使規(guī)則制定和材料清單的遴選有據(jù)可依。

2.2 幫助選手入門的同時預(yù)留提升空間

通過在初賽階段劃分“定制包”和“拓展包”，降低了參與門檻的同時，保留了成績提升的空間，使更多中學(xué)生可以參與進(jìn)來。以車型I為目標(biāo)的定制包，在基本原理和基礎(chǔ)工藝方面，為選手起到了初期引導(dǎo)作用。進(jìn)入復(fù)賽和決賽階段后，通過對規(guī)則的微調(diào)，引導(dǎo)學(xué)生放棄定制包，轉(zhuǎn)向?qū)で笃渌袆?chuàng)意的思路，以實(shí)現(xiàn)成績提升。

此外，在試用階段，因?qū)W生力量不足導(dǎo)致裝配失敗的事件值得思考，這一事件提醒科技教育工作者，影響教育活動推進(jìn)效果的因素不僅僅包括教育對象的認(rèn)知水平和認(rèn)知特點(diǎn)等顯性因素，也包括一些可能被忽視的，甚至與腦部活動無關(guān)的隱含因素。

整體來說，借助原型裝置進(jìn)行賽題論證和賽事推廣的做法，在兼顧賽事參與性和競技性方面收到了良好的效果，可以為科技教育的類似工作提供思路和借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李曉鋒.淺談科技競賽在中學(xué)生教育中發(fā)揮的效果[J].科教文匯.2015（7），111—112.

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