資源簡介

Lesson 16 美妙的八音盒
教學內容
齒輪是指輪緣上有齒輪連續嚙合傳遞動力的機械元件。齒輪是重要的傳動工具，齒輪通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。本節課以“如何利用齒輪讓八音盒上的“小女孩”旋轉起來”為題展開實驗，通過設計齒輪組合了解齒輪可以改變運動方向的特點，并利用此特點讓八音盒上“小女孩”轉動。通過建立推測，制作模型、測試推測，驗證結果，得出結論的過程，了解產品設計中機械元件應用過程，培養學生以模型為基礎，建立機械結構與物體運動之間的關聯，并進一步總結略合齒輪的齒數對運動效果的影響，并將其應用到，生活中的創新思維能力。
教學目標
科學知識：齒輪是指輪緣上有齒輪連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件。齒輪是重要的傳動工具。齒輪
通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩，改變運動方向和改變運動形式等功能。
科學探究：以“如何利用齒輪讓八音盒上的“小女孩”旋轉起來”為題，培養學生以模型為基礎，并進一步總結嘴合齒輪的齒數對運動效果的影響，并將其應用到生活中的創新思維能力。
科學應用：電動八音盒。
跨學科內容：技術（T）：Z字鋼軸為福動的動作提供穩定便提的抓握。
工程（E）：在八音盒的產品設計中加入八音盒的設計。數學（M）：統計齒輪的齒數運動速度之間的關系。
教學重點
理解齒輪是可以傳遞動力的機械元件。力的方向是可以通過齒輪的相互作用而改變的。
教學難點
建立齒輪的齒數與運動速度之間的關系，河整齒輪齒數改變運動速度。
教學準備
解決問題所需要的材料：舞者卡紙模型、木棒、Z字鋼軸、固定圈、泡沫齒輪、泡沫國盤、八音盒模型。牙簽。
工具包：雙面膠、剪刀、透明膠帶。
安全提示：本實驗中牙簽、剪刀為尖銳物品，請學生使用時注意尖銳端不要指向自己或其他學生，避免傷害。在非教師示意實驗環節，不可資自嘗試或吞食任何實驗素材，不可在小組中使用實驗物品進行打解，更不可將實驗用品用于他用，一經發現，老師可沒收實驗材料，確保學生實驗安全。
教學活動流程
一、引入(5min)
師：STEAM科學大課堂開始啦！
讓我們看一段爆眼球的視頻。。
教師根據爆眼球視頻內容，引導學生展開討論。
* 主題引入
師：視頻中八音盒“小王子”是如何轉動的？ （提示：這邊護發條，圍繞某個中心原地自動360度轉動）師：根據你的推測，這個轉動發生的原理可能是什么？（提示：學生自主推測）
*實驗引入
師：聯系生活觀察結構，哪個結構與物體轉動有關？ （提示：見PP圖片，齒輪可以讓物體轉動起來。師：如果要設計一個八音盒，你準備如何利用齒輪結構制作一個八音盒，讓“小女孩”轉動起來？（提示：學生設想自己的創意）
今天，我們就一起利用齒輪讓“小女孩”轉起來吧
二、實驗過程（30min）
* 認識材料
師：請取出袋子中的材料，看看它們如何幫助你解決實驗問題？
教師帶領學生從袋子中取出材料，根據學生水平及實驗需要，引導學生初步觀察，并了解不同實驗材料特征及使用方法。
#開始實驗
教師引導學生開展探究實驗，（注意：探究過程中，應以學生自主探究為主，如果學生遇到操作問題，教師可根據情況選擇為學生展示相應的手部視頻，帶助學生了解操作方法。）
1.建立假設，制作模型
師：觀察齒輪結構與普通的輪子比較（提示：結合pPt圖片和素材中的PVC材料，注意齒輪的齒數之間，的距離），請描述齒輪有什么特點？生活中大家都知道齒輪有要些應用？（提示：PP當中展示齒輪圖片。）學生根據圖片比較說明齒輪的特點，舉例生活中齒輪的應用場景。
師：如果讓你將這個普通的“輪子”改裝為一個齒輪，你有什么辦法？利用現場材料，嘗試改裝這個， “輪子”,學生根據手邊材料，思考改裝的方法。
師：現在有兩個齒輪，要如何讓它們兩個動起來？你的轉動遇到什么問題？ （提示：注意齒輪齒與齒之間的距離影響齒輪的轉動。）
學生轉動齒輪，觀察齒輪齒之間的夾角影響齒輪的轉動。
師：根據手部視頻（示范用牙簽改裝，注意提示齒與齒之間的一致），按照老師的示范改裝好齒輪。比對你與老師改造的差別，它們有幾種組合方式？當兩個齒輪動起來，它們的運動方向是如何的？ （提示：A.兩個齒輪在同一個平面中，齒輪以相反的方向運動B.兩個齒輪相互便直，兩個齒輪轉動面相互重直）學生2人一組，用兩個齒輪進行嘗試，觀察有幾種運動方式，并陳述自己觀察到的現象。
師：如果要利用這個機械結構制作一個可以讓“小女孩”旋轉的八音盒，你認為哪一種更適合？為什么？（提示：用B）
學生2人一組討論并說明選擇的依據。
師：接下來根據手部視腸中老師的操作，組裝八音盒框架。（提示；拿出方形紙板，觀察其四壁上的孔，選擇孔在中央位置的任何一面朝上放置，同時將2字鋼軸穿過側面的孔，穿入一個固定圖，并穿過制作好的四盤泡沫齒輪的中部孔，再次穿入一個固定圈將其固定，并將7.字鋼觸穿過對面的側面紙板上的孔，使用固定圈固定；將木棍自上而下穿過方形紙食，并穿入泡沫齒輪，用同樣的方法進行固定；將各個部，位調整合適，檢查活動是否順利。）
學生組裝八音盒模型，并選擇齒輪的組合方式。
2.驗證推測，確定最優模型
師：你的八音盒的“小女孩”轉起來了嗎？她轉動的速度如何？你認為你選擇的齒輪組方式有什么優點？
（提示：這樣組合相比較并排放置的齒輪更節約空間。）學生根據設計的小女孩轉動情況，陳述現象。
師：兩個齒輪垂直轉動還有哪些可能？根據實驗記錄單中展示，你的兩個齒輪是如何組合在一起的？阿樣是相互重直的轉動，哪種方式更好？并將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
學生測試并說明兩個齒輪如何排放，并將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
3.優化方案，再次測試
師：根據稱的測試，兩個齒輪涯直組合時需要注意什么？ （嚙合要緊密）學生根據測試，說明齒輪重直組合時的注意事項。
師：你認為齒輪轉動過程中，如果齒數發生了變化，可能對小女孩轉動帶來什么影響？ （提示：齒輪上齒數對小女孩轉動帶來影響）
學生建立推測，并說明可能會帶來什么影響。
師：觀察你設計的齒輪和另一個齒輪各是幾個齒的？緩緩轉動，觀察靠近手邊的齒輪轉動的速度與小女孩轉動的速度之間有什么關系？ （提示：手轉動的齒輪的齒數與小女孩轉動的速度之間有關系。）
學生統計兩個齒輪的齒數的不同，觀察手播動的齒輪與連動轉動齒輪的速度。
師：人手搖動多快，它轉多快。如果我們讓它們轉動速度不一樣，例如少搖一點（慢慢搖動把手），她轉動不變，讓我們更省力，你要如何去做呢？ （提示：與齒數有關）我們來分析一下，生活中哪個機械，設計是符合我們少轉，它多轉的（提示：自行車， ppt中展示自行車大小齒輪的位置和關系，聯系生活。幫助學生分析，齒輪的齒數不同，兩個相連接后效果不同。）
學生2人一組討論思考并陳述思考結果。
4.改變實驗條件，設置實驗變量，收集數據。
師：如果要讓它們轉動速度不一樣，你要如何去做？”學生思考并測試自己的設想。
師：根據手部視頻（調整圓盤上牙簽的數量，增加齒數為12齒，調整齒數為4齒，分別測試）學生根據手部視頻，測試。
師：你讓兩個轉動速度不一樣了嗎？是怎么實現的？這說明什么？ （提示：齒輪組兩個齒輪齒數不同）「學生總結并說明實驗結果。
5.拓展活動
師：根據實驗記錄單上記錄的情況，說一說，八音盒上的小女孩是如何轉起來的？哪種齒輪的組合作用，效果最好？齒輪有什么作用和特點。
學生根據實驗記錄單上的記錄結果，分析實驗數據得出結論，
三、討論與分享（5min）
教師引導學生對以下問題展開討論，分享自己的觀點。
八音盒中的齒輪是那種組合方式？
2.齒輪的轉動有什么特點？
3.如果“小女孩的轉動”速度和手搖的速度不同，你有什么辦法？
四、實驗結論（2min）
師：通過這個實驗，請陳述一下你所看到的現象，并解釋這個實驗現象背后的科學原理。（教師可根據學生分享與討論的內容，結合以下信息做簡要總結。）
總結：
師：齒輪是指輪緣上有齒輪連續嚙合傳遞動力的機械元件。兩個齒輪有兩種組合方式，在同一個平面或者相互垂直；其中八音盒選擇的是相互垂直的嚙合方式，最終實現了讓八音盒上的小女孩旋轉起來。齒輪的轉動是因為嚙合的作用，通過A轉動可以帶動B轉動，力是可以傳動的，齒輪的機械作用與兩個相，互嚙合的齒輪的齒數是有關的，當改變兩個相互嗜合的齒輪的齒數時，可以改變被傳動的齒輪的轉動速度。
（提示：根據師訓視頻中的實驗總結部分，了解本次實驗的原理。）
五、拓展與遷移（2min）
科學大講堂
教師可利用“科學大講堂”視頻，希助學生拓展本節課相關知識。
師：科學大講堂中發生了哪些有意思的事情和有趣的實臉呢？讓我們一起去看看吧，播放科學大講堂視頻。
六、回顧與總結（Imin）
教師請學生拿出活動單頁，引導學生完成自我反思與評價。
師：經過本節課的學習，你得到哪些收獲和成長？請將你本節課的實驗收獲和心得以及還雷提高和優化[的部分記錄在《回顧與總結>表中，并對自己本堂課在科學興趣、科學實踐。科學思維方面的成長給子評價。(共24張PPT)
美妙八音盒
1.八音盒“小王子”是如何轉動的？
2.根據你的推測，這個轉動發生的原理可能是什么？
1.聯系生活觀察結構，哪個結構與物體轉動有關？
2.如果要設計一個八音盒，你準備如何利用齒輪結構制作一個八音盒，讓“小女孩”轉動起來？
今天，我們就一起來利用齒輪，讓八音盒的“小女孩”轉起來吧！
舞者卡片
八音盒框架
齒輪
圓盤
木棍
Z字軸
固定圈
牙簽
提示：其中透明膠帶，剪刀來自工具包，使用完畢后放回工具包。
透明膠帶
剪刀
1.普通輪子與齒輪有什么不同？
請描述齒輪有什么特點？生活中大家都知道齒輪有哪些應用？
如果讓你將這個普通的”輪子“改裝為一個齒輪，你有什么辦法？利用現場材料，嘗試改裝這個”輪子”。
現在有兩個齒輪，要如何讓它們兩個動起來？你的轉動遇到什么問題？
2.制作齒輪模型
按照老師的示范改裝好齒輪。比對你與老師改造的差別，它們有幾種組合方式？當兩個齒輪動起來，它們的運動方向是如何的？
3. 制作八音盒
如果要利用這個機械結構制作一個可以讓“小女孩”旋轉的八音盒，你認為哪一種更適合？為什么？
根據的操作，組裝八音盒框架。
你的八音盒的“小女孩”轉起來了嗎？ 她轉動的速度如何？你認為你選擇的齒輪組著方式有什么優點？
兩個齒輪垂直轉動還有哪些可能？根據實驗記錄單中展示，你的兩個齒輪是如何組合在一起的？同樣是相互垂直的轉動，哪種方式更好？并將實驗結果記錄在實驗記錄單上。
5.優化八音盒
根據你的測試，兩個齒輪垂直組合時需要注意什么？
齒輪轉動過程中，如果齒數發生了變化，可能對小女孩轉動帶來什么影響？
觀察你設計的齒輪和另一個齒輪各是幾個齒的？緩緩轉動，觀察靠近手邊的齒輪轉動的速度與小女孩轉動的速度之間有什么關系？
人手搖動多快，它轉多快。如果我們讓它們轉動速度不一樣，例如慢慢搖動把手，她轉動不變，讓我們更省力，你要如何去做呢？
生活中哪個機械設計是符合我們少轉，它多轉的
6.如果要讓它們轉動速度不一樣，你要如何去做？
根據手部視頻，調整圓盤上牙簽的數量，增加齒數為12齒，調整齒數為4齒，分別測試。
兩個轉動速度還一樣嗎？是怎么實現的？這說明什么？
7. 分析數據，得出結論
根據實驗記錄單上記錄的情況。
說一說，八音盒上的小女孩是如何轉起來的？哪種齒輪的組合作用效果最好？ 齒輪有什么作用和特點？
1.八音盒中的齒輪是哪種組合方式？
2.齒輪的轉動有什么特點？
3.如果“小女孩的轉動”速度和手搖的速度不同，你有什么辦法？
齒輪是指輪緣上有齒輪連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件。兩個齒輪有兩種組合方式，在同一個平面或者相互垂直；其中八音盒選擇的是相互垂直的嚙合方式，最終實現了讓八音盒上的小女孩旋轉起來。齒輪的轉動是因為嚙合的作用，通過A轉動可以帶動B轉動，力是可以傳動的，齒輪的機械作用與兩個相互嚙合的齒輪的齒數是有關的，當改變兩個相互嚙合的齒輪的齒數時，可以改變被傳動的齒輪的轉動速度。
請你回顧本堂課的學習過程
用心記錄下自己的成長與收獲吧！

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