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科教资源 | “创意飞行器设计与试飞”科技教育活动

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中国科技教育

2022-01-21 19:24

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该项目参与了第35届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科教创新成果线上交流活动

作者:杨钦贞(北京市第三十五中学)

活动背景

蓝天、无人作战飞机是全世界飞行器设计领域研究关注的重点之一。

航空和飞行曾是很多人童年的梦想。飞机是怎样飞起来的,什么样的飞机性能更好,如何制造飞机⋯⋯很多同学对航空充满了好奇心。考虑到高中学生的知识结构和接受能力,本课程将航空专业课程中一部分相对易于实现且比较有趣的内容加以凝练呈现给学生,满足了学有余力的同学了解航空的渴望,同时也为未来有志报考大学航空专业的学生打下基础。

活动目标

知识与技能:①了解飞行器和无人机技术在生活和生产中的应用。②以飞行器为载体,了解技术设计的基本知识,初步掌握技术设计的一般流程和基本技能,能对技术设计的过程、方案和成果作出比较全面的评价。③能识读和绘制一些简单的技术图样。④通过设计与制作飞行器,了解结构、系统、控制、流程等基本知识。⑤熟悉KT板、泡沫塑料、ABS塑料、密度板、实木板、金属等材料的属性及加工方法,能根据设计方案选择合适的材料加工制作创意飞行器。⑥能对飞行器进行基本的技术测试和技术指标测量,会写简单的技术测试和技术实验报告。

过程与方法:①经历将需求和愿望确认为值得解决的技术问题并形成设计方案的过程,初步学会从技术角度提出问题、解决问题,能多角度提出解决问题的方案,发展批判性思维和创造力。②经历将飞行器设计方案转化为产品的过程,初步学会模型或产品的制作、装配、调试的方法,体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创造性,发展动手实践能力。③经历飞行器测试、交流与评价的过程,初步学会一些交流技术的方法,发展表达和评价能力。④经历观察、设想、安装、测试、调试、测量等技术实验过程,学会简单的技术实验方法,理解技术实验在技术发明和技术革新中的作用,形成初步的技术实验能力。⑤经历飞行器设计、制作和评价的活动过程,初步掌握基本的技术学习方法和技术探究方法,具有初步参与技术活动的能力和使用技术及其产品的能力,发展决策能力、创新能力和终身学习能力。

活动对象

活动对象为有一定物理和数学知识基础的高中生,为了教师能够全面指导并让学生深入参与到活动过程中,每次活动人数在30人左右。

活动重点、难点和创新点

重点:飞行器的飞行原理、飞行器设计的方法及原理。

难点:动手制作飞行器并根据试飞结果进行分析和改进。

创新点:学生不是简单地拼装套材,而是通过“方案设计—动手制作—调试试飞—设计改进”多个环节充分激发学生对航空的兴趣,全面培养学生的科学素养和实践能力。

活动内容

第1阶段:查一查——飞机飞行的原理

提出问题:鸟儿为什么能飞?飞机为什么能飞?从生活中常见现象入手,激发学生兴趣。

调研与小组讨论:查阅文献,分组,每小组完成以下的1个问题:飞机能够生产升力的原理,有哪些措施可以增加飞机的升力;飞机所受的阻力,有哪些措施可以减小飞机的阻力;飞机的稳定性及操纵性;飞机气动布局的分类。

交流环节:各组学生将调研及讨论结果做成PPT互相交流。根据各组汇报的结果,指导教师结合《飞行员之眼》纪录片进行总结提升,讲述相关知识及原理。

飞行体验:利用航空实验室现有的2台飞行模拟器(塞斯纳172及F/A18舰载机)让学生轮流体验模拟飞行,直观感受飞机的操纵原理。

第2阶段:做一做——飞行器的设计、试飞及改进

讨论设计方案,绘制模型草图:每组学生讨论并制订模型方案,绘制模型草图。

准备所需材料:每组学生根据各自的设计方案列出所需要的实验材料并准备齐全。

制作创意飞行器:学生根据设计方案进行创意飞行器机翼、机身的制作,完成起落架及电机的安装。

试飞及改进:利用实验室的能量站对各组创意飞行器进行试飞并观察飞行器的飞行状况;根据飞行器的飞行状况对飞行器进行改进,保证飞行器可以绕着能量站正常飞行。通过试飞发现飞行器存在的问题,反思并不断改进。

拓展比赛:运用已掌握知识设计一架飞机,比一比谁的飞机可以绕能量站飞得更快。拓宽学生思维,学以致用。

第3阶段:参观航空航天博物馆

组织学生参观北京航空航天大学博物馆,观看馆内陈列的各式各样的飞机,听讲解员讲解爱国航空故事,让学生感受航空发展的历史。

第4阶段:总结交流、展示汇报

参观后,学生上交参观感想,并将整个活动过程制作成展板在学校进行展示,将科技创造美好生活的理念向全体同学传递。

预期效果与呈现方式

活动第1阶段的预期效果是让学生了解有关飞行器的基本知识,呈现方式是每组学生选定一个问题完成一份调研报告,并制作成PPT与其他同学交流。

活动第2阶段的预期效果是学生能根据学到的知识绘制飞行器的草图,并根据草图制作创意飞行器。呈现方式为绘制的设计图和制作出的创意飞行器。

活动第3阶段的预期效果是通过近距离参观不同时期的航空飞行器激发学生的兴趣。呈现形式是让学生撰写参观体会并互相交流。

活动第4阶段的预期效果是学生能够将科技创造美好生活的理念向全体同学传递。呈现方式是学生将活动过程制作成展板,在学校活动中对公众展示。

效果评价

活动评价主要从两方面展开:一是过程性评价,通过学生在小组讨论、调研、动手制作过程中的表现进行综合评价;二是结果性评价,根据学生的调研报告、汇报PPT、制作的最终作品及活动结束后的展板的制作情况进行评价。

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原文刊载于《中国科技教育》2021年第10期科教展台 栏目,作者:杨钦贞(北京第三十五中学)。本文有删减,中国青少年科技辅导员协会会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。

公众号:中国科技教育

微信号:cnstedu

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