项目作业案例：投石机
适用教材：教科版六年级上册《工具和机械》《形状与结构》单元
宁波市海曙区镇明中心小学 周晶
一、设计目标
S（科学）会探索杠杆原理在投石机中的应用。
能够找到使结构稳定的方法。
体会不同材料的性能与用途的关系
T（技术）能够具有初步的设计能力和工程绘图能力
能够用身边的简单材料木材、橡皮筋、细线等物品制作一架投石机。
E（工程）能够按照设计图纸完成投石机的制作，并在制作过程中针对遇到的问题调整改进。
能够在制作完成后有效测试投石机的效果。
M（数学）能够利用数据总结出投石机投掷远的原因。
二、操作步骤
1、引发兴趣，让学生的心动起来
在学生完成六年级上册第一、二单元的课程后，我们就可以向学生介绍stem项目作业——投石机。首先，让学生观赏古时候的一场战争，提问你对视频里的什么装置最感兴趣，引发他们对投石机的兴趣。为了制作投石机，学生需要观察历史上各种投石机的图片，分析其工作原理，对各种不同的投石机进行归类、总结，通过讨论学生得出投石机的基本结构包括支架、杆臂、动力装置。
人力投石机 重力投石机
扭力投石机 弹力投石机
投石机上应用了我们科学课上所学过的哪些科学原理？学生会发现绝大部分投石机在制作上都运用了杠杆的相关知识。在投石机的使用过程中，投掷距离是一个很重要的指标，如何才能将物体投掷的更远呢，我们可以引导学生进行探索如下图。
通过实验学生发现投掷物离支点远的投掷距离远，在真正的投石机上学生也会发现投掷物端的杆臂往往都很长。
除了杆杠原理，学生还会发现投石机的支架应用了框架结构，在支架的多处都应用了三角形的稳定性来加固结构。
2、设计与再设计，让学生的脑动起来
在学生对投石机有了基本的了解之后，我们明确本次stem项目作业——设计制作一个投的远且投的准的投石机。为了建立控制工程成本的意识，每小组将领到一张材料清单，挑选清单中的材料或是自带材料进行设计制作。
| 第（ ）组材料清单 总计花费（ ）元 |
| 材料名称 | 使用数量 |
| 小木棍（每根1元） | |
| 橡皮筋（每根0.5元） | |
| 棉线（每卷1元） | |
| 矿泉水瓶盖（每个0.5元） | |
| 塑料勺（每把1元） | |
| 金属勺（每把2元） | |
| 图钉（每颗0.5元） | |
| 透明胶（每卷1元） | |
| 自带材料每件一律2元 | |
| 胶枪使用每次0.5元 | |
| 自带工具 | 剪刀、小刀（免费） |
设计前，我们可以通过头脑风暴来让学生提出设计制作一个投石机需要考虑哪些问题，如何来解决这些问题，然后每组选择他们觉得可行的一个思路进行更为详细的设计。在这个有趣的环节中，学生们开动他们的脑筋，纷纷献计献策，形成了他们的初步设计并向全班介绍他们的设计方案。在小组汇报结束后，其他同学可以对此提一个问题。平时在课堂上，一般是老师提问，学生回答。而在stem课程中，不仅培养学生解决问题的能力，更培养学生积极思考、敢于质疑的精神。
图1是第六组的初步设计，在汇报过程中，有小组提出支架底部没有固定，投石机不牢固容易散架，建议他们在底部加上固定的支架，图2是他们改进后的设计。
图1 图2
第二小组将投掷的杆臂用固定在一根杆上（图3），这样杆臂无法绕着支点旋转，而且用力过程中非常不牢固，有小组建议搭建一个三角形框架，将杆臂插在缠绕的橡皮筋中，顺利解决了他们小组的问题（图4）。
图3 图4
3、搭建模型，让学生的手动起来
我们根据学生的材料清单为他们准备好所需的材料，学生们都卷起他们的袖子开始工作。随着每组制作的深入，一些问题出现了。有的小组发现用棉线固定框架不稳定，改用了胶枪。用橡皮筋的扭力作动力力太小，投掷距离不远，在此基础上它们又增了以橡皮筋弹力为动力。但是橡皮筋没有固定住，投掷物方向容易偏离，他们又将橡皮筋进行了固定。
有的小组发现橡皮筋固定杆臂做支点难以控制投掷方向，改用了金属转轴，并且他们将动力装置由原来的一股橡皮经改成了三股橡筋来控制弹力的大小。
在这个过程中，学生会发现通过小组内部的测试与小组间的观摩学习，可能需要对本组的投石机进行多次调整，才能形成最终作品。
4、检测评价，让学生的情动起来
一个多元的活动一定有着多元的评价方式。我们引导学生在竞争的氛围中形成对投石机稳定性、准确性、创新性、美观度的整体评价；在竞争和比较中形成对投石机陈本及性价比的全面认识；同时培养学生的鉴赏能力，提高对科学探究的兴趣与信心。
（1）演讲汇报。
每组有三分钟时间进行演讲汇报，其他小组认真倾听，所有小组汇报完毕后各组填写倾听反馈单（本组反馈单不可选本组），根据票数排名，按名次确定得分。
| 第 组倾听反馈单 |
| 设计文案最棒的三个小组 | |
| 演讲最优秀的三个小组 | |
| 模型美观最佳的三个小组 | |
（2）投远比赛
各个小组依次在起点线外投掷小球，有三次机会，以最大投掷距离确定各组名次。
（3）投准比赛
在距离起点线1.5米外放置一个塑料小框，各小组依次将本组投石机放置在起点线外的任意位置，投石机拿起不能超过10厘米，每组投掷5个球，有三次机会，以投进最多次数确定各组名次。
心理学告诉我们：一个人只要体验一次成功的喜悦，便会激起无休止的追求意念和力量。在比赛中各小组热情高涨，参赛者全情投入，队友们屏息加油，每一次投远，每一次进球，孩子们都欢呼雀跃，我想这就是stem项目作业的魅力所在。
最终我们将各小组的各项成绩填入投石机评价表中，评选出本次投石机设计与制作比赛的前三名。
投石机评价表
第 小组 得分
| 评价要素 | 评价标准 | 得分 |
| 材料成本 | 不到10元得20分； 10—20元得15分； 超过20元得10分 | |
| 设计文案 | 设计图清楚明了，与实务比较相符，数据记录真实、规范 第一15分，第二14分，第三13分，以此类推 | |
| 模型最大投掷距离 | 第一20分，第二18分，第三16分， 以此类推 | |
| 模型投掷准确度 | 第一20分，第二18分，第三16分， 以此类推 | |
| 模型美观度 | 设计独立大方，结构牢固 第一10分，第二9分，第三8分，以此类推 | |
| 演讲汇报 | 口齿清楚，思路清晰，能较好表达出本组的设计思路与产品的优势 第一15分，第二14分，第三13分，以此类推 | |
5、学生作品