工程技術(shù)OBE設(shè)計(jì)案例“制作吹箭管”

陳建平

【學(xué)情分析】

本課的教學(xué)對(duì)象是四年級(jí)學(xué)生，利用OBE的設(shè)計(jì)理念，每一次給學(xué)生定一個(gè)OBE階段目標(biāo)，讓學(xué)生“跳一跳能摘到果子”，使學(xué)生的制作朝著教師預(yù)定的目標(biāo)一步步靠近，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

【OBE目標(biāo)】

知道OBE學(xué)習(xí)目標(biāo);

學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)自己的近目標(biāo)，設(shè)計(jì)、制作和改正，懂得減少箭管內(nèi)部的摩擦力，不斷優(yōu)化“飛箭”和箭管的性能就能接近目標(biāo);

初步體驗(yàn)“聚焦目標(biāo)—設(shè)計(jì)與制作—測(cè)試與改進(jìn)—形成成品”的OBE工程技術(shù)流程。

重點(diǎn)：制作相配套的“飛箭”和“吹箭管”，就能提高“飛箭”飛行的目標(biāo)。

難點(diǎn)：學(xué)習(xí)在工程設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)，使吹箭裝置精確度更高。

【設(shè)計(jì)準(zhǔn)備】

演示材料：吹箭管成品一個(gè)、PPT。

分組材料：A4紙2張、棉簽2根、透明膠帶1卷、剪刀1把、直尺1 把、鉛筆一支。

【教學(xué)過(guò)程】

一、第一課時(shí)

（一）關(guān)注現(xiàn)象，提出目標(biāo)

視頻演示箭管：亞馬孫河流域及中南美洲熱帶雨林地區(qū)的美洲原住民，有一種最常使用的狩獵工具，這種工具叫吹箭。這些箭雖然不是強(qiáng)力的武器，但卻十分精準(zhǔn)。

教師演示，提出問(wèn)題：我這里有一個(gè)這樣的箭管，請(qǐng)大家預(yù)測(cè)一下，管中的“飛箭”能飛出多遠(yuǎn)？為什么？

生：大概能飛出2米，因?yàn)檫@個(gè)箭管是用紙做的。

師：根據(jù)你的經(jīng)驗(yàn)判斷，它是靠什么力量飛出去的？

學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)交流發(fā)言。

生：它是靠嘴里吹出的氣;它是靠空氣流動(dòng)。

師（提出目標(biāo)）：可以用什么材料制作？怎么制作才能飛得更遠(yuǎn)？

生：用鐵制作;用木頭制作;用竹子削的。

（二）提出目標(biāo)任務(wù)：制作箭管（板書課題）

【設(shè)計(jì)意圖】

根據(jù)學(xué)生好玩好動(dòng)的年齡特點(diǎn)，教師用故事來(lái)激發(fā)學(xué)生的探究興趣，以具體事物為活動(dòng)載體進(jìn)行情境式教學(xué)。組織學(xué)生針對(duì)飛箭飛行距離的遠(yuǎn)近現(xiàn)象進(jìn)行觀察討論，提出本節(jié)課的OBE目標(biāo)——用什么方法來(lái)做？

二、第二課時(shí)

選擇材料，實(shí)現(xiàn)第一個(gè)目標(biāo)。

活動(dòng)一：統(tǒng)一材料，設(shè)計(jì)方案。

提問(wèn)：要制作這樣一個(gè)箭管，必須分兩部分。今天這節(jié)課，我們先來(lái)制作其中一部分——箭管。首先，根據(jù)箭管的使用方法，你們認(rèn)為箭管需要用什么材料來(lái)做？為什么？

學(xué)生討論交流……

師：看來(lái)，箭管必須圓潤(rùn)且鼓硬，內(nèi)部要光滑，以減少摩擦力和阻力。

我給你們準(zhǔn)備了A4紙、膠帶、剪刀等4種材料，請(qǐng)大家分別說(shuō)一說(shuō)，你想怎么制作這個(gè)箭管？為什么？

發(fā)放材料，學(xué)生預(yù)設(shè)方案。

師：你選擇的是什么？理由呢？你使用了這種材料的什么特性？它們是通過(guò)什么表現(xiàn)出來(lái)的呢？

生：把A4紙卷成圓筒，外面用膠帶纏住，讓膠帶多纏幾圈，使得紙筒牢固……為了使滑道更滑，膠帶應(yīng)貼在內(nèi)筒。

師（相機(jī)提問(wèn)）：外圈牢固只是解決了箭管鼓硬、圓潤(rùn)的問(wèn)題，對(duì)于剛才你們提出的箭管內(nèi)部管道的光滑問(wèn)題，怎么解決？

生：在內(nèi)壁貼上光滑的膠帶？怎么貼？貼多少？為什么這樣設(shè)計(jì)？

活動(dòng)二：根據(jù)方案，自由制作。

師：利用我們?cè)O(shè)計(jì)的方案，請(qǐng)大家自己制作，可以邊制作邊思考。

學(xué)生自由制作。

互動(dòng)交流：說(shuō)說(shuō)你剛才是怎么做的？能解決剛才思考的4個(gè)問(wèn)題嗎？

評(píng)價(jià)……

【設(shè)計(jì)意圖】

設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中重要的一部分。本環(huán)節(jié)旨在通過(guò)讓學(xué)生自由設(shè)計(jì)目標(biāo)，使學(xué)生對(duì)箭管的管道設(shè)計(jì)有更多的想法，通過(guò)試錯(cuò)式體驗(yàn)，讓學(xué)生在原本雜亂無(wú)章的設(shè)計(jì)中聚焦目標(biāo)，選擇最佳的工程方案去實(shí)施。這是OBE目標(biāo)導(dǎo)向下技術(shù)工程的最佳路徑。

三、第三課時(shí)

依據(jù)生活現(xiàn)象，提出目標(biāo)。

師：上節(jié)課，咱們制作了箭管，今天這節(jié)課我們來(lái)學(xué)做飛箭。

師（演示，提出目標(biāo)）：什么樣的飛箭能飛得遠(yuǎn)？為什么？

學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)交流發(fā)言。

生：箭頭重的，因?yàn)橹氐哪茱w得遠(yuǎn);箭頭細(xì)的，因?yàn)榭梢詼p少空氣的阻力。

師：看來(lái)，你們考慮得很多。現(xiàn)在指定材料來(lái)制作，你們認(rèn)為用這個(gè)棉棒和紙，能制作幾種款式的飛箭？

生：箭身長(zhǎng)，箭頭在前;箭身短，箭頭在前;箭身長(zhǎng)，箭頭在后;箭身短，箭頭在后。

教師相機(jī)板書。

提出目標(biāo)任務(wù)：制作飛箭。

【設(shè)計(jì)意圖】

以學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)展情境式教學(xué)，根據(jù)學(xué)生好勝心理來(lái)設(shè)計(jì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，提出本節(jié)課目標(biāo)——什么樣的飛箭才能飛得遠(yuǎn)？基于OBE理念目標(biāo)的提出與思考，就此啟動(dòng)了下一個(gè)工程實(shí)踐活動(dòng)。

四、第四課時(shí)

選擇方案，實(shí)現(xiàn)第二個(gè)目標(biāo)。

活動(dòng)一：設(shè)計(jì)飛箭模型

師：根據(jù)大家設(shè)計(jì)的方案，選擇你認(rèn)為飛得遠(yuǎn)的方案先來(lái)設(shè)計(jì)畫圖，邊設(shè)計(jì)，邊思考為什么這樣設(shè)計(jì)。

學(xué)生自由預(yù)設(shè)草圖。

展示草圖，全班交流：

箭身長(zhǎng)的，箭頭在前：重量大，飛得遠(yuǎn)。

箭身短的，箭頭在前：重量輕，飛得遠(yuǎn)。

箭身長(zhǎng)的，箭頭在后：減少空氣阻力，飛得遠(yuǎn)。

箭身短的，箭頭在后：能夠平衡飛，飛得久。

教師歸納：看來(lái)，對(duì)于飛箭的制作大家都鉚足了勁，說(shuō)得都很有道理。下面請(qǐng)大家根據(jù)自己的設(shè)計(jì)圖畫來(lái)制作飛箭。

活動(dòng)二：制作飛箭

師：給你們準(zhǔn)備了一張A4紙、一根25厘米的棉牙簽、膠帶、剪刀等，請(qǐng)大家分別制作，制作好了先試一試，看看你的方案還需要改進(jìn)嗎？為什么？D4361B38-A524-470F-A689-2F9644756D2D

發(fā)放材料，學(xué)生制作。

首先在A4紙的一角均勻地涂些膠水，注意膠水一定不能多，多了紙張就變軟了。固體膠更好。

如圖所示，把牙簽卷起來(lái)。牙簽上卷了幾圈紙以后，只在細(xì)的一頭用力，這樣紙筒在細(xì)的一頭緊，粗的一頭松。

卷成一頭大一頭小的喇叭形狀。紙涂上膠水，粘牢。

一支飛箭基本成形了，將飛箭輕輕插入吹箭管的一頭，并用筆沿著管壁畫一圈記號(hào)。將飛箭取出，在記號(hào)下端2毫米左右的位置，用剪刀剪開(kāi)，為的是使飛箭的尾端直徑略微小于吹箭管的直徑，方便它輕松地穿過(guò)吹箭管。將它輕輕插入塑料管的尾端。

五、第五課時(shí)

（一）技術(shù)改進(jìn)，優(yōu)化目標(biāo)

師：將你們制作的箭管和飛箭組合到一起，你們又發(fā)現(xiàn)了什么問(wèn)題？

生：我們的管子太小了，飛箭尾部卡在管子里了;我們的管子太大了，飛箭放進(jìn)去不用吹就滑出來(lái)了。

師：那我們就從外形上來(lái)評(píng)價(jià)一下。

從外形上評(píng)價(jià)學(xué)生作品：

從外形看，你制作的箭管比別人的長(zhǎng)，為什么？你是怎么考慮的？

生：我認(rèn)為管子越大越好，這樣可以多用點(diǎn)力吹，會(huì)遠(yuǎn)點(diǎn);我認(rèn)為管子要小一點(diǎn)，和飛箭一樣大小，否則風(fēng)會(huì)從管子的周圍跑掉。

師：你制作的箭管一端大，一端小，有點(diǎn)像喇叭，為什么？你是怎么考慮的？

生：我覺(jué)得如果兩端一樣大小，飛箭和管子緊緊裹在一起，可能吹出來(lái)后會(huì)卡在管子里。我們女生力氣小，可能吹不出去，就卡死在管子里了。

教師歸納：看來(lái)，管子越長(zhǎng)，箭飛出去的速度就越大，箭飛得也就越遠(yuǎn)。管子粗細(xì)適中，與嘴的大小差不多，嘴里吹出來(lái)的氣容易集中，吹出的氣也就大了。一端粗，一端細(xì)，氣流從管子中出來(lái)的速度也不一樣。現(xiàn)在請(qǐng)大家集中這3個(gè)優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)改進(jìn)我們的箭管和飛箭。

活動(dòng)一：優(yōu)化箭管

利用提供材料自行設(shè)計(jì)，再制作一個(gè)“吹箭管”。要求：

首先，量出箭管直徑與自己嘴圈差不多的長(zhǎng)度;

將A4紙內(nèi)部用膠帶均勻地貼好這樣的長(zhǎng)度;

卷好，將圈外端稍微放大一些;

用膠帶將外圈粘牢，多粘幾圈。

（二）活動(dòng)總結(jié)，拓展問(wèn)題

提問(wèn)：說(shuō)一說(shuō)通過(guò)今天的學(xué)習(xí)，你有哪些收獲？

交流：我們剛才是怎么設(shè)計(jì)箭管的？我們先做了什么？再做了什么？然后呢？這樣的作品就完全滿意了嗎？

板書：……

拓展任務(wù)：你有辦法讓箭管的性能更好嗎？課后請(qǐng)進(jìn)一步思考改進(jìn)。

（三）展示評(píng)價(jià)，總結(jié)提升

根據(jù)展示，經(jīng)驗(yàn)反饋。

提問(wèn)：同一套箭管和飛箭，你為什么能吹得那么遠(yuǎn)？你有什么成功的經(jīng)驗(yàn)與大家分享？

用力吹！你覺(jué)得有什么竅門嗎？為什么？

教師歸納：在吹的過(guò)程中也體現(xiàn)了許多工程問(wèn)題，比如，箭管的角度問(wèn)題、用力問(wèn)題、氣流問(wèn)題等等，所以，當(dāng)好一名小小工程家可有許多學(xué)問(wèn)哦！

【設(shè)計(jì)意圖】

教師以優(yōu)化目標(biāo)的方式，引導(dǎo)學(xué)生利用改變物體摩擦力和空氣對(duì)流的特性，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的箭管制作方法，嘗試設(shè)計(jì)并不斷優(yōu)化工程目標(biāo)方案，讓學(xué)生體驗(yàn)到動(dòng)手制作的樂(lè)趣，感受工程設(shè)計(jì)的魔力，由此提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力和解決問(wèn)題的能力。

（四）拓展應(yīng)用，知識(shí)遷移

師：通過(guò)制作箭管和飛箭，你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中還可以將這些知識(shí)運(yùn)用在哪些地方？

生：陀螺的設(shè)計(jì)也可以中間寬，上下尖，重心保持在中央。紙飛機(jī)原理中，飛機(jī)的頭要流線型的。斜拉橋的設(shè)計(jì)中，橋面和拉線之間的重力要均勻分布。慣性平臺(tái)使用原理。這是從我爸爸設(shè)計(jì)的圖紙中發(fā)現(xiàn)的。

板書設(shè)計(jì)：制作吹箭管

速度外部（鼓硬、圓潤(rùn)）

距離內(nèi)部（光滑）

【點(diǎn)評(píng)意見(jiàn)】

科學(xué)、工程與OBE理念的整合，符合當(dāng)今融合的課程理念，有助于學(xué)生從整體的角度去思考和看待問(wèn)題。希望通過(guò)本課的理論與實(shí)踐分析，為科學(xué)與工程實(shí)踐在課堂中的整合提供更多的借鑒與指導(dǎo)。

【本文為中國(guó)教育學(xué)會(huì)教育科研課題“基于名師工作室的小學(xué)科學(xué)OBE項(xiàng)目學(xué)習(xí)研究”課題研究成果，批準(zhǔn)號(hào)：FZ002601研究案例】D4361B38-A524-470F-A689-2F9644756D2D