教案｜四年级水火箭的制作与发射（6 课时）

配套《课程设计.md》。按"知识准备2 + 制作2 + 测试分析2"展开，教学过程采用5E / 五步闭环结构。

课标依据（引用自《义务教育科学课程标准（2022年版2025年修订）》）：3.1（3～4 年级）第 2、4 条；13.1/13.2/13.3（3～4 年级）第 1、2、3、4、5 条。

分组建议：4–5 人/组，设组长（统筹）、安全员（盯规则）、记录员（填表）、发射员（操作）、观察员（测距计时）。角色每课时轮换。

第 1 课时｜引入与问题界定（Engage）

·课题：水火箭为什么能飞起来？

·课时：1

·教学目标：观看航天发射与气球反冲现象，感知"力的相互作用"；能说出本任务的材料与安全限制，形成小组问题界定表。

·教学重难点：重点——引出驱动性问题；难点——把"安全/材料"转化为设计限制条件（对应 13.1 第 1 条）。

·教学准备：火箭发射短视频、气球若干、黑板/海报纸、问题界定表（见量表）。

·数据记录样例：问题界定表（探究问题/目的、限制条件：材料、气压、场地、安全）。

·安全提示：本课不动刀不动气泵；强调后续所有操作须教师许可。

·作业与延伸：回家找 1 个废旧 PET 瓶（仅作观察，不带来校），画一画"我想象中的水火箭"。

第 2 课时｜方案设计与草图（Explore + 13.2）

·课题：我们的水火箭长什么样？

·课时：1

·教学目标：能画出水火箭草图，借助草图说明头锥/箭身/尾翼设计思路；比较不同方案合理性。

·教学重难点：重点——草图表达设计思路（13.2 第 2 条）；难点——尾翼对称对稳定的作用。

·教学准备：教师示范成品、A4 设计纸、彩笔、方案对比表。

·数据记录样例：方案对比表（方案 A/B、头锥形状、尾翼数、预期优缺点、选用哪版及理由）。

·安全提示：草图阶段只用笔和纸；美工刀使用须等制作课由教师协助。

·作业与延伸：用废纸盒练习剪一个对称的尾翼，体会"三等分对称"。

第 3–4 课时｜动手制作（Explore + 13.3）

·课题：按图施工——制作我们的水火箭

·课时：2（连上或分两次）

·教学目标：能按"头锥→箭身→尾翼→安装导向管"顺序制作；会安全使用简单工具；发现不足并改进。

·教学重难点：重点——工序顺序与对称粘贴（13.3 第 4、5 条）；难点——尾翼三等分对称、导向管对正。

·教学准备：PET 瓶、卡纸、剪刀、美工刀(教师)、胶带、量筒、导向管、护目镜、制作顺序清单。

·数据记录样例：制作顺序清单（✅已完成项 + 发现的问题，如"尾翼偏左 5 mm"）。

·安全提示：美工刀仅教师协助；剪刀传递时合拢刀尖朝己；全程护目镜；禁止用瓶盖密闭瓶口替代导向管。

·作业与延伸：回家用文字+图画写"制作日记"一篇（语文融合）。

第 5 课时｜发射测试与数据收集（Explain + 3.1 第 2、4 条）

·课题：水火箭能飞多远？——发射与测量

·课时：1

·教学目标：遵守安全规范完成 3 次发射；用卷尺测距离、计时器测时间；辨认直线/曲线运动；记录原始数据。

·教学重难点：重点——规范发射与准确测量（3.1 第 2 条）；难点——控制变量（固定水量/气压测一次，再变一个因素）。

·教学准备：全套发射装置、护目镜、卷尺、计时器、气压表（教师控）、发射数据记录表、安全线标识。

·数据记录样例（发射数据记录表节选）：

·安全提示：发射时非操作人员退安全线外；如火箭未发射却持续漏气，教师泄压后再处理；严禁手扶导向管发射。

·作业与延伸：回家用尺子量家中物体长度，练习估测（数学融合）。

第 6 课时｜分析改进与分享（Elaborate + Evaluate）

·课题：为什么它飞不远？——改进与友谊赛

·课时：1

·教学目标：分析数据找改进点；改进模型再试；用展板分享"我的改进故事"，完成多元评价。

·教学重难点：重点——基于证据的改进（反思改进能力）；难点——把现象归因到设计（如偏飞→尾翼不对称）。

·教学准备：各组数据表、改进物料、展板/海报纸、评价表（自评/互评/教师/专家）。

·数据记录样例：改进对照表（改进前距离 / 改进措施 / 改进后距离 / 结论）。

·安全提示：二次发射仍须遵守第 5 课时全部安全规范。

·作业与延伸：撰写《我的水火箭报告》（问题—假设—设计—数据—结论），存入综合素质档案。

附：误差分析引导（供教师课堂使用）

·距离测量：卷尺未拉直、落点判断误差→ 多次测量取平均；

·气压读数：打气筒表精度有限、手感差异→ 固定由同一人操作；

·风向影响：户外有风使轨迹偏移→ 记录当时风向，尽量选无风时段；

·水量目测：1/3 靠估，不精确 → 用量筒定量（如固定 400 mL）提高可比性。

课程设计｜为"让自制火箭飞得更远更稳"而改进模型——四年级水火箭的制作与发射

适用年级：四年级｜总课时：6 课时（每生每学期探究任务≥4 课时，本任务满足"做中学"领航行动要求）

主题领域：航空航天（物质科学·力与运动 + 技术与工程·模型制作）

设计依据：《义务教育阶段科学探究实验设计指南》、引用自《义务教育科学课程标准（2022年版2025年修订）》、《义务教育阶段科学教育"做中学"领航行动指南》（2026）

一、方案基本信息

课标依据（精确到编号，引用自《义务教育科学课程标准（2022年版2025年修订）》）

·物质科学核心概念（三）物质的运动与相互作用

·3.1 力是改变物体运动状态的原因（3～4 年级）第 2 条：知道测量距离和时间的常用方法。

·3.1 力是改变物体运动状态的原因（3～4 年级）第 4 条：描述生活中常见物体的直线运动、曲线运动等运动方式，比较不同的运动，举例说明各种运动的形式和特征。

·技术与工程核心概念（十三）工程设计与物化

·13.1 工程需要定义和界定（3～4 年级）第 1 条：描述简单的设计问题，包括材料、时间或成本等限制条件。

·13.2 工程的关键是设计（3～4 年级）第 2 条：借助表格、草图、实物模型、戏剧或故事等方式说明自己的设计思路。

·13.2 工程的关键是设计（3～4 年级）第 3 条：根据需求和限制条件，比较多种可能的解决方案，并初步判断其合理性。

·13.3 工程是设计方案物化的结果（3～4 年级）第 4 条：利用常用工具，对常见材料进行简单加工处理。

·13.3 工程是设计方案物化的结果（3～4 年级）第 5 条：知道制作过程应遵循一定的顺序，制作简单的实物模型；尝试发现实物模型的不足，改进并展示。

说明：水火箭中"反冲"的定量规律在 3～4 年级课标中不作要求，本任务以"力可以改变物体的运动状态"为观念落点，引导学生通过发射现象定性感知"喷出水→火箭飞出"的相互作用，为 5～6 年级"力可以改变物体的运动状态"及更高学段学习奠基，不超前、不臆造条目。

二、真实情境与驱动性问题

真实情境：县乡学校普遍有开阔操场，科技节/课后服务常设"水火箭"项目。水火箭取材于废弃 PET 饮料瓶，成本低、安全性在教师管控下可控，是兼具"航天启蒙"与"工程实践"的真实任务。

真实任务：以小组为单位造一枚水火箭，参加班级"友谊赛"，比"飞行距离远、空中姿态稳"。

驱动性问题（贯穿始终）：

怎样设计并制作一枚"飞得远、飞得稳"的水火箭？

拆解为子问题（对应五步闭环各阶段）：

·子问题 1（界定）：水火箭靠什么飞起来？我们受哪些材料与安全限制？（准备阶段）

·子问题 2（设计）：头锥、箭身、尾翼分别怎么设计能减少阻力、保持稳定？（制作阶段）

·子问题 3（实证）：加多少水、打多大气压，飞得最远？怎么测？（发射测试阶段）

·子问题 4（改进）：飞行歪斜/不远，问题出在哪？怎么改？（发射测试阶段）

·子问题 5（分享）：我们的设计与数据能说明什么？怎样讲给同学听？（评估阶段）

三、学习目标

知识与技能

·能说出水火箭飞行依靠"向后喷水、火箭向前飞"的相互作用（力的作用是相互的，定性感知）；

·会用卷尺测量飞行距离、用秒表/数数估测飞行时间，记录数据（对应 3.1 第 2 条）；

·能辨认水火箭的直线运动与曲线（抛物线）运动（对应 3.1 第 4 条）；

·会用剪刀、美工刀（教师协助）、双面胶、透明胶带等简单工具加工卡纸与塑料瓶。

过程与方法

·经历"提出问题→设计方案（画草图）→动手制作→发射测试→分析改进"五步闭环；

·能用草图和简单表格说明设计思路，并比较不同方案的合理性（对应 13.2 第 2、3 条）；

·能按"头锥→箭身→尾翼→安装导向管"的顺序制作，发现不足并改进（对应 13.3 第 4、5 条）。

情感态度价值观

·在团队协作中分工负责、互相配合；

·养成"先想安全、再动手"的规则意识与实事求是的记录态度；

·激发对航空航天与工程制造的初步兴趣。

四、教学环节总览（五步闭环× 6 课时）

5E 对应关系：引入=Engage，探究(设计+制作+发射)=Explore，解释(数据分析)=Explain，拓展(改进与科技节应用)=Elaborate，评估(互评反思)=Evaluate。

五、所需资源 / 器材

每组（4–5 人）：全新 PET 可乐瓶（1.25–2 L）1 个、彩色卡纸 2–3 张、剪刀 1 把、美工刀 1 把（仅教师协助使用）、双面胶、透明胶带、量筒（250 mL）、水、打气筒（带气压表，限压 ≤20 psi）1 套、发射导向管/简易发射架 1 套、护目镜（每生 1 副）。

班级公用：卷尺（≥30 m）1 把、秒表或手机计时器、记号笔、记录板、展板/海报纸。

场地：空旷操场或球场，发射区半径≥30 m 无障碍、无人员正对。

六、评价方式与量表要点

·采用表现性评价，取消纸笔测试（落实"做中学"领航行动）。

·四大核心能力权重（引用指南）：问题意识 20%、探究实践能力 30%、反思改进能力 25%、合作交流能力 25%。

·评价主体与权重：学生自评 + 同伴互评 = 40%，教师评价 = 40%，科学家/科技辅导员/高年级学长等专家评价 = 20%（详见《量表.md》）。

·纪实性记录：拍照/短视频记录制作与发射过程、原始数据表、改进前后对比，纳入学生综合素质评价档案。

七、跨学科融合点

八、设计亮点小结

1.真问题真作品：以科技节友谊赛为真实任务，作品可测、可赛、可改进，避免"套皮"情境。

2.五步闭环贯通：从气球反冲的认知冲突，到设计—制作—发射—改进—分享，全程由驱动性问题串起。

3.工程思维落地：用草图表达、方案对比、按序制作、迭代改进，呼应 13.2/13.3 工程流程。

4.安全前置：气压限 20 psi、护目镜、空旷场地、美工刀教师代劳，把安全写成"设计限制条件"而非事后提醒。

九、安全与保障

依据"做中学"领航行动四年级安全分则：简单工具教师全程监督、禁用危化品。

·全程使用全新 PET 瓶，禁止用旧瓶/破损瓶（承压未知）；

·打气筒带气压表，严格≤20 psi，由教师或授权小组长操作，超压立即停止；

·美工刀仅由教师协助使用，学生用剪刀完成大部分裁剪；

·发射区空旷≥30 m，禁止正对人员，充气时全员佩戴护目镜，非发射人员退至安全线外；

·严禁用任何替代气体（如压缩空气罐加压超限、禁止酒精/火药等），本实验仅用水与空气；

·每班配 1 名教师 + 1 名辅助人员（班主任/科技辅导员），提前一日检查发射架与打气筒。

（配套文件：教案.md、量表.md）