紙飛機

李佩寧+++高大偉

一、課程重點

本課程旨在讓學生習得工程技術文檔寫作的能力。在STEM領域，這是一種十分重要的基礎技能，因為合作者之間溝通和協(xié)作的效果經常有賴于一篇指引文檔是否清晰明了。這種能力在生活中也常會用到。例如，一篇好的菜譜會幫助人們做出好菜，但是缺乏清晰邏輯指引的菜譜會把廚房弄得一團糟。并非每一個學生都想成為科學家或者工程師，但是這種系統(tǒng)性的邏輯思維無論是用來設計建造火箭，還是用來籌備一次其他領域的活動，都能用得上。

【涉及領域】工程、技術、幾何學、物理、寫作

【建議年級】小學中年級

【建議時間】基礎課程100分鐘，完整課程190分鐘（含進階部分）

二、課程任務

通過撰寫紙飛機制作指引文檔并交換制作，使學生了解“設計—實驗—改進”的工程設計循環(huán)，掌握與他人溝通交流的基本技能，體會如何清楚明晰地描述自己的想法。

三、課程步驟

1.導入（15分鐘）

給學生出示一份寫得不好的紙飛機折疊指引文檔（見附錄1）。要求學生按照指引，折一架紙飛機。

學生可能會提出很多問題，但教師暫時不回答這些問題，請學生按照自己對指引的理解折紙。折好以后，讓學生互相比較各自的紙飛機有什么不同。有些學生按照這份指引折出來的紙飛機可能一點也不像飛機。

向學生提問：為什么大家按照同一個指引來工作，結果卻存在差異？學生可能會說“指引寫得太差了”。接下來教師向學生宣布：今天大家要扮演一個工程師，按照工程師的工作方式，寫出一份優(yōu)秀的工程技術文檔。

向學生宣布任務和評價量規(guī)：設計制作一架紙飛機，然后將紙飛機的制作方法寫成技術文檔，交給另一名學生來制作。通過比較自己制作的“原型機”與合作伙伴根據文檔制作的“量產機”，發(fā)現設計圖對紙飛機的制作產生了哪些影響。呈現評價量規(guī)（見附錄2）。

2.了解工程師/科學家（*進階部分，10分鐘）

把學生分為4～6人一組，對以下問題進行討論并達成共識：什么樣的人會被稱為工程師？他們平時負責處理哪些工作？在學生回答后，教師給出如下總結和舉例：工程師通過設計制造一些工具來處理解決問題，他們需要遵循科學規(guī)律來工作，例如橋梁工程師設計建造大橋，電腦工程師設計制造芯片等（參考附錄5）。

3.設計并制作原型機（15分鐘）

要求每位學生開始設計制作一架紙飛機。這架飛機叫做“原型機”。制作之前可以向學生展示一些紙飛機的成品和視頻（包括兩三種最基本的形式即可，不宜太多），使學生從中獲得一些設計制作的靈感。

如果人數較多，也可以要求學生先在紙上畫出草圖后再制作。在制作過程中，學生可以隨時進行測量和測試，不斷改進原來的設計。教師在巡視過程中可用以下問題對學生進行引導。

（1）為什么你的飛機頭朝下栽？

（2）為什么你的飛機左偏或右偏？

（3）觀察一下，整架飛機上哪個部分是可以動作的？注意看機翼和尾翼上的襟翼動作。

也許有部分學生不能意識到畫圖和數據記錄有助于設計，教師可給這部分學生如下建議：

（1）畫圖并標記；

（2）對重要的數據進行一些測量，如長、寬、配重位置等；

（3）在修改設計的過程中，記錄每次做出的設計改動和產生的效果。

4.知識性講解（*進階部分，10分鐘）

如果學生對升力、重力、牽引力和阻力的概念不理解，可能會需要教師進行講解。要求學生在規(guī)定時間內完成原型機的設計和制作，進入下一環(huán)節(jié)。

5.了解工程技術文檔寫作（5分鐘）

將導入環(huán)節(jié)給學生看的不好的指引文檔拿出來，讓學生討論這個指引究竟在哪些地方出現了問題。這里可以運用圓形圖來進行歸納（見圖1）。下面的問題可以用來引導學生。

（1）這份指引哪個地方是模糊不清的？

（2）哪些地方可以改進？怎么改進？

（3）哪些步驟缺少或者順序錯了？

（4）一份飛機制作工程技術文檔應當包含哪些內容？

（5）哪些術語是你不熟悉的？

收集整理學生提出的問題，并告知學生這些建議其實就是一份工程技術文檔寫作時所要遵循的要點。

6.寫作設計文檔、試制紙飛機（30分鐘）

給學生15分鐘，寫出原型機的技術文檔。注意：先不要給學生看到過多的制作紙飛機的指引文檔模板，以免學生進行過多模仿而不能使用自己的思路。在白紙上進行文檔寫作即可。

接下來讓學生兩人一組，互相交換紙飛機制作技術文檔，根據對方文檔制作“試制機”。注意：只能依據文檔制作，學生之間不能進行直接言語交流或折紙示范。如果有必要，可以先將所有的原型機簽名后收上來，避免學生直接模仿原型機。

教師巡視，發(fā)現寫得好的文檔，公開展示。此舉有助于學生理解什么是“清晰明了的指引”。但是此時并不需要文檔作者進行補充說明。學生制作完成后，要求他們在手中的文檔上標出哪些部分需要作者進一步明晰，并將根據此文檔制作的飛機一并交還給文檔作者。

7.改進設計文檔，制作定型機（25分鐘）

每位學生對搭檔提出的文檔中的問題逐一細讀，并做出反饋。反饋包括兩個部分：一是對于自己寫的技術文檔中沒有寫清楚的部分做出改進；二是把搭檔按文檔所做的紙飛機中與原型機不一樣的地方記錄下來。接下來在第一份文檔的基礎上重新制作一份新的紙飛機制作指引文檔，并與搭檔互換，雙方根據新的指引文檔重新制作紙飛機，即“定型機”。

8.評價異同點（*進階部分，10分鐘）

學生制作完成“定型機”后，將作品交給文檔作者。文檔作者取回自己的“原型機”，與“定型機”一起，交由其他人（可以是自己的同學、教師或路人等）進行評價，在“原型機和定型機相似性評價表格”（見附錄4）上記錄分數，然后取平均值。教師在黑板上記錄每個人的分數。

9.試飛（*進階部分，45分鐘）

“原型機”和“定型機”都應該參加最終的試飛。在飛行實驗記錄單上（見附錄3）記錄試飛數據。學生將在這一過程中體會到“指引寫作的質量將直接影響產品質量”。

建議學生按組依次試飛，用膠帶記錄每一次試飛的結果，一組結束后再統(tǒng)一測量。由于在工程設計與實踐中經常需要多次測量以消除誤差，因此建議每只紙飛機至少試飛3～5次，最后取平均值。如果因人數多、時間不足、場地不支持等原因而只試飛1～2次，測量誤差較大。

試飛時需要注意，對紙飛機出手的高度、水平度和力量都要統(tǒng)一。引導學生分組討論：試飛時會有哪些因素影響飛行結果（可使用圓圈圖，參見圖1）。通過討論確定一個大家公認起飛高度和角度，用膠帶在墻上標記出來，供大家練習。當學生認為自己可以很好地遵循這一標準時，讓學生搭檔兩兩一組開始試飛，并由其他組的學生記錄（例如，A組飛的時候B組對應號碼的同學記錄，然后交換）。測量項目包括原型機和定型機的飛行距離和滯空時間，取平均值消除誤差，避免學生選取“最好的”數據。

10.數據分析（*進階部分，15分鐘）

接下來要花一些時間填寫飛行參數記錄表（見附錄6）。學生需要測量最大翼面積，利用公式計算出一系列數據（見附錄5）。這一步完成后，在接下來的討論中，學生就會用到如“升力”“阻力”“升阻比”“升力系數”“阻力系數”等術語，幫助他們建構這一方面的知識。

11.總結（10分鐘）

選擇學生所寫指引文檔中的優(yōu)秀作品，與全體學生分享。也可以把一些原型機和定型機差別過大的例子挑選出來，讓學生分析指引文檔在哪里出現了問題。試飛的結果有可能是原型機飛得更好，也有可能根據文檔制作的定型機飛得更好。引導學生討論為什么發(fā)生了這種情況，哪些因素對此造成了影響，并讓學生提出下一步改進的方法。學生還可以對自己在整個“設計—實驗—改進”的過程中獲得的經驗和感受進行分享。最后，根據評價量規(guī)，適當設置一些獎項。

附錄1：紙飛機制作指引文檔

將A4紙對折；選兩角向內對折；然后把三角再向內對折一次；將紙對折起來，將兩側斜邊向外折；最后用曲別針固定后部。

附錄2：活動評價量規(guī)

附錄3：飛行實驗記錄

設計工程師： 制造工程師： 機型：

序號： 飛行距離： 滯空時間： 備注：

序號： 飛行距離： 滯空時間： 備注：

序號： 飛行距離： 滯空時間： 備注：

……

平均飛行距離： 平均滯空時間：

附錄4：原型機和定型機相似性評價表格

附錄5：參考資料

【參考資料1】工程師和科學家有什么區(qū)別？http：//blog.sina.com.cn/probenotes？

科學家側重于研究某一事物的自然規(guī)律，而工程師則側重于利用科學家所發(fā)現的自然規(guī)律去設計發(fā)明某一適應市場需要的產品?？茖W家和工程師是相互配合的關系。通?？茖W家的一項理論，需要大量的工程師和技術工人經過長時間默默無聞的努力工作，才能創(chuàng)造出一系列“核心”技術……一個國家工程師與技術工人的水平，決定了其產品的水平。（節(jié)選，原文見所附網址）

【參考資料2】技術性文檔寫作建議

1.遣詞造句要簡明扼要

（1）在平實的和花哨的描述詞中，選擇平實的那個（例如，“沿長邊折疊”比“沿X軸折疊”更合適）；

（2）只有確認讀者理解某個專有名詞時，才使用這個詞（例如“折出3毫米襟翼”，要先告訴過讀者“機翼尾部在水平方向上的副翼叫襟翼，它可以調整升力和阻力的大小”）。

2.不要假設讀者懂某個概念，而是假設他們不懂

（1）如果所用詞語還有別的意思，要指出在這個項目中所代表的意思；

（2）盡量不要使用術語，因為讀者可能看不懂；

（3）要假設你的讀者從來都沒有做過類似的事，例如在這個項目中要假設他們都沒有玩過紙飛機。

3.其他貼士

（1）使用祈使句；

（2）按照邏輯順序，逐步列出制作步驟；

（3）可用圖形、表格輔助文檔，還可用顏色筆標記以便區(qū)分。

【參考資料3】相關計算公式

（1）飛機重量（g）=每張紙5g+每個別針2g

（2）飛行速度（m/s）=飛行距離（m）/滯空時間（s）

（3）阻比=飛行距離（m）/起飛高度（m）

（4）升力（N）=飛機重量（kg）×重力加速度（N/kg）

（5）阻力（N）=升力（N）/升阻比

（6）升力系數=升力×2/空氣密度×飛行速度2×翼展面積（m2）（地面空氣密度約等于0.001275kg/m3）

（7）阻力系數=升力系數/升阻比