工程技術OBE設計案例“制作吹箭管”

陳建平

【學情分析】

本課的教學對象是四年級學生，利用OBE的設計理念，每一次給學生定一個OBE階段目標，讓學生“跳一跳能摘到果子”，使學生的制作朝著教師預定的目標一步步靠近，最終實現目標。

【OBE目標】

知道OBE學習目標;

學會設計自己的近目標，設計、制作和改正，懂得減少箭管內部的摩擦力，不斷優化“飛箭”和箭管的性能就能接近目標;

初步體驗“聚焦目標—設計與制作—測試與改進—形成成品”的OBE工程技術流程。

重點：制作相配套的“飛箭”和“吹箭管”，就能提高“飛箭”飛行的目標。

難點：學習在工程設計中不斷優化改進自己的設計目標，使吹箭裝置精確度更高。

【設計準備】

演示材料：吹箭管成品一個、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。

【教學過程】

一、第一課時

（一）關注現象，提出目標

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

教師演示，提出問題：我這里有一個這樣的箭管，請大家預測一下，管中的“飛箭”能飛出多遠？為什么？

生：大概能飛出2米，因為這個箭管是用紙做的。

師：根據你的經驗判斷，它是靠什么力量飛出去的？

學生根據經驗交流發言。

生：它是靠嘴里吹出的氣;它是靠空氣流動。

師（提出目標）：可以用什么材料制作？怎么制作才能飛得更遠？

生：用鐵制作;用木頭制作;用竹子削的。

（二）提出目標任務：制作箭管（板書課題）

【設計意圖】

根據學生好玩好動的年齡特點，教師用故事來激發學生的探究興趣，以具體事物為活動載體進行情境式教學。組織學生針對飛箭飛行距離的遠近現象進行觀察討論，提出本節課的OBE目標——用什么方法來做？

二、第二課時

選擇材料，實現第一個目標。

活動一：統一材料，設計方案。

提問：要制作這樣一個箭管，必須分兩部分。今天這節課，我們先來制作其中一部分——箭管。首先，根據箭管的使用方法，你們認為箭管需要用什么材料來做？為什么？

學生討論交流……

師：看來，箭管必須圓潤且鼓硬，內部要光滑，以減少摩擦力和阻力。

我給你們準備了A4紙、膠帶、剪刀等4種材料，請大家分別說一說，你想怎么制作這個箭管？為什么？

發放材料，學生預設方案。

師：你選擇的是什么？理由呢？你使用了這種材料的什么特性？它們是通過什么表現出來的呢？

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，膠帶應貼在內筒。

師（相機提問）：外圈牢固只是解決了箭管鼓硬、圓潤的問題，對于剛才你們提出的箭管內部管道的光滑問題，怎么解決？

生：在內壁貼上光滑的膠帶？怎么貼？貼多少？為什么這樣設計？

活動二：根據方案，自由制作。

師：利用我們設計的方案，請大家自己制作，可以邊制作邊思考。

學生自由制作。

互動交流：說說你剛才是怎么做的？能解決剛才思考的4個問題嗎？

評價……

【設計意圖】

設計是工程設計中重要的一部分。本環節旨在通過讓學生自由設計目標，使學生對箭管的管道設計有更多的想法，通過試錯式體驗，讓學生在原本雜亂無章的設計中聚焦目標，選擇最佳的工程方案去實施。這是OBE目標導向下技術工程的最佳路徑。

三、第三課時

依據生活現象，提出目標。

師：上節課，咱們制作了箭管，今天這節課我們來學做飛箭。

師（演示，提出目標）：什么樣的飛箭能飛得遠？為什么？

學生根據經驗交流發言。

生：箭頭重的，因為重的能飛得遠;箭頭細的，因為可以減少空氣的阻力。

師：看來，你們考慮得很多。現在指定材料來制作，你們認為用這個棉棒和紙，能制作幾種款式的飛箭？

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

教師相機板書。

提出目標任務：制作飛箭。

【設計意圖】

以學生的生活經驗來開展情境式教學，根據學生好勝心理來設計本節課的教學內容，提出本節課目標——什么樣的飛箭才能飛得遠？基于OBE理念目標的提出與思考，就此啟動了下一個工程實踐活動。

四、第四課時

選擇方案，實現第二個目標。

活動一：設計飛箭模型

師：根據大家設計的方案，選擇你認為飛得遠的方案先來設計畫圖，邊設計，邊思考為什么這樣設計。

學生自由預設草圖。

展示草圖，全班交流：

箭身長的，箭頭在前：重量大，飛得遠。

箭身短的，箭頭在前：重量輕，飛得遠。

箭身長的，箭頭在后：減少空氣阻力，飛得遠。

箭身短的，箭頭在后：能夠平衡飛，飛得久。

教師歸納：看來，對于飛箭的制作大家都鉚足了勁，說得都很有道理。下面請大家根據自己的設計圖畫來制作飛箭。

活動二：制作飛箭

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

發放材料，學生制作。

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。牙簽上卷了幾圈紙以后，只在細的一頭用力，這樣紙筒在細的一頭緊，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。將飛箭取出，在記號下端2毫米左右的位置，用剪刀剪開，為的是使飛箭的尾端直徑略微小于吹箭管的直徑，方便它輕松地穿過吹箭管。將它輕輕插入塑料管的尾端。

五、第五課時

（一）技術改進，優化目標

師：將你們制作的箭管和飛箭組合到一起，你們又發現了什么問題？

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，飛箭放進去不用吹就滑出來了。

師：那我們就從外形上來評價一下。

從外形上評價學生作品：

從外形看，你制作的箭管比別人的長，為什么？你是怎么考慮的？

生：我認為管子越大越好，這樣可以多用點力吹，會遠點;我認為管子要小一點，和飛箭一樣大小，否則風會從管子的周圍跑掉。

師：你制作的箭管一端大，一端小，有點像喇叭，為什么？你是怎么考慮的？

生：我覺得如果兩端一樣大小，飛箭和管子緊緊裹在一起，可能吹出來后會卡在管子里。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，管子越長，箭飛出去的速度就越大，箭飛得也就越遠。管子粗細適中，與嘴的大小差不多，嘴里吹出來的氣容易集中，吹出的氣也就大了。一端粗，一端細，氣流從管子中出來的速度也不一樣。現在請大家集中這3個優勢，繼續改進我們的箭管和飛箭。

活動一：優化箭管

利用提供材料自行設計，再制作一個“吹箭管”。要求：

首先，量出箭管直徑與自己嘴圈差不多的長度;

將A4紙內部用膠帶均勻地貼好這樣的長度;

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）活動總結，拓展問題

提問：說一說通過今天的學習，你有哪些收獲？

交流：我們剛才是怎么設計箭管的？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：你有辦法讓箭管的性能更好嗎？課后請進一步思考改進。

（三）展示評價，總結提升

根據展示，經驗反饋。

提問：同一套箭管和飛箭，你為什么能吹得那么遠？你有什么成功的經驗與大家分享？

用力吹！你覺得有什么竅門嗎？為什么？

教師歸納：在吹的過程中也體現了許多工程問題，比如，箭管的角度問題、用力問題、氣流問題等等，所以，當好一名小小工程家可有許多學問哦！

【設計意圖】

教師以優化目標的方式，引導學生利用改變物體摩擦力和空氣對流的特性，通過設計合理的箭管制作方法，嘗試設計并不斷優化工程目標方案，讓學生體驗到動手制作的樂趣，感受工程設計的魔力，由此提高學生動手實踐的能力和解決問題的能力。

（四）拓展應用，知識遷移

師：通過制作箭管和飛箭，你認為現實生活中還可以將這些知識運用在哪些地方？

生：陀螺的設計也可以中間寬，上下尖，重心保持在中央。紙飛機原理中，飛機的頭要流線型的。斜拉橋的設計中，橋面和拉線之間的重力要均勻分布。慣性平臺使用原理。這是從我爸爸設計的圖紙中發現的。

板書設計：制作吹箭管

速度外部（鼓硬、圓潤）

距離內部（光滑）

【點評意見】

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

【本文為中國教育學會教育科研課題“基于名師工作室的小學科學OBE項目學習研究”課題研究成果，批準號：FZ002601研究案例】D4361B38-A524-470F-A689-2F9644756D2D