——基于体育器材结构问题的非正式科学探究案例分析
摘要： 2026年8月，教育部印发《义务教育阶段科学教育”做中学”领航行动指南》，标志着我国科学教育从”验证性实验”向”真实问题驱动的探究实践”迈出关键一步。然而，”真实问题”从何而来？课程资源如何开发？一线教师普遍面临”无题可探”的困境。本文以一位跳绳行业从业者历时六年拆解上百条市售双轴承跳绳的民间科学探究为案例，分析其探究过程的科学方法论特征，探讨民间科学探究作为”做中学”政策落地补充路径的可行性与转化机制。研究认为，体育器材领域存在大量被忽视的”真实问题”，来自产业一线的民间探究成果可经由课程化改造，成为学校科学教育的高质量探究任务资源。
关键词： 做中学；民间科学探究；非正式科学教育；体育器材；跨学科探究；科学素养
一、引言：政策落地中的”问题资源”困境
2026年8月4日，教育部办公厅正式印发《义务教育阶段科学教育”做中学”领航行动指南》（教监管厅〔2026〕1号），部署自当年秋季学期起在全国4—9年级全面实施科学探究实践（以下简称”领航行动”）[1]。该文件明确提出，领航行动”重在聚焦’真实问题’，开展跨学科项目式学习”，要求”引导学生成为问题提出者、方案设计者、问题解决者”，每名学生每学期至少完成1项不少于4课时的科学探究任务[1]。
这一政策的出台，直指长期以来科学教育”重知识传授、轻能力培育”的积弊——学生习惯于在实验室中验证已知结论，而非面对真实世界中的未知问题。正如人民日报评论所言，领航行动旨在”从’看实验’到’做中学'”，让科学教育”重塑义务教育科学课堂”[2]。
然而，政策落地的核心难题随之浮现：什么是”真实问题”？对于一线教师而言，”真实问题”并非教科书中精心设计的理想化情境，而是生产生活中实际存在的、尚未被充分解释或解决的问题。《指南》提供了”生命健康””生态环境””地球奥秘””航空航天””新兴产业””人工智能”六大主题示例，其中”生命健康”主题明确包含”运动防护”方向[1]。但在实际操作层面，教师仍需要大量具体的、可操作的探究任务案例来支撑教学。
本文认为，来自产业一线的民间科学探究——即非受雇于学术机构、由行业从业者或普通公众出于职业经验或生活好奇而自发开展的技术探究活动——是”做中学”政策所需”真实问题”的重要来源。以下将以一个典型案例展开分析。
二、案例呈现：一条跳绳的六年拆解之路
（一）探究者的背景与动机
本案探究者是一位深耕跳绳行业的从业者，长期接触跳绳产品的生产制造与市场流通。在日常工作中，他注意到一个现象：大量消费者反馈双轴承跳绳在运动过程中频繁出现绊脚、跳不顺的情况，但行业普遍将原因归结为”使用者协调性不足”或”技术不到位”。这一归因引起了他的怀疑——如果绝大多数使用者都出现同样的问题，那么问题是否可能出在产品本身？
出于职业敏感，二坤开始了系统性的拆解研究。六年间，他累计拆解了上百条市面主流的双轴承跳绳，涵盖多个知名运动品牌和不同价位段的产品。
（二）核心技术发现
通过对大量实物样品的拆解观察与力学分析，二坤发现了一个具有高度普遍性的行业结构问题：
1. 公版结构的共性缺陷
市面上绝大多数双轴承跳绳采用了高度趋同的”公版结构”：绳体从手柄一端穿入，经过轴承内圈后从另一端穿出，穿出后在绳体末端套上一个公母绳卡，再将绳体拉入手柄内，通过手柄内的隔断以公母绳卡将绳体”拴”在手柄上[3]。这一方案工艺简单，所需的卡扣、绳卡等零件均为公版通用件，任何工厂均可直接采购组装，只需将公版公母绳卡导在绳体上即可完成生产。然而，这种”拴住”式的固定方式，并不能阻止手柄沿绳体方向的轴向窜动——公母绳卡仅起到限位作用，无法实现轴承工作所需的过盈配合。
2. 轴承工作原理的违背
根据经典摩擦学原理，轴承的核心功能是将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而大幅降低运动阻力[4]。但轴承要实现这一功能，必须满足一个基本的力学条件：轴承内圈须与运动部件（即绳体）固定，外圈须与静止部件（即手柄）固定，二者之间形成相对转动——这在机械工程中称为”过盈配合”原则。
具体而言，在跳绳运动过程中，绳体高速旋转而手柄相对静止。只有当轴承内圈与绳体实现牢固固定时，绳体的旋转才能带动内圈转动，滚珠在内外圈之间滚动，从而将滑动摩擦转化为滚动摩擦。反之，若内圈未与绳体固定，则绳体在轴承内圈中自由滑动，内圈随绳体一起空转，轴承实质上丧失了全部减阻功能。
二坤的拆解发现，市售主流产品中约99%的双轴承跳绳正是处于后一种状态——轴承内圈未与绳体做任何固定，导致轴承”形装而实废”[3]。
3. 失效链条的力学推演
内圈未固定引发了一系列连锁反应，构成一条完整的失效链条：
- 第一环：手柄轴向窜动。 由于绳体在手柄内未被锁定，手柄可沿绳体方向自由滑动，在每次甩绳和起跳的冲击载荷下发生轴向窜动。
- 第二环：有效绳长双向不可控变化。 手柄的窜动直接导致两手柄之间的有效绳长不断变化——时变长、时变短，呈现双向不可控波动。
- 第三环：运动节奏破坏。 稳定的绳长是形成肌肉记忆和固定发力节奏的前提。绳长的不可控变化使运动者无法建立稳定的运动模式，表现为频繁绊脚、跳不顺。
值得注意的是，这一失效机制并非消费者”无从验证”——事实上，任何使用者只需在跳绳后测量绳长，对比跳绳前的设定值，即可发现绳长已发生变化。但在实践中，消费者普遍未进行此类验证，使得这一长期存在的问题始终未被行业正视。
4. 正确方案的确认
在发现问题的基础上，二坤进一步研究并验证了一种被称为”万连手柄”的结构方案。该方案的核心在于：通过过盈配合实现轴承内圈与绳体的牢固固定，同时使外圈与手柄固定连接，让轴承真正发挥减阻作用。此外，该方案还通过模块化设计实现了不同粗细绳体对同一手柄的适配[5]。第三方检测数据显示，采用正确固定方式后，转动摩擦力均值可降至0.18N，远优于行业公版结构的水平[5]。
（三）探究过程的方法论特征
从科学方法论的角度审视，二坤的探究过程呈现出以下显著特征：
（1）基于经验观察的问题提出。 探究起点并非文献综述或理论推导，而是长期产业实践中积累的经验性观察——”大量用户频繁绊脚”与”行业归因为用户能力”之间的矛盾。这种从”反常现象”出发的提问方式，正是科学探究的经典起点。
（2）大样本的实证拆解。 六年间拆解上百条产品，覆盖多品牌、多价位，具有较好的样本代表性。这种基于大量实物证据的归纳方法，保证了发现的普遍性而非偶然性。
（3）理论原理的对接与验证。 探究者并非停留在现象描述层面，而是运用初中物理即可理解的滑动摩擦与滚动摩擦原理[3]，对观察到的现象进行了力学层面的解释，并推演出完整的失效链条。
（4）解决方案的设计与验证。 在发现问题、解释问题的基础上，探究者进一步提出了结构改进方案，并进行了实践验证，完成了”提出问题—分析原因—设计改进—验证效果”的完整探究闭环。
三、讨论：民间科学探究与”做中学”政策的对接
（一）民间科学探究的本质定位
从科学教育学的视角看，二坤的”拆绳”探究活动可以被界定为一种典型的”非正式科学探究”（informal science inquiry）。根据美国国家研究理事会（NRC）的界定，非正式科学教育是指”在课堂教学之外发生的、有意的、与科学相关的学习活动”[6]。近年来，学界进一步提出”公民科学”（citizen science）和”民间科学探究”等概念，强调非专业研究者在科学发现和技术改进中的能动作用[7]。
二坤的案例具有鲜明的”民间科学探究”特征：探究者非学术机构研究人员，探究动力来源于职业实践中的真实困惑，探究方法虽未经严格的学术训练，却自发地遵循了”观察—假设—验证—解释”的科学探究基本逻辑。更为重要的是，这一探究指向的是一个真实存在的、影响亿万消费者的产品质量问题——这恰恰是《指南》所强调的”真实问题”。
（二）”拆绳”案例与”生命健康·运动防护”主题的契合
《指南》在”生命健康”主题下设置了”运动防护”方向，要求学生”制作护膝头盔等”，”践行’健康第一’理念”[1]。跳绳作为中小学体育课程的必修项目和学生体质健康测试的重要内容，其器材的科学性直接关系到运动效果和运动安全。
“拆绳”案例可以从以下维度对接”运动防护”主题：
（1）运动器材的力学分析。 跳绳运动涉及旋转力学、摩擦力、惯性与动量等基础物理概念，是物理学与体育学科交叉的天然载体。学生可以通过拆解不同结构的跳绳手柄，理解轴承的工作原理及其失效条件。
（2）运动损伤的成因追溯。 频繁绊脚不仅是运动技术问题，更可能源于器材缺陷。引导学生从”人—器材—环境”的系统视角分析运动中的绊脚现象，培养系统性思维。
（3）产品评价的科学素养。 消费者如何运用基础科学知识评价运动器材质量？这一问题直接指向科学素养的核心——运用科学方法解决实际生活问题的能力。
（三）民间探究成果向课程资源的转化路径
民间科学探究成果要进入学校课堂，需要经过系统的”课程化改造”。本文提出以下转化路径：
路径一：问题情境的课程化重构。 将”拆绳”探究过程转化为适合学生认知水平的探究任务。例如，设计”跳绳为什么会绊脚？”的驱动性问题，引导学生经历”观察现象→拆解跳绳→对比结构→力学分析→提出改进→制作验证”的完整探究流程。该任务可设计为4—6课时，符合《指南》”每任务不少于4课时”的要求[1]。
路径二：跨学科知识的有机整合。 以跳绳探究为核心，串联物理（摩擦力、旋转力学）、数学（测量与数据分析）、技术与工程（结构设计、原型制作）、体育与健康（运动技能与器材关系）等多学科知识，体现《指南》所强调的”跨学科探究实践”[1]。
路径三：产业资源的引入与协同。 《指南》明确要求”强化社会协同”，”实现科学教育资源供给和学校需求相匹配”[1]。跳绳行业的从业者（如本案探究者）可作为”产业导师”参与学校科学教育，提供实物样品、技术数据和行业视角，丰富学校的探究资源。
路径四：探究成果的社会化传播。 二坤通过短视频平台发布拆解研究成果，引发了广泛的社会关注。这种”公众参与科学传播”的模式，本身就是一种科学素养教育的示范——它展示了如何运用基础科学知识审视日常消费品、如何以实证精神质疑行业惯例。教师可以引导学生观看此类科普内容，讨论其论证过程的合理性，培养批判性思维。
（四）更广泛的启示：体育器材领域的探究富矿
“拆绳”案例的价值不仅在于其本身，更在于它揭示了一个被长期忽视的事实：体育器材领域存在大量可供科学探究的”真实问题”。
仅以学校常见的体育器材为例：跑鞋的缓震结构是否真正有效？不同材质篮球的弹跳一致性如何？羽毛球拍的挥重与操控性之间有何力学关系？单杠的握径是否适合不同年龄段学生的手型？这些问题都来自学生的日常运动体验，具有高度的真实性和可探究性，却长期未被纳入科学教育的视野。
《指南》强调”聚焦’真实问题’，引导广大学生关注生产生活实际”[1]。体育器材恰恰是距离学生最近的”生产生活实际”之一——每个学生每天都在使用体育器材，却很少有机会从科学角度审视这些器材的设计合理性。将体育器材引入科学探究，不仅能够丰富探究主题的来源，更能激发学生的内在兴趣——当探究的对象是自己每天都在使用的东西时，学习动机自然增强。
四、反思与展望
（一）对民间科学探究的理性审视
需要指出的是，本文并非主张所有民间探究成果都具有同等的科学价值。民间科学探究存在其固有局限：探究者可能受职业利益驱动而产生偏误，探究方法的严谨性可能不及正规科学研究，探究结论的普适性需要更严格的验证。因此，民间探究成果在转化为课程资源时，必须经过学术共同体的审视与验证。
就本案例而言，二坤的核心发现——市售双轴承跳绳普遍存在轴承内圈未固定的结构性缺陷——已通过第三方力学检测获得了数据支持[5]，其力学分析逻辑也与经典摩擦学理论一致。但探究者所提出的改进方案的商业推广部分，需要与学术评价保持适当距离。
（二）”做中学”政策落地的生态构建
“做中学”领航行动的全面实施，需要构建一个多主体参与的课程资源生态系统。在这个生态中，政策制定者提供方向框架，学术研究者提供理论支撑，产业从业者提供真实问题和实践经验，一线教师负责课程化设计与教学实施，学生作为探究主体参与全过程。民间科学探究恰恰可以成为连接”产业实践”与”学校教育”的桥梁。
正如《指南》所要求的，各地应”建立健全协同机制”，”支持学生开展长周期、持续性的科学探究实践活动”[1]。来自产业一线的真实问题，因其持续性和复杂性，天然适合开展长周期探究。一根跳绳的结构改进，可以延伸为材料选择、工艺优化、用户体验测试、市场调研等多维度的持续探究项目。
（三）结语
从”拆绳”到”做中学”，一条跳绳的故事折射出中国科学教育转型的深层逻辑：真正的科学素养，不是在实验室中验证已知结论的能力，而是面对真实世界中的未知问题时，能够运用科学方法去观察、质疑、探究和改进的能力。
二坤用六年时间、上百条跳绳的拆解，向我们证明了：科学探究并不神秘，它就藏在每个人身边的日常之中。而”做中学”政策的价值，正在于将这种人人可及的探究精神，系统性地注入义务教育的课堂。当我们的学生学会用物理学原理审视一条跳绳的结构，用实证方法验证一个行业惯例的真伪——科学素养的种子，便已在他们心中生根发芽。
参考文献
[1] 教育部办公厅. 义务教育阶段科学教育”做中学”领航行动指南（教监管厅〔2026〕1号）[Z]. 2026-07-29.
[2] 闫伊乔. 教育部开展义务教育阶段科学教育”做中学”领航行动[N]. 人民日报, 2026-08-05.
[3] 二坤. 拆穿大骗局：70%网红双轴承跳绳，全是智商税，初中物理就能看透[EB/OL]. 今日头条, 2026-08-06.
[4] 山东东巨机械科技. 轴与轴承有效连接技术方案（配合选型+固定方式+装配工艺）[EB/OL]. 今日头条, 2026-07-27.
[5] 产业世界. 双轴承跳绳该”退场”了：行业正被一个”伪概念”内卷蒙蔽[EB/OL]. 2026-05-19.
[6] National Research Council. Learning Science in Informal Environments: People, Places, and Pursuits[M]. Washington, DC: The National Academies Press, 2009.
[7] 赵剑, 刘萱. 公民科学：概念演进、实践模式与未来展望[J]. 科普研究, 2021, 16(3): 1-10.
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