“創(chuàng)意飛行器設(shè)計(jì)與試飛”科技教育活動(dòng)

楊欽貞

活動(dòng)背景

藍(lán)天、無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)是全世界飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域研究關(guān)注的重點(diǎn)之一。

航空和飛行曾是很多人童年的夢(mèng)想。飛機(jī)是怎樣飛起來(lái)的，什么樣的飛機(jī)性能更好，如何制造飛機(jī)很多同學(xué)對(duì)航空充滿了好奇心?？紤]到高中學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和接受能力，本課程將航空專業(yè)課程中一部分相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)且比較有趣的內(nèi)容加以凝練呈現(xiàn)給學(xué)生，滿足了學(xué)有余力的同學(xué)了解航空的渴望，同時(shí)也為未來(lái)有志報(bào)考大學(xué)航空專業(yè)的學(xué)生打下基礎(chǔ)。

活動(dòng)目標(biāo)

知識(shí)與技能：①了解飛行器和無(wú)人機(jī)技術(shù)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。②以飛行器為載體，了解技術(shù)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，初步掌握技術(shù)設(shè)計(jì)的一般流程和基本技能，能對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程、方案和成果作出比較全面的評(píng)價(jià)。③能識(shí)讀和繪制一些簡(jiǎn)單的技術(shù)圖樣。④通過(guò)設(shè)計(jì)與制作飛行器，了解結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、控制、流程等基本知識(shí)。⑤熟悉KT板、泡沫塑料、ABS塑料、密度板、實(shí)木板、金屬等材料的屬性及加工方法，能根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇合適的材料加工制作創(chuàng)意飛行器。⑥能對(duì)飛行器進(jìn)行基本的技術(shù)測(cè)試和技術(shù)指標(biāo)測(cè)量，會(huì)寫簡(jiǎn)單的技術(shù)測(cè)試和技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

過(guò)程與方法：①經(jīng)歷將需求和愿望確認(rèn)為值得解決的技術(shù)問(wèn)題并形成設(shè)計(jì)方案的過(guò)程，初步學(xué)會(huì)從技術(shù)角度提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，能多角度提出解決問(wèn)題的方案，發(fā)展批判性思維和創(chuàng)造力。②經(jīng)歷將飛行器設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過(guò)程，初步學(xué)會(huì)模型或產(chǎn)品的制作、裝配、調(diào)試的方法，體驗(yàn)意念具體化和方案物化過(guò)程中的復(fù)雜性和創(chuàng)造性，發(fā)展動(dòng)手實(shí)踐能力。③經(jīng)歷飛行器測(cè)試、交流與評(píng)價(jià)的過(guò)程，初步學(xué)會(huì)一些交流技術(shù)的方法，發(fā)展表達(dá)和評(píng)價(jià)能力。④經(jīng)歷觀察、設(shè)想、安裝、測(cè)試、調(diào)試、測(cè)量等技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法，理解技術(shù)實(shí)驗(yàn)在技術(shù)發(fā)明和技術(shù)革新中的作用，形成初步的技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。⑤?jīng)歷飛行器設(shè)計(jì)、制作和評(píng)價(jià)的活動(dòng)過(guò)程，初步掌握基本的技術(shù)學(xué)習(xí)方法和技術(shù)探究方法，具有初步參與技術(shù)活動(dòng)的能力和使用技術(shù)及其產(chǎn)品的能力，發(fā)展決策能力、創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：①在經(jīng)歷問(wèn)題至設(shè)計(jì)課題的過(guò)程中，形成和保持對(duì)技術(shù)問(wèn)題的敏感性和探究欲望，領(lǐng)略技術(shù)世界的奧秘與神奇，關(guān)注技術(shù)的新發(fā)展，具有對(duì)待技術(shù)的積極態(tài)度和正確使用技術(shù)的意識(shí)。②能夠安全地利用工具和設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)等活動(dòng)，具有良好的合作和交流的態(tài)度，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、守信、負(fù)責(zé)、勤儉、進(jìn)取等良好品質(zhì)。③感受飛行器設(shè)計(jì)、制作、組裝、調(diào)試過(guò)程中的艱辛與曲折，培養(yǎng)不怕困難的意志，感受解決技術(shù)難題和獲得勞動(dòng)成果所帶來(lái)的喜悅。④認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)、控制等技術(shù)的創(chuàng)造性特征，形成實(shí)事求是、精益求精的態(tài)度，培養(yǎng)富于想象、善于批判、敢于表現(xiàn)個(gè)性、勇于創(chuàng)新的個(gè)性品質(zhì)。⑤通過(guò)典型飛行器和無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的欣賞與交流，理解技術(shù)的文化特性和藝術(shù)特性，具有認(rèn)識(shí)技術(shù)問(wèn)題的國(guó)際視野和全球意識(shí)，以及一定的對(duì)技術(shù)文化的理解和選擇能力。

活動(dòng)對(duì)象

活動(dòng)對(duì)象為有一定物理和數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)的高中生，為了教師能夠全面指導(dǎo)并讓學(xué)生深入?yún)⑴c到活動(dòng)過(guò)程中，每次活動(dòng)人數(shù)在30人左右。

活動(dòng)重點(diǎn)、難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

重點(diǎn)：飛行器的飛行原理、飛行器設(shè)計(jì)的方法及原理。

難點(diǎn)：動(dòng)手制作飛行器并根據(jù)試飛結(jié)果進(jìn)行分析和改進(jìn)。

創(chuàng)新點(diǎn)：學(xué)生不是簡(jiǎn)單地拼裝套材，而是通過(guò)“方案設(shè)計(jì)—?jiǎng)邮种谱鳌{(diào)試試飛—設(shè)計(jì)改進(jìn)”多個(gè)環(huán)節(jié)充分激發(fā)學(xué)生對(duì)航空的興趣，全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

活動(dòng)內(nèi)容

第1階段：查一查——飛機(jī)飛行的原理

提出問(wèn)題：鳥(niǎo)兒為什么能飛？飛機(jī)為什么能飛？從生活中常見(jiàn)現(xiàn)象入手，激發(fā)學(xué)生興趣。

調(diào)研與小組討論：查閱文獻(xiàn)，分組，每小組完成以下的1個(gè)問(wèn)題：飛機(jī)能夠生產(chǎn)升力的原理，有哪些措施可以增加飛機(jī)的升力;飛機(jī)所受的阻力，有哪些措施可以減小飛機(jī)的阻力;飛機(jī)的穩(wěn)定性及操縱性;飛機(jī)氣動(dòng)布局的分類。

交流環(huán)節(jié)：各組學(xué)生將調(diào)研及討論結(jié)果做成PPT互相交流。根據(jù)各組匯報(bào)的結(jié)果，指導(dǎo)教師結(jié)合《飛行員之眼》紀(jì)錄片進(jìn)行總結(jié)提升，講述相關(guān)知識(shí)及原理。

飛行體驗(yàn)：利用航空實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的2臺(tái)飛行模擬器（塞斯納172及F/A18艦載機(jī)）讓學(xué)生輪流體驗(yàn)?zāi)M飛行，直觀感受飛機(jī)的操縱原理。 第2階段：做一做——飛行器的設(shè)計(jì)、試飛及改進(jìn)

討論設(shè)計(jì)方案，繪制模型草圖：每組學(xué)生討論并制訂模型方案，繪制模型草圖。

準(zhǔn)備所需材料：每組學(xué)生根據(jù)各自的設(shè)計(jì)方案列出所需要的實(shí)驗(yàn)材料并準(zhǔn)備齊全。

制作創(chuàng)意飛行器：學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行創(chuàng)意飛行器機(jī)翼、機(jī)身的制作，完成起落架及電機(jī)的安裝。

試飛及改進(jìn)：利用實(shí)驗(yàn)室的能量站對(duì)各組創(chuàng)意飛行器進(jìn)行試飛并觀察飛行器的飛行狀況;根據(jù)飛行器的飛行狀況對(duì)飛行器進(jìn)行改進(jìn)，保證飛行器可以繞著能量站正常飛行。通過(guò)試飛發(fā)現(xiàn)飛行器存在的問(wèn)題，反思并不斷改進(jìn)。

拓展比賽：運(yùn)用已掌握知識(shí)設(shè)計(jì)一架飛機(jī)，比一比誰(shuí)的飛機(jī)可以繞能量站飛得更快。拓寬學(xué)生思維，學(xué)以致用。

第3階段：參觀航空航天博物館

組織學(xué)生參觀北京航空航天大學(xué)博物館，觀看館內(nèi)陳列的各式各樣的飛機(jī)，聽(tīng)講解員講解愛(ài)國(guó)航空故事，讓學(xué)生感受航空發(fā)展的歷史。

第4階段：總結(jié)交流、展示匯報(bào)

參觀后，學(xué)生上交參觀感想，并將整個(gè)活動(dòng)過(guò)程制作成展板在學(xué)校進(jìn)行展示，將科技創(chuàng)造美好生活的理念向全體同學(xué)傳遞。

預(yù)期效果與呈現(xiàn)方式

活動(dòng)第1階段的預(yù)期效果是讓學(xué)生了解有關(guān)飛行器的基本知識(shí)，呈現(xiàn)方式是每組學(xué)生選定一個(gè)問(wèn)題完成一份調(diào)研報(bào)告，并制作成PPT與其他同學(xué)交流。

活動(dòng)第2階段的預(yù)期效果是學(xué)生能根據(jù)學(xué)到的知識(shí)繪制飛行器的草圖，并根據(jù)草圖制作創(chuàng)意飛行器。呈現(xiàn)方式為繪制的設(shè)計(jì)圖和制作出的創(chuàng)意飛行器。

活動(dòng)第3階段的預(yù)期效果是通過(guò)近距離參觀不同時(shí)期的航空飛行器激發(fā)學(xué)生的興趣。呈現(xiàn)形式是讓學(xué)生撰寫參觀體會(huì)并互相交流。

活動(dòng)第4階段的預(yù)期效果是學(xué)生能夠?qū)⒖萍紕?chuàng)造美好生活的理念向全體同學(xué)傳遞。呈現(xiàn)方式是學(xué)生將活動(dòng)過(guò)程制作成展板，在學(xué)校活動(dòng)中對(duì)公眾展示。

效果評(píng)價(jià)

活動(dòng)評(píng)價(jià)主要從兩方面展開(kāi)：一是過(guò)程性評(píng)價(jià)，通過(guò)學(xué)生在小組討論、調(diào)研、動(dòng)手制作過(guò)程中的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);二是結(jié)果性評(píng)價(jià)，根據(jù)學(xué)生的調(diào)研報(bào)告、匯報(bào)PPT、制作的最終作品及活動(dòng)結(jié)束后的展板的制作情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。