張陸春

(天津市濱海新區(qū)大港同盛學(xué)校 天津 300280)

筆者課余在與學(xué)生溝通交流時(shí)獲悉，很多學(xué)生的父母工作在油區(qū)一線，從事著鉆井工、采油工、天車工等工種，因此他們對(duì)油田生產(chǎn)設(shè)備，如鉆井架、采油樹、龍門式起重機(jī)、升降式電梯、汽車吊車等長(zhǎng)期耳濡目染，較為熟悉。而傳統(tǒng)的科技活動(dòng)“參加人數(shù)不多，水過地皮濕，缺乏延續(xù)性”。為此，借助學(xué)?？萍脊?jié)平臺(tái)開展“愛油區(qū) 學(xué)物理”科技活動(dòng)，以學(xué)生常見的油區(qū)生產(chǎn)設(shè)備、生活設(shè)施為基礎(chǔ)，以學(xué)科知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，以科技活動(dòng)為載體，以科技活動(dòng)延續(xù)性為特點(diǎn)，將科技活動(dòng)從課上向課下，從學(xué)校向家庭與校外延伸，旨在全面落實(shí)新課標(biāo)，提升學(xué)生科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

1 活動(dòng)的宣傳與發(fā)動(dòng)

班主任利用班會(huì)、板報(bào)等廣泛宣傳，使學(xué)生了解“愛油區(qū)學(xué)物理”科技活動(dòng)的意義，激發(fā)其參與興趣。物理教師根據(jù)調(diào)查研究結(jié)果，結(jié)合學(xué)生的交流反饋，提出制作一套科技活動(dòng)套材，包括鉆井架、采油樹、龍門式起重機(jī)、升降式電梯、電動(dòng)吊車等物理學(xué)具。各班物理課代表統(tǒng)計(jì)報(bào)名情況，物理學(xué)科組長(zhǎng)將報(bào)名學(xué)生分成5個(gè)小組，由物理老師負(fù)責(zé)分工指導(dǎo)。

2 物理學(xué)具制作

學(xué)生在教師指導(dǎo)下，結(jié)合自己所學(xué)的物理知識(shí)和所知曉的父母單位的生產(chǎn)設(shè)備情況制作物理學(xué)具，并不斷改進(jìn)、完善；理解電動(dòng)機(jī)的原理、能量轉(zhuǎn)換，桿桿原理，定滑輪、動(dòng)滑輪的特點(diǎn)及作用，有益摩擦增大的方法，大氣壓的作用，機(jī)械效率提高的方法等物理知識(shí)。科技制作由六年級(jí)科學(xué)延續(xù)至八年級(jí)物理，由課上延續(xù)到課余，由學(xué)校延續(xù)至家庭，教師負(fù)責(zé)在校答疑解惑，每晚8至9點(diǎn)通過QQ網(wǎng)上指導(dǎo)。

2.1 物理學(xué)具制作1——龍門式起重機(jī)(見圖1)

2.1.1 組成

門架、主梁、小車、小車驅(qū)動(dòng)齒條、小車行走減速器、行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)、起重電機(jī)、起重減速器、卷揚(yáng)機(jī)、控制電路。

2.1.2 原理

小車在行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器及齒條的作用下，實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)。起重電機(jī)牽引卷揚(yáng)機(jī)實(shí)現(xiàn)吊鉤的上升和下降。

2.1.3 功能

該學(xué)具用于學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)的原理，能量轉(zhuǎn)換；定滑輪、動(dòng)滑輪的特點(diǎn)作用；增大有益摩擦的方法；機(jī)械效率的提高方法；大氣壓的作用；正反轉(zhuǎn)控制電路等。

2.1.4 制作過程

通過上網(wǎng)查找資料、到父母單位實(shí)地考察龍門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行情況，在物理教師的耐心指導(dǎo)下，基本上了解起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。制作過程中，從方案確定到材料收集，包括塑料板的搜尋，電機(jī)、齒輪、減速器、卷揚(yáng)機(jī)、控制電路、行走機(jī)的尋找、替代和設(shè)計(jì)，都始終堅(jiān)持用最簡(jiǎn)單、最常見的原材料，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的性能。

門架、主梁、小車采用透明塑料板按照設(shè)計(jì)尺寸下料、組對(duì)、粘接。安裝小車驅(qū)動(dòng)齒條，設(shè)計(jì)中采用電腦舊光驅(qū)中的齒條作為小車行走驅(qū)動(dòng)部件，較好地解決了小車左、右行走移動(dòng)的問題。安裝小車行走減速器，小車行走速度必須快慢適中，動(dòng)作柔和。采用了舊玩具汽車中的齒輪，適當(dāng)組合，實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)減速。制作卷揚(yáng)機(jī)、安裝起重電機(jī)，從舊玩具汽車中拆下齒輪和電機(jī)，適當(dāng)組合，實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)功能。安裝配電盒，配電盒采用玩具汽車的電池盒，簡(jiǎn)單方便。安裝電路，從舊的玩具遙控汽車中拆下電路板，利用電路板中轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)電路控制起重機(jī)小車，實(shí)現(xiàn)左右行走功能，利用行走驅(qū)動(dòng)電路控制起重機(jī)起重電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)重物的起升和下降。較好地解決了起重機(jī)左右和上下4個(gè)方向動(dòng)作的難題。

2.1.5 制作的重難點(diǎn)

制作過程的難點(diǎn)在于控制電路的設(shè)計(jì)。需要控制小車左右行走，又要控制起重作業(yè)上下動(dòng)作，也就是需要控制左、右、上、下 4個(gè)方向的動(dòng)作。筆者查閱了很多資料，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換一般情況都是采用接觸器或者 PLC控制器來實(shí)現(xiàn)的。這些器件如果用于模型控制中，會(huì)變得過于復(fù)雜。通過借鑒遙控小汽車?yán)棉D(zhuǎn)向控制輸出的原理，控制起重機(jī)小車行走電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，最終順利解決了轉(zhuǎn)向切換問題。

起重機(jī)小車行走機(jī)構(gòu)的制作是另一個(gè)難點(diǎn)。真正的起重機(jī)小車行走是靠行走輪在軌道上行走。如果模型中也采用這種結(jié)構(gòu)，受制于模型整體尺寸的限制，行走輪必須做得非常小，如此一來，驅(qū)動(dòng)問題、行走輪和軌道之間的摩擦力問題都很難解決，小車根本動(dòng)不起來。筆者受到電腦光驅(qū)托盤可以自由進(jìn)出活動(dòng)的啟發(fā)，拆解研究后，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)機(jī)制為：依靠齒條和齒輪傳動(dòng)。由此，將齒條粘接在起重機(jī)大梁上，又利用3個(gè)齒輪制作出減速器裝置，安裝上電機(jī)，成功帶動(dòng)小車在齒條上實(shí)現(xiàn)了行走。

圖1 龍門式起重機(jī)學(xué)具Fig.1 Gantry crane model

2.2 物理學(xué)具制作2——采油樹學(xué)具(見圖2)

圖2 采油樹學(xué)具Fig.2 Christmas Tree model

2.3 物理學(xué)具制作3——鉆井架學(xué)具(見圖3)

圖3 鉆井架學(xué)具Fig.3 Drilling derrick model

2.4 物理學(xué)具制作4——電動(dòng)吊車學(xué)具(見圖4)

圖4 電動(dòng)吊車學(xué)具Fig.4 Electric hoist model

2.5 物理學(xué)具制作5——升降式電梯學(xué)具(見圖5)

圖5 升降式電梯學(xué)具Fig.5 Elevator model

3 “愛油區(qū) 學(xué)物理”活動(dòng)——物理學(xué)具比賽流程

3.1 講述父母在油區(qū)的工作

講述鉆井工人野外作業(yè)餐風(fēng)露宿、斗酷暑、戰(zhàn)嚴(yán)寒，頭戴鋁盔走天涯的辛苦；采油工人一身油污無怨言的辛勞；愛油區(qū)、感恩父母、發(fā)奮讀書。

3.2 談學(xué)具制作過程

談學(xué)具的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，材料的選取，制作的難點(diǎn)，教師提出的改進(jìn)點(diǎn)和個(gè)人的感受等。

3.3 展示物理學(xué)具

操作學(xué)具，介紹學(xué)具的功能，應(yīng)用的物理原理、規(guī)律，解決的實(shí)際問題等。

3.4 評(píng)委評(píng)獎(jiǎng)

由 1位主管教學(xué)的校領(lǐng)導(dǎo)、1位教務(wù)主任、3位物理教師做評(píng)委，綜合考慮學(xué)生的演講，物理學(xué)具的趣味性、科學(xué)性、可操作性、創(chuàng)新性和安全性等，依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(演講、學(xué)具各占50%,)當(dāng)場(chǎng)打分，評(píng)出一等獎(jiǎng)(上交作品的 10%,)、二等獎(jiǎng)(上交作品的20%,)、三等獎(jiǎng)(上交作品的50%,)。

4 可能出現(xiàn)的問題及解決預(yù)案

4.1 可能出現(xiàn)的問題

組織管理的難度很大。

4.2 解決預(yù)案

在校長(zhǎng)的大力支持和教務(wù)的協(xié)調(diào)幫助下，充分利用學(xué)?？萍脊?jié)平臺(tái)開展活動(dòng)；學(xué)科組長(zhǎng)負(fù)責(zé)，八年級(jí)物理教師全員參與，分工明確；利用校本課程時(shí)間，每周二下午第七節(jié)在物理實(shí)驗(yàn)室對(duì)科技小組學(xué)生集中指導(dǎo)；在校物理教師課余隨時(shí)指導(dǎo)學(xué)生，每天晚上8至9點(diǎn)QQ網(wǎng)上指導(dǎo)。

5 參加第30屆天津市青少年科技創(chuàng)新大賽

5個(gè)科技作品參加了第 30屆天津市青少年科技創(chuàng)新大賽，其中“龍門式起重機(jī)學(xué)具”獲天津市二等獎(jiǎng)(齊斌)；“采油樹學(xué)具”獲濱海新區(qū)二等獎(jiǎng)(孫津碩)；“鉆井架學(xué)具”獲濱海新區(qū)三等獎(jiǎng)(李光耀)。此外，“升降式電梯學(xué)具”(劉堃)、“電動(dòng)吊車學(xué)具”(張嘉鈺)獲校級(jí)一等獎(jiǎng)。

6 科技活動(dòng)收獲

6.1 感恩師長(zhǎng)

學(xué)生根據(jù)父母工作單位的生產(chǎn)設(shè)備和生活設(shè)施制作物理學(xué)具、參加科技活動(dòng)，從而了解油區(qū)的生產(chǎn)生活，知曉父母的辛勞，更加熱愛油田，感恩父母；同學(xué)間交流討論，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神；教師指導(dǎo)學(xué)具的制作、改進(jìn)、完善過程，組織物理學(xué)具比賽，贏得學(xué)生的尊敬，使學(xué)生更加尊師重教。

6.2 立德樹人

通過“延續(xù)性科技教育活動(dòng)”，鼓勵(lì)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和生活中，利用身邊的廢舊材料開展科技制作，對(duì)學(xué)生養(yǎng)成勤儉節(jié)約和環(huán)保意識(shí)很有益處，幫助立德樹人。

6.3 科技創(chuàng)新

整個(gè)活動(dòng)始終以科技教育為主線，突出科學(xué)、技術(shù)、創(chuàng)新；學(xué)生參加活動(dòng)經(jīng)歷了查閱資料、設(shè)計(jì)、改進(jìn)、制作，再設(shè)計(jì)、再改進(jìn)、再制作的過程，不斷思考、交流、請(qǐng)教，提高作品的美觀性和節(jié)能高效性。學(xué)生勇于參與科技活動(dòng)，在校園內(nèi)形成了良好的科技氛圍，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才進(jìn)行了有益的嘗試。

7 結(jié) 語

把物理學(xué)科教育、學(xué)?？萍蓟顒?dòng)和天津的科普活動(dòng)等融合到一起，以學(xué)生常見的油區(qū)生產(chǎn)設(shè)備、生活設(shè)施為基礎(chǔ)，以學(xué)科知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，以科技活動(dòng)為載體，以科技活動(dòng)延續(xù)性為特點(diǎn)的延續(xù)性科技教育，作為教學(xué)活動(dòng)新模式培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的提升。筆者學(xué)校將進(jìn)一步研究與實(shí)踐，更好地貫徹落實(shí)新課標(biāo)?！?/p>

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)計(jì)劃綱要(2006-2010-2020)[Z].2006.

［2］蔣長(zhǎng)榮.校內(nèi)外科技教育互補(bǔ) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].北京教育：普教版，2013(2)：76.

［3］李軍.加強(qiáng)學(xué)校科技活動(dòng) 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力[J].天津科技，2014，41(5)：41-43.