制作纸飞机游戏

2.制作纸飞机游戏

2节课，每节课各90分钟

STEM说明：工程、技术、几何

写作活动：科技写作、创意写作

本教案根据梅·李的创作课堂编写。

在本课中，学生将会学习工程和科技写作的基础知识，同时还会接触对于STEM相关学科从业人士来说非常重要的技能。他们将会明白，尽管科技写作听起来非常无聊，但是它也可以是一件非常有意思和好玩的事。这一点非常重要。在STEM学科相关领域，共同协作少不了沟通交流，而科技写作是沟通交流中十分重要的一部分。清晰明了的科技文章意味着复杂、关键的步骤都被准确地记录了下来，而混沌不堪的科技文章则可能会导致各种混乱。想想一个被乱七八糟的菜谱搅得鸡犬不宁的厨房，你就应该明白我在说什么了。

科技写作对于工程学来说特别重要，因为在工程学中，所有的指示都必须要严格遵守。在本课提供的相对简单的情境中，学生们会明白，当别人在阅读自己的文章时，很可能读者的解读与作者原本的意思并不一致，学生们可以通过不断的尝试和犯错误，慢慢学会如何简明扼要地进行写作。同时，学生们可以从一系列关于纸飞机的游戏中学到工程学最核心最精髓的内容。（没错，我们说的就是游戏，对于许许多多一流的科学家和工程师们来说，他们的工作都是非常有趣的。）另外，作为额外的奖励，学生们还有机会强化一下对几何概念的理解。

大部分学生对科学家及科学家的工作都有自己的印象，虽然这个印象可能并不完全正确，甚至是建立在偏见之上。跟很多人一样，在学生们的想象中，“道德败坏的科学家”的形象往往是穿着实验袍，顶着一头乱糟糟的头发，整天想着做坏事，制作一些会导致世界末日的设备或通过基因剪接来创造怪物。不过，如果你让学生们说说对工程师的印象，他们往往会说不出来。所以，工程师到底是怎样的？工程师与科学家的差别是什么？为什么好的工程师也需要知道如何进行写作？（如果想要对STEM学科进行一个大概的了解，请参阅本书《阅读指南》。）

接下来，我们就简要地讲一讲，虽然这样讲可能太过简单。简单来说，科学家的工作是探索这个世界运转方式的相关知识，而工程师们的工作则是寻求解决问题的办法。（“科学家”这个词的拉丁语词源的意思是“知晓”，而“工程师”这个词的拉丁语词源的意思则是“制作或推进”。）这两个领域有很多相互重叠的部分。科学家们会努力去揭开知识的面纱，然后使这些知识能够被运用于解决问题。在这个过程中，科学家们也有可能会设计一些设备来帮助他们实现自己的目标。工程师们则会用一些已经非常成熟的科学原理来设计一些解决方案（不管是一座新的桥梁、一款新的软件，还是一种医学设备），同时，在进行工程设计的过程中，工程师们也有可能会发现一些新的知识。

如果你的学生还是很难想象一名工程师到底是做什么的，你可以让他们想想钢铁侠（托尼·斯塔克）。钢铁侠拥有两个麻省理工大学工程学硕士学位，他的设备都是他自己设计的。但是，你要记得告诉学生们，大部分工程师并不会穿着带有喷气装置的钢铁外衣与祸害世人的恶霸进行战斗，不过工程师们的工作还是非常有趣和酷炫的。

如果不去计较工作的首要目的的话，科学家们和工程师们的工作方式是非常相似的。不管是科学还是工程学，从根本上来看都是对反馈和迭代的处理过程（关于迭代的更多内容，请参见《科学百科》）。工程师们会进行试验，观察结果，然后利用观察到的结果来改进下一次试验，这一过程跟科学家们不断完善自己的假说和理论的过程基本上没什么差别。

眼下，并不是所有人都对诸如物理、化学、生物这样的科学感兴趣，对于像电子工程、机械工程、化学工程、生物工程和土木工程等工程领域也是如此。不过科学家们和工程师们的工作步骤却适用于所有人。不管是在打造火箭，还是在绘制星空，大家都会进行尝试、观察结果，并且努力在下一次做得更好。正如诺贝尔奖获得者、剧作家塞缪尔·贝克特所写的那样：“努力过，失败过，没关系，屡战屡败，屡败屡战，每一次失败都比上一次更好。”杜克大学工程师亨利·彼得罗夫斯基在他名为《设计是人类的本性》一书中，用近乎相似的方式也表达了同样的观点。

第一课时：设计飞机

纸飞机远远不只是纸张这么简单。在这一课时中，学生们有机会去接触纸飞机中隐含的工程学。同时，学生们还可以通过练习写作简明扼要的制作指南的过程，提高他们科技写作的能力。

简介（少于10分钟）

给学生们一些写作失败的纸飞机折叠方法，然后让他们试着按照方法上的指示折纸飞机。你可以自己写一个，也可以直接使用我们为你准备的这个：

在进行了大概5分钟的时候，问问学生们，看看他们根据这个折叠方法，可以折出什么样的东西，你可以同时将学生们折的“纸飞机”展示给全班同学看。理想的话，学生们折出来的作品基本上跟纸飞机搭不上边，这应该会令他们哈哈大笑。

什么是工程学（10分钟）

问问学生，为什么他们的“纸飞机”看上去一点都不像纸飞机，这样一来，学生们可能会说这个折叠方法写作失败。告诉学生，今天他们将会有机会学习像一名工程师那样进行写作，自己动手写一个更好的折叠方法。

当然了，学生们也会动动手，做一些跟工程学相关的活动。所以首先，问问学生，他们眼中的工程学是怎样的，看看班上的学生能不能达成共同的观点。你可以在这里跟学生们介绍一个非常基础的定义：工程师们利用科学原理，通过工程设计来解决问题。如果学生们提到一些工程师们所做的工作，你可以将学生们提到的例子跟定义联系起来，比如，土木工程师建造桥梁，让我们可以横跨江河湖海，又或是电脑工程师设计微型芯片，每秒能够画出上百万的三角形（这是当代三维图像的基础）。

当学生们理解了工程学的定义之后，简单地跟学生们介绍一下今天课堂的任务。这节课中，学生们并不是要设计真正的飞机，而是要设计一款纸飞机。在设计的时候，要考虑如何让这款纸飞机尽量飞远一些。同时，学生们还需要将制作这款纸飞机的折叠方法写下来，这样其他人才可以根据指示，如法炮制。最后，学生们将会对折好的纸飞机进行测试，看看自己原先折的纸飞机和别人根据自己指示折的纸飞机是否一样，想想技术写作对于每一个纸飞机的质量是否有影响。

动手设计环节：制作自己的纸飞机（20分钟）

接下来，学生们可以利用这段时间，设计并制作一款自己的纸飞机。之后学生们进行折叠方法写作的时候，这款纸飞机将会是写作的对象。为学生们准备好纸飞机图纸（可以从网上下载），学生们可以参考你提供的纸飞机图纸，也可以选择自己从头开始设计。这个环节的重点不在于尽可能多设计几款纸飞机，所以，你在提供基础纸飞机设计图样的时候，最好不要给学生太多选择，一两个就足够了。

相反，这个环节的重点，应该是引导学生们通过非正式的测试，对他们一开始设计出来的飞机进行设计上的改良（走廊就是一个进行测试的好地方）。在这个环节进行了一半的时候，让学生们着手进行一些工程设计，让学生们的纸飞机能够飞得更远。跟学生们说明一些折叠纸飞机常用的方法：机翼的折叠方法、调整升降舵（垂直尾翼）及增加重量（为学生们提供一些回形针）。你还可以向学生们展示几个你事先准备好的纸飞机模型，这可能对学生们也会有所启发。向学生提出一些问题，指出他们所设计的飞机的不足之处，同时为学生提出实验建议。

让学生们知道记笔记对设计和分析自己的飞机是很有帮助的。以下是几个简单的建议：

在本环节的末尾，学生们应该能够确定自己的飞机设计，知道在下一个环节中，他们将具体使用哪一个飞机模型。（在接下来的所有环节中，我们将把学生自己设计的飞机称为“概念飞机”。）

什么是技术写作？（15分钟）

重新组织课堂，看看学生们是否还记得课堂一开始那个写作失败的折叠方法。问问学生们有没有什么办法可以改进这个折叠方法？你可以将学生们的建议写在黑板上、图表纸上，或者是幻灯片上，你也可以将那个折叠方法用幻灯机打出来，让全班同学一起来修改。你可以提类似以下问题：

在学生提出自己的观点和建议之后，跟学生们解释像纸飞机折叠方法这样的文本属于技术写作。（关于这一点，在上一个环节中学生们所记的笔记也是技术写作的一种。）好的技术写作必须要具备以下几个重要的特征，不过作为教师，你应该选择某个你觉得适合你学生的特征，就这个特征进行重点教学。以下是技术写作的写作指南：

1. 使用明白、直接的词汇

2. 不要默认你的读者知道一些他们可能不知道的事情。

3. 在进行方法类指南写作的时候，请牢记以下建议：

在这部分的讨论中，简单引入一些几何的概念会很有帮助。

让我们一起来尝试技术写作！（技术写作35分钟）

接下来是写作时间。给你的学生15分钟的时间，让他们就自己的概念飞机写一份折叠方法。（可能你会觉得15分钟有点短，不过其实足够了。虽然学生们在这15分钟里写出来的折叠方法不太可能是完美的，但这会让接下来的修改完善环节显得更为重要。）如果有学生的概念飞机使用的是网上找来的纸飞机图纸，要确保学生们不会直接照搬照抄这些折叠方法。学生们在写折叠方法的时候，应该假设读者使用的是一张完全没有标记的白纸（而不是他们在前面环节中所使用的纸飞机图纸）。

在完成上面这一步之后，将学生们两两分组，让学生们把自己的折叠方法交给同组的同学。给学生们10分钟的时间，让他们根据手头上的折叠方法，制作相应的纸飞机。（在接下来的行文中，我们将学生们此时做出来的飞机称之为“试做飞机”。）

在学生们动手对同组同学的折叠方法进行实践之后，他们多多少少会留意到一些让他们感到疑惑的地方。举个例子：A学生可能会这样写“在折叠机翼的时候，应该折到中心线的位置”，学生B可能就不清楚，到底是要往上折，还是往下折。

接下来，给学生们5分钟的时间（如果前面的写作和飞机制作环节用时相对较短的话，这个时间也可以稍微延长），问问学生们，通过观察， 哪些折叠方法是比较容易操作的，而哪些则恰恰相反。这一环节将能够帮助每一位学生明白一份好的说明指南应该具备哪些要素。跟学生们强调，在目前这个环节，学生们不用去弄清楚折叠方法中的明确意思，在接下来的环节，会安排时间给学生们去思考。

最后，在课堂的最后五分钟，让学生们就自己刚刚拿到的折叠方法，写下一些需要澄清明确的问题，好让折叠方法的作者进一步修改完善。学生们应该保管好写好的问题，同时还要保管好自己的概念飞机和相应的折叠方法，下一节课再继续。

第二课时：完善折叠方法

所有的工程设计都需要进一步的设计完善。在这节课上，学生们将运用他们新学会的知识来改进自己的飞机，同时完善自己写作的折叠方法。

重折飞机（25分钟）

在课堂一开始，记得看看学生们有没有带自己写的折叠方法及根据该方法试做的飞机，还有同组同学写的问题清单。花上大概5分钟的时间，让学生们回忆一下在上节课中，你们就技术写作和说明指南写作讨论了些什么内容，然后给学生们大概10分钟的时间，让他们对自己上节课写的折叠方法进行修改完善。他们应该就同组同学给出的问题作出回应，而且还应该好好看一下同伴折出来的试做飞机，看看还有没有哪些其他问题是同组同学没有留意到的。在完成这个环节之后（很多学生会提前完成任务，而某些同学可能还需要延长5分钟甚至更长的时间），学生们可以再一次将自己的折叠方法交给与自己同组的同学，让同组的同学用10分钟的时间，再次根据手上的折叠方法折纸飞机（这次折出来的纸飞机在下文中被称之为“终版飞机”）。

相似度评价（5分钟）

在完成“终版飞机”之后（可能有一部分学生可以先行开始），学生们应该将终版飞机交回到相应折叠方法的作者手上。接下来，作者们应当仔细观察“概念飞机”和“终版飞机”，并完成《相似度评分表》。作者们可以通过询问他们的同学（或者任何参与课堂的成年人），请他们对两架飞机的相似度进行打分。相应的纸飞机折叠方法是否清楚明了？最终折出来的纸飞机是否与原来的概念飞机一模一样？学生们应该尽可能多找几个人参与评分，最后求出一个平均值。可能的话，老师可以将结果（最终平均值）记录在黑板上或图表纸上。要大概知道最高分和最低分是多少，以及对应的写作方法是哪一个——这对接下来的讨论环节非常重要。

试飞环节（45分钟）

接下来，是时候对“概念飞机”和“终版飞机”来个测试了。通过试飞，学生们能够看到自己设计的飞机的性能，同时，也能够看出折叠方法的写作质量是如何直接影响飞机，从而造成飞机（及其性能）之间的差异的。

值得注意的是，尽管45分钟貌似很长，但在实际课堂中，可能还需要更多时间。如果能够同时测试多架纸飞机的话（这就需要很多空间以及多把码尺），这部分的时间就比较好把控。如果条件不允许，不能够同时测试多架纸飞机，你可以减少试飞次数，每架飞机只试飞一到两次，但是这样做的话会对数据的质量产生很大的影响。

学生们在试飞的时候会尽己所能让飞机尽可能飞远一些。这时候，你应该跟学生们强调尽可能控制变量的重要性，也就是说，学生们应该尽可能确保每一次放飞都跟之前的试飞差不多。（关于变量和测试，可以详见《科学百科》。）让学生们尽量水平将飞机射出，如果可能的话，飞机离手的高度最好也保持一致。你可以选用码尺或者遮蔽胶带，在墙上做标记，以供学生们参考。同时，要知道，纸飞机放飞的速度，很难保持一致。让学生们想想还有没有其他的变量是需要控制的，理想的话，学生们可能会说出放飞速度以及其他几个变量。如果学生们能够想出控制这些变量的方法的话，不妨试一试！（例如：可以规定放飞角度，让学生们在某一固定点射出飞机，同时要求飞机要瞄准用绳子或胶带标示的某个目标。）

让学生们测量飞机从放飞点到着陆点之间的飞行距离，收集相关数据（这里用码尺最合适不过了）。你也可以让学生们两两协作，这样学生们还可以用秒表或其他计时工具测量飞行时间（以秒计）。不管是概念飞机，还是同组同学制作的终版飞机，试飞次数最好要多于三次，将数据记录在《试飞记录》上，收集完数据之后，学生们应该算出距离和时间的平均值（提醒学生们使用公制单位）。在多次实验数据中求平均值涉及到科学中非常重要的一部分：再现性。每一次试飞的长度（距离也好，时间也罢）基本上不可能是一样的，因为不可能保证每一次试飞的放飞条件一模一样。取平均值则是科学上消除这些差异影响的正确方式——这样可以避免学生个人的偏见及只取“最好”数据的倾向。

数据分析（10分钟）

让学生们使用《平面图测量表》大概估测一下概念飞机的平面面积大小。（这一步的关键在于，学生们会在方格纸上画出纸飞机机翼平面轮廓，方格纸上每个方格的面积为1平方厘米，然后通过数格子的方式，数数看纸飞机的轮廓覆盖了多少个格子，从而得出平面面积。）接下来，老师可以决定要不要让学生们进行《扩展活动（选用）》所说的活动，将纸飞机的一些信息录入到一个在线的电子表格中，之后这个电子表格会自动计算相应纸飞机的升力系数和阻力系数。如果学生们能够明白纸飞机外形、升力和阻力之间的关系的话，课堂结束前的对话环节内容将会更加丰富。

总结（10分钟）

进行到这一步，老师应该对学生们所写作的折叠方法以及折出来的纸飞机也有了评价，记得要重点评价几个折叠方法的写作范本（小结什么样的具体描述、短语和用法说明是最明晰的）和纸飞机设计范本（可以从飞行时长、距离等因素进行判断，另外，如果学生们又完成扩展活动的话，还可以根据升阻比、升力系数和阻力系数来进行进一步评价）。老师还应该利用机会，将差别比较大的概念飞机和终版飞机与不明晰的折叠方法联系起来。在这些差别比较大的组别中，终版飞机的性能可能会比较差，不过也有比概念飞机要好一些的可能——如果出现这种情况，老师应该让学生思考一下为什么纸飞机性能上会有这样的区别。另外，更重要的是要问问学生：在下一次折叠纸飞机的时候，要如何保留这些改进？（答案提示：技术写作。）

这时候老师不应该唱独角戏，要确保学生有机会能够将自己关于写作和工程学的思考和观察表达出来。你可以选择给予学生一定的奖励。（这部分也可以为课堂带来乐趣。举个例子，可以奖励学生不同颜色的折纸用箔纸，可以事先折成纸飞机，也可以让获奖的同学自己折，这样，既可以把纸飞机当作奖品，也可以当作活动的纪念品。）

在课堂的结尾，让学生们说说他们认为自己的纸飞机设计和折叠方法还可以在哪些方面有所改进，同时复习一下学生们在课堂上发现的内容。

科学就是用欣赏的眼光去看待我们所处的奇妙世界和宇宙中的方方面面！没有什么话题是过于微不足道的，也没有什么甜点不值得科学家们去一探究竟。作为科学家，最不可思议的天赋便是能够拥有科学所需的技能组合，以及想要通过新方式来探索世界的智慧。宇宙中每一件事物都有可能会让我们感到吃惊，教会我们新的内容，或者是对我们有所启发。作为一名科学家，最有意思的是，一旦你的大脑开始意识到学习、探索和分析的可能性的时候，天空才是你的极限，也就是说一切皆有可能。在本教案中，我们将会向你阐明这一点。一次调查往往会引向下一次的调查，可能在不知不觉之中，你的研究对象，已经从冰淇淋延伸到宇宙的外缘。这就是作为一名科学家所从事的事业。

——马伊姆·拜力克

马伊姆·拜力克是美国哥伦比亚广播公司发行的美剧《生活大爆炸》中的神经生物学家艾米·法勒·福勒的扮演者。她凭借《生活大爆炸》中的艾米一角获得三届艾美奖最佳喜剧女配角提名，以及一次美国演员工会奖。她于2007年成功取得加利福尼亚大学洛杉矶分校神经生物学博士学位。她的博士毕业论文研究的是催产素和抗利尿激素对Prader-Willi综合征青少年患者的强迫性神经失调的作用。