STEAM项目案例-回力车的制作与研究

易拉罐回力车的制作与研究安吉县南北湖小学伊星成一、项目背景本项目案例改编于浙教版小学《劳动与技术》中《回力车》一课，但与之不同的是侧重于对回力原理的探究以及弹力、配重、推行距离对回力车行驶距离影响的研究。为增加项目趣味性以及与《劳动与技术》学科的区别，本以校级活动的方式进行项目开展，制定了校级回力车锦标赛。二、活动目标三、活动重、难点1.活动重点：通过实践和研究，掌握回力的基本原理，会利用回力原理设计和制作可以用于实验的车辆，并在实验数据的帮助下对车辆进行二次修改和完善。初步感知多学科融合下的STEAM课程所对应解决问题的能力形成。2.活动难点：实际生活技术的学习和掌握，如铁丝的折和绑、实验数据所对应的问题理解，形成优化思想。四、活动准备1.学生准备：材料：易拉罐、饮料瓶、瓦楞纸（各类包装盒）、废电池、废光盘等生活常见杂物和垃圾工具：剪刀、胶水2.教师准备：材料：细铁丝、牙签、皮筋S（科学）通过制作和实验活动，理解和掌握回力在本课中的重要作用，会利用回力原理设计和制作一种回力车。T（技术）学习和掌握铁丝捆绑、铝制罐体裁剪和打孔、秒表的使用等技术和技能。E（工程）利用回力原理，自主设计和制作一辆回力车，并能够通过实验，改变车子的行驶速度。A（艺术）设计出结构完整、牢固、美观并可以进行试验的回力车。M（数学）能够利用数学知识，记录、分析皮筋数量和配重质量对回力车产生的影响，并能够运用此原理改变车速和行驶距离。工具：尖嘴钳、锥子、秒表五、项目课时安排活动一主要突出：以科学的视角认识回力，以技术的层面开展设计，以艺术的眼光审视图纸。活动二主要突出：在制作中学习技术，在美化中展现艺术，在成车中体现工程，在测试中应用数学。活动三主要突出：数学使数据更有说服力，科学让疑惑得以好理解，技术让想法得以示你我。六、项目实施过程活动一：理解和设计（1课时）1.项目开展为增加学生参与积极性和趣味性，开展校级回力车锦标赛，并设置相关要求。（图为回力原理理解图）2.回力的由来通过介绍一些生活中常见的具备回力原理的物品，让学生理解：什么是回力？3.视频启迪通过观看回力车运动状态下的视频，启发学生思考：（1）一辆回力车由几个部分组成？（2）猜一猜它的内部有什么？4.聪明泉出示任务1:用废电池、铁丝、橡皮筋设计一个回力装置。（1）组内自由讨论和交流。（2）将想法绘制于设计表中。（3）讨论过程中教师进行参与学生互动并选择具备代表性作品。（图为部分学生设计作品）5.交流坊（1）小组选派学生代表上台展示小组设计方案。（2）教师主要围绕：如何连接？能否产生回力？这两个要点问题进行点拨和启发。（3）各小组根据所学修改回力装置设计。6.回力车的设计出示任务2:利用准备的材料，设计一辆回力车。（1）小组讨论和设计一辆回力车。（2）将设计图绘制在计划书中，并填写相关思考过程。（3）完成后小组交流设计心得。（图为学生设计作品）7.客观评价（1）对所有小组作品进行客观评价，主要从创意性、实用性、可操作性三个方面进行评价。引导学生对设计图做出客观评定，提高设计针对性。（2）评价采取教师及学生点评，小组投票的方式进行。（3）办法相关奖章。本活动设计意图：本课时通过从感知观察——小组研究——上台展示——教师点评——实际操作这样的流程设计出发，让学生经历从观察——研究——展示——互动——动手的过程，引导学生建立发现问题、分析问题、解决问题的一般步骤和能力。在小组研究过程中主要关注合理性的研究，在上台展示部分则要关注学生各种创意亮点，在点评阶段教师要对本课时要点进行及时点评和指导，帮助学生完善自我设计，提高学习能力。活动二：制作和测试（1课时）1.方法初探任务1:开展小组合作学习，思考以下两个问题：（1）制作回力车的具体步骤有哪些？（2）需要注意什么？学生自学后以流程图的形式归纳小结制作步骤，并提醒学生在使用工具时要注意安全。2.尝试制作任务2:小组合作，制作一辆回力车。（1）帮助学生布置具体分工内容。（2）提示学生注意安全和垃圾整理。（活动分工示意图）（学生操作图）在操作过程中学生如果遇到技术性难题，可以上黑板触发教师预先设置好的流程示意图，每个图后对应有相关教学视频或教师现场教学提示，帮助学生更好地掌握制作技巧，从而突破教学重点和难点。（预先设置好的流程示意图）（现场教学视频）3.测试调整学生完成制作后进行任务3:回力车的测试。方法：将回力车平稳地向前推行一段距离，松开手让车子在回力的作用下往回运动，观察回力车的行驶过程。学生测试过程中教师关注和指导学生对小车行驶途中出现的问题进行深入分析和理解，如：“小车为什么不走？小车为何不走直线？小车为什么走的不稳定？”等等问题，引导他们发现问题、解决问题，并进行二次改进。4.客观评价（1）测试后对所有小组作品进行客观评价，主要从实用性、美观度、返回性三个方面进行评价。（2）评价采取教师及学生点评，小组投票的方式进行。（现场教学求助示意图）（3）办法相关奖章。本活动设计意图：本课时学生从制作流程和步骤入手，到制作方法和技巧的学习与掌握，再到车辆可行性的实践和修正，经历了从“认知——操作——反思——修正”的全过程，在体验中思考，在实践中摸索。充分体现了STEAM教学的融合性，工程学中制作工艺的流程性特征，劳动技术以及材料科学中的冗余与容错的考量。学生在这样的活动中，将会受益匪浅。活动三：实验和改进（2课时）1.问题指引通过活动二的学习，学生已完成了制作和测试环节，并且在活动中已经发现了回力车在行驶过程中的诸多问题，本课时以“回力车跑的快慢可能与什么有关呢？”这一问题引导的方式开展探究性学习。2.任务驱动——回力车速度的研究通过问题指引，学生很快都能找到各自影响回力车行驶快慢可能的因素，于是开展回力车速度的研究，具体任务如下：任务1：回力车速度的研究（1）各小组根据自己小组的影响因素进行试验。实验方法：将回力车从1.5米线处往回拨动推动到起点处，松开手让车子在回力的作用下运动。观察回力车行进距离，用秒表测出行进时间。（2）将实验数据填写在实验单中。（3）温馨提示：秒表使用请轻拿轻放！（图为学生测试过程和实验单）3.数据分析对实验中所得出的数据进行系统分析和及时总结，通过数据分析学生们得到了以下结论：回力车的速度与橡皮筋弹力的大小和配重的重量大小有关。当配重数不变时，皮筋越多，回力车速度越快。当皮筋不变时，配重越多，回力车的速度就越慢。但需要控制一点并不是皮筋数越多、配重越少回力车就能够跑的越快，都需要在一个适量的范围内。学生分析后教师加以理论指导，为何需要在一个适量的范围内才能够产生有效的回力运动。帮助学生建立科学的、实用的知识理念。4．定量研究——回力车距离的研究当学生对于回力车速度快慢与哪些因素有关具备一定理论理解的基础上，引发学生对回力车行驶距离与哪些因素有关的思考。学生很容易就联想到与配重和皮筋数，由此开展回力车距离的研究。具体任务如下：任务2：回力车距离的研究每个小组选取下列两组中的一组不同配比的配重和皮筋数，进行不同距离回力实验，将实验数据以折线图绘在表格中。具体配比如下：1）1皮筋2配重，2皮筋2配重，3皮筋2配重2）1配重2皮筋，2配重2皮筋，3配重2皮筋（图为后期对学生数据进行后期加工后所得示意图）学生得出数据表后针对图表内容对实验数据进行分析和总结，帮助学生梳理皮筋拉力大小和配重对回力车距离的影响。本课时设计意图：本活动利用两课时时间，通过两项实验，延伸和拓展回力车的行驶相关知识。利用不定量测定和定量测定的科学实验方法，让学生能够切身体会回力车的速度和行驶距离受哪些因素的影响。从第一项实验中学生容易看出皮筋与电池的多少与回力车的速度有关。在第二项实验中学生通过图表可以直观地感受弹力大小、推行距离对行驶距离的影响。通过这两项实验的研究和记录，学生们很容易发现配比的不同对回力车的影响，通过实验也可以从中找到最优的配比，从而让回力车又快又远。这充分地体现了工程、数学、技术各学科中都存在的优化思想，对于他们今后从事学习、工作、生活各方面都会产生极其重要的影响。六、活动反思本项目案例以STEAM教育理念为核心，分为三个活动，每一个活动中都强调学科的融合，使学生通过自主、合作、探究的方式进行学习，更多的培养他们动脑与动手相结合的能力。本次活动中，所针对的学生受年龄所限，所以在后面的数据处理上只选取了以0.5米为单位的数据点，而且对于数据所反映出的现象描述也较为模糊和贴近运动实际，没有更为深入的在趋势上的描述和追究，而且对于其他干扰如地面坡度、跑道摩擦等都没有考虑。只是希望通过这样的活动对学生传导要用科学的眼光来看待问题，用逻辑的思维来分析问题，用系统的过程来解决问题，培养他们发现问题、研究问题、解决问题的能力，这应该就是STEAM教学所应该呈现出来的效果。