以学生熟悉的帆船形象导入，直观感受帆船造型美和其中蕴含的工程原理，激发学生制作模型的兴趣和对帆船设计的思考。本项目基于设计思维特征开展课程设计，以“热风帆船的设计与制作”为主题，通过提出问题、集思广益、设计方案、制作调试、探究实验、演进发展6个步骤，进行教学活动。在过程中引领学生感受精心设计、精工制作的乐趣，在调试中引导其主动发现问题并运用创新性思维解决问题，发展其思维能力，并理解工程设计与技术研发的重重困难。最后通过溯源材料发展史，引领学生领略科学家风范，感悟科学家精神，感受增材制造新技术的魅力，增强对祖国现代科技水平的自豪感。 

图1 帆船结构

项目分析

本次活动贯彻设计思维的理念，将复杂的设计问题解构成学生易懂的几个步骤，用模型迭代设计法将学生在整个学习过程中的创新性想法具象化，并在迭代升级过程中充分发挥学生的创造力和想象力。鼓励学生积极交流和讨论，增强表达能力和分析能力；引导学生通过实验探究提升发现问题和解决问题的能力；引领学生在关注科技发展中收获新知识、新思想，领略科学家风范、感悟科学家精神。

图2 天像导航——卫温访台

项目适用年级

本项目适用于小学5年级以上学段，适用于课堂或课外活动等场景。

项目实施

阶段1：认识帆船 

以悉尼歌剧院等帆船形象建筑为导入，引出“帆船”话题，学生通过阅读资料了解中国四大名船，小组讨论归纳帆船的结构和动力来源，以此引起学生的好奇心，激发学生的探索欲望，引导学生自主探究帆船的结构、功能、动力系统。体验展品“卫温访台”感知风对帆船航行的影响，再通过模拟实验，观察蜡烛产生热空气让风轮转动起来，结合生活实例归纳风形成的原因。引导学生探索孔明灯升空的奥秘，思考利用热风推动帆船前进的可能性。

图3 热风帆船模型

阶段2：热风帆船的设计与制作

通过设计研讨会和展品体验完成前期调研, 组织学生对热风帆船构造、作用及设计进行头脑风暴。教师指导学生解构帆船模型并绘制平面设计图，让学生深入理解平面图与立体模型的转化关系，鼓励学生自主完成设计方案和模型。通过视频并按照图纸裁剪实物，利用“下、侧、翻、调”四步法弯折出帆和舵，指导学生完成帆船制作，进行3轮竞速赛。以赛代评完成帆船的调试和评估，观察实验现象，对比分析结构对帆船行进的影响，为探究改进帆船提供研究方向。

阶段3：探究帆船前行方向与速度的影响因素

通过比赛中帆船的实际试航，发现帆船设计缺陷并针对缺陷提出假设，设计实验方案，分析实验结果，探究帆的大小、角度与帆船前进速度的关系。根据实验结果验证假设，改进帆船结构并调整实验方案，反复测试帆船性能，优化设计。通过一系列探究过程，培养学生推测、设计与验证，以及改进设计方案等能力，发展科学思维，体验技术研发过程。最后，学习“蛟龙号”总设计师徐芑南的故事，体会科技工作者研发之路的艰辛，感悟科学家精神。同时，组织学生分享设计过程中的所学所得，启迪学生延伸思考成为一名工程设计师需要具备的素养。

图4 帆船设计图

阶段4： 新材料、新技术、新设计

材料是人类社会发展的物质基础，也是人类社会文明的重要标志，学生通过阅读“材料时代”文本（摘自《迷人的材料》），了解帆船发展历程中出现的新技术与新材料，理解材料对人类文明进步的重大意义：文明时代就是材料时代。然后通过视频了解3D打印技术，利用韦恩图比较3D打印技术与传统制作技术的区别，学会3D建模设计并制作帆船模型，体验增材制造技术带来的新变革，从而实现从帆船的角度领悟工业设计的核心是对材料与技术的认知、改造和创新。