工程學實踐：水火箭的制作

【摘要】在一節制作水火箭的課上，教師為每個小組設計了項目經理、會計師、設計師、新聞發言人四個角色，同時還給學生提供代金券購買材料。這樣的教學設計，能讓學生明白一項成功的設計必須滿足現實的要求，同時會受到現實條件的制約。此舉能培養學生解決工程問題的選擇和決策能力。

【關鍵詞】工程學實踐；選擇和決策能力；水火箭制作

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

【作者簡介】姚強東，江蘇省儀征市實驗小學西區校（江蘇儀征，211400），高級教師，揚州市科學骨干教師。

這是一節制作水火箭的課，教師出示水火箭：一個空塑料瓶，瓶口的塞子換成橡皮塞，橡皮塞上裝有一個氣門芯，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，把它放在一個架子上。接著用打氣筒往裝水的瓶子里不斷打氣，瓶內氣壓不斷升高，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構圖，簡單講解水火箭原理，即“氣體和壓力的關系”“水流噴射方向和物體運動方向的關系”，并展示了發射過程。

接下來，教師把班級里的學生分成若干小組，要求每組制作一個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，要求學生必須承擔不同的角色：項目經理、會計師、設計師、新聞發言人，并根據不同職位發放活動指南及小筆記本。四個角色分工明確，各自獨立，又相互負責：

項目經理：統籌規劃材料采購順序

會計師：專管各項財務

設計師：設計水火箭圖紙

發言人：準備新聞稿總結制作過程

教師要求：根據不同職位的任務，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。以項目經理為例，要將每天的計劃、進度以及完成后的感想或失敗后的總結都記錄下來。每周小組利用2節課的時間完成的工作，持續1個月時間，最后一周舉行成果展示會。

需要注意的是，學生們所需要的材料都在各自的任課教師那里，這些教師此時臨時充當“供應商”的角色。在“供應商”那里，每種商品都明碼標價：汽水瓶子（400元），易拉罐（200元）、膠帶（每50厘米100元）等等。除按市場價提供商品之外，個別材料供應商那里還掌握著一些質量更好，或者比較緊缺的商品。無疑，他的辦公室內人頭攢動，學生們在這里細心地比較著材料的優劣，還和教師討價還價。不過，大家都知道，制出一個優質廉價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。

課堂學習至此告一段落，學生們將在接下來的一個月中進行采購及制作工作，并于最后一周進行發布。

學生們熱烈地討論著，明確各自角色的責任，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。每個人都從各自的角色出發出主意、想辦法，每次討論還會形成一個“會議紀要”。

在這一個月里，各小組在項目經理的指揮下，按部就班地采購、設計、制作、記錄，他們的小筆記本記錄了他們工作的推進過程。

最后一周，學生們演示了各自的水火箭。每個水火箭都有一個屬于各自“公司”的名稱或符號，每個小組都詳細地剖析了水火箭的工作原理，闡述了自己的實驗過程，有的小組還探究了“水量的多少和水火箭升空高低的關系”。特別是每組的“會計師”，詳細列出了各項資金的開銷，包括“轉手倒賣”的獲利，他們很自豪，因為轉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。

在學生演示、匯報各自“公司”的水火箭及其設計制作過程之后，教師出示中國新一代長征七號運載火箭發射成功的圖片，并簡單介紹了該火箭的特點和優勢。課后，教師讓學生詳細了解中國長征號系列火箭的發展史，了解真實的火箭結構和制造環節等情況，并對比自己“公司”的水火箭，再進行升級改造，如水動力可否換成其他液體提供動力，水火箭的結構材料可否用其他更加廉價且優質的材料代替等等。一個月后再組織學生展示和討論。

該案例中，教師著力培養學生對自己所要解決的技術問題的選擇和決策的能力，這種能力需要建立在充分認識、正確評價自己的能力與所具備的條件的基礎上。教學中，教師讓學生扮演不同的角色，實際上是從不同的角度去把握水火箭制作的全過程。從中學生可以了解、發現制作水火箭的途徑與方法，如觀察材料、收集和分析信息、技術研究與試驗等等。其中，“利用有限的經費完成任務”是解決問題的關鍵。

指導學生親歷一個簡單產品的設計，可以培養學生對自己所要解決的技術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。讓學生經歷這樣一個產品設計的過程，讓他們了解從設計到模型呈現再到優化創新的技術設計全過程，讓他們體驗設計與制作的喜悅，讓他們體會實際制作與前期設計的沖突，可以提升他們思維的縝密性和完整性。有學生就感慨：橡皮塞子上裝個氣門芯，看著很簡單，但實際操作的時候不是漏氣，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啊！學生在制作過程中碰到的一個個技術難題，需要他們及時調整、選擇和決策，這便是技術訓練的過程。

教學中，教師給予學生代金券購買材料，讓學生比較材料的優劣、明確自己的需要、體驗產品設計和現實之間的差距，他們可以通過走訪詢問、觀察等方法收集信息，并從中發現問題。“項目經理”和“代金券”的設置，讓整個教學顯得很真實，這種真實實際上就是制造一種情境，讓學生明確設計是有限制的，制造產品是需要合作的。在學生對設計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計方案了。“代金券”同時也讓學生明白，一項成功的設計必須滿足現實的要求，且會受到現實條件的制約。此外，教師可以通過講解建筑工程預算，讓學生了解建筑工程成本、經費等都有一定的限制。尤其是最后了解中國長征號系列火箭的過程更是加深了學生對火箭制作的了解，學生們理解了工程成本和技術能力的概念，明白了火箭發展與國家綜合實力密切相關，知道了中國火箭發展史的艱辛，了解了中國火箭技術。學生們紛紛表示，長大后愿為中國運載火箭技術的發展努力。