TryEngineering 提 供 - 课 程 重 点 课 程 重 点 介 绍 由 橡 皮 筋 驱 动 赛 车 的 设 计 学 生 小 组 用 日 常 物 品 制 作 橡 皮 筋 驱 动 的 赛 车 学 生 设 计 的 赛 车 必 须 在 1 米 宽 的 轨 道 上 直 线 行 驶 至 少 3 米 远 的 距 离 课 程 概 要 橡 皮 筋 赛 车 课 程 探 索 了 橡 皮 筋 驱 动 赛 车 的 设 计 学 生 分 成 工 程 师 小 组 用 日 常 用 品 设 计 和 制 作 橡 皮 筋 赛 车 然 后 试 验 他 们 的 橡 皮 筋 赛 车 评 价 试 验 结 果 并 向 全 班 介 绍 自 己 的 心 得 年 龄 段 8-18 目 标 在 此 课 程 中, 学 生 将 : 设 计 和 制 作 一 辆 橡 皮 筋 赛 车 测 量 距 离 并 计 算 行 驶 速 度 试 验 和 修 订 他 们 的 设 计 交 流 他 们 的 设 计 过 程 和 收 获 预 期 的 学 习 成 果 通 过 此 课 程, 学 生 将 : 设 计 和 制 作 一 辆 橡 皮 筋 赛 车 测 量 距 离 并 计 算 行 驶 速 度 试 验 和 修 订 他 们 的 设 计 交 流 他 们 的 设 计 过 程 和 收 获 课 程 活 动 在 橡 皮 筋 赛 车 课 程 中, 学 生 将 探 讨 橡 皮 筋 赛 车 的 设 计 学 生 分 成 工 程 师 小 组 用 日 常 用 品 设 计 和 制 作 橡 皮 筋 赛 车 然 后 试 验 他 们 的 橡 皮 筋 赛 车 评 价 试 验 结 果 并 向 全 班 介 绍 自 己 的 心 得 资 源 / 材 料 教 师 资 源 文 档 ( 附 ) 学 生 作 业 单 ( 附 ) 学 生 资 源 表 ( 附 ) 符 合 美 国 教 学 大 纲 请 参 见 随 附 的 教 学 大 纲 表 橡 皮 筋 赛 车 第 1 页, 共 11 页
因 特 网 上 相 关 信 息 链 接 国 际 汽 车 工 程 学 会 联 合 会 : 汽 车 工 程 师 是 做 什 么 的?(www.fisita.com/jobs/careers/do) TryEngineering () ITEA 技 术 素 养 标 准 : 技 术 研 究 内 容 (www.iteaconnect.org/taa) McREL 标 准 和 基 准 大 纲 (www.mcrel.org/standards-benchmarks) 有 关 幼 儿 园 到 12 年 级 课 程 的 内 容 标 准 汇 编 ( 既 提 供 浏 览 格 式, 也 提 供 查 询 格 式 ) 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 (www.nsta.org/standards) 推 荐 读 物 The New Way Things Work ( 原 理 新 方 法 )(ISBN: 978-0395938478) Masters of Car Design ( 汽 车 设 计 大 全 )(ISBN: 978-8854403376) 可 选 的 写 作 活 动 写 一 篇 短 文 或 一 段 话 解 释 汽 车 工 程 师 在 设 计 目 前 的 高 安 全 性 车 辆 时 必 须 考 虑 哪 些 方 面 橡 皮 筋 赛 车 第 2 页, 共 11 页
教 师 适 用 : 符 合 美 国 教 学 大 纲 注 : 此 系 列 的 所 有 课 程 计 划 都 符 合 美 国 国 家 研 究 委 员 会 制 订 并 由 美 国 国 家 科 学 教 师 协 会 认 可 的 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准, 还 符 合 国 际 科 技 教 育 协 会 相 关 的 技 术 素 养 标 准 或 美 国 国 家 数 学 教 师 委 员 会 的 学 校 数 学 的 原 则 和 标 准 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 幼 儿 园 到 4 年 级 (4-9 岁 ) 内 容 标 准 A: 科 学 探 索 通 过 这 些 活 动, 所 有 学 生 应 培 养 进 行 科 学 探 究 的 必 要 能 力 内 容 标 准 B: 物 理 科 学 物 体 和 材 料 的 属 性 内 容 标 准 G: 科 学 的 历 史 和 本 质 科 学 是 人 类 智 慧 的 结 晶 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 5 年 级 到 8 年 级 (10-14 岁 ) 内 容 标 准 A: 科 学 探 索 通 过 这 些 活 动, 所 有 学 生 应 培 养 进 行 科 学 探 究 的 必 要 能 力 内 容 标 准 B: 物 理 科 学 运 动 和 力 能 量 转 换 内 容 标 准 F: 人 文 社 会 科 学 风 险 和 利 益 社 会 科 学 和 技 术 内 容 标 准 G: 科 学 的 历 史 和 本 质 科 学 的 历 史 美 国 国 家 科 学 教 育 标 准 9 年 级 到 12 年 级 (14-18 岁 ) 内 容 标 准 A: 科 学 探 索 通 过 这 些 活 动, 所 有 学 生 应 培 养 进 行 科 学 探 究 的 必 要 能 力 内 容 标 准 B: 物 理 科 学 运 动 和 力 橡 皮 筋 赛 车 第 3 页, 共 11 页
教 师 适 用 : 符 合 美 国 教 学 大 纲 ( 续 ) 内 容 标 准 F: 人 文 社 会 科 学 当 地 本 国 和 全 球 面 临 的 科 学 技 术 挑 战 内 容 标 准 G: 科 学 的 历 史 和 本 质 历 史 观 学 校 数 学 的 原 则 和 标 准 (11 14 岁 ) 测 量 标 准 - 采 用 适 当 的 方 法 工 具 和 公 式 来 确 定 测 量 值 解 决 速 度 和 诸 如 速 度 和 密 度 等 属 性 所 衍 生 的 测 量 值 的 简 单 问 题 学 校 数 学 的 原 则 和 标 准 (14 18 岁 ) 测 量 标 准 - 采 用 适 当 的 方 法 工 具 和 公 式 确 定 测 量 分 析 测 量 情 况 中 的 精 确 度 准 确 性 和 近 似 误 差 技 术 素 养 标 准 所 有 年 龄 技 术 和 社 会 标 准 5: 学 生 将 了 解 技 术 对 环 境 的 影 响 标 准 7: 学 生 将 了 解 技 术 对 历 史 的 影 响 设 计 标 准 8: 学 生 将 了 解 设 计 的 属 性 标 准 9: 学 生 将 了 解 工 程 设 计 标 准 10: 学 生 将 了 解 故 障 排 除 研 究 开 发 发 明 创 新 和 实 验 在 解 决 问 题 过 程 中 的 角 色 已 设 计 好 的 领 域 标 准 18: 学 生 将 了 解 并 能 够 选 择 和 使 用 运 输 技 术 橡 皮 筋 赛 车 第 4 页, 共 11 页
教 师 适 用 : 教 师 资 源 橡 皮 筋 赛 车 课 程 目 的 学 生 用 简 单 的 材 料 设 计 橡 皮 筋 赛 车 然 后 他 们 对 自 己 设 计 的 赛 车 进 行 试 验 以 确 定 该 赛 车 是 否 能 在 1 米 宽 的 轨 道 上 直 线 行 驶 至 少 3 米 远 的 距 离 在 赛 道 内 行 驶 距 离 最 远 的 赛 车 获 胜 课 程 目 标 在 此 课 程 中, 学 生 将 : 设 计 和 制 作 一 辆 橡 皮 筋 赛 车 测 量 距 离 并 计 算 行 驶 速 度 试 验 和 修 订 他 们 的 设 计 交 流 他 们 的 设 计 过 程 和 收 获 材 料 为 每 组 学 生 分 配 一 套 材 料 : 16 x 16 大 的 波 纹 纸 板 ( 或 者 麦 片 盒 / 一 小 片 纸 板 以 及 4 张 光 盘 纸 盘 或 者 咖 啡 酸 奶 或 外 卖 饮 料 的 塑 料 盖 ) 4 条 橡 皮 筋 3 支 没 有 削 尖 的 铅 笔 4 个 金 属 纸 夹 包 装 用 图 钉 剪 刀 不 透 明 胶 带 米 尺 秒 表 步 骤 1. 向 学 生 展 示 不 同 的 学 生 参 考 表 可 以 在 课 堂 上 当 场 阅 读, 或 者 在 头 天 晚 上 作 为 家 庭 作 业 发 给 学 生 阅 读 2. 按 3-4 人 对 学 生 进 行 分 组 ; 给 每 组 提 供 一 套 材 料 3. 向 学 生 解 释 他 们 必 须 用 日 常 用 品 制 作 一 辆 由 橡 皮 筋 驱 动 的 赛 车, 而 且 这 辆 必 须 能 在 1 米 宽 的 轨 道 上 直 线 行 驶 至 少 3 米 远 的 距 离 不 能 用 橡 皮 筋 做 成 弹 弓 来 打 赛 车 在 赛 道 内 直 线 行 驶 距 离 最 远 的 赛 车 获 胜 4. 学 生 共 同 为 橡 皮 筋 赛 车 制 定 计 划 他 们 要 共 同 决 定 所 需 材 料 写 出 或 绘 制 计 划, 然 后 向 全 班 介 绍 自 己 的 计 划 5. 学 生 小 组 之 间 不 限 制 相 互 交 换 材 料 以 得 到 自 己 需 要 的 部 件 6. 接 下 来 各 组 执 行 自 己 的 设 计 他 们 可 能 需 要 重 新 思 考 最 初 的 计 划 要 求 其 他 材 料 与 其 他 小 组 交 换 或 者 从 头 开 始 7. 接 下 来 各 小 组 试 验 他 们 的 橡 皮 筋 赛 车 为 了 保 证 橡 皮 筋 赛 车 直 线 行 驶, 学 生 可 用 不 透 明 胶 带 在 地 板 上 划 出 1 米 宽 的 赛 道 8. 然 后 各 小 组 填 写 一 份 评 价 / 反 馈 表, 并 向 全 班 介 绍 自 己 的 收 获 所 需 时 间 两 到 三 次 45 分 钟 课 程 橡 皮 筋 赛 车 第 5 页, 共 11 页
学 生 资 源 : 汽 车 和 汽 车 工 程 学 汽 车 简 史 我 们 今 天 认 为, 汽 车 的 发 明 是 过 去 几 百 年 来 的 一 次 伟 大 革 命 列 奥 纳 多 达 芬 奇 和 艾 萨 克 牛 顿 都 曾 勾 勒 出 汽 车 的 最 初 概 念 第 一 辆 由 蒸 汽 驱 动 的 汽 车 于 十 八 世 纪 末 由 Nicolas Cugnot 发 明 苏 格 兰 人 Robert Anderson 在 十 九 世 纪 三 十 年 代 中 发 明 了 第 一 辆 电 动 汽 车 1876 年,Nicolaus Otto 发 明 了 第 一 辆 有 效 汽 油 发 动 机, 为 第 一 批 汽 油 动 力 车 辆 的 出 现 铺 平 了 道 路 第 一 辆 成 功 的 汽 油 动 力 车 辆 由 Karl Benz 和 Gottleib Daimler 在 1885 年 发 明 第 一 批 批 量 生 产 的 汽 油 动 力 汽 车 包 括 法 国 的 Rene Panhard 和 Emile Levassor 及 标 致 汽 车 ; 以 及 美 国 的 Charles and Frank Duryea Eli Olds 和 亨 利 福 特 汽 车 现 代 汽 车 即 使 在 今 天, 汽 车 也 在 不 断 进 化 今 天, 我 们 能 够 看 到 各 种 颜 色 形 状 和 尺 寸 的 汽 车 目 前 的 车 辆 具 有 创 新 的 设 计 功 能, 例 如 全 球 定 位 系 统 ipod 接 口 后 视 摄 像 头 以 及 自 行 平 行 泊 车 的 能 力! 在 有 些 国 家, 汽 车 的 尺 寸 和 效 率 非 常 被 人 看 重 目 前 市 场 上 最 小 的 汽 车 之 一 Smart Car 于 1998 年 由 Swatch 手 表 的 发 明 人 Nicholas Hayek 推 出 Smart Car 大 约 只 有 8 英 尺 长 5 英 尺 高 和 5 英 尺 宽, 非 常 适 于 交 通 拥 挤 的 城 市 Smart Car 二 人 版 在 城 市 中 每 加 仑 行 驶 46.3 英 里, 而 在 高 速 路 上 可 达 到 68.9 英 里 汽 车 工 程 史 上 最 伟 大 的 发 明 包 括 驱 动 汽 车 的 方 式 化 石 燃 料 的 供 给 费 用 和 环 境 影 响 不 断 激 励 着 很 多 汽 车 制 造 商 推 出 采 用 环 保 技 术 或 使 用 替 代 能 源 的 车 辆 混 合 动 力 汽 车 使 用 两 种 动 力 系 统, 包 括 一 个 汽 油 发 动 机 和 一 个 电 动 机 有 些 混 合 动 力 汽 车 型 号 需 要 连 接 充 电 电 源, 甚 至 能 自 行 发 电 电 动 汽 车 依 靠 电 池 驱 动 的 发 动 机 行 驶 有 些 汽 车 的 设 计 采 用 乙 醇 或 生 物 柴 油 等 替 代 燃 料 氢 动 力 汽 车 和 依 靠 氢 燃 料 行 驶 的 汽 车 目 前 仍 在 研 发 当 中 而 全 世 界 的 汽 车 制 造 商 也 正 在 考 虑 推 出 依 靠 压 缩 空 气 行 驶 的 汽 车 橡 皮 筋 赛 车 第 6 页, 共 11 页
学 生 资 源 : 汽 车 和 汽 车 工 程 学 汽 车 工 程 学 汽 车 工 程 师 设 计 我 们 在 生 活 工 作 和 游 乐 中 使 用 的 车 辆 他 们 涉 足 工 程 设 计 的 各 个 方 面, 从 初 步 设 计 概 念 一 直 到 生 产 他 们 为 满 足 安 全 性 舒 适 度 操 控 性 实 用 性 和 客 户 需 求 而 设 计 试 验 和 优 化 各 种 车 辆 汽 车 工 程 师 的 工 作 大 致 可 以 分 为 三 类 : 设 计 开 发 和 生 产 有 些 工 程 师 的 工 作 包 括 设 计 汽 车 的 基 本 部 件 或 系 统, 例 如 刹 车 系 统 或 发 动 机 研 发 工 程 师 则 为 各 种 工 程 学 问 题 寻 找 解 决 方 案 生 产 工 程 师 设 计 用 于 制 造 汽 车 的 工 艺 以 下 是 几 个 在 设 计 和 试 验 橡 皮 筋 赛 车 时 有 用 的 科 学 概 念 : 能 量 : 能 量 是 做 功 的 能 力 所 有 形 式 的 能 量 都 可 以 归 为 基 本 的 两 个 类 别 : 势 能 和 动 能 势 能 是 因 为 物 体 的 位 置 而 具 有 的 机 械 能 它 也 被 称 为 储 能 一 辆 静 止 的 汽 车 就 具 有 势 能 动 能 是 因 为 物 体 的 运 动 而 具 有 的 机 械 能 一 辆 汽 车 若 要 动 起 来, 势 能 就 必 须 被 转 换 为 动 能 牛 顿 运 动 定 律 艾 萨 克 牛 顿 爵 士 (1642 1727 年 ) 是 一 位 才 华 横 溢 的 数 学 家 天 文 学 家 和 物 理 学 家, 是 人 类 历 史 上 最 具 影 响 力 的 人 物 之 一 牛 顿 一 生 中 研 究 了 很 多 种 现 象, 其 中 一 种 就 是 物 体 和 系 统 的 运 动 根 据 他 的 观 察, 他 在 1686 年 的 经 典 著 作 Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica( 自 然 哲 学 的 数 学 原 理 ) 中 总 结 出 三 条 运 动 定 律 牛 顿 第 一 定 律 任 何 物 体 在 不 受 任 何 外 力 ( 例 如 摩 擦 或 重 力 ) 的 作 用 下, 总 保 持 匀 速 直 线 运 动 状 态 或 静 止 状 态, 直 到 有 外 力 迫 使 它 改 变 这 种 状 态 为 止 这 一 定 律 也 被 称 为 惯 性 定 律 牛 顿 第 二 定 律 物 体 的 加 速 度 跟 物 体 所 受 的 合 外 力 成 正 比, 跟 物 体 的 质 量 成 反 比 加 速 度 的 方 向 跟 合 外 力 的 方 向 相 同 牛 顿 第 二 定 律 可 以 表 示 为 :F = ma 牛 顿 第 三 定 律 每 个 作 用 力 都 有 一 个 大 小 相 等 方 向 相 反 的 反 作 用 力 橡 皮 筋 赛 车 第 7 页, 共 11 页
学 生 作 业 单 : 设 计 一 辆 橡 皮 筋 赛 车 你 们 以 工 程 师 小 组 形 式 用 日 常 用 品 设 计 自 己 的 橡 皮 筋 赛 车 橡 皮 筋 赛 车 必 须 在 1 米 宽 的 轨 道 上 直 线 行 驶 至 少 3 米 远 的 距 离 在 赛 道 内 直 线 行 驶 距 离 最 远 的 赛 车 获 胜 规 划 阶 段 以 小 组 形 式 共 同 讨 论 你 们 需 要 解 决 的 问 题 然 后 为 你 们 的 橡 皮 筋 赛 车 完 成 和 约 定 一 个 设 计 你 们 需 要 决 定 使 用 哪 些 材 料 在 下 面 的 方 框 中 画 出 你 们 的 设 计, 并 标 明 你 们 要 使 用 的 部 件 和 数 目 向 全 班 展 示 你 们 的 设 计 你 们 可 在 得 到 班 内 同 学 的 反 馈 意 见 后 修 订 你 们 小 组 的 设 计 设 计 : 需 要 的 材 料 : 橡 皮 筋 赛 车 第 8 页, 共 11 页
学 生 作 业 单 ( 续 ): 制 作 阶 段 制 作 橡 皮 筋 赛 车 在 制 作 中 可 以 决 定 是 否 需 要 额 外 的 材 料 或 需 要 修 改 设 计 这 完 全 没 有 问 题 - 尽 管 绘 制 新 的 草 图 并 修 改 材 料 单 试 验 阶 段 每 个 小 组 都 要 试 验 自 己 的 橡 皮 筋 赛 车 你 们 的 橡 皮 筋 赛 车 必 须 在 1 米 宽 的 轨 道 上 直 线 行 驶 3 米 远 的 距 离 计 算 赛 车 的 速 度 ( 单 位 时 间 中 行 驶 的 距 离 ) 确 保 观 看 其 他 小 组 的 试 验 并 观 察 他 们 的 设 计 是 如 何 工 作 的 橡 皮 筋 赛 车 数 据 试 验 1 在 轨 道 内 行 驶 的 距 离 ( 米 ) 在 轨 道 内 行 驶 的 时 间 ( 秒 ) 速 度 ( 米 / 秒 ) 试 验 2 试 验 3 平 均 评 价 阶 段 评 价 自 己 小 组 的 结 果, 填 写 评 价 单 并 向 全 班 介 绍 自 己 的 收 获 用 此 作 业 单 评 价 自 己 小 组 在 橡 皮 筋 赛 车 课 程 中 的 结 果 : 1. 你 们 是 否 成 功 制 作 了 一 辆 在 轨 道 内 直 线 行 驶 3 米 远 的 橡 皮 筋 赛 车? 如 果 是 这 样, 赛 车 行 驶 了 多 远? 如 果 没 有, 失 败 的 原 因 是 什 么? 橡 皮 筋 赛 车 第 9 页, 共 11 页
学 生 作 业 单 ( 续 ): 2. 你 们 是 否 与 其 他 小 组 协 商 交 换 材 料? 这 样 交 换 过 程 对 你 们 来 说 顺 利 吗? 3. 你 们 的 赛 车 的 最 大 速 度 是 多 少? 4. 你 们 是 否 在 制 作 阶 段 修 订 原 来 的 设 计 或 要 求 额 外 的 材 料? 理 由 是 什 么? 5. 如 果 你 们 能 够 获 得 与 所 提 供 材 料 不 同 的 其 他 材 料, 你 们 的 小 组 会 要 求 哪 些 材 料? 理 由 是 什 么? 6. 你 们 认 为 工 程 师 在 系 统 或 产 品 的 制 造 过 程 中 不 得 不 修 改 他 们 原 来 的 设 计 吗? 他 们 这 样 做 的 理 由 是 什 么? 橡 皮 筋 赛 车 第 10 页, 共 11 页
学 生 作 业 单 ( 续 ): 7. 如 果 你 们 不 得 不 从 头 再 来 一 次, 你 们 会 如 何 修 改 自 己 的 设 计? 理 由 是 什 么? 8. 你 们 看 到 其 他 小 组 的 哪 些 设 计 或 方 法 做 得 很 好? 9. 你 认 为 如 果 你 独 自 工 作 会 更 加 容 易 完 成 此 项 目 吗? 请 解 释 橡 皮 筋 赛 车 第 11 页, 共 11 页