STEM案例

蔡菁

学习目标

科学（S）：探索伯努利原理在风筝中的应用，能想办法使风筝结构更稳定，体会不同材料的性能与用途的关系。

技术（T）：能够具有基本的设计能力和工程绘图能力，能够用身边的材料完成风筝的工程設计。

工程（E）：能够完整地按照设计图纸完成风筝的制作，并在制作研究过程中针对遇到的问题调整改进，能够在制作完成后正确测试风筝的飞行效果。

数学（M）：认识到风筝面与地面夹角与风筝升力间的关系。

材料清单

易耗品：各种粗细不同的木棍、竹篾、塑料吸管，报纸，风筝纸，塑料袋，双面胶，棉线。

非易耗品：剪刀，美工刀，乒乓球，漏斗，直尺，各种形状的风筝实物。

教学过程

1.任务引入

（1）出示国际风筝节天空中放飞各种各样风筝的视频，感受放风筝的奇妙乐趣，引发学生思考如何制作风筝并成功放飞。

（2）学生自由分组，组建自己的工程小组，商讨完成这一任务的计划。

（要点：如果要很好地完成制作并放飞一架风筝的任务，我们可以制订怎样的计划呢？在面对复杂任务时，学生要具有将任务分解为若干简单任务并制订研究计划的能力。）

（3）小组汇报研究计划，教师引导学生明确主要研究任务：风筝的结构探究、材料性能探究、风筝飞行原理探究、设计制作风筝、测试改进等。

（4）引导学生思考如何评价一个小组完成任务的水平，从而修正本组的实验计划，使学生在讨论中树立起对成本、工程、功能的全面评价观念，提升科学原理、探究能力、科学态度、工程素养等多方面的科学素养。

（要点：在这一活动中，什么样的小组算是表现优秀的小组，可以获得我们的一致好评呢？）

2.探究活动一：风筝的结构研究

（1）将各种各样的风筝实物挂在教室里，学生观察、讨论、发现风筝的基本结构。

（要点：你见过哪些类型的风筝？这些风筝有什么相同之处？有什么不同？）

（2）引导学生思考风筝的各个部件，小组查阅资料，弄清各个部件的用途。

（要点：要制作一架简易的风筝，有哪些必不可少的结构？这些结构的用途分别是什么？引导学生认识到，风筝主要由骨架、筝面、鞍绳、飘带等结构构成。除了有地面风提供给风筝升力以外，风筝还遵循着坠重平衡和横杆对称平衡的原理，因此我们在观察研究中发现平衡非常重要，无论是支架的结构还是飘带的设计，都是为了使风筝在空中更好地实现平衡。）

3.探究活动二：材料性能探究

（1）引导学生探究风筝骨架材料的性能。

（要点：我们可以使用哪些材料来制作风筝的骨架？它们有什么优缺点？你能否设计实验来证明？对于一架风筝来说，制作风筝的材料性能和风筝的结构一样重要，不同的材料制作出来的风筝飞行效果也有很大不同。这一环节的目的，是为了让学生在具体的情境中认识不同材料的特性。）

（2）你希望在你的风筝中使用哪种材料制作骨架？

（要点：我们可以使用哪些材料来制作风筝的筝面？它们有什么优缺点？你能否设计实验来证明？在真实情境中，往往很难找到完美的材料，每一种材料都有着自己的不同特性，有着自己的优缺点，关键是教师引导学生思考如何根据自己的设计选择合适的材料。）

4.探究活动三：风筝飞行原理探究

（1）探究风筝在天空中是如何获得升力的？

（要点：风筝在天空中受到哪些力的作用？水平方向吹来的风是如何让风筝获得向上的升力的？学生在思考过程中会提出各自的想法，这一环节关键是让他们思考风筝的受力情况，让他们学会用定性的方法去思考力与物体运动之间的关系。不管学生表现出哪一种前概念，教师都需要尊重它，在他们不断表达、思考、辨析的过程中，才能聚焦到气流与物体的运动之间的关系上。）

（2）利用吹纸条实验引导学生探究伯努利原理。

（要点：如图1所示，当气流经过时，纸条的运动状态会改变吗？纸条受力的方向和气流的位置有什么关系？）

（3）利用吹漏斗中的乒乓球实验引导学生探究伯努利原理。

（要点：如图2所示，用力向漏斗颈部快速吹气，乒乓球会被吹走吗？你感受到乒乓球受到了指向什么方向的力？向乒乓球的什么位置轻轻吹气，可以将乒乓球从漏斗中赶出呢？）

5.探究活动四：设计、制作、测试、改进风筝

本活动为该课程的主体部分，这一活动至少花费两课时的时间。在这一活动中，学生根据前面几个活动所学，正式开展风筝的设计与制作。但这又是一个不断迭代的过程，在制作中，学生会出现对原本方案的再设计，在测试后也会出现再设计、再制作，正是这样一个有一定复杂性的活动，充分提升学生的思维品质与动手能力。

（1）明确活动任务，了解做风筝活动的评价要求，通过评价要求指导本组的设计。

（要点：填写材料清单，如有使用某项材料，则注明名称和数量。）

（2）明确评价要求，建立评价量表。

（要点：在大家开始讨论设计方案之前，认真阅读评价量表，用量表中的评价标准去指导自己的设计。见表1。）

（3）学生讨论设计与制作，测试飞行性能。

（要点：绘制风筝设计图。按照设计图纸自备材料开展制作。在制作完成后测试飞行性能。测试结果是否达到预期？如何改进？）

6.展示与评价

像放风筝这样的基于任务解决的整合活动一定有着多元的评价方式。本活动的设计目的是引导学生在问题解决的过程中形成对风筝结构稳定性、设计创新性、工程制作准确性的整体评价，形成对完成一项工程任务的全面认识，提高对科学探究的兴趣与信心。

（1）演讲汇报。

（要点：每组有三分钟的时间进行演讲汇报，其他小组认真倾听，所有小组汇报完毕后每组填写评价单。现场唱票，并将得分结果填入该组评价量表中。）

（2）放风筝比赛。

（要点：各小组在操场上放飞本组的风筝，比较在一节课中哪个小组的风筝飞得高、飞得稳。）

（3）学生作品分享。