黄海

【摘要】通过对固定翼航模动力和机翼的学习和讨论，启发学生制作电动航空模型，重点是让学生解决一个开放性问题。学习过程贴近现实，对学生的创造性、批判性思维能力、沟通和协作能力、解决现实问题能力都会有极大的提升。

【关键词】航空模型 STEM

【中图分类号】G632.4

【文献标识码】A

【文章编号】1992-7711（2020）14-163-01

一、教学目标和内容

提高学生综合运用跨学科知识解决实际问题的能力，培养创新精神。涉及工程、物理、技术、数学、写作五个领域，以使用无刷电机为驱动方式，设计制造一架遥控固定翼航模飞机，撰写技术文档。学习使用各种工具，教学时间为130分钟。

二、教师引入过程

引导学生讨论：飞机飞行时，动力特点？机翼的构造特点？

把学生分成小组，由组长对各阶段工作进行分工。组长组织讨论，学生充分表达自己的想法。教师注意巡视，观察学生讨论参与情况。各小组可以把讨论情况写在自己小组的小黑板上。允许学生在课前收集资料。举例如下：

螺旋桨在飞机前头的、在机翼两端的。发动机在机翼两端的、在飞机尾部的。

现代飞机一般都是单翼机，但历史上也曾流行过双翼机、三翼机和多翼机。根据单翼机的机翼与机身的连接方式可分为下单翼、中单翼、上单翼。

学生有准备图片的，可以由组长代表小组展示图片。否则，教师进行归纳时，配以图片讲解。

根据动力情况，教师也要进行归纳、分类。

反作用力类别：指在飞机上产生一个向空气的作用力，利用力的相互作用力推动飞机前进。动量守恒类别：利用飞机向后分离一个有质量和速度的物体，使飞机获得一个相反方向的动量，如向后抛东西等。

学生根据图片进行分类识别。

通过这个学习过程，学生对飞机有进一步认识。

三、小组合作设计、制作

1.出示任务和评价表

（1）任务：选择材料，制作一架遥控电动航模飞机。

（2）材料：遥控器、接收机、泡沫塑料、KT板、锂电池、电子调速器、航模胶水、无刷电机、碳纤维杆、方向舵机、升降舵机。

2.信息收集（课前完成）

教师组织学生运用信息收集手段对现实中飞机的机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置等信息进行收集。各小组调研后提交详细的调研报告，作为汇报展示的一部分。

3.设计方案

小组进行讨论，确定要制作的飞机的外形、动力方式，并画出设计图。教师对学生进行指导，帮助学生完成完善设计方案、评估可行性和制作难度，帮助学生解决结构设计，电路设计、驱动和控制设计等方面的问题。

4.制作原型机

各小组按照设计方案进行制作、并进行手抛检查飞行轨迹。教师要进行巡视，并提出问题进行引导。教师可以进行设问：为什么你设计的飞机头朝下？为什么飞机会向左或向右偏？如何进行调整？副翼、方向舵、升降舵是如何控制飞机的？

5.知识性讲解

如果学生对流速与压强、重力、升力、阻力等概念不是很理解，教师要进行适时解答或讲解。

6.撰写技术文档，交换文档，试制飞机

安排学生15分钟时间，撰写飞机制作步骤。教师巡视并点评，让学生了解优秀的文档的写作关键。

教师要求不同组交换文档，引导学生分析别人写的文档。

这份文档哪些地方是表述不清楚的？哪些是地方不符合科学原理？怎样改进？步骤是否完整？次序是否合理可行？有没有更好的方案？有哪些术语是你不熟悉的？有没有看不懂的地方？

教师归纳：学会撰写技术文档，在设计——实验——改进流程中培养工程思维，掌握与他人沟通的基本技能，学会清晰地表达自己的想法。

学生根据技术文档制作飞机。在制作过程中，适时记录文档中出现的问题，要求作者要进一步明确制作方法，然后把飞机和文档一起交给作者。

7.改进技术文档，制作定型机

每一组对于文档中的问题进行分析、修改，并且重新制作飞机，作为定型机。

8.展示评价

对原型机和定型机同时展示，各小组进行交流。

9.調试和试飞

各小组对飞机进行调试，调试要注意安全，教师先统一要求不安装螺旋桨，让学生先对副翼、升降舵和方向舵进行调试。正确后再安装桨。

教师巡视提问：副翼和各个舵方向是否正确？如何调整？电机驱动方向是否正确？如何调整？

试飞注意让学生每次只让一架飞机升空，其他学生一边观察一边做记录，并进行分析、讨论。

四、展示汇报

包括调研报告和飞行汇报。要展示设计思路、制作过程、遇到的困难和解决过程。

五、结语

航模涵盖空气动力学、力学、机械学、材料学、数学等多学科知识。在开放性的设计、制作、放飞、调试等过程中，培养了学生的实践创新能力和合作精神。突出培养了学生的工程意识的和技术文档的写作能力，全面提升了学生的综合素质。

【参考文献】

[1]吴晓红，田小兰，蒋思雪.以培养学生STEM素养为目标的项目化学习设计一以“爱护水资源为例”[J].化学教学，2017年第12期.