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就是否已经具备,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与研究方法;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,激发好奇心与求知欲;培养创新精神、探索精神、务实精神与自主意识;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、以及收获与体会几个部分。

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

气的转换与热的传递,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。

制作完成后的实物模型照片那么,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与宿舍安装使用空调。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？”

于就是,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。

我们的设计方案就是这样形成的:

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:一就是喷撒水流不好控制,水珠四溅,造成水资源的浪费;二就是

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？

于就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与水槽两个部分,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)窗体与水槽两个部分的连接。由于水槽就是不锈钢材料制成,怎样与窗体连接且保证不漏水就是一个很大的难题。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,我们发现原因就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。

于就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”与“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