工程技术OBE设计案例“制作吹箭管”

陈建平

【学情分析】

本课的教学对象是四年级学生，利用OBE的设计理念，每一次给学生定一个OBE阶段目标，让学生“跳一跳能摘到果子”，使学生的制作朝着教师预定的目标一步步靠近，最终实现目标。

【OBE目标】

知道OBE学习目标;

学会设计自己的近目标，设计、制作和改正，懂得减少箭管内部的摩擦力，不断优化“飞箭”和箭管的性能就能接近目标;

初步体验“聚焦目标—设计与制作—测试与改进—形成成品”的OBE工程技术流程。

重点：制作相配套的“飞箭”和“吹箭管”，就能提高“飞箭”飞行的目标。

难点：学习在工程设计中不断优化改进自己的设计目标，使吹箭装置精确度更高。

【设计准备】

演示材料：吹箭管成品一个、PPT。

分组材料：A4纸2张、棉签2根、透明胶带1卷、剪刀1把、直尺1 把、铅笔一支。

【教学过程】

一、第一课时

（一）关注现象，提出目标

视频演示箭管：亚马孙河流域及中南美洲热带雨林地区的美洲原住民，有一种最常使用的狩猎工具，这种工具叫吹箭。这些箭虽然不是强力的武器，但却十分精准。

教师演示，提出问题：我这里有一个这样的箭管，请大家预测一下，管中的“飞箭”能飞出多远？为什么？

生：大概能飞出2米，因为这个箭管是用纸做的。

师：根据你的经验判断，它是靠什么力量飞出去的？

学生根据经验交流发言。

生：它是靠嘴里吹出的气;它是靠空气流动。

师（提出目标）：可以用什么材料制作？怎么制作才能飞得更远？

生：用铁制作;用木头制作;用竹子削的。

（二）提出目标任务：制作箭管（板书课题）

【设计意图】

根据学生好玩好动的年龄特点，教师用故事来激发学生的探究兴趣，以具体事物为活动载体进行情境式教学。组织学生针对飞箭飞行距离的远近现象进行观察讨论，提出本节课的OBE目标——用什么方法来做？

二、第二课时

选择材料，实现第一个目标。

活动一：统一材料，设计方案。

提问：要制作这样一个箭管，必须分两部分。今天这节课，我们先来制作其中一部分——箭管。首先，根据箭管的使用方法，你们认为箭管需要用什么材料来做？为什么？

学生讨论交流……

师：看来，箭管必须圆润且鼓硬，内部要光滑，以减少摩擦力和阻力。

我给你们准备了A4纸、胶带、剪刀等4种材料，请大家分别说一说，你想怎么制作这个箭管？为什么？

发放材料，学生预设方案。

师：你选择的是什么？理由呢？你使用了这种材料的什么特性？它们是通过什么表现出来的呢？

生：把A4纸卷成圆筒，外面用胶带缠住，让胶带多缠几圈，使得纸筒牢固……为了使滑道更滑，胶带应贴在内筒。

师（相机提问）：外圈牢固只是解决了箭管鼓硬、圆润的问题，对于刚才你们提出的箭管内部管道的光滑问题，怎么解决？

生：在内壁贴上光滑的胶带？怎么贴？贴多少？为什么这样设计？

活动二：根据方案，自由制作。

师：利用我们设计的方案，请大家自己制作，可以边制作边思考。

学生自由制作。

互动交流：说说你刚才是怎么做的？能解决刚才思考的4个问题吗？

评价……

【设计意图】

设计是工程设计中重要的一部分。本环节旨在通过让学生自由设计目标，使学生对箭管的管道设计有更多的想法，通过试错式体验，让学生在原本杂乱无章的设计中聚焦目标，选择最佳的工程方案去实施。这是OBE目标导向下技术工程的最佳路径。

三、第三课时

依据生活现象，提出目标。

师：上节课，咱们制作了箭管，今天这节课我们来学做飞箭。

师（演示，提出目标）：什么样的飞箭能飞得远？为什么？

学生根据经验交流发言。

生：箭头重的，因为重的能飞得远;箭头细的，因为可以减少空气的阻力。

师：看来，你们考虑得很多。现在指定材料来制作，你们认为用这个棉棒和纸，能制作几种款式的飞箭？

生：箭身长，箭头在前;箭身短，箭头在前;箭身长，箭头在后;箭身短，箭头在后。

教师相机板书。

提出目标任务：制作飞箭。

【设计意图】

以学生的生活经验来开展情境式教学，根据学生好胜心理来设计本节课的教学内容，提出本节课目标——什么样的飞箭才能飞得远？基于OBE理念目标的提出与思考，就此启动了下一个工程实践活动。

四、第四课时

选择方案，实现第二个目标。

活动一：设计飞箭模型

师：根据大家设计的方案，选择你认为飞得远的方案先来设计画图，边设计，边思考为什么这样设计。

学生自由预设草图。

展示草图，全班交流：

箭身长的，箭头在前：重量大，飞得远。

箭身短的，箭头在前：重量轻，飞得远。

箭身长的，箭头在后：减少空气阻力，飞得远。

箭身短的，箭头在后：能够平衡飞，飞得久。

教师归纳：看来，对于飞箭的制作大家都铆足了劲，说得都很有道理。下面请大家根據自己的设计图画来制作飞箭。

活动二：制作飞箭

师：给你们准备了一张A4纸、一根25厘米的棉牙签、胶带、剪刀等，请大家分别制作，制作好了先试一试，看看你的方案还需要改进吗？为什么？D4361B38-A524-470F-A689-2F9644756D2D

发放材料，学生制作。

首先在A4纸的一角均匀地涂些胶水，注意胶水一定不能多，多了纸张就变软了。固体胶更好。

如图所示，把牙签卷起来。牙签上卷了几圈纸以后，只在细的一头用力，这样纸筒在细的一头紧，粗的一头松。

卷成一头大一头小的喇叭形状。纸涂上胶水，粘牢。

一支飞箭基本成形了，将飞箭轻轻插入吹箭管的一头，并用笔沿着管壁画一圈记号。将飞箭取出，在记号下端2毫米左右的位置，用剪刀剪开，为的是使飞箭的尾端直径略微小于吹箭管的直径，方便它轻松地穿过吹箭管。将它轻轻插入塑料管的尾端。

五、第五课时

（一）技术改进，优化目标

师：将你们制作的箭管和飞箭组合到一起，你们又发现了什么问题？

生：我们的管子太小了，飞箭尾部卡在管子里了;我们的管子太大了，飞箭放进去不用吹就滑出来了。

师：那我们就从外形上来评价一下。

从外形上评价学生作品：

从外形看，你制作的箭管比别人的长，为什么？你是怎么考虑的？

生：我认为管子越大越好，这样可以多用点力吹，会远点;我认为管子要小一点，和飞箭一样大小，否则风会从管子的周围跑掉。

师：你制作的箭管一端大，一端小，有点像喇叭，为什么？你是怎么考虑的？

生：我觉得如果两端一样大小，飞箭和管子紧紧裹在一起，可能吹出来后会卡在管子里。我们女生力气小，可能吹不出去，就卡死在管子里了。

教师归纳：看来，管子越长，箭飞出去的速度就越大，箭飞得也就越远。管子粗细适中，与嘴的大小差不多，嘴里吹出来的气容易集中，吹出的气也就大了。一端粗，一端细，气流从管子中出来的速度也不一样。现在请大家集中这3个优势，继续改进我们的箭管和飞箭。

活动一：优化箭管

利用提供材料自行设计，再制作一个“吹箭管”。要求：

首先，量出箭管直径与自己嘴圈差不多的长度;

将A4纸内部用胶带均匀地贴好这样的长度;

卷好，将圈外端稍微放大一些;

用胶带将外圈粘牢，多粘几圈。

（二）活动总结，拓展问题

提问：说一说通过今天的学习，你有哪些收获？

交流：我们刚才是怎么设计箭管的？我们先做了什么？再做了什么？然后呢？这样的作品就完全满意了吗？

板书：……

拓展任务：你有办法让箭管的性能更好吗？课后请进一步思考改进。

（三）展示评价，总结提升

根据展示，经验反馈。

提问：同一套箭管和飞箭，你为什么能吹得那么远？你有什么成功的经验与大家分享？

用力吹！你觉得有什么窍门吗？为什么？

教师归纳：在吹的过程中也体现了许多工程问题，比如，箭管的角度问题、用力问题、气流问题等等，所以，当好一名小小工程家可有许多学问哦！

【设计意图】

教师以优化目标的方式，引导学生利用改变物体摩擦力和空气对流的特性，通过设计合理的箭管制作方法，尝试设计并不断优化工程目标方案，让学生体验到动手制作的乐趣，感受工程设计的魔力，由此提高学生动手实践的能力和解决问题的能力。

（四）拓展应用，知识迁移

师：通过制作箭管和飞箭，你认为现实生活中还可以将这些知识运用在哪些地方？

生：陀螺的设计也可以中间宽，上下尖，重心保持在中央。纸飞机原理中，飞机的头要流线型的。斜拉桥的设计中，桥面和拉线之间的重力要均匀分布。惯性平台使用原理。这是从我爸爸设计的图纸中发现的。

板书设计：制作吹箭管

速度外部（鼓硬、圆润）

距离内部（光滑）

【点评意见】

科学、工程与OBE理念的整合，符合当今融合的课程理念，有助于学生从整体的角度去思考和看待问题。希望通过本课的理论与实践分析，为科学与工程实践在课堂中的整合提供更多的借鑒与指导。

【本文为中国教育学会教育科研课题“基于名师工作室的小学科学OBE项目学习研究”课题研究成果，批准号：FZ002601研究案例】D4361B38-A524-470F-A689-2F9644756D2D