“三、二、一,發射!”

眼前是7個飲料瓶做成的三級水火箭,高1米7,重約1公斤。閥門打開,水火箭的尾部高速噴出高壓氣和水,在天空中劃出一道水波線。幾秒鐘的時間,火箭就歷經了兩次分離,最終直衝上180米的高空。

這一幕發生在浙江安吉縣藍潤天使外國語實驗學校小學部的操場上,也出現在水火箭總設計者、科學老師王印的短視頻裏。現實中,前後共有80多名小學生參與了火箭的製作和發射,現場時常發出陣陣歡呼。在抖音上,這些平凡材料承載着的航天夢想,在“科學老師王印”的賬號下,則收穫了五湖四海的網友近200萬次贊。

飲料瓶、塑料片、木塊

最終制成1米多高的水火箭

做水火箭緣起藍潤小學某學期的主題活動——“太空探索和人類文明”。

作爲一年級至四年級的科學老師及四年級的班主任,王印琢磨可以帶孩子深入這個領域。他自小熱愛手工,學過機械專業,就利用週末反覆研究,用身邊的材料自制可發射的水火箭。

按照王印的說法,水火箭的原理其實跟真正的火箭一致。艙體主要由飲料瓶銜接而成,把水注入“動力艙”,加入高壓,在反衝力的作用下,“水火箭”就能快速升空。

他研究後得出結論,廢棄的飲料瓶可以製成動力艙、箭體、箭頭、尾翼、降落傘。此外還需要很多零配件,比如要用空心螺絲把飲料瓶串起來,用PVC塑料片製成水火箭的尾翼,還有橡膠的或是塑料的連接管,保證水火箭不漏氣、脫開。計算下來,一個水火箭的成本僅僅是50元錢。

任何的一個製作環節出問題,就會導致水火箭發射失敗,況且普通的材料要實現精密並不容易。最難的是要在瓶底正中心打孔,王印使用的是最普通的可樂塑料瓶,但飲料瓶底部凸起,不平也不圓,很容易打不正孔,造成火箭的動力點和重心不在一條線上,發射後容易偏離軌道。

爲解決這個問題,王印又設計了輔助工具,先在凸起處靠中心的位置手動瞄點,用電烙鐵烙個小孔,再用不同粗細的鑽頭逐漸將小孔擴大。後來,他還專門開發了打孔器,只要幾秒鐘就可以打一個標準的中心孔。

他和另外一位科學老師,利用週末,花了一天做出了初版的一級水火箭。完工時已是傍晚,下着小雨,他們興沖沖地跑去操場發射。水火箭沒飛幾米,傘就打開了,兩人只好加班加點改造新版本。下一個週末,下午陽光正好,他們又拿着成品跑到操場,叫來附近打籃球的學生一起幫忙發射。這一次,起飛筆直,按時開傘,但密封性不夠,火箭落地後無法再次使用。

他們前前後後做了四個版本,反覆打磨結構,最終在學校的一場運動會上發射成功,收穫孩子們的尖叫。

80多名小學生,實驗60多次

在200多米長的操場上圓航天夢

有了成品,王印將製作水火箭編成了選修課,沒想到意外火爆。

他一共收到了80多名小學生的報名。王印本打算招一個班,結果報了四個班的人數。製作水火箭的報名門檻是三年級以上,也有不少一二年級的孩子找到他說想學,王印不想挫傷孩子們的熱情,他先評估學生的動手能力,適當放寬入門的標準,分成四個班開課。

每一位孩子都可以從零開始,做一支屬於自己的水火箭。最基礎的一級水火箭居多,成品高一米二左右。歷經十幾節課,大約一學期的時間便可完成,孩子們還可以隨着王印一起參與多次發射。

在每週一節的科學課上,他和學生們一點一點地推進製作。手工嫺熟的部分孩子,則可以參與到更爲複雜的二級、三級水火箭製作中來。他們也嘗試製作助推火箭,這種火箭除分級外,兩邊還有兩個助推器,與真實的火箭更爲接近,他們需要設計一個降落傘艙,在火箭分離的同時將助推火箭的降落傘打開。

依舊沒有現成的教程,王印和其他老師一起研究,還邀請孩子們出謀劃策。這是一場沒有固定答案的探索,需要大家共同想辦法。有孩子提出可以嘗試用拉鍊結構,有人建議借鑑發條原理,還有位小男孩說可以藉助一級火箭的分離拉落助推器的傘帽,無需增加額外的結構,還能保證水火箭的重量不再增加。

王印記得,提出建議的小男孩當時五年級,有一點口吃,說起話來磕磕絆絆的,但他每次在手工課上發言頭頭是道,能感覺到想法總在源源不斷地湧出。他對航天興趣濃厚,夢想着成爲一名機長。

三級水火箭與一、二級相比,在瓶子的連接方式、開傘方式、尾翼部分和分離裝置都有升級。一級水火箭無法在空中完成分離,二級水火箭能完成一次分離,而三級水火箭能分離兩次。重量更小、速度更強,飛行高度也能達到180米,製作也更爲複雜。

每一次做好成品,王印都把發射交由孩子們來完成。這些小學生給塑料瓶裝水、打氣,王印在後面提供指導。

王印的抖音短視頻裏,記錄着他們經歷過的不少失敗,這些火箭有的飛不高,有的飛歪了,有的過早分離或分離不了,還有的不開傘,或是直接掉下來摔壞了。發射有時在白天,有時天已黑了下來,地點大多選在學校的操場上,操場僅有二三百米長,不足標準的運動場大小,好幾次實驗,水火箭都飛出了學校。

1年零3個月後,經過60多次的發射實驗,他們的水火箭從一級升級到三級。

農村90後老師的科學探索

短視頻獲全國網友200萬點贊

這些航天探索的誕生,離不開王印一直以來對手工的癡迷。

王印今年33歲。他在山東泰安東平縣東瓦莊村出生、長大,爺爺是工人,總在家裏敲敲打打,他還跟着爺爺在工廠裏住過一陣。二十多年後,談起做手工,他能一口氣說完幾個故事。9歲,他用廢棄的塑料瓶、筆芯,加稀釋過的紅墨水,做了簡易的溫度計。他還製造過與水火箭原理類似的空氣炮彈,發射時一飛沖天。

每天,他從村西走到村東上小學,路上常有村民把廢棄的鋁放在爐子裏融化,堅硬的固體慢慢變成泛紅的銀亮色液體,村民把液體倒入模具,再做成勺子和鍋。大人做大的,王印回家自己做小的,他找來一把沒用的老錫壺,比鋁製品更軟,做幾釐米長的小勺子。

後來,他從農村考到山東農業大學讀農業機械。大二時,在一門講鍛造的專業課上,他發現自己小時候就已摸索過相關的手工製作,一看便會。本科畢業,他考上華東理工大學機械製造和自動化相關專業,但讀到第二年,他決定退學。他更希望與人交流,而非跟機械打交道,想將幫助自己成長的動手學習理念應用在更多的教育場景中。

王印選擇成爲一名科學教師,輾轉任教過三所小學。這些學校位於上海郊區、黃山邊緣、浙江縣城,都離他的家鄉山東很遠。在第一所學校時,那裏有間閒置的車庫,激活了他幼時的手工愛好。很多個週末,他都泡在車庫裏,買來各種工具,做所需的各類生活用品。

孩子們週末不回家,跑去看他做手工。王印決定帶着他們“開幹”。他們曾一起看過一部名爲《武士刀傳奇》的紀錄片,片子裏講,一把武士刀會經過反覆鍛打,最後的成品有5000多層紋理截面。這個細節打動了一位小男孩,他說,老師,我也想做一把武士刀。

王印表示支持,那就去做吧,他幫小男孩找來一些基礎材料。沒想到,小男孩扎進去了,在兩個月的課餘時間裏,他做了十幾把,終於做出一把滿意的木質武士刀。一次,小男孩嫌做出的刀不夠精細,偷偷抹淚,但很快,又重新拿起工具投入製作。

這個畫面觸動了王印,他記得,這個孩子之前不算堅韌,但在做武士刀的過程裏成長了,“原來一個孩子擁有這麼大的熱情時,可以如此投入,面對反覆的挫折鍥而不捨”。後來,全班同學在小男孩興趣的影響下,紛紛加入武士刀的製作。

這件事讓王印明白,培養孩子不見得只在理論課上下功夫,教育也不僅僅是老師在講臺上灌輸,還應該跳出來思考如何培養學生的品質和能力,激發他們的探索欲,爲未來埋下一顆種子。

不久後,他成了一名專職的科學老師,主要帶孩子們做手工。2020年,他來到浙江安吉藍潤天使外國語實驗學校,利用一個週末的時間,他跑去安吉縣最大的五金店,把倉庫每層貨架上的東西都看了一遍,僅僅爲了解手工材料。

他把水火箭的研製、升級、實驗,一一記錄下來,發在抖音上。如今,單條視頻最高播放破千萬,獲69萬點贊。網友在他的短視頻下留言,“這纔是科學課該有的樣子”“給孩子們種下了科學的種子,放飛了他們對未來的憧憬”“一次次的失敗,一次次的改進,一次次的探討,這纔是科學探究精神”……

縣城小學的三尺講臺

也可以是中國的空間站,或地球的南極

因爲短視頻,“水火箭”出圈了,王印帶孩子們探索航天的旅途卻剛剛開始。

這兩年,中國在航天領域頻出成就。2020年7月23日,“天問一號”探測器成功發射,將探測器送入預定軌道,開啓火星探測之旅。2021年4月,我國自主研發的空間站(天和核心艙)成功發射併入軌運行。2021年6月,神舟十二號載人飛船與天和核心艙完成對接,三名航天員順利進駐天和核心艙。2021年9月,神舟十二號載人飛船與天和核心艙成功實施分離後返回地球……

如果說,航天成果點燃了人們內心的火焰,王印則希望藉着東風,讓孩子們鑽研的興趣更持久一些。後來,爲了製作便捷,他用3D打印技術優化了水火箭的材料結構。他又和學生們一起還原了天和空間站的模型,將廢棄的小型塑料瓶,一一區隔成核心艙、載人艙和載物艙。

他給五金店的老闆打電話,請對方送來白色的噴漆,用小賣部買來的四罐紅牛做成耐壓的密封艙體,一共花費五個多小時,完成了空間站。

火星車也是他們的航天作品之一。王印和團隊設計的火星車有六個輪子,每個輪子都帶電機,最前面的兩個遇到障礙還能抬起來翻越。原料還是身邊的零碎物件,雪糕棒、竹籤、瓦楞紙板、玻璃珠,十幾個小時之後,成品誕生。

事實上,這些課只是“入門”。王印把自己的手工課命名爲“藍潤工程師”,前兩個字是學校的名字,他希望通過手工課培養孩子們的工程師思維和動手能力。

在進階的課程上,他們還做遙控車。王印提供電池、導線、接收器和電機,孩子們則三三兩兩自行創造屬於小組的專屬車輛。整個動力系統及車的外觀結構,都要孩子們自己設計,每組做出來的樣式五花八門,從三個輪子到六個輪子,有三角形的車,也有像是登陸外星時才用得到的設備,頗具創造力。

回想小時候的經歷,王印覺得自己得到的最大資源就是“空間”。他想過學美術,但拿不出報課外班的錢。在20多年前的山東農村,常見的是鐵絲等身邊的材料,他於是自己琢磨。“因爲一直在做,偶爾失敗也就失敗了,節奏並不着急。”

那支自己設計的溫度計,他後來帶到學校,班裏沒開科學課,老師把同學們召集到一起,將溫度計放在教室前的大石頭上,陽光斜照在上面,看到液柱裏的紅墨水慢慢爬升,同學們發出驚歎。

因此,王印也想給他的學生們提供鬆弛的環境,“給孩子們找尋、創造和試錯的空間,自己解決問題,而非一味地追逐標準答案。”

學校給王印一間專用的木工教室,這裏常常能看見孩子們的身影,這些學生有時拿着扳手擰螺絲,有時戴着護目鏡和白手套,或是在測量和裁剪各種材料。不少孩子寫完作業後,會跑來做自己的研究,除了每週的四節校本選修課外,王印也常來指導學生,直到天黑纔回家。這些沉浸在手工探索裏的孩子,每次考試都能考出不錯的成績。

站在縣城小學的三尺講臺上,他常常把學生鏈接到其他城市,或是地球的另一邊。他常講自己去過的地方,長白山的石頭帶着大大小小的孔洞,因爲這裏曾是火山口,他讓學生們想象岩漿在地裏噴出遇到空氣瞬間冷卻的樣子。他拿出自己拍攝的星空延時視頻,講解星星的轉動如何體現地球的自轉。他描述南極的極晝極夜,講起地球的四季變化。 

他保持着通過抖音記錄教學生活的習慣,向更多人傳達動手的力量,希望爲教育提供另一種可能性。總有小學生追着他問,什麼時候更新視頻。上百個家長跟着他的視頻和孩子一起動手製作,還有人告訴他,愛上實驗後,小孩經常在家中提出各種問題,也會自己利用廢棄材料塑造新物件,就像王印的小時候。

來自全國的科學老師也因爲短視頻找到他,海南的、遼寧的、廣東的、廣西的……他們都想和王印學做水火箭。前不久,一位河南農村的老師在王印的指導下,帶孩子們完成了水火箭的製作和發射。

最讓王印感到驚喜的是,有一天,他問孩子們未來的夢想,好多人都提到,想成爲一名航天員或是火箭工程師。

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