工程學(xué)實(shí)踐：水火箭的制作

【摘要】在一節(jié)制作水火箭的課上，教師為每個(gè)小組設(shè)計(jì)了項(xiàng)目經(jīng)理、會(huì)計(jì)師、設(shè)計(jì)師、新聞發(fā)言人四個(gè)角色，同時(shí)還給學(xué)生提供代金券購買材料。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，能讓學(xué)生明白一項(xiàng)成功的設(shè)計(jì)必須滿足現(xiàn)實(shí)的要求，同時(shí)會(huì)受到現(xiàn)實(shí)條件的制約。此舉能培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的選擇和決策能力。

【關(guān)鍵詞】工程學(xué)實(shí)踐；選擇和決策能力；水火箭制作

【中圖分類號(hào)】G623.6 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2016）52-0014-02

【作者簡介】姚強(qiáng)東，江蘇省儀征市實(shí)驗(yàn)小學(xué)西區(qū)校（江蘇儀征，211400），高級(jí)教師，揚(yáng)州市科學(xué)骨干教師。

這是一節(jié)制作水火箭的課，教師出示水火箭：一個(gè)空塑料瓶，瓶口的塞子換成橡皮塞，橡皮塞上裝有一個(gè)氣門芯，瓶身上裝有幾片保持平衡的三角形塑料片。教師往瓶子里裝了小半瓶水，然后塞好橡皮塞，把它放在一個(gè)架子上。接著用打氣筒往裝水的瓶子里不斷打氣，瓶內(nèi)氣壓不斷升高，突然火箭飛向天空，足有十多米高，地上留下一灘水漬。

回到教室，教師出示水火箭的結(jié)構(gòu)圖，簡單講解水火箭原理，即“氣體和壓力的關(guān)系”“水流噴射方向和物體運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系”，并展示了發(fā)射過程。

接下來，教師把班級(jí)里的學(xué)生分成若干小組，要求每組制作一個(gè)能飛向天空的水火箭。他給每組提供了1000元代金券作為制作資金，要求學(xué)生必須承擔(dān)不同的角色：項(xiàng)目經(jīng)理、會(huì)計(jì)師、設(shè)計(jì)師、新聞發(fā)言人，并根據(jù)不同職位發(fā)放活動(dòng)指南及小筆記本。四個(gè)角色分工明確，各自獨(dú)立，又相互負(fù)責(zé)：

項(xiàng)目經(jīng)理：統(tǒng)籌規(guī)劃材料采購順序

會(huì)計(jì)師：專管各項(xiàng)財(cái)務(wù)

設(shè)計(jì)師：設(shè)計(jì)水火箭圖紙

發(fā)言人：準(zhǔn)備新聞稿總結(jié)制作過程

教師要求：根據(jù)不同職位的任務(wù)，小組成員可以在小筆記本上記錄每天為制作水火箭所做的工作。以項(xiàng)目經(jīng)理為例，要將每天的計(jì)劃、進(jìn)度以及完成后的感想或失敗后的總結(jié)都記錄下來。每周小組利用2節(jié)課的時(shí)間完成的工作，持續(xù)1個(gè)月時(shí)間，最后一周舉行成果展示會(huì)。

需要注意的是，學(xué)生們所需要的材料都在各自的任課教師那里，這些教師此時(shí)臨時(shí)充當(dāng)“供應(yīng)商”的角色。在“供應(yīng)商”那里，每種商品都明碼標(biāo)價(jià)：汽水瓶子（400元），易拉罐（200元）、膠帶（每50厘米100元）等等。除按市場價(jià)提供商品之外，個(gè)別材料供應(yīng)商那里還掌握著一些質(zhì)量更好，或者比較緊缺的商品。無疑，他的辦公室內(nèi)人頭攢動(dòng)，學(xué)生們在這里細(xì)心地比較著材料的優(yōu)劣，還和教師討價(jià)還價(jià)。不過，大家都知道，制出一個(gè)優(yōu)質(zhì)廉價(jià)且更具新意的水火箭，將是大家本月需要通力合作并解決的難題。

課堂學(xué)習(xí)至此告一段落，學(xué)生們將在接下來的一個(gè)月中進(jìn)行采購及制作工作，并于最后一周進(jìn)行發(fā)布。

學(xué)生們熱烈地討論著，明確各自角色的責(zé)任，有的小組人多，還特別任命了“助理”，而且“助理”也知道自己要做什么。每個(gè)人都從各自的角色出發(fā)出主意、想辦法，每次討論還會(huì)形成一個(gè)“會(huì)議紀(jì)要”。

在這一個(gè)月里，各小組在項(xiàng)目經(jīng)理的指揮下，按部就班地采購、設(shè)計(jì)、制作、記錄，他們的小筆記本記錄了他們工作的推進(jìn)過程。

最后一周，學(xué)生們演示了各自的水火箭。每個(gè)水火箭都有一個(gè)屬于各自“公司”的名稱或符號(hào)，每個(gè)小組都詳細(xì)地剖析了水火箭的工作原理，闡述了自己的實(shí)驗(yàn)過程，有的小組還探究了“水量的多少和水火箭升空高低的關(guān)系”。特別是每組的“會(huì)計(jì)師”，詳細(xì)列出了各項(xiàng)資金的開銷，包括“轉(zhuǎn)手倒賣”的獲利，他們很自豪，因?yàn)檗D(zhuǎn)手倒賣讓他們獲得了更多的“資金”，而他們正是利用這筆資金，買到了更好的裝備。

在學(xué)生演示、匯報(bào)各自“公司”的水火箭及其設(shè)計(jì)制作過程之后，教師出示中國新一代長征七號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射成功的圖片，并簡單介紹了該火箭的特點(diǎn)和優(yōu)勢。課后，教師讓學(xué)生詳細(xì)了解中國長征號(hào)系列火箭的發(fā)展史，了解真實(shí)的火箭結(jié)構(gòu)和制造環(huán)節(jié)等情況，并對比自己“公司”的水火箭，再進(jìn)行升級(jí)改造，如水動(dòng)力可否換成其他液體提供動(dòng)力，水火箭的結(jié)構(gòu)材料可否用其他更加廉價(jià)且優(yōu)質(zhì)的材料代替等等。一個(gè)月后再組織學(xué)生展示和討論。

該案例中，教師著力培養(yǎng)學(xué)生對自己所要解決的技術(shù)問題的選擇和決策的能力，這種能力需要建立在充分認(rèn)識(shí)、正確評(píng)價(jià)自己的能力與所具備的條件的基礎(chǔ)上。教學(xué)中，教師讓學(xué)生扮演不同的角色，實(shí)際上是從不同的角度去把握水火箭制作的全過程。從中學(xué)生可以了解、發(fā)現(xiàn)制作水火箭的途徑與方法，如觀察材料、收集和分析信息、技術(shù)研究與試驗(yàn)等等。其中，“利用有限的經(jīng)費(fèi)完成任務(wù)”是解決問題的關(guān)鍵。

指導(dǎo)學(xué)生親歷一個(gè)簡單產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)學(xué)生對自己所要解決的技術(shù)問題的選擇和決策的能力。水火箭雖然是“玩具”模型，但它卻是火箭制作的縮影和模擬。讓學(xué)生經(jīng)歷這樣一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程，讓他們了解從設(shè)計(jì)到模型呈現(xiàn)再到優(yōu)化創(chuàng)新的技術(shù)設(shè)計(jì)全過程，讓他們體驗(yàn)設(shè)計(jì)與制作的喜悅，讓他們體會(huì)實(shí)際制作與前期設(shè)計(jì)的沖突，可以提升他們思維的縝密性和完整性。有學(xué)生就感慨：橡皮塞子上裝個(gè)氣門芯，看著很簡單，但實(shí)際操作的時(shí)候不是漏氣，就是把塞子上的洞眼開大了，而且不同的氣門芯效果也不一樣。想到的和能不能做到真的不是一回事??！學(xué)生在制作過程中碰到的一個(gè)個(gè)技術(shù)難題，需要他們及時(shí)調(diào)整、選擇和決策，這便是技術(shù)訓(xùn)練的過程。

教學(xué)中，教師給予學(xué)生代金券購買材料，讓學(xué)生比較材料的優(yōu)劣、明確自己的需要、體驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和現(xiàn)實(shí)之間的差距，他們可以通過走訪詢問、觀察等方法收集信息，并從中發(fā)現(xiàn)問題?！绊?xiàng)目經(jīng)理”和“代金券”的設(shè)置，讓整個(gè)教學(xué)顯得很真實(shí)，這種真實(shí)實(shí)際上就是制造一種情境，讓學(xué)生明確設(shè)計(jì)是有限制的，制造產(chǎn)品是需要合作的。在學(xué)生對設(shè)計(jì)受到的限制做了全面的梳理和分析之后，就可以提出具體的、具有一定可行性的設(shè)計(jì)方案了?！按鹑蓖瑫r(shí)也讓學(xué)生明白，一項(xiàng)成功的設(shè)計(jì)必須滿足現(xiàn)實(shí)的要求，且會(huì)受到現(xiàn)實(shí)條件的制約。此外，教師可以通過講解建筑工程預(yù)算，讓學(xué)生了解建筑工程成本、經(jīng)費(fèi)等都有一定的限制。尤其是最后了解中國長征號(hào)系列火箭的過程更是加深了學(xué)生對火箭制作的了解，學(xué)生們理解了工程成本和技術(shù)能力的概念，明白了火箭發(fā)展與國家綜合實(shí)力密切相關(guān)，知道了中國火箭發(fā)展史的艱辛，了解了中國火箭技術(shù)。學(xué)生們紛紛表示，長大后愿為中國運(yùn)載火箭技術(shù)的發(fā)展努力。