未来船舶工程师

周娟

项目背景

重庆是长江上游地区最大的港口城市，位于长江和嘉陵江的交汇处，处于四川盆地与长江中下游交往的必经之路上，码头多、对船的需求量大，具备优质的地域教育资源。2017 教科版《科学》教材5 年级下册第2 单元“船的研究”，以船的演化史为线索，以船的材料、结构、动力等的发展演变为内容，引导学生在认识、设计、制作船的实践活动中，体验生产生活需求对科学技术发展的推动作用。

总体目标

通过船的设计制作、论证改进、测试迭代、成果展示，在探究性实践、技术性实践、社会性实践、审美性实践中形成合作、互助、共享的学习品质，提高動手实践能力、分工协调能力及团队合作能力。

知识目标

科学领域

了解船的发展历史、种类、载重量、稳定性、动力性能、内外部结构、动力装置及造船材料等科学知识，认识到人类的生产和生活需求推动着科学、技术及工程的发展。

技术领域

了解常见材料的性能，学会使用美工刀、锯、热熔胶枪等工具；能对材料进行简单的加工、测量、切割等；知道技术设计的一般过程，即问题—设计—制作—测试—完善。

工程领域

知道一个产品的完成要经历设计—制作—测试—分析—改进—再设计—再制作的工程实践过程。

数学领域

知道船的体积与排开的水量、载重量的关系，利用数学计算方法了解船的载重量；初步建立数学建模思维，能用数学方法解决工程问题，做到学以致用。

能力目标

培养学生综合运用科学、数学、技术等多学科领域知识解决工程设计问题，建立提出解决方案—设计并制作原型—测试原型—提出新方案—设计制作新原型的工程思维过程。

情感目标

通过了解船的发展历史，感受船的发明和技术革新给人类社会发展带来的深远变化；通过对中国造船业现状的了解，培养学生为祖国船舶事业而学习的爱国情怀和使命感；通过设计和制作船的活动，体验“做”的乐趣，激发学生的学习兴趣。

课时安排

24 ～ 28 课时。

实施对象及时间

对象：“奇思妙想”社团（5—6 年级部分学生，共32 人）。

时间：每天课后延时服务。

项目实施过程

为了更有效地进行深度学习，培养学生团队合作意识和问题解决能力，在活动方式上，各小组将学习任务进行分解，拆分给组内不同成员；各组承担相同子任务的成员重新分组进行学习，开展同领域的探究研讨；完成子任务学习后，组员回到原组，将学习成果进行分享；组员将分解的子任务进行整合，通过各自掌握的知识和技能，共同完成学习任务。

阶段 1. 组建团队，明确核心任务及评价标准

项目开始前，通过“快速反应”和“我的自画像”等破冰活动，营造轻松、欢乐的课堂氛围，促进学生间的相互认识和了解，自由组建4 人小组，展开合作学习之旅。

团队组建完成后，通过视频观看、资料阅读、教师讲解等方式了解船的发展历史、中国造船业的现状及重庆码头的地域特点，感受船给人类社会发展带来的深远影响，以及船在重庆地区经济发展中的重要地位。然后，由中国远洋集团船长发布项目招募书，倡议学生加入“未来船舶工程师”项目，培养学生为祖国船舶事业而学习的爱国情怀和使命感。同时，帮助学生充分了解本项目的核心任务：造一艘具有某种特殊功能、外观独特、有一定载重量、能在特定水域独立航行至少2 m，且造船成本尽量低的船。

阶段 2. 头脑风暴，问题聚焦，分工合作

驱动性问题1：造一艘船需要考虑哪些因素？

在现实生活中，造一艘船是一个庞大的工程，需要考虑的因素很多，如船的大小、载重量、材料、动力、外形等，我们将其归类整理为4 个部分：动力、结构、外观和成本精算，并明确相应的评价标准（表1）。

按照聚焦的设计因素，将小组内成员分为动力设计师、外观设计师、结构设计师和成本精算师，讨论并完成小组内成员分工。

驱动性问题2：想造一艘什么样的船？

小组成员充分发表自己的想法和意见，对“造一艘怎样的船”初步达成共识，用画图的方式记录下来。

阶段 3. 造一艘船，需要具备哪些知识和技能？

小组成员根据组内分工，戴上身份徽章，到相应的专家组区域开展学习，并做好学习记录。

动力设计师：学习船的动力发展史，了解船的动力装置、动力方式、各种动力的优劣、马达与螺旋桨的安装方法等知识。

结构设计师：学习船设计过程中如何实现结构与功能的结合，如船的大小、形状、船舶载重量等相关知识。

外观设计师：学习船的外观设计需考虑的因素，如何实现外观与船功能的结合等知识。

成本精算师：学习造船成本构成，了解各种材料及建造工具价格，在保证船的性能的前提下兼顾成本效益，初步建立成本控制思维。

学习完成后，组员在组内分享学习内容，围绕核心任务讨论设计方向和理念，形成统一的设计方案。然后，全班交流设计方案，收集修改意见及建议，形成各组的造船方案定稿。

阶段 4. 建造一艘船要经历哪些步骤？首要步骤是什么？

● 以观看视频、查阅资料等方式了解造船的施工步骤，以中国自主研发的超大型油轮“远福洋”轮的图纸为例，学习船舶图纸的设计与绘制。

● 根据小组设计方案，绘制船的三视图，即俯视图、侧视图和分结构图。

● 分享、交流与修改。班级内分享设计方案与图纸，讨论设计方案的可行性与合理性，收集修改意见与建议，形成各组的图纸定稿。

阶段 5. 根据设计图纸制作船的实物模型

● 建造前的准备工作。根据设计图纸，小组内制订材料和工具清单，到材料超市、工具超市购买所需材料和工具。若需大型工具，比如激光雕刻机、泡沫切割机、3D 打印笔等，需提前到工具超市预定使用时间。同时，需制订船舶建造计划表。

● 船舶建造小组成员分工合作，完成船的实物模型建造（尽量还原设计图）。

● 产品测试与迭代。将做好的船放入水池中测试，观察存在的问题，小组讨论形成修改意见，对船进行修改、测试，使其达到预期设计效果。

阶段 6. 让更多的人知道船的优势

举办船舶展览会。小组内确定中心发言人，围绕核心任务，从结构、动力、外观、成本控制等角度展示船的设计亮点与理念，并现场进行船的功能测试。

总结与反思

本活动课程受到了学生的热烈欢迎，尤其进入模型制作阶段后，很多学生都不愿下课，希望尽快把船造好下水测试。本课程的实施，有效提升了学生的自主学习能力、科学实践能力、创新能力、跨学科解决问题能力，以及团队合作能力。但是也存在一些问题，比如在制作过程中，发现模型上的问题就直接在作品上修改，未养成先修改设计图的习惯，导致实物模型与图纸不对应。此外，原活动设计中包括智能编程模块，希望实现船的智能驱动或一些特殊功能，后因掌控板防水问题、线路连接问题等原因取消。下一轮实施过程中，将提前测试好材料，并适当延长编程模块的时间，真正实现船的智能驱动。

该项目参与了第36 届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科教创新成果线上交流活动