1、 P P o o w w e e r rM M a a c c h h i i n n e eI I I I I IJohnson Zhang 前言： Power Machine III 动力机械 III 乐高设计与技术活动系列包含动力机械、结构与力、能源世界三大部分。各部分又 按照探索、研究、解决问题来划分级别。孩子们在活动中通过动手，循序渐进地理解相关知 识，并能够将这些知识与现实生活联系在一起。 动力机械 III解决问题 ，是动力机械探索和研究部分的一个综合运用，在每次 活动中，以情景问题的形式展开，引导孩子们运用知识与技术以及他们的想象力，寻找最合 理的解决问题的方法，培养孩子们解决问
2、题的能力。在解决问题的过程中，通过让孩子们一 起交流讨论，培养他们的团队合作的意识。 活动分为杠杆、轮轴、滑轮、齿轮四个单元。在每个单元活动中，引导孩子们寻找解决 问题的主要方法，同事让孩子们意识到解决问题的方法的多种多样，更加深了他们对知识的 理解，对技术的运用。 设计与技术系列: Design and technology 动力机械 I Power Machine I 结构与力 Structure & Force 能源基础 I e-LAB III 动力机械 II Power Machine II 能源基础 II e-LAB II 动力机械 III Power Machine III 能源基
3、础 III e-LAB III 解决问题 Solve the problem 杠杆 轮轴 齿轮 滑轮 活动目录 活动名称 活动目标 知识点 打鼓 杠杆、力、负载、节奏 方便的垃圾箱 复合式杠杆、移动距离、力 新颖的健身器 回复力、压力、杠杆 升降机 形状、四边形、升高 教室的黑板 摇摆、复合式杠杆、面积 鱼杆 利用杠杆来解决问题 支点、扭力、速度 婴儿车 三角形、结构、负载 F1比赛 速度、造型、扭力 探险车 造型、测量、速度、力量 往上推啊！ 绞盘、力量、摩擦 自行车 加速、传动、结构 JEEP 利用轮轴来解决问题 传动、结构、速度 电风扇 速度、摆动、 园林工作 摩擦、力量、 游乐场的空地
4、 转动、速度、 搅拌在一起 速度、造型、 钻孔机 力量、速度、造型 救援行动 利用齿轮来解决问题 一个动力源、多种运动 卷起幕布 滑轮、移动、方向 卷纸机 滑轮、切合、传输 车库门 移动、方向、负载 集装箱装卸 力量、移动、高度 集装箱卡车 速度、力量、传动 城市观光 利用滑轮来解决问题 滑轮、重心、移动 教学过程 联系：引导孩子们自己去联系，引导他们的思维兴趣进入活动。 建构：初步的常识。 Design:培养孩子们先设计后思考的习惯，设计是为更好地搭建，同时也是培养孩子们 后面的反思做准备。 Building: 搭建方法是丰富多彩的, 没有一个正确答案。不要低估孩子们的想象力！ 反思：对初步
5、建构所出现的问题思考，进一步改进。 延续 给每个学生足够的符合其各自能力的挑战，所以在每个 活动中孩子们都会找到适合自己的那个挑战.就象摘苹果 一样,让孩子摘到适合自己高度的的那个苹果. 教学准备： 活动器材：9645 活动使用 9645 作为活动器材，这套器材 是乐高教育部的有悠久历史的经典套 装。是笔者的最爱！ 200 多块组件，包括各种齿轮、马达、能 建造上百件与日常生活有关联的工业机 械系统模型，是法国“动手做”课程的 指定教学工具之一。 组件套装(9649): 如果在活动中出现零件缺失或部分活动需要更 多的零件,9645 中的零件不能满足孩子们的需要, 组件套装中的零件足够是老师可以
6、使用. 活动手册: 活动手册没个孩子人手一本,活动手册更多的是孩子 们的成长手册,每个活动的进步都呈现在上面. 教学过场中,活动手册也提供了孩子们设计的提示和 设计的环境.也是孩子们回家继续延续的参考. 气动力配件： 为孩子们解决问题的方法提供了更多的 解决途径。为孩子们准备了更高的能力 与技能的挑战。 关于这本教参： 教参如果有任何问题，联系人：章森 动力机械 III 活动由 24 个活动内容 组成，由浅入深。每个活动内容为 1 小 时，所以进行完所有活动需要 24 小时。 活动的年龄对象为 9 岁以上，需要一定 的乐高搭建基础与设计与技术的知识与 技能准备. 这本教学参是提供给上动力机械
7、 III活动的老师的。只是活动的说明， 不是教案。 老师在教参的基础上拓展出自己上 课的风格和方法,作为教参,里面的每个 活动都力争给老师们足够的资源. 打鼓 学习目标: 设计和制作一个用来敲打低音鼓的机械装置。 应用杠杆原理来解决问题。 利用杠杆改变运动的方向以及从较远处施力。 所需材料: SPM9645， 词汇: 杠杆，力，负载，低音鼓锤 大卫需要一个打鼓用的脚踏板， 用它来打低音鼓。 在各自不同的架子鼓组合中，总 有一个鼓是一定会有的，就是放在地 上的那个大鼓低音鼓。因为在所 有的音乐演奏中低音是必定要有的。 低音鼓是放在地上的，那么如何 才可以去用鼓棒去敲打呢？想必大 家都猜到了，用脚
8、！就好像汽车上的 油门和刹车一样。 Design 设计并制作一个打鼓用的脚踏板： 用脚踩踏板就可以打鼓。 每打一下鼓，踏板便恢复到原位。 使用起来简单、方便。 性能可靠。 Building： 参考解决方案1： 鼓锤： 用两个轮胎。 也 是负载。 滑轮 可以很方便地驱动 低音鼓棒。 参考搭建方案2： 脚踏板： 象汽车撒车和油门一样。 脚踩下去就会驱动鼓锤 而敲打鼓面， 从而发出声 音。 相皮筋 它有拉力， 可以在脚收 回以后， 鼓棒也跟着收 回。 连接件 将两根轴垂直连 接在一起。 鼓锤： 用轮胎。有重力， 是负载。 连接件 将两根梁可以活动 地连接在一起。 块： 可以将板和轴 垂直地连接在 一
9、起。 参考解决方法3： 脚踏板： 象汽车撒车和油门一样。 脚踩下去就会产生力的 作用， 驱动鼓锤而敲打鼓 面，从而发出声音。 相皮筋 它有拉力， 可以在脚收 回以后， 鼓棒也跟着收 回。 鼓棒 小气杆来 驱动鼓棒 气泵打气 力压下，从而驱动鼓棒 使用相皮筋增加弹力 更象是脚踏板！ 气管的连接 气阀 利用四边形的特点来驱动鼓棒！ 1 你的模型中最重要的部分是什么？ 踏板。鼓锤（敲鼓），以及可以把它拉回来的相皮筋。 2你可以指出你模型上有哪些杠杆吗？并且你可以指出哪里是支点和负载吗？ （注意：支点是一个位置不变的点。杠杆会围绕它转动。） 3.要低音鼓棒能够在脚踩的时候敲向鼓面，在脚收回的时候，鼓棒
10、可以同时收回。你用 什么办法呢？ 用相皮筋,因为它有张力.(选择合适的,有三种相皮筋,长短不一,所以张力也不一样)。 也让学生不断常识,选择合适的连接位置。 鼓棒很明显就是一根 杠杆。鼓锤就是它的 负载。 脚踏板也是一根杠杆。 鼓棒的支点 在轴的位置 脚踏板的支点 也在轴的位置 相皮筋的来去张力方向踩下去 收脚 1做一个鼓面，用你做好的低音鼓棒敲打，看能否敲打出低音来？ 可以全班一起来演奏。 2真正的鼓面只是一面皮，那么如果鼓锤很重的话会把鼓面敲破。怎么办？ 把鼓槌加长，并且加一个固定装置，以免不小心打了鼓。 3你可以帮琳达设计一套可以自动打鼓的鼓棒吗？ 而且可以打得非常有节奏! 鼓棒的支点
11、力 鼓锤离开力的距 离越远就越敲打 向鼓面的力越小 脚踏板的支点 脚踩下去的力的位 置和方向 脚离开踏板的支点越近， 鼓锤的力也就越小 方便的垃圾箱！ 学习目标: 设计并制作一个垃圾桶。 会运用（复合式）杠杆的相关原理来解决实际问题。 对空间感有一定的理解。 所需材料: SPM9645 ，纸 词汇: 杠杆、支点、垃圾桶、空间 托米在倒垃圾的时候感觉非常不方便， 最好有个可以用脚一踩就打开盖子的垃圾桶。 你能帮帮他吗？ Design ： 设计并搭 建 一个垃圾 箱 。 用脚一踩，垃圾桶的盖子就会自动打开。 脚一放，盖子就会自动关上。 垃圾桶的结构要稳固，不易随便移动。 （只画出内部的传动机构）
12、Building ： 脚踏板 盖子 可以用积木搭出垃 圾桶的结构框架， 外 面用纸来包起来。 如果使用气动力的话，可以使用气沗作为脚踩的地方，讲气动力开关作为放下盖子的开关。 脚踏板和盖子本身的传动都是杠杆。 是一套复合式的杠杆，每根杠杆都有其支 点。 重积木是用来稳定重心的， 因为手按下 去，可能会对重心产生一定影响。 橡皮筋加在盖子上，是为了使盖子抬起来 的之后再放下，有一个回复力，可以速度 地下降盖好。 注意盖子这个杠杆传动时候的支点的位 置，想要抬起来轻松些，就要让那根轴离 开支点位置远一些。 1如何使垃圾桶的盖子打开速度更快些？ （1 ）调整两 根杠杆的支点位置，特别是盖子上的力要离
13、开盖子的支点位置远一些。 （2 ）脚踩的 力量再大些。 2你的垃圾桶能否装的垃圾更多些？ 结构做得更大些，注意“标准结构”的位置。让孩子们对立体的结构空间有一定的认识。 标准结构 加在哪里会对这个正立方体起到稳固的作用。 Challenge: 如果你的垃圾箱放在学校的走廊里，被罐子放满了，盖子也盖不住了，你有什么好办法吗？ 方法是很开放的，但是如果孩子们能够想到节约空间的解决方法是最佳的-粉碎 ！ 新颖的健身器！ 学习目标: 设计并制作一个健身器。 会运用杠杆的相关原理来解决实际问题。 对杠杆的省力和费力可以非常好地运用, 对健身器有一定的了解. 所需材料: SPM9645 ， 词汇: 杠杆、
14、支点、省力，费力, 健身器 杰克经常去健身房去健身，但是他发现健身房里的健身器材不够吸引人，你可以为 他设计出可以锻炼手臂力量的健身器材吗？ Design 设计并搭建一台锻炼手臂力量的健身器： 可以同时锻炼左右两个手臂。 可以让手臂大幅度运动。 可以有效地锻炼手臂力量。 Building ： 首先要有个可以给健身者非常稳固地坐在那里 进行锻炼的地方。比如：坐着进行锻炼。 注意椅子的结构坚固， 靠背是需要树立的， 所 以 需要标准结构的支撑。 1如何来使用你的健身器材来锻炼呢？在健身器旁边树立块使用说明！ 让孩子们简单地街上，描述锻炼使用方法！也可以 象写说明一样，写下来！ 锻炼手臂，就是要让手
15、臂费力。 也就是要利用费力的杠杆来使手臂费力。 也就是力要离开支点的位置。 使用橡皮筋来增加回复力！（也可以给锻 炼的时候增加阻力） 让锻炼者用力处尽量地离开支点位置。 垂直用力 要使橡筋有足够的回复 力就是需要将它一端固 定，另外一端和“拉力” 处连接在一起， 手拉的时 候， 橡筋伸长 ， 回复力也 同时增加。 使用说明 . 2. 你还知道哪些新颖一些的健身器? 可以让孩子们说出它们都分别使用哪些原理来进行锻炼, 哪些是使用杠杆的? 比如: 跑步机 是使用滑轮原理. Challenge: 健身房里面的健身器材有许多，而且锻炼身体不同的部位。 设计并搭建一部可以锻炼手臂和小腿的健身器。 比如：
16、划船器。 升降机！ 学习目标: 设计并制作一架起重机。 会运用杠杆的相关原理来解决实际问题。 掌握产生直线运动方向的方法。 所需材料: SPM9645， 词汇: 杠杆，推，直线运动，升降机 Design 设计并搭建一架可以自动升降的平台. 可以升起和降下. 平台要能始终保持水平. 结构要坚固! 查理在仓库里面取货物，但是仓库的货架 很高很宽，他够不到，很危险， 你有什么好办法帮帮他吗？ 你用什么办法来使你的升降机变得十分地牢固呢？（在你 的图中表示出来） Building： 要产生上升和下降的动作，可以利用杠杆产生的四边形形状容易改变的特点。 要推动四边形的形状的改变，可以利用齿条（直线运动与
17、旋转运动之间的转换） 原理是相似的，但也要同时要注意结构上的坚固，所以可以利用一个可以改变的三角形的方法。 注意：顶端不能够固定死， 否则就是个三角形，三角 形是固定不动的。 利用滚动的轮子使三角形的形状可以随时改变。 “气杆” 是可以灵活地伸 缩的， 所以可以直接利用 气杆来推！ 1 你的装置结构坚固吗？ 结构要坚固，检查一下结构上有无三角形。 2如何来控制上升和下降的？省力吗？ 因为是杠杆，所以一定要有一个推的动作！ Challenge: 查理用升降机把货物运下来以后发现很重,根本搬不动。 你有什么好办法可以帮助他把这货物运走吗？ 运走之后你能方便地放下来吗？ 起重升降机是常见的工业上的工
18、具，也是直线运动。除了可以利用齿条外，还可以利用滑轮（注意调 整好重心）。 教室的黑板！ 学习目标: 设计并制作一个自动黑板擦。 会运用杠杆的相关原理来解决实际问题。 掌握一个动力产生两个动作的方法。 所需材料: SPM9645， 词汇: 杠杆、一个动力源二个动作，黑板擦 同学们发现教师在上课的时候总是要浪费时间和力气去擦黑板,你有什么好办 法,可以帮老师一下,让老师轻松点吗? Design： 讨论：新式黑板擦可以放在哪个位置擦起来最佳？ 设计并搭建一个可以自动擦黑板的机器. 至少有两个手臂在擦黑板. 能够尽量地擦得干净些. 你的动力黑板擦可以帮助老师擦黑板的面积有多少? (在设计图中表示出来
19、) 可能有两个位置是可以利用的：黑板是有一定的宽度的，黑板的顶端，和放汾笔的地方（有一定的宽 度） Building： 参考方法 I： 参考方法 II：在黑板上来擦！同样类似雨刷，只是小车是开在黑板上面！ 这时候小车在很高的地方，所以需要调整的是黑板擦的结构上的稳定性。比如：重积木。 在粉笔槽中开一辆小车，一边向前，一 边象雨刷摆动一样把黑板擦干净。 孩子们的困难可能在如何让小车一边 开一边擦！ 也就是让一个动力产生两个动作？ 比如：滑轮上是可以绑两跟橡皮筋。 一根是传动小车前进的，一根是传动黑 板擦的！ 孩子们很容易从汽车雨刷中联想到这种 方法。 1如何可以让你的黑板擦可以擦得更干净？ 黑板
20、擦和雨刷一样都是杠杆，只需要增加杠杆的长度就可以了。 如同圆的半径！ 结构能够卡在黑板的厚 度上。 轮子多点， 也是增加稳定 性的方法之一！ Challenge: 教室的窗户突然开不了了,原因是同学的身高不够,够不到 手柄. 你可以帮帮他改进一下教室的这扇窗户吗? 可以简单地利用杠杆去推！ 还有就是让小车开得 快一些！ 大滑轮带小滑轮可能 不可以，最好还是小滑 轮带大滑轮，这里更重 要的是启动！ 鱼杆！ 学习目标: 设计并制作一根鱼杆。 会运用杠杆的相关原理来解决实际问题。 掌握使用杠杆（鱼杠）的方法。 所需材料: SPM9645， 词汇: 杠杆、鱼杆，省力 小丽在游乐场里总是吊不到鱼， 她想
21、找根可以每次都能成功的鱼杆。 你有什么好办法帮帮他吗？ Design 设计并搭建一根钓鱼杆： 钓鱼杆长度要足够。 可以承受一定重量的重物。 用起来可以很方便地操作。 Building： 整根鱼杆就是根杠杆！ 支点就是手的部位！ 马达通过齿轮箱，减慢速度，从而增加力量！ 不用象使用杠杆一样费力，可以通过滑轮的拉来省力。 1如果鱼很重，你用什么办法来保证可以非常有效地吊起大鱼？ Challenge: 和伙伴们比比谁的鱼杆性能好，可以吊的积木多？ 鱼杆一旦做得很长，收起来很麻烦，可伸缩的鱼杆，你可以吗？ 让孩子们通过游戏，来进一步体会到如何可以更好地使用鱼杆， 游戏中可以改进他们的鱼杆。 可以通过减
22、速来达到目的。 比如：齿轮箱又自锁，又有减速省力的作用。 甚至只需要手动就可以把很重的重积木吊上来！ 婴儿车！ 学习目标: 设计并制作一辆婴儿车。 会运用轮轴的相关原理来解决实际问题。 能够设计并搭建出有一定结构基础的车。 所需材料: SPM9645 ， 词汇: 轮轴、结构、推、婴儿车 Design 设计并搭建一辆婴儿车: 结构要非常坚固. 手推起来十分地方便. 婴儿坐在里面安全并且舒服. 杰夫是一个一岁婴儿的父亲,带他去超级市场 买东西,他偏偏又要闹,想睡觉.杰夫非常地烦恼. 你可以帮帮杰夫吗? Building ： 大人站着用手柄来推，婴儿车前进！ 1你用什么方法来使得婴儿车非常地坚固呢?
23、 最熟悉的稳定结构的方法，当然是三角形！ 注意轮子要让婴儿车平！ 不能有起 伏！ 注意梁的 位置 ，不要交 错！ 作为婴儿车， 可能需要考 虑到很多人性化因素， 推 杆，顶棚等等！ 可能孩子们会想到的比 你更多！ 2从装备的角度，想想你还可以给你的婴儿车添加什么功能？ 比如：能否将顶棚收缩！ Challenge: 一旦出了超级市场, 外面的太阳光会很大, 婴儿受不了，怎么办? 在超级市场里面, 杰夫又要买许多东西, 可以将婴儿车与采购车合二为一吗? 可以从爸爸在购物的角 度来引导孩子们去思考 还需要什么！ F 1 比赛 教学目标： 1 使用轮轴解决问题。 2 对汽车的造型有一定的了解。 3 对
24、马达驱动的结构有更深刻的掌握。 关键词： 车，马达，驱动，流线型、 器材： 9645 杰妮和小伙伴们在玩F 1比赛的游戏，大家制作自己的赛车，看看谁的赛车开得最 快？ 你也来参加吗？ Design 设计并搭建 这辆赛车有四个轮子，一个发动机。 发动机发动，赛车可以笔直地行驶。 参加比赛的赛车要求尽量有流线型。 Building： 参考搭建方法： 孩子们对 F1 充满了自己的想象，但是要注意器材使 用的合理性，使用有限的器材来解决问题。 孩子们搭建出来的小车象 F1 赛车吗？（造型） 为什么要求赛车要有流线型呢？ 因为 F1 开起来速度很快，速度是相对的， 车的速度快，风的速度也快， 风速度快了
25、，就会形成气流压在小车上， 这样赛车的稳定性就会提高。 否则速度快的车，稳定性又低了，会比较不安全。 和伙伴们比比,看谁的F1赛车的速度快? 注意马达的啮合，一定要百分百啮合住，才可能将 小车有效地驱动。 马达的小边是连接导线的，注意小车结构上对马达 的支撑，避免靠齿轮来支撑马达。 Challenge: 赛车的变速度是至关重要的,不可能一直以一个速度来行驶. 车子是如何来变换速度的呢? 设计一套赛车的变速操纵杆. 探险车！ 学习目标: 设计并制作一辆车。 会运用轮轴的相关原理来解决实际问题。 对乐高单位性有一定的理解。 所需材料: SPM9645， 词汇: 轮轴、单位、尺寸、探险车 在古老的埃
26、及金字塔里面，科学家们发现了一个神秘的洞穴，他们需要派 一辆探险车进去考察。你就来为科学家们设计这辆探险车吧！ Design 设计并搭建一辆探险车: 神秘的洞穴很小，所以车身要尽量地低，不超过 6 个乐高单元。 车的宽度不能超过 10 个乐高单元。 洞穴很深，所以车身要尽量地长。 探险车要由 1 个发动机和四个轮子组成。 Building： 有了单位的限制，主要是小车的高度不能过高。 传统的马达侧面啮合的方式肯定不是很适合了。 所以，可以用马达冠齿轮的方式来啮合。这样也很好地解决了小车的高度问题。 1测量你的车身的高度和宽度，达到要求了吗？ 2如果你设计的探险车在金字塔的洞穴中遇到了障碍物过不
27、过去，怎么办？ 在小车的前面可以安装上导轮。好象四驱车一样 Challenge: 如果科学家要探险的是火星表面,在火星表面有许多的有价值的岩石标本,是我们需要采集回去做研 究的,你会如何改进你的探险车? 注意马达的固定。 可以试着让孩子们去计算马达 的厚度是几个乐高单位。 马达下面连接导线，所以注 意不要让马达着地！ 后面可以使用大轮子。 孩子们会有更创造力的解决方法。 让孩子们介绍他们的探险车！ 往上推啊！ 学习目标: 设计和制作一个带有把手的曲柄，用它把小汽车拉上斜坡。 运用轮轴原理的知识来解决问题。 选择一个合适的曲柄把手将重物拉上斜坡。 所需材料: SPM9645， 词汇: 轮轴，曲柄
28、，斜面，绞盘 戴安娜不知道该如何把他们的货物搬到仓库里去。往上推是十分费力的。他们需要 一个能把货物拉上高一节台阶的仓库的装置。你帮帮他们！ Design： 设计，制作和检测一个带有把手的装置： 要求： 它要能够把小汽车拉上 20cm 高的斜坡。 这个装置要容易旋转。 用到轮轴原理。 Building： 参考搭建方案1： 轮轴： 用于绑和滚动绳 子。当中的凹槽可 以固定住绳子的运 动方向。 重积木： 用于加大装置的自身的重量。 使 重心靠后，可以固定自身，从而 来拉动其它负载。 棘爪 和 棘 曲柄： 旋转半径越大 就越省力。 齿轮传动： 8 齿带动 8齿 转动的把手和棘轮 之间的传动。 在轮轴
29、上绑上绳子， 通过两个轮轴在下面 连接上钓钩。 参考搭建方案2： 1你的模型上最重要的部分是什么？ 斜坡和绞盘。 在我们的生活和生产中许多地方都可以看见绞盘，它是不是和我们搭的很象？ 你能够想说出绞盘的一些其它作用吗？ 轮轴： 用来绑上绳子和吊钩。 两边的滑轮可以用于固 定绑在上面的绳子。 曲柄： 旋转半径越大 就越省力。 在轮轴上绑上绳子， 通过两个轮轴在下面 连接上钓钩。 重物，负载 重积木： 用于加大装置的自身的重量。 使 重心靠后，可以固定自身，从而 来拉动其它负载。 2指出装置上有哪些轮轴？它们各自起到了什么作用？（在设计图中标出） 曲柄（旋转把手），传动绳子的轮子 3有什么办法可以
30、让绞盘只可以拉上来，不会放下去，这样就会很安全。就象一把锁的 功能。 当棘轮转动时，学生们会听到棘爪撞击棘轮发出的 “卡哒”声。把棘爪移开，棘轮就可以向任意方 向旋转了。 Challenge: 如果是在岸上专门拖船上岸的话的,你需要做哪些改进? 比如：在万顿轮上，我们平常的抛 锚用的就是绞盘将重锚抛到海底。 棘齿 带有棘爪的齿轮。 棘爪： 靠在齿轮的齿上的块 或楔子， 用来防止齿轮 逆向转动。 自行车！ 学习目标: 设计并制作一辆自行车。对自行车和摩托有一定的认识. 会运用轮轴的相关原理来解决实际问题。 掌握齿轮的加速与减速传动，对轴套等小零件有更深刻认识。 所需材料: SPM9645， 词汇
31、: 齿轮，传动，速度（大小、方向），稳定 阿里一直幻想自己能够有一辆两个轮子的自行车，你帮他实现愿望吧！ Design 设计并搭建一辆两个轮子的自行车： 2 个轮子。 由链条和齿轮来传动。 方向盘可以控制前轮转弯。 Building： 注意小零件的作用，是不是很逼真？ 脚踏板，链条，座位垫，方向龙头 可能孩子们有更好的装饰方法. (要求孩子们对细小零件有一定的认识) 1.骑自行车为什么比走路步行要快？ 齿轮加速,使脚踏一步,轮子滚动好几”步”,所以自行车比人走得快! 2. 自行车的前轮有什么作用？后轮有什么作用？ 自行车前轮只起到转动方向的作用,后轮是产生速度的作用. 注意最容易掉的轴套.它有
32、两端,十字那端可以固定在板上,自行车前面的方向盘要转弯.所以不能让十 字那端面向板. 3. 你如何让你的自行车站稳? 利用前轮的面积. Challenge: 同样是两个轮子,但是要开起来快一点,轻松点,怎么办? 摩托车? 摩托车要开得稳,前面必须让轴套的十字那端面向板来固定. 可以来个摩托比赛! JEEP！ 学习目标: 设计并制作一辆 JEEP 。 会运用轮轴的相关原理来解决实际问题。 掌握四轮驱动的方法。 所需材料: SPM9645 ， 词汇: 齿轮，传动，速度（大小、方向），四轮驱动 小伙伴们一直在觉得发动机总是驱动两个轮子转动，有办法可以让发动机 驱动四个轮子转动吗？就像吉普车一样。 D
33、esign 设计并搭建一辆吉普车: 一个发动机和四个轮子。 一个发动机可以同时驱动四个轮子 转动。 Building ： 1你在让发动机同时驱动四个轮子的时候，选择了哪种齿轮，并且是如何啮合的？ ( 在图中只画出吉普车的传动机构) 一个马达控制四个轮子同 时转动，马达和轮子之间 的传动一定很重要。 前后的轮子固定在一根轴上，马 达驱动一根轴，这根轴再去驱动 前后两个轮子，通过冠齿轮。 注意前后两个冠齿轮的牙齿方向。 否则 JEEP 的前后轮子是相向的。 四轮驱动必须要注意前后轮子的传动速度要相同，否则车子在行驶过程中很容易翻车。 2说说JEEP车的作用！ Challenge: 有许多种吉普车上
34、装有绞盘装置，可以在有些时候完成拖拉等紧急任务； 给你的吉普车设计并配上可以拖动很重东西的绞盘。你还能给你的吉普车添加哪些特殊功能呢？ 电风扇！ 学习目标: 设计并制作一台风扇。 会运用齿轮的相关原理来解决实际问题。 掌握齿轮的加速与减速传动，初步认识连杆。 所需材料: SPM9645 ， 词汇: 齿轮，传动，速度（大小、方向），连杆 在夏天，马戏团里面很热，有三个观众被聚光灯照射得汗流浃背，冰淇淋都 快融化了，他们需要一台电风扇，你来帮帮他们！ Design 设计并搭建一台电风扇： 一台速度较快的电风扇。 用齿轮来传动。 可以调节叶片的转动方向。 能够让三个人都吹到风。 Building ：
35、 参考搭建 方 法 I ： 马达上面装上齿轮，齿轮上可以连接叶片。 1你如何来使风扇的速度加快？ 齿轮的加速（大齿轮带动小齿轮） 2你如何让三个人同时都被吹到风呢？ 有几种方法？ 可能孩子们会想到让风大一些！结构高一些！ 标准结构，让风扇竖得更高些！ 把板换成纸分车来做页片，风力会更加明显！ Challenge: 设计并搭建一台可以来回摆动摇头的风扇。 转头是因为有连杆机构！ 要 转头，所以需要有足够的力气！和结构的稳定性！ 园林工作！ 学习目标: 设计并制作一个园林工具。 会运用齿轮的相关原理来解决实际问题。 对齿轮传动有一定的灵活运用的方法，对园林工作有一定的认识。 所需材料: SPM96
36、45 ， 词汇: 齿轮，传动，速度（大小、方向）， Design 设计并搭建一把动力锯： 工作速度要快。 手拿着用起来轻松方便。 重量不能太重，体积不能太庞大。 汉斯是园林里面的园丁，负责将枯死的 树木砍倒。但是他发现他的柴刀不管用了？ 你有什么好的方法可以帮助他吗？ Building ： 手柄 链条作为锯条，有一定的斜角，方便砍！ 1拿着自己的动力锯，使用起来方便吗？ 使用方便的另一因素就是齿轮的传动， 砍是需要大的力气， 所以需要小齿轮带动大齿轮 （马达处连接 小齿轮） 16 齿齿轮我 们一般不用，也就在链条处用一下，因为它的半径正好是一个乐高单位。 手柄的舒服程度决定了使用的方 便与否！
37、 有一个直角的手柄拿起来的时候 可以更轻松！ Challenge: 除了砍枯树之外，除杂草也是汉斯的一项非常重要的工作。 用剪刀剪实在太费力，也浪费时间，他需要一台割草机。你可以吗？ 2汽车式的割草机可以吗？ 3你还能为汉斯设计并搭建出什么有帮助的其它的工具吗？ 孩子们有更多的答案！ 手推式割草机， 马达在割草机下面！转动齿轮，齿轮的牙齿可以割草。 游乐场的空地！ 学习目标: 设计并制作一个转动的娱乐设施。 会运用齿轮的相关原理来解决实际问题。 掌握齿轮的加速与减速传动，运用冠状齿轮来改变旋转角度。 所需材料: SPM9645， 词汇: 齿轮，传动，速度（大小、方向），角度，游乐场 联系： 工
38、程师们想要在新建的游乐场的广场中央上设计一个新的可以转起来的游乐设施。 你有什么好主意吗？ 最好是新颖一些的，小朋友都没有玩过的！ 建构 Design： 设计并搭建一项游乐设施： 一个可以吸引小朋友们过来玩的游乐设施。 必须是可以转起来的。 非常地有趣和安全。 游乐设施设计图： Building： 旋转的咖啡杯： 注意两根梁相互交错地连接的方法。 用轮子来作咖啡杯子！ 有一定的高度，会比较刺 激！ 蜗轮减速，增 加安全性， 反思 如何可以让更多的小朋友一起来玩呢，这样才能增加活动的趣味性！ 通过齿轮传动出更加多的咖啡杯！ 魔天轮 利用齿轮的传动。 多级地小齿轮带动大齿 轮，减速度，增加安全性。
39、 咖啡杯有上有下，增加了活动的趣味 性！ 注意梁连接的方法， 用力臂零件或者凸 轮，因为上面有足够的十子孔！ Challenge: 1新建的娱乐设施需要告诉来玩的小朋友，让他们知道。所以需要一个也可以旋转的广告牌，让在 游乐场里的所有小朋友看到。你的广告牌是什么样的呢? 2有没有注意到工程师手上的设计图： 你能否设计出一个游乐设施，它有两个旋转方向！那一定很刺激有趣！ 搅拌在一起！ 学习目标: 设计并制作一个搅拌器。 会运用齿轮的相关原理来解决实际问题。 掌握齿轮的加速与减速传动，运用冠状齿轮来改变旋转角度。 所需材料: SPM9645， 词汇: 齿轮，传动，速度（大小、方向），角度，搅拌器
40、帮妈妈在她的厨房里面设计一种好用的搅拌器， 让妈妈在搅拌或打 蛋的时候可以更加省力。 Design 有一个手柄来操作。 操作简单，使用方便。 每转动手柄一圈，搅拌器至少转动 5 圈。 Building： 参考搭建方案 1： 大齿轮带动小齿轮，加速 传送比=40/8=5 即手转动一圈，搅拌五圈 曲柄 旋转半径越大，越省力 旋转曲柄。搅拌叶片则 会旋转搅拌 连接器 连接两根轴，使轴的长度加长 参考解决方法 2： 参考解决方法 3： 搅拌叶片 冠状 齿轮 将旋转的方向改变了 90 度 大齿轮带动小齿轮，加速 传动比：24/8=3 即手摇动一圈，搅拌叶片搅拌 3 圈 凸轮 曲柄 旋转半径越大，越省力
41、搅拌叶片 杯子 1模型中最重要的部分是什麽？ 齿轮和搅拌叶片。 2如果要达到“每转动手柄一圈，搅拌器至少转动3圈”的要求，应该如何去做到？ 应用大的齿轮去带动小的齿轮。传送比至少大于三。 利用蜗轮来传动齿轮， 速度慢了， 力量大！ 带动两个齿轮 即，两把搅拌叶片！ 用板做的大面积的杯拖， 可以更高地架在杯子上 3 如果妈妈想把食物搅拌得均匀，我们应该怎么办？ 搅拌叶片尽量多，而且有上下高低。 1如果妈妈用你为她设计的手摇动的搅拌器还是感觉比较吃力，你将如何改进你的模 型？ 增加更多搅拌叶片。 加上一个马达。 如果搅拌物装在一个很深 的容器里面， 搅拌物有深有 浅， 如果叶片一样长就不会 搅拌得
42、很均匀。 有长有短就可以上下同时 搅拌，会很均匀。 同时叶片尽可能地多， 可以 增加搅拌的速度。 马达 用滑轮连接， 小滑轮带动大滑轮（扭力增加） 直接连接在马达上，制作四叶片 轴连接器直接连接马达 的轴 2拿一盆水来，试一下。 观察水流的运动，小心不要将马达弄潮湿。 3 搅拌机从手动的、 电动的、 台式的， 有好几种； 你能够搭建出几种？哪一种最方便呢？ 4再为妈妈设计并搭建一台烧烤台，专门烧烤用的。会转动，而且速度要慢，以便烤得 均匀，烤台设计要合理！ 轴上面是可以专门“穿”烤物的地方 蜗轮传动，速度慢，力量大 让学生设计并搭建出一个 合理结构的烤台！ 钻孔机！ 学习目标: 设计并制作一个
43、钻孔机。 会运用齿轮的相关原理来解决实际问题。 掌握速度与力量之间的关系。 所需材料: SPM9645， 词汇: 齿轮，传动，速度，力， 联系 小店里的口香糖机坏了， 汤姆想把它修好，但是他觉得自己的那把螺丝刀不好用，他需要一把新的，性能更 好的螺丝刀！ 建构 Design 设计并搭建一把可以轻松地拿在手里的钻孔机： 一把新式的螺丝刀，可以轻松地钻孔。 力量要大。 通过转动或按钮来控制钻头钻孔。 钻头是十字的，由齿轮来传动。 Building： 参考搭建方案： 十字钻头 转动手柄 左手握的手柄，增加 支撑力 使用冠状齿轮将手柄的转动角度 和钻头的角度产生 90 度。 反思 如果作为钻孔机来使用
44、的话，如何才可以用起来省力？ （1）增加旋转手柄的转动半径 （2）增加支撑手柄的长度。类似一个杠杆原理！ （3）使用小齿轮带动大齿轮，甚至可以采用复合式的齿轮传动，增加力！ 速度和力量是成反比的！ （4）装上马达作为动力，当然更加省力了 装上滑轮传动是因为以防万一，在钻的时候，防止马达负载过大。 延续 Challenge: 把钻孔机的造型改装成手枪式的冲击钻。 如何使用造型上是把手枪式的电钻，是一个“结构”问题！ 注意：电池箱也是一块“积木块”！ 理解齿轮传动中，速度与力量的关系之后，常识在 器材的允许范围之内，达到力量最大钻头！ 减速，减速，再减速！ 握起来舒服吗？手感如何？ 找块“橡皮泥”
45、试验一下！ 看看力量大吗？ 或者找张薄纸！看谁先钻个洞！ （注： 由于是积木， 所以可能钻洞的成功与否是靠摩擦产生的） 救援行动！ 学习目标: 综合利用动力方法来解决问题。 知道一个动力可以产生多个动作。 理解单动力多动作的意义。 所需材料: SPM9645 ， 词汇: 齿轮，传动，多动作，单动力源 联系 河水涨了，有一个游客在山顶上被困住了。 救援人员的车开不过去，但是那位游客还在山顶上焦急地等待救援。你来帮助这位 救援人员到达山顶吧！ 建构： Design 设计并搭建出一种救援方法来： 一种装置 可以 帮助救援 人员 到对岸。 可以是种 交通 工具。 至少是可 以行 驶的。 这个问题的解决
46、问题方法很开放性！非常地头脑风暴！ Building ： 参 考 解 决方法 ： I：直升飞 机 ： 利用冠状齿轮来将螺旋浆的转动 90 度传递出来。 直升飞机 轮船 过山车？ 这是孩子们通常会想到的一种解决方法。 II：过山车 孩子们会想到对面是山，可以用过山车的方法来解决问题。 III：船 孩子们会根据河流来想到船作为解决方法。 。不要小看孩子们的想象力！ 活动吊桥 孩子们会根据过去的活动经验来设想解决问题的方法，比如：活动吊桥。 注意结构 标准结构 船尾的螺 旋浆 反思 问题分析 ： 现在的障碍是河流很急， 山和高， 而且没有通往向上的道路。 救援人 员只有一辆红十字的救援车！ 救 援下
47、来还要赶紧送往医院。 如何可以得到一个综合的解决方法呢？ 问题显而易见是要得到一个利用一个马达来产生多个动作的方法。 循序渐进给孩子提出挑战， 先能让他们完成 “一个动力， 两个动作” 的挑战。 可以让孩子在 “陆海空” 中任意选择两用！ I：飞天车 ： （一个动 力 ，两个动 作 ） 即能够在陆地上开，又能飞 马达上的轴通过蜗轮传动带轮子上，同时马达上的轴通过连杆的运动拉动翅膀！ 连杆是一个产生往复运动的方法。也是一个利用四边形形状可以改变的运动方法。 翅膀 一个极其 富有 想象 力的解决 方法 。 有没有什么方法可以把几种设计集中在一个装置上吗？比如：水陆空三用的车。 螺旋浆（尾部）- 水
48、 轮子- 陆 螺旋浆（顶部） 清晰可见，一个动力源，通过 齿轮，蜗轮的传动，可以产生 多个动作。 行驶起来， 轮子是最慢的， 因为蜗 轮减慢了速度。 螺旋浆（顶部）是旋转得最快的， 因为有加速！ 注意：孩 子 们可能会 出 现的错误 孩子们可能会利用齿轮的不完全百分百啮合来达到三个运动方向的旋转。齿轮的牙齿上有个错位。 这样是会运动起来，但是不稳定。鼓励孩子们找到最稳定的方式。 卷起幕布！ 学习目标: 设计并制作一个操纵幕布的装置的模型。 应用滑轮的原理来解决问题。 使用滑轮从远处传递拉力。 所需材料: SPM9645， 词汇: 滑轮，传动（速度、方向），幕布， 亨利和他的剧团在为小朋友们表演木偶剧，至少要谢幕三次。 他们需要把幕布拉起来，但是现有的装置常出故障，所以需要一个 更好的拉幕布的装置。 设计并制作一种拉幕布的装置。它应该： 至少把幕帘拉起 5 厘米，并能安全地放下。 由舞台边上的手柄控制。 至少使用一个滑轮。 画出你的设计图：（用箭头来表示车库门的开关方式） Building： 参考搭建方案1： 滑轮传动： 两个半径一样 的滑轮传动， 旋 转方向和速度 一样。 曲柄 旋转把手，旋转 半径越大就越省 力。 四个小滑轮， 用 于转动和卷起 幕布。 整
