周娟

項(xiàng)目背景

重慶是長江上游地區(qū)最大的港口城市，位于長江和嘉陵江的交匯處，處于四川盆地與長江中下游交往的必經(jīng)之路上，碼頭多、對船的需求量大，具備優(yōu)質(zhì)的地域教育資源。2017 教科版《科學(xué)》教材5 年級下冊第2 單元“船的研究”，以船的演化史為線索，以船的材料、結(jié)構(gòu)、動力等的發(fā)展演變?yōu)閮?nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)識、設(shè)計(jì)、制作船的實(shí)踐活動中，體驗(yàn)生產(chǎn)生活需求對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動作用。

總體目標(biāo)

通過船的設(shè)計(jì)制作、論證改進(jìn)、測試迭代、成果展示，在探究性實(shí)踐、技術(shù)性實(shí)踐、社會性實(shí)踐、審美性實(shí)踐中形成合作、互助、共享的學(xué)習(xí)品質(zhì)，提高動手實(shí)踐能力、分工協(xié)調(diào)能力及團(tuán)隊(duì)合作能力。

知識目標(biāo)

科學(xué)領(lǐng)域

了解船的發(fā)展歷史、種類、載重量、穩(wěn)定性、動力性能、內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、動力裝置及造船材料等科學(xué)知識，認(rèn)識到人類的生產(chǎn)和生活需求推動著科學(xué)、技術(shù)及工程的發(fā)展。

技術(shù)領(lǐng)域

了解常見材料的性能，學(xué)會使用美工刀、鋸、熱熔膠槍等工具；能對材料進(jìn)行簡單的加工、測量、切割等；知道技術(shù)設(shè)計(jì)的一般過程，即問題—設(shè)計(jì)—制作—測試—完善。

工程領(lǐng)域

知道一個(gè)產(chǎn)品的完成要經(jīng)歷設(shè)計(jì)—制作—測試—分析—改進(jìn)—再設(shè)計(jì)—再制作的工程實(shí)踐過程。

數(shù)學(xué)領(lǐng)域

知道船的體積與排開的水量、載重量的關(guān)系，利用數(shù)學(xué)計(jì)算方法了解船的載重量；初步建立數(shù)學(xué)建模思維，能用數(shù)學(xué)方法解決工程問題，做到學(xué)以致用。

能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域知識解決工程設(shè)計(jì)問題，建立提出解決方案—設(shè)計(jì)并制作原型—測試原型—提出新方案—設(shè)計(jì)制作新原型的工程思維過程。

情感目標(biāo)

通過了解船的發(fā)展歷史，感受船的發(fā)明和技術(shù)革新給人類社會發(fā)展帶來的深遠(yuǎn)變化；通過對中國造船業(yè)現(xiàn)狀的了解，培養(yǎng)學(xué)生為祖國船舶事業(yè)而學(xué)習(xí)的愛國情懷和使命感；通過設(shè)計(jì)和制作船的活動，體驗(yàn)“做”的樂趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

課時(shí)安排

24 ～ 28 課時(shí)。

實(shí)施對象及時(shí)間

對象：“奇思妙想”社團(tuán)（5—6 年級部分學(xué)生，共32 人）。

時(shí)間：每天課后延時(shí)服務(wù)。

項(xiàng)目實(shí)施過程

為了更有效地進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識和問題解決能力，在活動方式上，各小組將學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分解，拆分給組內(nèi)不同成員；各組承擔(dān)相同子任務(wù)的成員重新分組進(jìn)行學(xué)習(xí)，開展同領(lǐng)域的探究研討；完成子任務(wù)學(xué)習(xí)后，組員回到原組，將學(xué)習(xí)成果進(jìn)行分享；組員將分解的子任務(wù)進(jìn)行整合，通過各自掌握的知識和技能，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

階段 1. 組建團(tuán)隊(duì)，明確核心任務(wù)及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目開始前，通過“快速反應(yīng)”和“我的自畫像”等破冰活動，營造輕松、歡樂的課堂氛圍，促進(jìn)學(xué)生間的相互認(rèn)識和了解，自由組建4 人小組，展開合作學(xué)習(xí)之旅。

團(tuán)隊(duì)組建完成后，通過視頻觀看、資料閱讀、教師講解等方式了解船的發(fā)展歷史、中國造船業(yè)的現(xiàn)狀及重慶碼頭的地域特點(diǎn)，感受船給人類社會發(fā)展帶來的深遠(yuǎn)影響，以及船在重慶地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位。然后，由中國遠(yuǎn)洋集團(tuán)船長發(fā)布項(xiàng)目招募書，倡議學(xué)生加入“未來船舶工程師”項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生為祖國船舶事業(yè)而學(xué)習(xí)的愛國情懷和使命感。同時(shí)，幫助學(xué)生充分了解本項(xiàng)目的核心任務(wù)：造一艘具有某種特殊功能、外觀獨(dú)特、有一定載重量、能在特定水域獨(dú)立航行至少2 m，且造船成本盡量低的船。

階段 2. 頭腦風(fēng)暴，問題聚焦，分工合作

驅(qū)動性問題1：造一艘船需要考慮哪些因素？

在現(xiàn)實(shí)生活中，造一艘船是一個(gè)龐大的工程，需要考慮的因素很多，如船的大小、載重量、材料、動力、外形等，我們將其歸類整理為4 個(gè)部分：動力、結(jié)構(gòu)、外觀和成本精算，并明確相應(yīng)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

按照聚焦的設(shè)計(jì)因素，將小組內(nèi)成員分為動力設(shè)計(jì)師、外觀設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師和成本精算師，討論并完成小組內(nèi)成員分工。

驅(qū)動性問題2：想造一艘什么樣的船？

小組成員充分發(fā)表自己的想法和意見，對“造一艘怎樣的船”初步達(dá)成共識，用畫圖的方式記錄下來。

階段 3. 造一艘船，需要具備哪些知識和技能？

小組成員根據(jù)組內(nèi)分工，戴上身份徽章，到相應(yīng)的專家組區(qū)域開展學(xué)習(xí)，并做好學(xué)習(xí)記錄。

動力設(shè)計(jì)師：學(xué)習(xí)船的動力發(fā)展史，了解船的動力裝置、動力方式、各種動力的優(yōu)劣、馬達(dá)與螺旋槳的安裝方法等知識。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師：學(xué)習(xí)船設(shè)計(jì)過程中如何實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)合，如船的大小、形狀、船舶載重量等相關(guān)知識。

外觀設(shè)計(jì)師：學(xué)習(xí)船的外觀設(shè)計(jì)需考慮的因素，如何實(shí)現(xiàn)外觀與船功能的結(jié)合等知識。

成本精算師：學(xué)習(xí)造船成本構(gòu)成，了解各種材料及建造工具價(jià)格，在保證船的性能的前提下兼顧成本效益，初步建立成本控制思維。

學(xué)習(xí)完成后，組員在組內(nèi)分享學(xué)習(xí)內(nèi)容，圍繞核心任務(wù)討論設(shè)計(jì)方向和理念，形成統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方案。然后，全班交流設(shè)計(jì)方案，收集修改意見及建議，形成各組的造船方案定稿。

階段 4. 建造一艘船要經(jīng)歷哪些步驟？首要步驟是什么？

● 以觀看視頻、查閱資料等方式了解造船的施工步驟，以中國自主研發(fā)的超大型油輪“遠(yuǎn)福洋”輪的圖紙為例，學(xué)習(xí)船舶圖紙的設(shè)計(jì)與繪制。

● 根據(jù)小組設(shè)計(jì)方案，繪制船的三視圖，即俯視圖、側(cè)視圖和分結(jié)構(gòu)圖。

● 分享、交流與修改。班級內(nèi)分享設(shè)計(jì)方案與圖紙，討論設(shè)計(jì)方案的可行性與合理性，收集修改意見與建議，形成各組的圖紙定稿。

階段 5. 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制作船的實(shí)物模型

● 建造前的準(zhǔn)備工作。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，小組內(nèi)制訂材料和工具清單，到材料超市、工具超市購買所需材料和工具。若需大型工具，比如激光雕刻機(jī)、泡沫切割機(jī)、3D 打印筆等，需提前到工具超市預(yù)定使用時(shí)間。同時(shí)，需制訂船舶建造計(jì)劃表。

● 船舶建造小組成員分工合作，完成船的實(shí)物模型建造（盡量還原設(shè)計(jì)圖）。

● 產(chǎn)品測試與迭代。將做好的船放入水池中測試，觀察存在的問題，小組討論形成修改意見，對船進(jìn)行修改、測試，使其達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果。

階段 6. 讓更多的人知道船的優(yōu)勢

舉辦船舶展覽會。小組內(nèi)確定中心發(fā)言人，圍繞核心任務(wù)，從結(jié)構(gòu)、動力、外觀、成本控制等角度展示船的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)與理念，并現(xiàn)場進(jìn)行船的功能測試。

總結(jié)與反思

本活動課程受到了學(xué)生的熱烈歡迎，尤其進(jìn)入模型制作階段后，很多學(xué)生都不愿下課，希望盡快把船造好下水測試。本課程的實(shí)施，有效提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、跨學(xué)科解決問題能力，以及團(tuán)隊(duì)合作能力。但是也存在一些問題，比如在制作過程中，發(fā)現(xiàn)模型上的問題就直接在作品上修改，未養(yǎng)成先修改設(shè)計(jì)圖的習(xí)慣，導(dǎo)致實(shí)物模型與圖紙不對應(yīng)。此外，原活動設(shè)計(jì)中包括智能編程模塊，希望實(shí)現(xiàn)船的智能驅(qū)動或一些特殊功能，后因掌控板防水問題、線路連接問題等原因取消。下一輪實(shí)施過程中，將提前測試好材料，并適當(dāng)延長編程模塊的時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)船的智能驅(qū)動。

該項(xiàng)目參與了第36 屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員科教創(chuàng)新成果線上交流活動