李佩寧+++高大偉

一、課程重點(diǎn)

本課程旨在讓學(xué)生習(xí)得工程技術(shù)文檔寫作的能力。在STEM領(lǐng)域，這是一種十分重要的基礎(chǔ)技能，因?yàn)楹献髡咧g溝通和協(xié)作的效果經(jīng)常有賴于一篇指引文檔是否清晰明了。這種能力在生活中也常會(huì)用到。例如，一篇好的菜譜會(huì)幫助人們做出好菜，但是缺乏清晰邏輯指引的菜譜會(huì)把廚房弄得一團(tuán)糟。并非每一個(gè)學(xué)生都想成為科學(xué)家或者工程師，但是這種系統(tǒng)性的邏輯思維無論是用來設(shè)計(jì)建造火箭，還是用來籌備一次其他領(lǐng)域的活動(dòng)，都能用得上。

【涉及領(lǐng)域】工程、技術(shù)、幾何學(xué)、物理、寫作

【建議年級(jí)】小學(xué)中年級(jí)

【建議時(shí)間】基礎(chǔ)課程100分鐘，完整課程190分鐘（含進(jìn)階部分）

二、課程任務(wù)

通過撰寫紙飛機(jī)制作指引文檔并交換制作，使學(xué)生了解“設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)—改進(jìn)”的工程設(shè)計(jì)循環(huán)，掌握與他人溝通交流的基本技能，體會(huì)如何清楚明晰地描述自己的想法。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（15分鐘）

給學(xué)生出示一份寫得不好的紙飛機(jī)折疊指引文檔（見附錄1）。要求學(xué)生按照指引，折一架紙飛機(jī)。

學(xué)生可能會(huì)提出很多問題，但教師暫時(shí)不回答這些問題，請(qǐng)學(xué)生按照自己對(duì)指引的理解折紙。折好以后，讓學(xué)生互相比較各自的紙飛機(jī)有什么不同。有些學(xué)生按照這份指引折出來的紙飛機(jī)可能一點(diǎn)也不像飛機(jī)。

向?qū)W生提問：為什么大家按照同一個(gè)指引來工作，結(jié)果卻存在差異？學(xué)生可能會(huì)說“指引寫得太差了”。接下來教師向?qū)W生宣布：今天大家要扮演一個(gè)工程師，按照工程師的工作方式，寫出一份優(yōu)秀的工程技術(shù)文檔。

向?qū)W生宣布任務(wù)和評(píng)價(jià)量規(guī)：設(shè)計(jì)制作一架紙飛機(jī)，然后將紙飛機(jī)的制作方法寫成技術(shù)文檔，交給另一名學(xué)生來制作。通過比較自己制作的“原型機(jī)”與合作伙伴根據(jù)文檔制作的“量產(chǎn)機(jī)”，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖對(duì)紙飛機(jī)的制作產(chǎn)生了哪些影響。呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見附錄2）。

2.了解工程師/科學(xué)家（*進(jìn)階部分，10分鐘）

把學(xué)生分為4～6人一組，對(duì)以下問題進(jìn)行討論并達(dá)成共識(shí)：什么樣的人會(huì)被稱為工程師？他們平時(shí)負(fù)責(zé)處理哪些工作？在學(xué)生回答后，教師給出如下總結(jié)和舉例：工程師通過設(shè)計(jì)制造一些工具來處理解決問題，他們需要遵循科學(xué)規(guī)律來工作，例如橋梁工程師設(shè)計(jì)建造大橋，電腦工程師設(shè)計(jì)制造芯片等（參考附錄5）。

3.設(shè)計(jì)并制作原型機(jī)（15分鐘）

要求每位學(xué)生開始設(shè)計(jì)制作一架紙飛機(jī)。這架飛機(jī)叫做“原型機(jī)”。制作之前可以向?qū)W生展示一些紙飛機(jī)的成品和視頻（包括兩三種最基本的形式即可，不宜太多），使學(xué)生從中獲得一些設(shè)計(jì)制作的靈感。

如果人數(shù)較多，也可以要求學(xué)生先在紙上畫出草圖后再制作。在制作過程中，學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量和測(cè)試，不斷改進(jìn)原來的設(shè)計(jì)。教師在巡視過程中可用以下問題對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。

（1）為什么你的飛機(jī)頭朝下栽？

（2）為什么你的飛機(jī)左偏或右偏？

（3）觀察一下，整架飛機(jī)上哪個(gè)部分是可以動(dòng)作的？注意看機(jī)翼和尾翼上的襟翼動(dòng)作。

也許有部分學(xué)生不能意識(shí)到畫圖和數(shù)據(jù)記錄有助于設(shè)計(jì)，教師可給這部分學(xué)生如下建議：

（1）畫圖并標(biāo)記；

（2）對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行一些測(cè)量，如長(zhǎng)、寬、配重位置等；

（3）在修改設(shè)計(jì)的過程中，記錄每次做出的設(shè)計(jì)改動(dòng)和產(chǎn)生的效果。

4.知識(shí)性講解（*進(jìn)階部分，10分鐘）

如果學(xué)生對(duì)升力、重力、牽引力和阻力的概念不理解，可能會(huì)需要教師進(jìn)行講解。要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成原型機(jī)的設(shè)計(jì)和制作，進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。

5.了解工程技術(shù)文檔寫作（5分鐘）

將導(dǎo)入環(huán)節(jié)給學(xué)生看的不好的指引文檔拿出來，讓學(xué)生討論這個(gè)指引究竟在哪些地方出現(xiàn)了問題。這里可以運(yùn)用圓形圖來進(jìn)行歸納（見圖1）。下面的問題可以用來引導(dǎo)學(xué)生。

（1）這份指引哪個(gè)地方是模糊不清的？

（2）哪些地方可以改進(jìn)？怎么改進(jìn)？

（3）哪些步驟缺少或者順序錯(cuò)了？

（4）一份飛機(jī)制作工程技術(shù)文檔應(yīng)當(dāng)包含哪些內(nèi)容？

（5）哪些術(shù)語是你不熟悉的？

收集整理學(xué)生提出的問題，并告知學(xué)生這些建議其實(shí)就是一份工程技術(shù)文檔寫作時(shí)所要遵循的要點(diǎn)。

6.寫作設(shè)計(jì)文檔、試制紙飛機(jī)（30分鐘）

給學(xué)生15分鐘，寫出原型機(jī)的技術(shù)文檔。注意：先不要給學(xué)生看到過多的制作紙飛機(jī)的指引文檔模板，以免學(xué)生進(jìn)行過多模仿而不能使用自己的思路。在白紙上進(jìn)行文檔寫作即可。

接下來讓學(xué)生兩人一組，互相交換紙飛機(jī)制作技術(shù)文檔，根據(jù)對(duì)方文檔制作“試制機(jī)”。注意：只能依據(jù)文檔制作，學(xué)生之間不能進(jìn)行直接言語交流或折紙示范。如果有必要，可以先將所有的原型機(jī)簽名后收上來，避免學(xué)生直接模仿原型機(jī)。

教師巡視，發(fā)現(xiàn)寫得好的文檔，公開展示。此舉有助于學(xué)生理解什么是“清晰明了的指引”。但是此時(shí)并不需要文檔作者進(jìn)行補(bǔ)充說明。學(xué)生制作完成后，要求他們?cè)谑种械奈臋n上標(biāo)出哪些部分需要作者進(jìn)一步明晰，并將根據(jù)此文檔制作的飛機(jī)一并交還給文檔作者。

7.改進(jìn)設(shè)計(jì)文檔，制作定型機(jī)（25分鐘）

每位學(xué)生對(duì)搭檔提出的文檔中的問題逐一細(xì)讀，并做出反饋。反饋包括兩個(gè)部分：一是對(duì)于自己寫的技術(shù)文檔中沒有寫清楚的部分做出改進(jìn)；二是把搭檔按文檔所做的紙飛機(jī)中與原型機(jī)不一樣的地方記錄下來。接下來在第一份文檔的基礎(chǔ)上重新制作一份新的紙飛機(jī)制作指引文檔，并與搭檔互換，雙方根據(jù)新的指引文檔重新制作紙飛機(jī)，即“定型機(jī)”。

8.評(píng)價(jià)異同點(diǎn)（*進(jìn)階部分，10分鐘）

學(xué)生制作完成“定型機(jī)”后，將作品交給文檔作者。文檔作者取回自己的“原型機(jī)”，與“定型機(jī)”一起，交由其他人（可以是自己的同學(xué)、教師或路人等）進(jìn)行評(píng)價(jià)，在“原型機(jī)和定型機(jī)相似性評(píng)價(jià)表格”（見附錄4）上記錄分?jǐn)?shù)，然后取平均值。教師在黑板上記錄每個(gè)人的分?jǐn)?shù)。

9.試飛（*進(jìn)階部分，45分鐘）

“原型機(jī)”和“定型機(jī)”都應(yīng)該參加最終的試飛。在飛行實(shí)驗(yàn)記錄單上（見附錄3）記錄試飛數(shù)據(jù)。學(xué)生將在這一過程中體會(huì)到“指引寫作的質(zhì)量將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量”。

建議學(xué)生按組依次試飛，用膠帶記錄每一次試飛的結(jié)果，一組結(jié)束后再統(tǒng)一測(cè)量。由于在工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐中經(jīng)常需要多次測(cè)量以消除誤差，因此建議每只紙飛機(jī)至少試飛3～5次，最后取平均值。如果因人數(shù)多、時(shí)間不足、場(chǎng)地不支持等原因而只試飛1～2次，測(cè)量誤差較大。

試飛時(shí)需要注意，對(duì)紙飛機(jī)出手的高度、水平度和力量都要統(tǒng)一。引導(dǎo)學(xué)生分組討論：試飛時(shí)會(huì)有哪些因素影響飛行結(jié)果（可使用圓圈圖，參見圖1）。通過討論確定一個(gè)大家公認(rèn)起飛高度和角度，用膠帶在墻上標(biāo)記出來，供大家練習(xí)。當(dāng)學(xué)生認(rèn)為自己可以很好地遵循這一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，讓學(xué)生搭檔兩兩一組開始試飛，并由其他組的學(xué)生記錄（例如，A組飛的時(shí)候B組對(duì)應(yīng)號(hào)碼的同學(xué)記錄，然后交換）。測(cè)量項(xiàng)目包括原型機(jī)和定型機(jī)的飛行距離和滯空時(shí)間，取平均值消除誤差，避免學(xué)生選取“最好的”數(shù)據(jù)。

10.數(shù)據(jù)分析（*進(jìn)階部分，15分鐘）

接下來要花一些時(shí)間填寫飛行參數(shù)記錄表（見附錄6）。學(xué)生需要測(cè)量最大翼面積，利用公式計(jì)算出一系列數(shù)據(jù)（見附錄5）。這一步完成后，在接下來的討論中，學(xué)生就會(huì)用到如“升力”“阻力”“升阻比”“升力系數(shù)”“阻力系數(shù)”等術(shù)語，幫助他們建構(gòu)這一方面的知識(shí)。

11.總結(jié)（10分鐘）

選擇學(xué)生所寫指引文檔中的優(yōu)秀作品，與全體學(xué)生分享。也可以把一些原型機(jī)和定型機(jī)差別過大的例子挑選出來，讓學(xué)生分析指引文檔在哪里出現(xiàn)了問題。試飛的結(jié)果有可能是原型機(jī)飛得更好，也有可能根據(jù)文檔制作的定型機(jī)飛得更好。引導(dǎo)學(xué)生討論為什么發(fā)生了這種情況，哪些因素對(duì)此造成了影響，并讓學(xué)生提出下一步改進(jìn)的方法。學(xué)生還可以對(duì)自己在整個(gè)“設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)—改進(jìn)”的過程中獲得的經(jīng)驗(yàn)和感受進(jìn)行分享。最后，根據(jù)評(píng)價(jià)量規(guī)，適當(dāng)設(shè)置一些獎(jiǎng)項(xiàng)。

附錄1：紙飛機(jī)制作指引文檔

將A4紙對(duì)折；選兩角向內(nèi)對(duì)折；然后把三角再向內(nèi)對(duì)折一次；將紙對(duì)折起來，將兩側(cè)斜邊向外折；最后用曲別針固定后部。

附錄2：活動(dòng)評(píng)價(jià)量規(guī)

附錄3：飛行實(shí)驗(yàn)記錄

設(shè)計(jì)工程師： 制造工程師： 機(jī)型：

序號(hào)： 飛行距離： 滯空時(shí)間： 備注：

序號(hào)： 飛行距離： 滯空時(shí)間： 備注：

序號(hào)： 飛行距離： 滯空時(shí)間： 備注：

……

平均飛行距離： 平均滯空時(shí)間：

附錄4：原型機(jī)和定型機(jī)相似性評(píng)價(jià)表格

附錄5：參考資料

【參考資料1】工程師和科學(xué)家有什么區(qū)別？http：//blog.sina.com.cn/probenotes？

科學(xué)家側(cè)重于研究某一事物的自然規(guī)律，而工程師則側(cè)重于利用科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律去設(shè)計(jì)發(fā)明某一適應(yīng)市場(chǎng)需要的產(chǎn)品?？茖W(xué)家和工程師是相互配合的關(guān)系。通常科學(xué)家的一項(xiàng)理論，需要大量的工程師和技術(shù)工人經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間默默無聞的努力工作，才能創(chuàng)造出一系列“核心”技術(shù)……一個(gè)國(guó)家工程師與技術(shù)工人的水平，決定了其產(chǎn)品的水平。（節(jié)選，原文見所附網(wǎng)址）

【參考資料2】技術(shù)性文檔寫作建議

1.遣詞造句要簡(jiǎn)明扼要

（1）在平實(shí)的和花哨的描述詞中，選擇平實(shí)的那個(gè)（例如，“沿長(zhǎng)邊折疊”比“沿X軸折疊”更合適）；

（2）只有確認(rèn)讀者理解某個(gè)專有名詞時(shí)，才使用這個(gè)詞（例如“折出3毫米襟翼”，要先告訴過讀者“機(jī)翼尾部在水平方向上的副翼叫襟翼，它可以調(diào)整升力和阻力的大小”）。

2.不要假設(shè)讀者懂某個(gè)概念，而是假設(shè)他們不懂

（1）如果所用詞語還有別的意思，要指出在這個(gè)項(xiàng)目中所代表的意思；

（2）盡量不要使用術(shù)語，因?yàn)樽x者可能看不懂；

（3）要假設(shè)你的讀者從來都沒有做過類似的事，例如在這個(gè)項(xiàng)目中要假設(shè)他們都沒有玩過紙飛機(jī)。

3.其他貼士

（1）使用祈使句；

（2）按照邏輯順序，逐步列出制作步驟；

（3）可用圖形、表格輔助文檔，還可用顏色筆標(biāo)記以便區(qū)分。

【參考資料3】相關(guān)計(jì)算公式

（1）飛機(jī)重量（g）=每張紙5g+每個(gè)別針2g

（2）飛行速度（m/s）=飛行距離（m）/滯空時(shí)間（s）

（3）阻比=飛行距離（m）/起飛高度（m）

（4）升力（N）=飛機(jī)重量（kg）×重力加速度（N/kg）

（5）阻力（N）=升力（N）/升阻比

（6）升力系數(shù)=升力×2/空氣密度×飛行速度2×翼展面積（m2）（地面空氣密度約等于0.001275kg/m3）

（7）阻力系數(shù)=升力系數(shù)/升阻比