中国传统科技文化与STEM教育---龙骨水车

　　一、传统科技文化

　　龙骨水车，悠悠地转动着，它沐浴着阳光，承载着岁月的沧桑，它不仅仅是一个灌溉工具，更是一段历史的见证。它让我们想起了那个远去的时代，那个以自然为师、以勤劳为本的时代。在现代社会的快速发展中，龙骨水车逐渐退出了历史舞台，但它所蕴含的那种淳朴与坚韧，将永远留在我们的记忆中。

　　龙骨水车又称为“翻车”，是一种古老的灌溉工具，主要应用于中国南方的水稻种植区。龙骨水车，早在春秋时期就已出现，庄周《南华经》记载的汉阴抱翁老人耻用的桔槔，即是竖于井边的提水器械。随着社会的发展，提水工具的使用越来越被重视，先后又出现了戽斗、汲筒、龙骨车和筒车。

　　龙骨水车在中国古代农业发展中发挥了重要作用，提高了灌溉效率，促进了农业生产力的提高。龙骨水车蕴藏着丰厚的科学原理：

　　1.轮轴原理：轮轴原理是指车轮四周的辐条可以将圆形运动转化为直线运动。在水车转动时，轮子周围的辐条将圆周运动传递到水车的水斗上，使水斗沿着辐条上升，从而达到提升水位的目的。轮轴原理在古代农业灌溉中发挥了重要作用，使水车成为一项重要的灌溉技术。

　　2.杠杆原理：杠杆原理是指在水车转动的过程中，水斗的上升和下降形成了一个杠杆系统。水斗作为阻力臂，水车的辐条作为动力臂，转动轮子作为支点。当水斗下降时，阻力臂增长，动力臂缩短，使得水斗能够舀起更多的水；当水斗上升时，阻力臂缩短，动力臂增长，使得水斗能够将水倾倒到更高的位置。杠杆原理使水车能够高效地提升水位，满足农田的灌溉需求。

　　3.势能转化：龙骨水车利用水力（流水）产生的动能，通过轮轴原理和杠杆原理转化为重力势能，将低处的水提升到高处。这是古代人民对势能转化的巧妙运用，体现了人类智慧的结晶。

　　4.材料力学：龙骨水车的制作材料主要是木材，因为木材具有较好的韧性和弹性，能够承受水车的重量和压力。此外，木材还具有抗腐蚀、抗老化等特点，适合在水车这种长期处于湿润环境的装置中使用。

　　5. 结构优化：龙骨水车的设计独具匠心，其结构经过反复优化，以最大限度地提高水车的工作效率。例如，水车的辐条数量、水斗的大小和形状等都经过精心设计，以满足不同的灌溉需求。

　　6.机械效率：龙骨水车的机械效率是指水车实际所做的有用功（将水提升到高处）与消耗的功（人力或水力驱动水车转动）的比值。为了提高水车的机械效率，古人采取了多种措施，如优化水车结构、减小摩擦等，以满足农业生产的需要。

　　7. 生态保护：龙骨水车作为一种古老的灌溉工具，体现了人类与自然和谐共生的理念。通过巧妙地利用自然资源（如水流），龙骨水车实现了农业灌溉的可持续发展，对生态环境的影响较小。

　　二、STEM教育

　　1.探究历史：介绍龙骨水车的历史背景和在古代农业发展中的重要作用，让学生了解这项发明如何影响人类的生活方式。通过讲述发明故事，激发学生对科技创新的兴趣。

　　2.原理学习：讲解龙骨水车的科学原理，包括杠杆原理、轮轴原理等。引导学生探讨水车是如何利用这些原理来提升水利的，以便加深学生对力学知识的理解。

　　3.动手实践：组织学生动手制作小型龙骨水车模型，让他们亲身感受工程设计的过程。鼓励学生尝试不同的材料和结构，以培养学生的创新意识和动手能力。

　　4.创新延伸：引导学生思考如何将龙骨水车的原理应用于现代科技，例如水力发电、灌溉系统等。鼓励学生提出自己的创新想法，并尝试将其转化为现实。

　　5.合作与交流：组织学生以小组为单位，共同完成龙骨水车相关的课题研究。在合作过程中，培养学生的团队协作能力和沟通技巧。

　　6.举办展示活动：让学生展示自己的龙骨水车模型和研究成果，培养他们的自信心和展示技巧。通过活动，还可以激发其他学生的创新灵感。

　　通过以上策略，龙骨水车在STEM教育中的价值得以充分体现。引导学生从历史、原理、实践等多个角度融合项目式学习龙骨水车，有助于培养他们的科技创新能力和实践能力，激发其探索未知的热情。龙骨水车的STEM教育，要做到以下四点：1.广度和深度融汇：集多学科的智慧，增加课程的广度；2.真实趣味和培养学生高阶思维融汇：STEM教育的设计既要尽量接近生活真实情况，不要空空而谈，还要关注学生的高价思维，比如批判性思维、创造性思维等，对学生来说，既有趣味性又有一定的思维提升；3.个人自主和集体讨论融汇：STEM教育不仅要关注学习的自主学习，也要发挥团队力量，做到在活动中学会沟通、合作、责任等，这也是我们当前提出的学生“核心素养” 的要求；4.操作与设计融汇：没有操作就没有技术，就不是很成功的STEM教育，没有设计就没有工程，我们要做到“做中学、学中做”。

　　(作者 湖南省科普作家协会 李湘黔 李代生)

（一审：龙晓龙 二审：卢小伟 三审：蒋玉青）