資源簡介

《設計的一般過程——未來太空車》說課稿
一、教材分析：
《設計的一般過程》選自地質出版社高中通用技術必修一《技術與設計1》第二章第三節。這一節既是連接前后章節的紐帶，也是對第三章到第七章的概括性描述，因此本節不僅是本章的重點，也是整本書的重點。
二、實驗器材：
序號 材料
1 椴木板
2 電池盒
3 N20電機
5 連接器
6 螺絲刀
7 各種橫梁 軸等
8 不同大小的車輪
9 螺絲包和軸套
10 442A齒輪
11 2mm軸
12 不同的動力源（太陽能板等）
13 雙面膠
14 硅膠墊
15 電池 皮筋 軟管 等耗材
實驗創新要點
以未來太空車設計與制作為課題，依據課本設計的一般過程理論，結合STEM與創客教育方法，通過規劃設計方案、制作太空車模型、技術試驗、測試優化的環節，讓學生體驗科學技術課題探究全過程，提升學生的科學素養。
1.從簡單理論學習到完整項目實踐轉變。讓學生經歷太空車設計 制作 優化全過程。
2.從簡單模仿到自主創新設計轉變，本課給學生提供了豐富的實驗材料，讓學生可以充分發揮想象力和創造力。
3.從簡單展示到班級評比轉變，我們會在課程結束前進行最佳創意組 最強性能組 未來新能組的評比 大大激發了學生的學習興趣。
五、實驗設計思路
本課通過通過導入 設計 制作 優化 總結來完成整個項目式學習。將STEM創客的理念融入到每個環節里。讓學生從活動中學，真正踐行了杜威“從做中學”的教育理念。
通過規劃設計方案、制作太空車模型、技術試驗、測試優化的環節，讓學生體驗科學技術課題探究全過程，學會設計的一般過程，提升學生的科學素養。
通過探究太空車速度影響因素，復雜路面通過性的影響因素，攀爬高度的影響因素，逐步優化學生的設計作品，讓學生了解技術試驗的應用。
實驗教學目標
1.通過任務驅動，讓學生完成太空車設計方案的制定，形成初步的技術創新設計能力和學會用圖樣表達設計構想。
2.根據設計方案要求，學會選擇合適工具材料，完成太空車模型制作并通過技術試驗迭代優化。
3.從項目實踐中學會學會運用系統、結構等原理和系統分析方法，構建工程思維。
4了解太空車的現狀、發展歷史、未來趨勢，激發學生太空探索的熱情，形成積極的技術價值觀。
七、實驗教學過程
（一）創設情景，科技館探秘：帶領學生走入河北衡水中學校園科技館月球基地展區，觀看太空車模型在月球基地運動的，引導學生思考：太空車將來會如何發展？未來外觀會是什么樣子？有哪些功能？
發布任務：讓學生從多學科、跨學科角度出發，參與本節的挑戰任務，制作出越障能力較強的未來太空車模型，并進行技術實驗探究影響太空車運行行進的因素有哪些，進而改進優化太空車模型。
搭建之前，發布相關要求：
太空車長、寬、高尺寸不超過25cm*25cm*25cm,車總質量不超過500g。
每組電機1個，1.5V電池不超過4節。
創意構思：給學生進行分組，進行信息收集，自行上網查閱資料，認真分析太空車項目要求達到的目標，并分組進行討論。在項目設計書上寫出設計思路并畫出結構草圖。
學生在畫圖過程中展開了數據計算，對車輛運動進行受力分析并認真分析討論，確定了初步的設計方案。
組別 組長 初步方案
1組 張思堯 四輪驅動車
2組 陳奕辰 履帶新能車
3組 曹葉祥 六輪月球探測越野車
4組 張澤權 溫差發電驅動功能車
5組 王岳磐 大輪奇跡車
6組 宗逍陽 六輪越障車
7組 張海翔 神奇小車
太空車模型制作
學生利用軟件將設計圖轉化為激光切割可以識別的圖紙，做出不同的結構零件。負責分工安排，整體協調和進度掌控，讓每個成員都參與進來，并及時和老師進行溝通，老師作為觀察者引導者，協助學生解決問題，小組合作完成太空車的搭建。
接下來探究太空車速度影響因素，復雜路面通過性的影響因素，攀爬高度的影響因素組并不斷改進優化太空車模型。
技術試驗一：太空車速度影響探究
首先進行平面速度測試，發現問題：1號小車速度最快，遇到障礙物就翻車了，
結合月球路況復雜，障礙物多，探究解決方法？
引導學生進行物理分析，根據P=Fv 在功率一定的情況下通過減小速度來增大牽引力保證車輛通過性。
技術試驗二：復雜路面通過性探究
將6組小車分別放到復雜路面進行試驗，發現3號小車，4號小車通過性能很強。分析發現兩個車的特點都增大了受力面積。一個是通過增大與地面接觸面積，一個是增加了車輪數量。對比了輪式和履帶式的優缺點，讓學生學會辯證的看待問題，解決問題的方式并不只有一種，也沒有某一種方式是絕對最優。
技術試驗三：攀爬高度影響因素探究
將6組小車分別放到場地進行試驗，發現5號小車攀爬高度最高。高度為7CM.
由這個組的同學分享設計思路，并引導學生思考，影響太空車攀爬高度的因素有哪些？學生經過分析討論得出：尾翼長度，輪齒弧長 重心位置 輪齒長度 等，接下來逐一進行試驗探究，驗證同學們的猜想。
尾翼長度對攀爬高度的影響探究。將尾翼由最初的10厘米增加到15厘米和17厘米做了對比試驗，得到了試驗結論，增大尾翼長度 可以增加車的攀爬高度。優化太空車
輪齒弧長對攀爬高度的影響探究。同一輛小車將4齒結構改為3齒結構，夾角增大到120度，增加了輪齒弧長進行了試驗：弧長增大后更有利于攀爬，于是繼續優化了5號小車，同時為了增大弧長去掉了鉤尺設計，改為橡膠原片，增大弧長的同時還增大了摩擦力。
重心位置變化對攀爬高度影響探究。同學們將電池裝在小車的后部，攀爬高度最高為5cm，將電池裝在小車的前部，攀爬高度最高為12cm，試驗結果表明：車身重量集中在前方更有利于太空車攀爬。
輪齒長度對攀爬高度影響探究。
利用激光切割制作了8cm 10cm型號的車輪，并進行對比試驗。
得出結論：輪齒長度增加，可以提升攀爬高度
學生經過計算，
在任務規則車身不超過25cm允許范圍內，最大的輪齒長度是13厘米，制作最大車輪，進行試驗，發現輪齒增長后，攀爬高度竟然降低了。學生又開始討論分析，輪齒增加后，車的重心發生了改變，在車的前部越上障礙物時，重心偏后，需要增大尾翼支撐。于是學生又增加了尾翼長度，發現車確實可以攀升的更高，不過此時車體已經超出25cm。通過試驗學生深刻理解了影響最終結果的不是單一要素，各項影響因素互相影響 互相制約，要綜合考慮才能得到最佳方案。
技術拓展：太空車能源探究
主要是利用網絡進行探究，學生們經過對比分析發現太陽能應用最廣，于是我給學生增加了太陽能板，學生將3號小車進行了改造，設計成了雙供電模式，并帶學生到戶外實地檢驗太陽能的效果。試驗成功，學生們非常開心。激勵著學生們在未來的太空探索道路上不斷求知。
試驗結束后，同學們對于車的下一步改進設想以及太空車未來的發展趨勢進行分享。
未來太空車的設計方案應該綜合考慮輕量化、高效能源系統、先進推進系統、自主導航和控制、高可靠性和安全性等方面，以實現長時間、高效率、安全可靠的太空飛行。
學生評價。共同評選出了本次項目最佳創意組最強性能組以及未來新能組。
思考與拓展
在規定尺寸 是否可以設置一款折疊尾翼的太空車？
如何使我們的太空車更具有美感，對車進行裝飾美化？
引導學生繼續探究。
八、實驗效果評價
1.首先本課以制作太空車模型為主線，通過STEM項目式學習，引導學生設計制作，體驗到科學合理的設計過程有助于設計活動的順利開展，理解遵循設計的一般過程的重要作用，從而養成良好的設計習慣和技術素養。
2.學生設計畫圖是他們創新設計能力和圖樣表達能力的展示，他們的實物作品是他們物化能力的詮釋，同時在整個項目的探究過程中學生深刻領悟到了工程思維，整體項目的實施對于學生的技術意識提升大有幫助
3.學生以小組為團隊，整個過程以學生為主體，課堂參與度高，他們在不斷試錯中積累經驗，多次更新版本，不斷嘗試解決問題，這是傳統課堂無法體會到的。
4.本堂課不足是項目開展的深度不夠。學生課堂學習時間太短，沒有把項目做透，未來仍需繼續探究。

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