科學玩具 -中學校本課程

科學玩具中物理教育功能研究與開發(fā)科學玩具中物理教育功能研究與開發(fā) 課題研究活動總結匯報課題研究活動總結匯報浙江省義烏中學浙江省義烏中學 季季 倬倬研究背景研究背景1 1、緣于目前課程資源建設的研究、緣于目前課程資源建設的研究2 2、緣于國內國外技術教育的對比、緣于國內國外技術教育的對比 3 3、緣于三級課程體系構建的需要、緣于三級課程體系構建的需要4 4、緣于義烏玩具市場提供的平臺、緣于義烏玩具市場提供的平臺河北大學河北大學 吳祖仁吳祖仁 教授教授 國家教育部國家教育部“十一五十一五”教育科學規(guī)劃課教育科學規(guī)劃課題題在基礎教育中系統(tǒng)開設技術教育課程在基礎教育中系統(tǒng)開設技術教育課程 的研究的研究子課題子課題科學玩具中物理教育功能研究與開發(fā)科學玩具中物理教育功能研究與開發(fā) 基本情況基本情況顧問和指導：吳加澍 老師組員：王樹民、陳軍、駱文洲、付可欽、季倬、 邱俊飛、王丹鳳、章則雷、陳凱研究時間：研究時間：20072007年年1010月月20092009年年1010月月 成果形式：論著及實物作品成果形式：論著及實物作品2007級級第一輪研究活動時間從第一輪研究活動時間從20072007年年1010月至月至20082008年年9 9月止，期間共有原高一年級月止，期間共有原高一年級的的1616位同學參加。位同學參加。2008級級學生人數(shù)學生人數(shù)60人人教師教師學生學生完成研究性學習修得學分。完成研究性學習修得學分。優(yōu)秀的作品參加各級比賽。優(yōu)秀的作品參加各級比賽。設計成果與生產廠家合作。設計成果與生產廠家合作。創(chuàng)意作品可申請國家專利。創(chuàng)意作品可申請國家專利。豐富習題設計的情景素材。豐富習題設計的情景素材。促進課堂教學模式的優(yōu)化。促進課堂教學模式的優(yōu)化。實現(xiàn)演示實驗器材的改進。實現(xiàn)演示實驗器材的改進。編撰特色校本課程的教材。編撰特色校本課程的教材。喜歡動手喜歡動手敢于質疑敢于質疑崇尚創(chuàng)新崇尚創(chuàng)新的校園文的校園文化氛圍?；諊?。選擇課題市場調查原理分析挖掘亮點遷移應用模型制作撰寫報告對創(chuàng)意設計的對創(chuàng)意設計的理解與尊重理解與尊重自身創(chuàng)新能力自身創(chuàng)新能力的體現(xiàn)與培養(yǎng)的體現(xiàn)與培養(yǎng)培養(yǎng)動手能力培養(yǎng)動手能力體驗工藝技術體驗工藝技術原理分析遷移應用模型制作學生活動學生活動研究性學習研究性學習課題選擇課題選擇力學、電磁學、熱學、光學；力學、電磁學、熱學、光學； 傳統(tǒng)的、現(xiàn)代的；傳統(tǒng)的、現(xiàn)代的；市場調查市場調查科學玩具的市場調查問卷科學玩具的市場調查問卷 科教化科教化成人化成人化教育功能教育功能有待開發(fā)有待開發(fā)市場調查市場調查傳統(tǒng)水槍傳統(tǒng)水槍漂流水槍漂流水槍氣壓水槍氣壓水槍背式水槍背式水槍原理原理總水量總水量射擊射擊方式方式最大最大射程射程銷售銷售情況情況傳統(tǒng)傳統(tǒng)水槍水槍扳機控制單向扳機控制單向閥門，隨扳機閥門，隨扳機的按鈕伸縮將的按鈕伸縮將水吸入和噴出。水吸入和噴出。較少，較少，一般約一般約100100毫毫升左右。升左右。點射點射4-64-6米米一般且逐年一般且逐年下滑。下滑。漂流漂流水槍水槍類似針筒，后類似針筒，后拉推柄吸水，拉推柄吸水，前推推柄噴水。前推推柄噴水。300300毫毫升升連續(xù)連續(xù)噴射噴射8 8米米較好，尤其較好，尤其山水風景區(qū)山水風景區(qū)中銷量頗佳。中銷量頗佳。氣壓氣壓水槍水槍充氣裝置增大充氣裝置增大蓄水容器內的蓄水容器內的氣壓，扳機控氣壓，扳機控制水閥的開關。制水閥的開關。300-300-500500毫毫升升點射點射或連或連續(xù)噴續(xù)噴射射8-108-10米米很好很好背式背式水槍水槍增大蓄水容器增大蓄水容器背于后背，其背于后背，其它原理類似氣它原理類似氣壓水槍。壓水槍。2-42-4升升點射點射或連或連續(xù)噴續(xù)噴射射9-119-11米米一般一般原理分析原理分析 發(fā)現(xiàn)小球之所以會飄起來是因為發(fā)現(xiàn)小球之所以會飄起來是因為玩具的噴氣出口處托起小球時，空氣玩具的噴氣出口處托起小球時，空氣的流動空間被壓縮，小球上方高速、的流動空間被壓縮，小球上方高速、低壓空氣與小球下方高壓氣體形成的低壓空氣與小球下方高壓氣體形成的壓力差把小球向上推。壓力差把小球向上推。 球能夠隨著玩具到處移動則是因球能夠隨著玩具到處移動則是因為小球左右兩側的氣流流速有所不同，為小球左右兩側的氣流流速有所不同，從而兩側的壓強不同，小球兩側受到從而兩側的壓強不同，小球兩側受到的壓力大小不同導致小球在水平方向的壓力大小不同導致小球在水平方向上處于平衡狀態(tài)。上處于平衡狀態(tài)。 會頂球的鯨魚會頂球的鯨魚 原理分析原理分析發(fā)燒豬（暖手袋）發(fā)燒豬（暖手袋） 暖手袋里的液體就是過飽和暖手袋里的液體就是過飽和溶液醋酸鈉溶液醋酸鈉(CH(CH3 3COONa)COONa)。過飽和。過飽和溶液不穩(wěn)定。當扭曲里面的金屬溶液不穩(wěn)定。當扭曲里面的金屬片時，所產生的輕微震動足以使片時，所產生的輕微震動足以使溶質結晶并放熱，變成較穩(wěn)定的溶質結晶并放熱，變成較穩(wěn)定的固體。所以暖手袋開始暖起來。固體。所以暖手袋開始暖起來。 把暖手袋放入沸水中加熱約把暖手袋放入沸水中加熱約1010分鐘，凝結了的溶質便會再次分鐘，凝結了的溶質便會再次溶解；這是由于在高溫下，溶質溶解；這是由于在高溫下，溶質的可溶性增加。在溶解的過程中，的可溶性增加。在溶解的過程中，溶質進行吸熱反應，再次成為過溶質進行吸熱反應，再次成為過飽和溶液。以便下次使用。飽和溶液。以便下次使用。 挖掘亮點挖掘亮點CAB小小發(fā)條盒小小發(fā)條盒奧妙無窮多奧妙無窮多學生感言1 1、外觀改變：、外觀改變：改變所研究玩具顏色、形狀大小等。改變所研究玩具顏色、形狀大小等。2 2、功能增加：、功能增加：增加如配音、環(huán)保、健身等功能等。增加如配音、環(huán)保、健身等功能等。3 3、人群變化：、人群變化：成人化、女性化或適應殘疾人士等。成人化、女性化或適應殘疾人士等。4 4、場地變化：、場地變化：水陸空之間變換、戶外室內變換等。水陸空之間變換、戶外室內變換等。5 5、時間變化：、時間變化：突破天氣環(huán)境、白天晚上的約束等。突破天氣環(huán)境、白天晚上的約束等。6 6、領域遷移：、領域遷移：生活用品的改進、玩具的教具化等。生活用品的改進、玩具的教具化等。遷移應用遷移應用 要求將自己研究的玩具的物理原理和設計閃光點進要求將自己研究的玩具的物理原理和設計閃光點進行遷移應用，改進或設計作品，寫出說明書，并提出以行遷移應用，改進或設計作品，寫出說明書，并提出以下方向可供選擇。下方向可供選擇。 遷移應用遷移應用跳跳水母內部結構（似潛水艇原理）跳跳水母內部結構（似潛水艇原理）遷移應用遷移應用模型制作模型制作關于對螺旋錐轉速影響因素的探究關于對螺旋錐轉速影響因素的探究 編編號號溝壑條數(shù)溝壑條數(shù)深度深度彎曲程度彎曲程度 30.5cm較大較大 30.5 cm較小較小 40.5 cm較小較小 41.0 cm較小較小 81.0 cm較小較小 如果能通過改變溝壑條數(shù)深度，彎曲程式度和粗糙程度，如果能通過改變溝壑條數(shù)深度，彎曲程式度和粗糙程度，盡可能增大水流對螺旋錐的作用，那么它的用途將會很廣，尤盡可能增大水流對螺旋錐的作用，那么它的用途將會很廣，尤其可能將它用于發(fā)電等，希望此份報告能對生產生活有所幫助。其可能將它用于發(fā)電等，希望此份報告能對生產生活有所幫助。 模型制作模型制作飛行玩具機器貓飛行玩具機器貓 電動竹蜻蜓電動竹蜻蜓 優(yōu)化課堂教學優(yōu)化課堂教學 創(chuàng)設情景、引入課題創(chuàng)設情景、引入課題 機械振動機械振動ABFGKCDEM電磁感應現(xiàn)象電磁感應現(xiàn)象 優(yōu)化課堂教學優(yōu)化課堂教學 聯(lián)系實際、驗證規(guī)律聯(lián)系實際、驗證規(guī)律 “超球超球”現(xiàn)象現(xiàn)象 優(yōu)化課堂教學優(yōu)化課堂教學 激發(fā)疑問、承上啟下激發(fā)疑問、承上啟下 為什么泡泡是為什么泡泡是彩色的？彩色的？ 彩色條紋變化彩色條紋變化的原因？的原因？ 優(yōu)化課堂教學優(yōu)化課堂教學 開設開設“窗口窗口”、拓寬視野、拓寬視野 球周圍激發(fā)電場，球內的與大地球周圍激發(fā)電場，球內的與大地之間存在電勢差，當用手（人與大地之間存在電勢差，當用手（人與大地相連）觸及球時，球周圍的電場、電相連）觸及球時，球周圍的電場、電勢分布不再均勻對稱，故輝光手指的勢分布不再均勻對稱，故輝光手指的周圍變得更為明亮，產生的弧線順著周圍變得更為明亮，產生的弧線順著手指的觸摸移動而游動扭曲。手指的觸摸移動而游動扭曲。 線圈固設于基座內并位于磁鐵的下方，線圈固設于基座內并位于磁鐵的下方，線圈與電路板連接，由太陽能電池供電給線圈與電路板連接，由太陽能電池供電給電路板，通過電路板內的控制電路控制線電路板，通過電路板內的控制電路控制線圈的磁性，使線圈所產生的磁場與磁鐵的圈的磁性，使線圈所產生的磁場與磁鐵的磁場形成相互作用力，同名磁極互相排斥，磁場形成相互作用力，同名磁極互相排斥，驅使擺動件擺動。驅使擺動件擺動。 科學玩具在物理實驗開發(fā)中的直接應用科學玩具在物理實驗開發(fā)中的直接應用 開發(fā)演示實驗開發(fā)演示實驗 一些玩具本身就是一件精美的物理儀器或教一些玩具本身就是一件精美的物理儀器或教具，在教學上應用玩具可以先利用玩具的趣具，在教學上應用玩具可以先利用玩具的趣味性來吸引學生的注意力，引起學習動機，味性來吸引學生的注意力，引起學習動機，進一步利用玩具的操作來說明一些科學原理進一步利用玩具的操作來說明一些科學原理或現(xiàn)象，把玩具作為科學探究的對象。只要或現(xiàn)象，把玩具作為科學探究的對象。只要教師加以適當?shù)匾龑?，就能使學生從單純的教師加以適當?shù)匾龑В湍苁箤W生從單純的感興趣到進行系統(tǒng)的科學探究。感興趣到進行系統(tǒng)的科學探究。 科學玩具在物理實驗開發(fā)中的技術移用科學玩具在物理實驗開發(fā)中的技術移用 開發(fā)演示實驗開發(fā)演示實驗 科學玩具在物理實驗開發(fā)中的一器多用科學玩具在物理實驗開發(fā)中的一器多用 開發(fā)演示實驗開發(fā)演示實驗 氣氣球球激光筆激光筆編寫物理習題編寫物理習題 假設橫截面為圓形的光纖，假設橫截面為圓形的光纖，直徑為直徑為D D，普通塑料如聚苯乙，普通塑料如聚苯乙烯折射率為烯折射率為n=1.4n=1.4，將其彎曲，將其彎曲成如圖所示形狀，彎曲部分可成如圖所示形狀，彎曲部分可視為半圓，其半徑為視為半圓，其半徑為R R，一束，一束平行光從光纖直線部分的橫截平行光從光纖直線部分的橫截面面A A垂直地射入，要使光能夠垂直地射入，要使光能夠全部從光纖另一端全部從光纖另一端B B射出，則射出，則R R與與D D的比值至少多少？的比值至少多少？ R R與與D D的比值至少為的比值至少為2.5 2.5 編寫物理習題編寫物理習題 強強的媽媽給他買了一支水槍，與原有的水槍相比個頭更大，仔細強強的媽媽給他買了一支水槍，與原有的水槍相比個頭更大，仔細分析其原理是充氣后依靠氣壓將水射出，結構示意圖如圖所示，由分析其原理是充氣后依靠氣壓將水射出，結構示意圖如圖所示，由于家里空間太小，不容易用實驗的辦法測出水槍的最大射程。請你于家里空間太小，不容易用實驗的辦法測出水槍的最大射程。請你想辦法利用一些物理規(guī)律幫強強估算充氣水槍的射程。（以下測得想辦法利用一些物理規(guī)律幫強強估算充氣水槍的射程。（以下測得數(shù)據(jù)供選擇：水槍蓄水容器的容積約為數(shù)據(jù)供選擇：水槍蓄水容器的容積約為0.30.3升，現(xiàn)已充水達升，現(xiàn)已充水達0.20.2升，升，槍殼前端的充氣裝置每次壓入常壓下的氣體約槍殼前端的充氣裝置每次壓入常壓下的氣體約0.0150.015升，每次射擊升，每次射擊前充氣前充氣2020次，出水管口徑次，出水管口徑0.5cm0.5cm，水的密度為，水的密度為1 1103 kg/m3103 kg/m3，當天，當天氣壓約為氣壓約為1 1105Pa105Pa，持槍時槍離地面高度為，持槍時槍離地面高度為1m1m，不計水在水管中所，不計水在水管中所受阻力。）受阻力。） v=20m/s s8.9m 編寫物理習題編寫物理習題 物理量的測量的方法：物理量的測量的方法： m m：電動飛鴿的質量，用配重進行電動飛鴿的質量，用配重進行 改變，用天平進行測量；改變，用天平進行測量；：用秒表記錄飛行用秒表記錄飛行3030圈的總時間圈的總時間 t t，然后算出周期，然后算出周期T=t/30T=t/30，再，再 由由=2/T=2/T求得；求得； R:R: 采用投影法，用激光筆將飛鴿采用投影法，用激光筆將飛鴿 的影子豎直投射到塑料透明尺的影子豎直投射到塑料透明尺 上，便可讀得影子到懸點的間上，便可讀得影子到懸點的間 距距r r。 設計課外活動設計課外活動 探究性制作活動探究性制作活動 玩具敲打琴玩具敲打琴發(fā)音原理發(fā)音原理 紙飛機機翼角度和紙飛機機翼角度和飛行時間的關系飛行時間的關系 平衡鳥制作平衡鳥制作 設計課外活動設計課外活動 創(chuàng)造性發(fā)明活動創(chuàng)造性發(fā)明活動 雙（多）人滑板車雙（多）人滑板車回形針的創(chuàng)新作品回形針的創(chuàng)新作品 活動報導活動報導中國科學院、中國工程院和國家自然科學基金委員會中國科學院、中國工程院和國家自然科學基金委員會 聯(lián)合主辦聯(lián)合主辦 活動報導活動報導中學物理教學專業(yè)中學物理教學專業(yè)雜志雜志物理通報物理通報于于20092009年第年第2 2期對期對本課題研究活動的本課題研究活動的報道報道活動報導活動報導浙中新報浙中新報20092009年年3 3月月2 2日對本課題研究活動進行報道日對本課題研究活動進行報道 校本課程校本課程原理分析與設計原理分析與設計“重心類重心類”玩具玩具“飛行類飛行類”玩具玩具“離心類離心類”玩具玩具“磁性類磁性類”玩具玩具“光學類光學類”玩具玩具“電擊類電擊類”玩具玩具“氣壓類氣壓類”玩具玩具“傳感類傳感類”玩具玩具“振動類振動類”玩具玩具“浮力類浮力類”玩具玩具物理原理分析物理原理分析設計亮點討論設計亮點討論創(chuàng)意作品設計創(chuàng)意作品設計實物模型制作實物模型制作自制玩具比賽自制玩具比賽相關玩具介紹相關玩具介紹作品展覽評價作品展覽評價教教案案講講義義校校本本課課程程Mail:Mail:懇請各位同行批評指正，謝謝！懇請各位同行批評指正，謝謝！科學（science）是對各種事物和現(xiàn)象進行觀察、分類、歸納、演藝、分析、推理、計算和試驗，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并予以驗證和公式化的知識體系。技術（technology）則是人類為滿足自身的需求和愿望對大自然的利用和改造。 科學側重認識自然，力求有所發(fā)現(xiàn)，技術則側重于利用和改造自然，力求有所發(fā)明。 科學素養(yǎng)技術素養(yǎng)技術素養(yǎng)：指一個人使用、管理、評價和理技術素養(yǎng)：指一個人使用、管理、評價和理解技術的能力。解技術的能力。 全國最大的玩具集散地，目前在國際商貿城擁有玩具商位1500多個，年銷售額超過40億元 寧波岱山的圣誕禮品 浙江云和的木制玩具 澄海的電動玩具 江蘇揚州的毛絨玩具 浙江永康的小五金制造業(yè) 浙江浦江的水晶玩具