航空模型运动涉及数学、物理、计算机编程、电子通信工程等多门学科领域，是STEM课程适合的载体。通过开展以航模为载体的STEM课程，能够让学生在拓宽知识领域的同时，培养其创新意识、合作及动手能力，同时全面提高青少年身体素质。

航空模型是航空航天模型的简称，是一类按照比例进行缩小或适当简化结构的、能够实现于原飞行器相同的飞行效果的模型玩具。顾名思义航模分为航空模型和航天模型，航空模型指固定翼、多旋翼、直升机类飞行器，而航天模型则是仿航天器外形制作的一种可回收模型，是供体育运动用的一种不载人的飞行器，其动力为水动力或模型火箭发动机。

航空模型是一项包含数学、物理、电子通信工程、计算机编程等多门学科在内的科研竞技类体育运动。当今，国内外科研类、竞技类航空模型赛事广泛开展。

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航空模型的分类

按动力模式分类

无动力飞行器、电动飞行器、油动飞行器三类。

按飞行器类型分类

固定翼飞行器、多轴飞行器、火箭飞行器三类。

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航空模型产业的现状

1. 政策下的航空航天教育产业

2016年11月，国家体育总局等9部委联合发布了《航空运动产业发展规划》，被认为是中国航空体育运动新的发展机遇。在《规划》中，航空运动产业被认为“是重要新兴体育项目产业之一……涵盖目前我国正式开展的运动飞机、热气球、滑翔、飞机跳伞、轻小型无人驾驶航空器、航空模型等六大类共26个运动项目。”同时，《规划》中明确提出，将“积极开展青少年航空运动。通过无人驾驶航空器（无人机、航空模型、航天模型）进课堂、推广校本课程、组织学生开展课外航空运动活动等多种形式，推进中小学校航空科技体育活动开展，培养青少年对于航模制作飞行等基本航空运动兴趣。鼓励学校与专业航模培训机构合作，加强青少年航空运动培训，培育青少年参与航空运动和养成航空运动消费习惯。”

2. 航模作为科研类赛事的开展情况

由于航模运动知识多元化的特点和其本身不断发展的趋势，科技创新在航空模型领域就显得格外突出。目前，航模运动是一项正处于高速复兴的科研类体育运动，国内以至国际每年都举办多项重大科研类赛事。

“中国国际飞行器设计挑战赛暨科研类全国航空航天模型锦标赛”（简称CADC锦标赛）是科研类赛事的代表。

3. 航模作为体育竞技类赛事的开展情况

航空模型运动本身作为一项体育竞技类赛事，在世界范围内涉及诸多赛事。其中包括如“航空模型世界锦标赛”等国际最高规格赛事，“航空模型全国公开赛”等国内高水平赛事。“全运会”、“市运会”等体育综合赛事中也包含航空模型运动项目。

4. 航空模型（无人机）在社会服务领域上的应用

航空模型按照飞行器类别分类分为固定翼类、多轴类和火箭类。其中多轴类飞行器（常见四轴飞行器）即为无人机的雏形，而无人机在当今社会应用范围广泛。

无人机按应用领域分类，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。在民用方面，无人机能应用于航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等多个领域。

实例一：北京、天津、上海等诸多城市街道已经开始采用无人机执法，从而节省警力。

实例二：重大事故（如天津港大爆炸）发生时专业人员无法进入勘察情况，而无人机能够第一时间安全可靠的获取现场信息。

实例三：目前我国农业生产逐步全面自动化，其中灌溉、播种、防火防虫等作业已经逐步采取无人机作业，极大节省劳动力，同时提升作业效率。

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适合中小学的航模课程

适合小学第一学段开展的航模种类主要包括：手掷泡沫飞机（初级）、橡筋动力滑翔机、水动力火箭（初级）等。其主要特点在于开展成本低、开展过程简易且安全，同时能够让学生在活动中体验动手制作的过程，并对“飞机”有初步的理性认识。

适合小学第二学段开展的航模种类主要包括：手掷泡沫飞机（中级）、橡筋动力扑翼机、一级牵引滑翔机、水动力火箭（初级）、电动自由飞等。此类课程相较第一学段，在学生动手制作的部分增加了难度，同时在飞行环节中对学生身体协调能力、合作能力提出了更高要求。

适合中学及以上开展的航模种类主要有：多旋翼飞行器、水动力火箭（中、高级）、弹射飞机、无线遥控KT纸飞机、电动滑翔机、DLG手掷滑翔机等。针对12岁及以上的学生，其已经具备了较强的理解能力，对一些抽象理论概念能够有所认识。同时此类飞行器在教师传授完成简易制作和飞行的基础上，对于学生动手制作、操作飞行等方面，创新思维、设计能力提出更高要求。

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“水动力火箭飞行器”课例

活动材料准备

500mL碳酸饮料（雪碧）瓶两个、水火箭套材一套（含四个尾翼、一个整流罩）、发射台一台、打气筒一只、电工胶布一卷、剪刀一把、水适量。

理论知识讲授

理论知识讲授环节主要包含航空模型、火箭类飞行器、专有名词的介绍；科学实验中所设计的物理知识或常识的讲解等内容。

（1）航空模型（水火箭）相关知识的介绍。

（2）专有名词：整流罩、尾翼、动力仓、水火箭发射台（其中包括：安全销、发射棒、锁扣）、气筒、加压。

（3）物理知识或常识：流线型、尾翼的平衡作用、整流罩的整流作用、动力的作用力和反作用力。

水火箭制作方法

（1）将清洗好的雪碧瓶取出，揭去表面标签，并任选其一进行裁切：从瓶底向上两厘米为截面裁切，保留上半部分（大），丢弃其余部分（小）。

[注意]裁切过程中剪刀的使用安全，同时尽可能保证裁切的平整性。

（2）将完整的雪碧瓶作为动力瓶、裁切的雪碧瓶作为火箭箭体，动力瓶瓶口向下、箭体瓶口向上，完成对接，并用电工胶带缠绕固定。

[注意]保证箭体与动力瓶连接的同轴性，可采取旋转观察的方法确定。电工胶带缠绕2～3圈确保连接的牢固性。

（3）取出火箭套材中的四个尾翼，揭去3M双面胶带粘贴于动力瓶标签平面处，安装完成后使用电工胶带固定。

[注意]安装时注意相邻尾翼两两垂直，上下高度统一。

（4）将水火箭套材中的整流罩取出，安装于火箭箭体前部，并用电工胶带缠绕牢固。

[注意]为确保牢固，应使用电工胶带缠绕2～3圈。

（5）去除动力瓶瓶口的瓶盖和密封环。

发射台的使用及水火箭发射流程

发射台的使用步骤

①打开发射锁扣（将锁扣开口向上）。

②火箭加水（容积的1/3），并将发射台抬起，引导管从火箭动力瓶瓶口进入，将火箭按压至引导管最底部，摆正发射台。

③关闭发射锁扣（将锁扣开口对向彼此）。

④安装发射棒，而后安装安全销。

⑤调整发射台发射角度及方向。

水火箭发射流程

①按照以上步骤安装发射台及火箭。

②利用气筒为火箭动力舱打气加压（观察气压表示数，控制压力范围在3～6个大气压之间）。

③向指导教师申请发射（申请并举手示意）。

④指导教师允许查看安装情况，并下达允许发射，拔安全销的指令。

⑤学生拔下安全销、手持引导线等候发射倒计时。

⑥教师下达倒计时指令（由5开始倒数，数至1后下达发射口令）。

⑦学生快速牵拉引导线拉出发射棒，水火箭发射升空。

⑧待火箭落地后，教师下达回收火箭指令，学生回收火箭。

“定点打靶”竞赛开展方案

为增加活动体验性，教师可在学生熟悉火箭发射操作的情况下，根据需要增加竞赛类活动。

学生以5组为一批次进行发射，发射起点设置于以靶心为圆心，50m为半径的圆弧上，每组相邻5m。在下达发射口令后，每一批次统一发射，发射结束后裁判员进行测量火箭与靶心之间的距离，距离小者取胜。

[意义]开展此项竞赛可以提升学生对于火箭安装及发射的熟练度，同时感受火箭发射的水量、压力、发射角度和距离之间的关系，从而引导学生初步建立数学模型。

文章来源：中国知网

作者：宁煜 天津师范大学

转自：STEAM教师

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原标题：《优秀STEAM案例 | 水动力火箭飞行器》

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