标题 | 制作轮子 |
范文 | 李佩宁 对于低龄段的学生来说,轮子是生活中常见的事物。它看似简单,但实际上直到公元前3500年才被发明出来,甚至比铸造金属还要晚。轮子并不是一个简单的圆环,它的正常工作需要考虑轮辋(俗称轮圈)、辐条、轮轴和组装等一系列的问题。 一、课程重点 本课程旨在让学生通过亲手制作轮子,认识到轮子的原理,以及识别从科学原理出发到工程实践的过程中可能产生的各种问题,练习使用STEM领域的工程循环思维。本课程主要培养学生理论联系实际的实践能力、识别问题和动手解决问题的能力。 【涉及领域】物理、工程、机械、科学、数学、历史 【建议年级】小学低年级 【建议时间】基础课程80分钟,拓展课程40分钟 【材料】小车模型、软糖或硬纸板、长木签、尺子、胶带或胶枪、剪刀 二、课程任务 学生以小组为单位,分别使用给定材料制作轮子,并将制作好的轮子安装在小车模型上,能够运输一些小的物件。在此过程中,学生会发现轮轴的连接、轮子的大小等各方面存在各种问题。学生需要重新设计并制作轮子以解决这些问题。课程最后引发学生讨论:为何轮子一定是圆形的?在本课程中,学生也可以制作一些其他形状的轮子进行试验。 在拓展课程中,教师向学生出示一段特殊的凹凸路面,请学生制作一套轮子能够在凹凸路面上前进而不上下颠簸。 三、课程步骤 1.导入(5分钟) 教师在课前要准备小车模型、重物和不规则路面:小车可以用一个底面积约30cm×50cm的空盒子来代替,也可以用现成的小车模型,把原来的轮子拆掉即可;重物要大小适中,以便放在小车里面不会掉出来,如铅块或者硬币;不规则路面可以用卫生纸纸筒稍作处理来充当,如将纸筒从中剪开,然后弧面向上粘在一个长条形的硬纸板上,可以多制作几段备用。 教师给学生播放有关车轮的简短视频,并让学生回答以下问题。 (1)你们见过轮子吗? (2)见过那些轮子?请列举。 (3)轮子有什么特征? (4)轮子为什么是圆形的? 部分学生可能会提到,只有轮子是圆形的,车才不会上下颠簸。但是学生很难抽象总结出其中的科学原理,即因为车辆连接在圆形轮子的圆心上,才能与地面的相对距离保持一致,这才是轮子通常是圆形的原理。教师暂时不用对此进行特别讲解,可以留在课程最后由学生自己得出结论或从现象中进行总结。 2.宣布任务及评价量规(5分钟) 【宣布任务】将学生分成小组,要求每个小组制作一组轮子,并安装在小车模型上,小车可以在地面上前进至少30cm,最好能够用来运载物品。宣布任务后,呈现评价量规(见表1)。 3.展示各种不同的轮子模型(15分钟) 教师预先制作好一些不同形状(如多边形、三角形、椭圆形等)的轮子,分发给各小组进行观察记录。各小组要对不同形状的轮子进行比较,并总结出异同。教师抽取两至三个小组发言,其他小组进行补充。 学生们很快会发现,圆形、椭圆形和多边形的轮子都能够比较轻松地滚动,圆形是最容易滚动的。之后,学生们要对自己小组的制作方案进行设计,画好设计图后领取制作材料。 4.设计和制作(20分钟) 正式执行轮子设计和制作任务。教师进行巡视,观察各小组制作情况,并用以下问题引导各小组。 (1)你们采用哪一种轮子设计方案? (2)怎样保证轮子能够滚动30cm的距离? (3)把车连接在轮轴上的时候,随着轮子的滚动,轮轴也会转动,怎样设计制作这一连接机构? (4)怎样避免椭圆形的轮子一上一下运动? (5)为什么有的轮子会颠,有的轮子不颠? 5.展示和总结(35分钟) 教师在各小组制作完成后,给每个小组至少5分钟的时间进行展示,并要回答其他同学提出的问题。教师对各小组的轮子进行测试,看是否能够达到滚动的距离,以及是否能够运载物品进行滚动。 6.拓展课程(40分钟) 【拓展课程】设计在不平路面上也能平稳滚动的轮子。教师出示一段道路模型(见图1),让学生制作一套轮子,要求能在这样的路面上平稳进行滚动。 教师宣布任务后巡视各组活动,并用以下问题引导学生。 (1)圆形轮子和非圆形轮子有什么不同? (2)圆形轮子的特征是什么? (3)这段路面的特征是什么? 通过前面的实验可以总结:轮子不颠的本质,是轮轴中心到地面的距离总是能保持相等。在这样一段特殊路面上,圆形的轮子显然不能保持圆心到地面的距离始终相等。引导学生思考:什么样的形状是中心到边缘的距离能够变化的? 教师在黑板上出示各种多边形,让学生仔细观察。学生很快会发现,所有的多边形的中心在旋转时到边缘的距离都是能变化的。之后,让学生将各种多边形中心到边缘的距离标注在黑板上,然后计算一下两种距离的差是多少。不难发现,多边形的边数越多,最长距离和最短距离就越接近。 教师指出,圆可以看成一种特殊的多边形,一种有很多条边的多边形。事实上,在很多实际运用中就是这么做的。在学生理解了这一性质后,让学生研究教师出示的不平路面,并与之前的多边形性质联合起来思考。学生会发现,只要测量一下路面最高处和最低处之间的距离,然后使设计出的多边形轮子能够弥补这个距离就可以平稳滚动。其中一種可行的解决方案如图2所示。 (责任编辑 张慧籽) |
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