科学玩具 -中学校本课程

科学玩具中物理教育功能研究与开发科学玩具中物理教育功能研究与开发 课题研究活动总结汇报课题研究活动总结汇报浙江省义乌中学浙江省义乌中学 季季 倬倬研究背景研究背景1 1、缘于目前课程资源建设的研究、缘于目前课程资源建设的研究2 2、缘于国内国外技术教育的对比、缘于国内国外技术教育的对比 3 3、缘于三级课程体系构建的需要、缘于三级课程体系构建的需要4 4、缘于义乌玩具市场提供的平台、缘于义乌玩具市场提供的平台河北大学河北大学 吴祖仁吴祖仁 教授教授 国家教育部国家教育部“十一五十一五”教育科学规划课教育科学规划课题题在基础教育中系统开设技术教育课程在基础教育中系统开设技术教育课程 的研究的研究子课题子课题科学玩具中物理教育功能研究与开发科学玩具中物理教育功能研究与开发 基本情况基本情况顾问和指导：吴加澍 老师组员：王树民、陈军、骆文洲、付可钦、季倬、 邱俊飞、王丹凤、章则雷、陈凯研究时间：研究时间：20072007年年1010月月20092009年年1010月月 成果形式：论著及实物作品成果形式：论著及实物作品2007级级第一轮研究活动时间从第一轮研究活动时间从20072007年年1010月至月至20082008年年9 9月止，期间共有原高一年级月止，期间共有原高一年级的的1616位同学参加。位同学参加。2008级级学生人数学生人数60人人教师教师学生学生完成研究性学习修得学分。完成研究性学习修得学分。优秀的作品参加各级比赛。优秀的作品参加各级比赛。设计成果与生产厂家合作。设计成果与生产厂家合作。创意作品可申请国家专利。创意作品可申请国家专利。丰富习题设计的情景素材。丰富习题设计的情景素材。促进课堂教学模式的优化。促进课堂教学模式的优化。实现演示实验器材的改进。实现演示实验器材的改进。编撰特色校本课程的教材。编撰特色校本课程的教材。喜欢动手喜欢动手敢于质疑敢于质疑崇尚创新崇尚创新的校园文的校园文化氛围。化氛围。选择课题市场调查原理分析挖掘亮点迁移应用模型制作撰写报告对创意设计的对创意设计的理解与尊重理解与尊重自身创新能力自身创新能力的体现与培养的体现与培养培养动手能力培养动手能力体验工艺技术体验工艺技术原理分析迁移应用模型制作学生活动学生活动研究性学习研究性学习课题选择课题选择力学、电磁学、热学、光学；力学、电磁学、热学、光学； 传统的、现代的；传统的、现代的；市场调查市场调查科学玩具的市场调查问卷科学玩具的市场调查问卷 科教化科教化成人化成人化教育功能教育功能有待开发有待开发市场调查市场调查传统水枪传统水枪漂流水枪漂流水枪气压水枪气压水枪背式水枪背式水枪原理原理总水量总水量射击射击方式方式最大最大射程射程销售销售情况情况传统传统水枪水枪扳机控制单向扳机控制单向阀门，随扳机阀门，随扳机的按钮伸缩将的按钮伸缩将水吸入和喷出。水吸入和喷出。较少，较少，一般约一般约100100毫毫升左右。升左右。点射点射4-64-6米米一般且逐年一般且逐年下滑。下滑。漂流漂流水枪水枪类似针筒，后类似针筒，后拉推柄吸水，拉推柄吸水，前推推柄喷水。前推推柄喷水。300300毫毫升升连续连续喷射喷射8 8米米较好，尤其较好，尤其山水风景区山水风景区中销量颇佳。中销量颇佳。气压气压水枪水枪充气装置增大充气装置增大蓄水容器内的蓄水容器内的气压，扳机控气压，扳机控制水阀的开关。制水阀的开关。300-300-500500毫毫升升点射点射或连或连续喷续喷射射8-108-10米米很好很好背式背式水枪水枪增大蓄水容器增大蓄水容器背于后背，其背于后背，其它原理类似气它原理类似气压水枪。压水枪。2-42-4升升点射点射或连或连续喷续喷射射9-119-11米米一般一般原理分析原理分析 发现小球之所以会飘起来是因为发现小球之所以会飘起来是因为玩具的喷气出口处托起小球时，空气玩具的喷气出口处托起小球时，空气的流动空间被压缩，小球上方高速、的流动空间被压缩，小球上方高速、低压空气与小球下方高压气体形成的低压空气与小球下方高压气体形成的压力差把小球向上推。压力差把小球向上推。 球能够随着玩具到处移动则是因球能够随着玩具到处移动则是因为小球左右两侧的气流流速有所不同，为小球左右两侧的气流流速有所不同，从而两侧的压强不同，小球两侧受到从而两侧的压强不同，小球两侧受到的压力大小不同导致小球在水平方向的压力大小不同导致小球在水平方向上处于平衡状态。上处于平衡状态。 会顶球的鲸鱼会顶球的鲸鱼 原理分析原理分析发烧猪（暖手袋）发烧猪（暖手袋） 暖手袋里的液体就是过饱和暖手袋里的液体就是过饱和溶液醋酸钠溶液醋酸钠(CH(CH3 3COONa)COONa)。过饱和。过饱和溶液不稳定。当扭曲里面的金属溶液不稳定。当扭曲里面的金属片时，所产生的轻微震动足以使片时，所产生的轻微震动足以使溶质结晶并放热，变成较稳定的溶质结晶并放热，变成较稳定的固体。所以暖手袋开始暖起来。固体。所以暖手袋开始暖起来。 把暖手袋放入沸水中加热约把暖手袋放入沸水中加热约1010分钟，凝结了的溶质便会再次分钟，凝结了的溶质便会再次溶解；这是由于在高温下，溶质溶解；这是由于在高温下，溶质的可溶性增加。在溶解的过程中，的可溶性增加。在溶解的过程中，溶质进行吸热反应，再次成为过溶质进行吸热反应，再次成为过饱和溶液。以便下次使用。饱和溶液。以便下次使用。 挖掘亮点挖掘亮点CAB小小发条盒小小发条盒奥妙无穷多奥妙无穷多学生感言1 1、外观改变：、外观改变：改变所研究玩具颜色、形状大小等。改变所研究玩具颜色、形状大小等。2 2、功能增加：、功能增加：增加如配音、环保、健身等功能等。增加如配音、环保、健身等功能等。3 3、人群变化：、人群变化：成人化、女性化或适应残疾人士等。成人化、女性化或适应残疾人士等。4 4、场地变化：、场地变化：水陆空之间变换、户外室内变换等。水陆空之间变换、户外室内变换等。5 5、时间变化：、时间变化：突破天气环境、白天晚上的约束等。突破天气环境、白天晚上的约束等。6 6、领域迁移：、领域迁移：生活用品的改进、玩具的教具化等。生活用品的改进、玩具的教具化等。迁移应用迁移应用 要求将自己研究的玩具的物理原理和设计闪光点进要求将自己研究的玩具的物理原理和设计闪光点进行迁移应用，改进或设计作品，写出说明书，并提出以行迁移应用，改进或设计作品，写出说明书，并提出以下方向可供选择。下方向可供选择。 迁移应用迁移应用跳跳水母内部结构（似潜水艇原理）跳跳水母内部结构（似潜水艇原理）迁移应用迁移应用模型制作模型制作关于对螺旋锥转速影响因素的探究关于对螺旋锥转速影响因素的探究 编编号号沟壑条数沟壑条数深度深度弯曲程度弯曲程度 30.5cm较大较大 30.5 cm较小较小 40.5 cm较小较小 41.0 cm较小较小 81.0 cm较小较小 如果能通过改变沟壑条数深度，弯曲程式度和粗糙程度，如果能通过改变沟壑条数深度，弯曲程式度和粗糙程度，尽可能增大水流对螺旋锥的作用，那么它的用途将会很广，尤尽可能增大水流对螺旋锥的作用，那么它的用途将会很广，尤其可能将它用于发电等，希望此份报告能对生产生活有所帮助。其可能将它用于发电等，希望此份报告能对生产生活有所帮助。 模型制作模型制作飞行玩具机器猫飞行玩具机器猫 电动竹蜻蜓电动竹蜻蜓 优化课堂教学优化课堂教学 创设情景、引入课题创设情景、引入课题 机械振动机械振动ABFGKCDEM电磁感应现象电磁感应现象 优化课堂教学优化课堂教学 联系实际、验证规律联系实际、验证规律 “超球超球”现象现象 优化课堂教学优化课堂教学 激发疑问、承上启下激发疑问、承上启下 为什么泡泡是为什么泡泡是彩色的？彩色的？ 彩色条纹变化彩色条纹变化的原因？的原因？ 优化课堂教学优化课堂教学 开设开设“窗口窗口”、拓宽视野、拓宽视野 球周围激发电场，球内的与大地球周围激发电场，球内的与大地之间存在电势差，当用手（人与大地之间存在电势差，当用手（人与大地相连）触及球时，球周围的电场、电相连）触及球时，球周围的电场、电势分布不再均匀对称，故辉光手指的势分布不再均匀对称，故辉光手指的周围变得更为明亮，产生的弧线顺着周围变得更为明亮，产生的弧线顺着手指的触摸移动而游动扭曲。手指的触摸移动而游动扭曲。 线圈固设于基座内并位于磁铁的下方，线圈固设于基座内并位于磁铁的下方，线圈与电路板连接，由太阳能电池供电给线圈与电路板连接，由太阳能电池供电给电路板，通过电路板内的控制电路控制线电路板，通过电路板内的控制电路控制线圈的磁性，使线圈所产生的磁场与磁铁的圈的磁性，使线圈所产生的磁场与磁铁的磁场形成相互作用力，同名磁极互相排斥，磁场形成相互作用力，同名磁极互相排斥，驱使摆动件摆动。驱使摆动件摆动。 科学玩具在物理实验开发中的直接应用科学玩具在物理实验开发中的直接应用 开发演示实验开发演示实验 一些玩具本身就是一件精美的物理仪器或教一些玩具本身就是一件精美的物理仪器或教具，在教学上应用玩具可以先利用玩具的趣具，在教学上应用玩具可以先利用玩具的趣味性来吸引学生的注意力，引起学习动机，味性来吸引学生的注意力，引起学习动机，进一步利用玩具的操作来说明一些科学原理进一步利用玩具的操作来说明一些科学原理或现象，把玩具作为科学探究的对象。只要或现象，把玩具作为科学探究的对象。只要教师加以适当地引导，就能使学生从单纯的教师加以适当地引导，就能使学生从单纯的感兴趣到进行系统的科学探究。感兴趣到进行系统的科学探究。 科学玩具在物理实验开发中的技术移用科学玩具在物理实验开发中的技术移用 开发演示实验开发演示实验 科学玩具在物理实验开发中的一器多用科学玩具在物理实验开发中的一器多用 开发演示实验开发演示实验 气气球球激光笔激光笔编写物理习题编写物理习题 假设横截面为圆形的光纤，假设横截面为圆形的光纤，直径为直径为D D，普通塑料如聚苯乙，普通塑料如聚苯乙烯折射率为烯折射率为n=1.4n=1.4，将其弯曲，将其弯曲成如图所示形状，弯曲部分可成如图所示形状，弯曲部分可视为半圆，其半径为视为半圆，其半径为R R，一束，一束平行光从光纤直线部分的横截平行光从光纤直线部分的横截面面A A垂直地射入，要使光能够垂直地射入，要使光能够全部从光纤另一端全部从光纤另一端B B射出，则射出，则R R与与D D的比值至少多少？的比值至少多少？ R R与与D D的比值至少为的比值至少为2.5 2.5 编写物理习题编写物理习题 强强的妈妈给他买了一支水枪，与原有的水枪相比个头更大，仔细强强的妈妈给他买了一支水枪，与原有的水枪相比个头更大，仔细分析其原理是充气后依靠气压将水射出，结构示意图如图所示，由分析其原理是充气后依靠气压将水射出，结构示意图如图所示，由于家里空间太小，不容易用实验的办法测出水枪的最大射程。请你于家里空间太小，不容易用实验的办法测出水枪的最大射程。请你想办法利用一些物理规律帮强强估算充气水枪的射程。（以下测得想办法利用一些物理规律帮强强估算充气水枪的射程。（以下测得数据供选择：水枪蓄水容器的容积约为数据供选择：水枪蓄水容器的容积约为0.30.3升，现已充水达升，现已充水达0.20.2升，升，枪壳前端的充气装置每次压入常压下的气体约枪壳前端的充气装置每次压入常压下的气体约0.0150.015升，每次射击升，每次射击前充气前充气2020次，出水管口径次，出水管口径0.5cm0.5cm，水的密度为，水的密度为1 1103 kg/m3103 kg/m3，当天，当天气压约为气压约为1 1105Pa105Pa，持枪时枪离地面高度为，持枪时枪离地面高度为1m1m，不计水在水管中所，不计水在水管中所受阻力。）受阻力。） v=20m/s s8.9m 编写物理习题编写物理习题 物理量的测量的方法：物理量的测量的方法： m m：电动飞鸽的质量，用配重进行电动飞鸽的质量，用配重进行 改变，用天平进行测量；改变，用天平进行测量；：用秒表记录飞行用秒表记录飞行3030圈的总时间圈的总时间 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，用激光笔将飞鸽采用投影法，用激光笔将飞鸽 的影子竖直投射到塑料透明尺的影子竖直投射到塑料透明尺 上，便可读得影子到悬点的间上，便可读得影子到悬点的间 距距r r。 设计课外活动设计课外活动 探究性制作活动探究性制作活动 玩具敲打琴玩具敲打琴发音原理发音原理 纸飞机机翼角度和纸飞机机翼角度和飞行时间的关系飞行时间的关系 平衡鸟制作平衡鸟制作 设计课外活动设计课外活动 创造性发明活动创造性发明活动 双（多）人滑板车双（多）人滑板车回形针的创新作品回形针的创新作品 活动报导活动报导中国科学院、中国工程院和国家自然科学基金委员会中国科学院、中国工程院和国家自然科学基金委员会 联合主办联合主办 活动报导活动报导中学物理教学专业中学物理教学专业杂志杂志物理通报物理通报于于20092009年第年第2 2期对期对本课题研究活动的本课题研究活动的报道报道活动报导活动报导浙中新报浙中新报20092009年年3 3月月2 2日对本课题研究活动进行报道日对本课题研究活动进行报道 校本课程校本课程原理分析与设计原理分析与设计“重心类重心类”玩具玩具“飞行类飞行类”玩具玩具“离心类离心类”玩具玩具“磁性类磁性类”玩具玩具“光学类光学类”玩具玩具“电击类电击类”玩具玩具“气压类气压类”玩具玩具“传感类传感类”玩具玩具“振动类振动类”玩具玩具“浮力类浮力类”玩具玩具物理原理分析物理原理分析设计亮点讨论设计亮点讨论创意作品设计创意作品设计实物模型制作实物模型制作自制玩具比赛自制玩具比赛相关玩具介绍相关玩具介绍作品展览评价作品展览评价教教案案讲讲义义校校本本课课程程Mail:Mail:恳请各位同行批评指正，谢谢！恳请各位同行批评指正，谢谢！科学（science）是对各种事物和现象进行观察、分类、归纳、演艺、分析、推理、计算和试验，从而发现规律，并予以验证和公式化的知识体系。技术（technology）则是人类为满足自身的需求和愿望对大自然的利用和改造。 科学侧重认识自然，力求有所发现，技术则侧重于利用和改造自然，力求有所发明。 科学素养技术素养技术素养：指一个人使用、管理、评价和理技术素养：指一个人使用、管理、评价和理解技术的能力。解技术的能力。 全国最大的玩具集散地，目前在国际商贸城拥有玩具商位1500多个，年销售额超过40亿元 宁波岱山的圣诞礼品 浙江云和的木制玩具 澄海的电动玩具 江苏扬州的毛绒玩具 浙江永康的小五金制造业 浙江浦江的水晶玩具