工程学实践：水火箭的制作

【摘要】在一节制作水火箭的课上，教师为每个小组设计了项目经理、会计师、设计师、新闻发言人四个角色，同时还给学生提供代金券购买材料。这样的教学设计，能让学生明白一项成功的设计必须满足现实的要求，同时会受到现实条件的制约。此举能培养学生解决工程问题的选择和决策能力。

【关键词】工程学实践；选择和决策能力；水火箭制作

【中图分类号】G623.6 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009（2016）52-0014-02

【作者简介】姚强东，江苏省仪征市实验小学西区校（江苏仪征，211400），高级教师，扬州市科学骨干教师。

这是一节制作水火箭的课，教师出示水火箭：一个空塑料瓶，瓶口的塞子换成橡皮塞，橡皮塞上装有一个气门芯，瓶身上装有几片保持平衡的三角形塑料片。教师往瓶子里装了小半瓶水，然后塞好橡皮塞，把它放在一个架子上。接着用打气筒往装水的瓶子里不断打气，瓶内气压不断升高，突然火箭飞向天空，足有十多米高，地上留下一滩水渍。

回到教室，教师出示水火箭的结构图，简单讲解水火箭原理，即“气体和压力的关系”“水流喷射方向和物体运动方向的关系”，并展示了发射过程。

接下来，教师把班级里的学生分成若干小组，要求每组制作一个能飞向天空的水火箭。他给每组提供了1000元代金券作为制作资金，要求学生必须承担不同的角色：项目经理、会计师、设计师、新闻发言人，并根据不同职位发放活动指南及小笔记本。四个角色分工明确，各自独立，又相互负责：

项目经理：统筹规划材料采购顺序

会计师：专管各项财务

设计师：设计水火箭图纸

发言人：准备新闻稿总结制作过程

教师要求：根据不同职位的任务，小组成员可以在小笔记本上记录每天为制作水火箭所做的工作。以項目经理为例，要将每天的计划、进度以及完成后的感想或失败后的总结都记录下来。每周小组利用2节课的时间完成的工作，持续1个月时间，最后一周举行成果展示会。

需要注意的是，学生们所需要的材料都在各自的任课教师那里，这些教师此时临时充当“供应商”的角色。在“供应商”那里，每种商品都明码标价：汽水瓶子（400元），易拉罐（200元）、胶带（每50厘米100元）等等。除按市场价提供商品之外，个别材料供应商那里还掌握着一些质量更好，或者比较紧缺的商品。无疑，他的办公室内人头攒动，学生们在这里细心地比较着材料的优劣，还和教师讨价还价。不过，大家都知道，制出一个优质廉价且更具新意的水火箭，将是大家本月需要通力合作并解决的难题。

课堂学习至此告一段落，学生们将在接下来的一个月中进行采购及制作工作，并于最后一周进行发布。

学生们热烈地讨论着，明确各自角色的责任，有的小组人多，还特别任命了“助理”，而且“助理”也知道自己要做什么。每个人都从各自的角色出发出主意、想办法，每次讨论还会形成一个“会议纪要”。

在这一个月里，各小组在项目经理的指挥下，按部就班地采购、设计、制作、记录，他们的小笔记本记录了他们工作的推进过程。

最后一周，学生们演示了各自的水火箭。每个水火箭都有一个属于各自“公司”的名称或符号，每个小组都详细地剖析了水火箭的工作原理，阐述了自己的实验过程，有的小组还探究了“水量的多少和水火箭升空高低的关系”。特别是每组的“会计师”，详细列出了各项资金的开销，包括“转手倒卖”的获利，他们很自豪，因为转手倒卖让他们获得了更多的“资金”，而他们正是利用这笔资金，买到了更好的装备。

在学生演示、汇报各自“公司”的水火箭及其设计制作过程之后，教师出示中国新一代长征七号运载火箭发射成功的图片，并简单介绍了该火箭的特点和优势。课后，教师让学生详细了解中国长征号系列火箭的发展史，了解真实的火箭结构和制造环节等情况，并对比自己“公司”的水火箭，再进行升级改造，如水动力可否换成其他液体提供动力，水火箭的结构材料可否用其他更加廉价且优质的材料代替等等。一个月后再组织学生展示和讨论。

该案例中，教师着力培养学生对自己所要解决的技术问题的选择和决策的能力，这种能力需要建立在充分认识、正确评价自己的能力与所具备的条件的基础上。教学中，教师让学生扮演不同的角色，实际上是从不同的角度去把握水火箭制作的全过程。从中学生可以了解、发现制作水火箭的途径与方法，如观察材料、收集和分析信息、技术研究与试验等等。其中，“利用有限的经费完成任务”是解决问题的关键。

指导学生亲历一个简单产品的设计，可以培养学生对自己所要解决的技术问题的选择和决策的能力。水火箭虽然是“玩具”模型，但它却是火箭制作的缩影和模拟。让学生经历这样一个产品设计的过程，让他们了解从设计到模型呈现再到优化创新的技术设计全过程，让他们体验设计与制作的喜悦，让他们体会实际制作与前期设计的冲突，可以提升他们思维的缜密性和完整性。有学生就感慨：橡皮塞子上装个气门芯，看着很简单，但实际操作的时候不是漏气，就是把塞子上的洞眼开大了，而且不同的气门芯效果也不一样。想到的和能不能做到真的不是一回事啊！学生在制作过程中碰到的一个个技术难题，需要他们及时调整、选择和决策，这便是技术训练的过程。

教学中，教师给予学生代金券购买材料，让学生比较材料的优劣、明确自己的需要、体验产品设计和现实之间的差距，他们可以通过走访询问、观察等方法收集信息，并从中发现问题。“项目经理”和“代金券”的设置，让整个教学显得很真实，这种真实实际上就是制造一种情境，让学生明确设计是有限制的，制造产品是需要合作的。在学生对设计受到的限制做了全面的梳理和分析之后，就可以提出具体的、具有一定可行性的设计方案了。“代金券”同时也让学生明白，一项成功的设计必须满足现实的要求，且会受到现实条件的制约。此外，教师可以通过讲解建筑工程预算，让学生了解建筑工程成本、经费等都有一定的限制。尤其是最后了解中国长征号系列火箭的过程更是加深了学生对火箭制作的了解，学生们理解了工程成本和技术能力的概念，明白了火箭发展与国家综合实力密切相关，知道了中国火箭发展史的艰辛，了解了中国火箭技术。学生们纷纷表示，长大后愿为中国运载火箭技术的发展努力。