如图1所示的玩具，称之为饮水鸟，在饮水鸟旁的小碗中注水近满，再把饮水鸟的头按低，使其嘴喙插入至水中，片刻后释放，仔细观察出现的现象。
图1
只见小鸟缓缓进入低头过程，振荡几下以后，低头到把嘴喙插入小杯的水中，然后抬起头来。不一会，它又低下头去，重复上述过程，往复不断地运动。
这一现象是十分吸引学生的，很容易激发起学生的好奇心。但在通常情况下，由于学生回答不了产生这种奇特现象的原因，因此好奇心得不到满足，动机也就很快消失。另一种情况是学生去问教师，教师把原理向学生通俗地解释一遍，学生作为一个接受者，听后，理解了它的道理，学到一些知识，但却失去了一个自我探索的机会，当然也就不能领会参与探索过程的乐趣及其中的科学方法。
为了创设学生探索活动的情境，首先必须对学生有所了解，针对学生的水平，提供适合于他们的创造平台。例如，对于一般高中的学生，可以把饮水鸟外表的漆全部除去，使学生能够清楚地看到它的内部结构，并给出较多的已知条件。这样饮水鸟就成为了一个系统科学方法上“白箱”（即系统信息是完全明确的），让学生通过自学获得一定的准备知识后去解释自己观察发现的现象。如果对象是水平较好的学生，则可以把饮水鸟颈部玻璃管外的漆刮去，使学生通过这一“窗口”，搜集到部分的信息，然后再进行探索。此时，饮水鸟就成了一个系统科学方法上“灰箱”（即只能得到系统的部分信息）。如果对象是相当优秀的学生，则可以使学生完全看不到饮水鸟的内部，让学生通过外部现象的观察来进行探索，此时，饮水鸟就成了一个系统科学方法上的“黑箱”（系统内部的信息完全不明）。在这三种情况下，解决问题的难度是不一样的，我们称之为问题的“解答距”不一样。针对不同的学生设置不同的“解答距”，可以使每个学生在解决问题时都能得到相应的发展，也可以设置一连串解答距逐渐变化的问题，使学生既面临问题的挑战，又不致因问题过难而终止。
为了激发学生探究的动机，应当从深层次上使学生产生疑问。明确地告诉学生，这种玩具内部没有诸如电池、发条等的动力源，学生们就会思考，为什么饮水鸟会不停地运动？它是一种永动机吗？我们在学物理时，有一个最重要的观点，就是：能量不会无中生有，永动机不可能！但饮水鸟为什么会不停地运动？为了回答上面的问题，有必要进行深入地探究。
如果没有一定的知识基础，学生的探究活动也无法进行，因此，需要给学生一定的知识准备。对于水平比较好的学生，可以放手让他们自己去寻找信息源，对于能力水平较低的学生，则应给予更多的帮助。
本课题涉及到的知识主要是物理学和哲学知识。具体有：
1. 有固定转动轴物体的平衡条件：物体所受外力的合力矩等于零。静止的物体，如果合力矩不为零，就要发生转动。
2. 毛细现象：物体中存在很细的管道或间隙时（称为毛细管），对物体浸润的液体就会沿毛细管上升，像吸水纸、毛巾之类的物体能吸水就是这种原因。
3. 蒸发致冷：液体在汽化时，部分液体的分子变为气体分子，分子的能量变大，这种能量的增加是靠液体内能的减小来补偿的，因此蒸发时液体的温度要降低。
4. 饱和汽：敞开容器中的液体表面要不断地向空气中蒸发，加盖后，随着蒸发的进程，封闭空间中汽的密度越来越大，到一定的程度达到饱和，即进入空气中的分子数与返回液体中的分子数相等，此时的汽称为饱和汽。饱和汽的性质与理想气体不同，饱和汽压的大小与气体的体积无关，随温度的升高（降低）而迅速地加大（减小）。像乙醚这种液体，饱和汽压随温度的变化特别灵敏。
5. 能量守恒定律：能量不会无中生有，也不会有中变无，只能是由一种形态转变为另一种形态，或者由一个物体转入另一个（一些）物体中。永动机不可能实现。封闭的系统不可能走向有序。
为探索饮水鸟的奥秘，需要在观察和实验中解决下列问题：
①见到哪些现象？想到了哪些问题？
②想象出它的内部结构，并分析饮水鸟连续动作的原因。怎样思考的？根据哪些现象提出问题和作出假设？
③能否用另一种方式的实验来验证我们提出的假说？最终的结论是如何得来的？
④这种“机器”能否看成是一种永动机？为什么？
上述问题，不应和盘托出，教师采取的行动要适应学生的特定要求，要善于选择指导学生的时机和方法。鼓励学生自己提出问题和互相讨论。从如下一个学生的论文中可以看到学生的探究过程及其收获。
我们对这一实验非常感兴趣，在定性实验前，我们学习了有关的准备知识，为使我们能够看到一些现象，教师把饮水鸟颈部的漆刮掉了部分，并告诉我们饮水鸟内部装有乙醚这种液体。我们一次又一次地观察，并相互讨论，观察得非常仔细。开始，我们猜想可能与小鸟低头“饮水”有关，是否是杯中的水吸到头上使重心前移？但为什么会抬头呢？抬头后没有饮水，为什么又低下头来呢？我们不能解释。后来，我们又发现管中有液柱上升的现象，因此假设由于液柱上升而使重心前移，于是提出图2的模型，但为什么液柱会上升呢？还是不能解释。我们又仔细的观察，发现小鸟的头部有一层湿润的材料覆盖（吸湿性好的纱布），它与液柱上升有什么联系呢？当我们积极思考而难以进展的时候，有的同学想到了一种伽里略气体温度计的模型，如图3(a)所示，当上方烧瓶外表的水份蒸发时，玻璃管中的液柱就会上升。由这个模型使我们得到启发，经过讨论，找到如图3(b)的模型。尾泡中有乙醚的液体，将头泡和尾泡隔开形成两个气室。乙醚具有易挥发的特点，头泡和尾泡的气室中充满乙醚的饱和汽：于是我们想到了液柱上升的原因可能是尾泡与头泡间的温度差。而温度差的形成又是由于头泡表面吸湿后水的蒸发造成的。这样就得到如下的逻辑：温度差——压强差——液柱上升——重心升高——倾倒。而饮水鸟低头后为什么会抬起头来？偶然间，我们发现小鸟每低一次头在颈部玻璃管外都有一个气泡产生，气泡是从尾泡中来的，当我们用手握住尾泡时，发现液柱上升更快，气泡更容易产生，这些现象启发了我们，提出“当小鸟倾倒到一定程度时，尾泡中玻璃管口离开液面，气泡沿管上升，头泡中的气体压强变大，液体倒流回尾泡，从而使饮水鸟又抬起头来（图4(a)）”的假设。它能够较满意地解释表观的现象。
图2
图3
图4
整个过程解释如下：由于头泡表面水分的蒸发，使头泡温度降低，内部的饱和汽压减小，而尾泡内的汽压不变，因此管内的液柱上升。当整体的重心到达支点的前上方时，小鸟低头饮水。一旦低到使尾泡内的玻璃管口与其中的气室相通时，乙醚蒸气将沿管上升，于是管中的液体就会倒流入尾泡内，从而使小鸟又抬起头来。以后又不断地重复上述过程。
下一步就是如何用实验证实这种结构设想的正确性。通过讨论，我们提出了定性实验的方案，创造条件做一些实验，例如，将头部用电吹风吹干，使头泡与尾泡不产生温度差，小鸟也就动不起来；又如，容器中不装水，使头泡温度不变，在尾泡附近，用小蜡烛加热，从而使头泡与尾泡间产生温度差，同样可以看到小鸟在不停的抬头和低头，于是我们的设想得到验证（图4(b)）。当我们通过自己的发现揭示饮水鸟的奥秘时，我们的高兴是难以形容的。
当饮水鸟的结构模型和运动机理搞清以后，是否是永动机的问题也就不难解决。小鸟的运动最终要靠杯中水来提供，随着时间的推移，杯中水越来越少，加水，就必须要有外界做功，做功就要消耗其他形式的能量。另外，这个小鸟玩具也必须处于开放的状态，如果处在一个封闭的空间内，水汽达到饱和，也就不可能产生致冷现象，头泡和尾泡的温度趋于相同，运动也就不可能产生。这个实验也再一次地说明：永动机不可能！
