生活中的发明创造

生活中的发明创造

——研究性学习辅导课例

一、教学设计部分

1.1案例题目

生活中的发明创造

1.2活动主题设计

学生围绕“生活中的发明创造”这个主题，结合通用技术《技术与设计I》的课程内容，进行创新性的设计。

选题指导：教师引导学生多观察，发现日常生活中的问题并提出解决方案，可以从“环保”、“节能”、“更方便”、“更舒适”、“更安全”、“扩大功能用途”等方面选择切入点去捕捉课题。

初步确定课题后，指导学生从三个方面进行分析：

1、需要性。即有实际应用的价值，能切实改善生活或解决生活中的实际问题。

2、创造性。发明就是要创造出新的事物或方法。但这不意味着一切要从零开始，可以在别人发明创造成果的基础上加以补充、改进、变化或重新组合。

3、可行性。一方面要切实可行，有科学依据，符合科学原理；另一方面要考虑实现这个发明创造所需的条件是否已经具备，如实验室、器材设备条件、自身知识能力水平、人力物力支持、导师指导等。

1.3教学目标设计

1、知识与技能目标

经历研究性学习的全过程，学会自主设计及模型的制作；开阔视野，拓宽知识面；学会团队间的分工合作，锻炼自身合作、协调、交流等能力；学会合理运用搜集的信息资料，能将各种信息进行加工处理。

2、方法与过程目标

亲身体验科学探究的一般过程，掌握基本的研究手段和研究方法；学会综合运用各学科的知识，与实际研究相结合；培养学生自主学习、实践的能力。

3、情感与价值观目标

调动学生主动进行科学探究的积极性，激发好奇心和求知欲；培养创新精神、探索精神、务实精神和自主意识；正确认识团队合作的积极意义，养成善于观察的习惯。

1.4

1.5活动成果展示设计

活动成果展示包括以下几个部分：

1、技术发明报告。

包括：课题由来、研究过程、项目特色及创新点、进一步改进设想、以及收获和体会几个部分。

2、制作的模型或原型。

3、产品说明书。

4、PPT展示文稿。

1.6评价及学分认定

二、学生研究性学习案例

2.1研究课题

“水帘式”节能百叶窗

2.2研究人员

严君、谭栩轩

2.3研究背景及目的

炎热酷暑的时候，由于太阳的照射室内会变得闷热，此时风扇起不到很好的降温效果，因此人们很自然地会用空调来降温，同时关窗、下窗帘。这时会有如下的两个问题：

1、关窗后空气不流通，造成空气质量下降，同时容易引起流行性病毒的传播。如果不关窗，由于室内外空气的转换和热的传递，又会影响室内的降温效果，耗费额外的能源；

2、下窗帘同样会影响空气的流通，同时由于窗帘阻挡了阳光，白天也需要灯光照明，同样造成能源的浪费。如果不下窗帘，由于太阳直射，室内的气温上升，

室内的降温效果就会大打折扣。

那么，有没有解决上述两个矛盾的方法呢？带着对这个问题的思考，我们从窗户的设计入手，发明了一种新型的百叶窗，我们把它称为“水帘式”节能百叶窗，并初步完成其模型的制作。

2.4研究过程

1、确定课题 酷热夏天，上课时课室的风扇已经起不到有效的降温作用，然而由于成本及耗能的原因，学校不可能在所有的课室和宿舍安装使用空调。这时我们就萌生了一个想法：“有没有办法在成本低、耗能少的情况下实现较好的降温效果？”

于是，我们尝试着考虑各种解决的方案，并最终决定从窗户入手，结合“百叶窗空气流通性好”、及“水有较好的隔热效果，及反射、散射部分光线的作用”等思路，设计一种具有能耗低、隔热、通风、透光性能好等特点的新型窗户。

2、收集资料，确定具体设计方案，并完成设计图

带着我们的思路，我们首先通过网络查找有关百叶窗的资料，了解其结构功能特点。我们发现：一般的百叶窗虽然有通风的作用，但没有起到隔热的作用。因此，将水的隔热性能与百叶窗结合起来的构思值得尝试。

我们的设计方案是这样形成的：

1）初步构想。我们设计在窗户内侧上方装上带密集细孔的水管，利用水泵抽水进行垂直喷撒。这种设计有两个缺点：一是喷撒水流不好控制，水珠四溅，造成水资源的浪费；二

制作完成后的实物模型照片

是百叶窗的玻璃没有直接接触水流，无法有效散热，在太阳的照射下仍旧会积累热能，影响隔热降温效果；

2）改进。我们设想在百叶窗的每一片窗叶上方都装上带密集细孔的水管，这样玻璃散热效果明显改善，达到了较好的隔热效果，同时也满足了我们原来设想的“能耗低、隔热、通风、透光性好”等性能；

3）最终方案。有了上面的构思后，我们又进一步思考：能不能改进我们的设计，在功能不减的前提下，使窗户结构更加简单、耗能更少呢？

于是我们又对设计方案作了改进，使百叶窗的部分窗叶可以转动（从上至下，奇数窗叶固定，偶数可转动90度），构成一个内流系统，从而使水流可以顺着所有窗叶流下来。这样只需最上方的一根喷撒水管就能达到原先的效果，结构上简化了，所需水泵的功率也减小了。

4）完成设计图。根据方案我们完成了设计图，并确定我们要制作模型的各部件尺寸。

3、确定并购买制作材料

我们结合网络查找的相关资料，在指导老师的帮助下，依照设计方案确定了制作模型所需的材料，然后分头去各五金、铝材、电机等店铺购买。

4、模型制作及试验

在老师的带领下，我们把模型分为窗体和水槽两个部分，利用学校通用技术实验室、维修部的设备，自己动手制作。我们用了一个多月的时间完成了模型从零件加工、到连接组装、再到细节处理的过程。

制作模型的过程我们解决了几个实际问题：

1）窗体和水槽两个部分的连接。由于水槽是不锈钢材料制成，怎样和窗体连接且保证不漏水是一个很大的难题。我们在请教了几位金工师傅之后，放弃最初用玻璃胶连接的设想，决定在水槽的上边缘打出三个细孔，采用铆接的方式与窗体固定，这样在不引起漏水的同时，使连接更加牢固。

2）水泵功率过高。市场上能购买到的水泵最小功率的都有25W，然而由于模型比实际产品小，不需要这么大的功率。在找不到更小功率的水泵代替的情况下，我们只好想办法解决水流过快的问题。

首先我们尝试用风扇的旋钮式开关来控制水泵的实际功率，结果调节后水泵运转不理想。经过检测，我们发现原因是功率调小后水泵两端的实际电压也降低了，这样就达不到水泵的额定电压（220V-240V）了。因此这种方法行不通。

于是我们把思路转向了如何减少水的流量。我们决定给水流增加阻力。在权衡了“水管里塞海绵”和“水泵进水口堵布料”两种方案的利弊后，我们选择了第二种，因为后种方案便于我们调节水的流量。

然而由于制作水平及设备的局限，在模型制作的过程中尚有几个问题有待解决：

1）需在水槽底部增加一个可开关的出水口，用于更换水槽中的水，保持水的清洁。

2）需增加一套机械转动连杆，用于控制可转动的窗叶，让窗户的使用更加方便。

模型完成后，我们对其进行了试验。经过多次的调试，窗户各部分运行状况良好，基本达到了我们预想的效果。

5、撰写论文，作进一步改进的设想

我们对整个活动过程进行了总结，撰写报告，并作出了进一步改进本项目的设想。

2.3项目特色

1、在节能的情况下实现多种功能

我们将水帘具有的隔热、透风、滤光等性能结合应用到百叶窗上，使窗户在耗能低（普通900mm×500mm的单扇窗所需的水泵功率不足20W）的情况下具有良好的隔热、通风及滤光效果。

2、适应性、实用性强