張陸春

(天津市濱海新區(qū)大港同盛學校 天津 300280)

筆者課余在與學生溝通交流時獲悉，很多學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，因此他們對油田生產(chǎn)設備，如鉆井架、采油樹、龍門式起重機、升降式電梯、汽車吊車等長期耳濡目染，較為熟悉。而傳統(tǒng)的科技活動“參加人數(shù)不多，水過地皮濕，缺乏延續(xù)性”。為此，借助學校科技節(jié)平臺開展“愛油區(qū) 學物理”科技活動，以學生常見的油區(qū)生產(chǎn)設備、生活設施為基礎，以學科知識為出發(fā)點，以科技活動為載體，以科技活動延續(xù)性為特點，將科技活動從課上向課下，從學校向家庭與校外延伸，旨在全面落實新課標，提升學生科學素質(zhì)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

1 活動的宣傳與發(fā)動

班主任利用班會、板報等廣泛宣傳，使學生了解“愛油區(qū)學物理”科技活動的意義，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)合學生的交流反饋，提出制作一套科技活動套材，包括鉆井架、采油樹、龍門式起重機、升降式電梯、電動吊車等物理學具。各班物理課代表統(tǒng)計報名情況，物理學科組長將報名學生分成5個小組，由物理老師負責分工指導。

2 物理學具制作

學生在教師指導下，結(jié)合自己所學的物理知識和所知曉的父母單位的生產(chǎn)設備情況制作物理學具，并不斷改進、完善；理解電動機的原理、能量轉(zhuǎn)換，桿桿原理，定滑輪、動滑輪的特點及作用，有益摩擦增大的方法，大氣壓的作用，機械效率提高的方法等物理知識?？萍贾谱饔闪昙壙茖W延續(xù)至八年級物理，由課上延續(xù)到課余，由學校延續(xù)至家庭，教師負責在校答疑解惑，每晚8至9點通過QQ網(wǎng)上指導。

2.1 物理學具制作1——龍門式起重機(見圖1)

2.1.1 組成

門架、主梁、小車、小車驅(qū)動齒條、小車行走減速器、行走驅(qū)動電機、起重電機、起重減速器、卷揚機、控制電路。

2.1.2 原理

小車在行走驅(qū)動電機、減速器及齒條的作用下，實現(xiàn)左右移動。起重電機牽引卷揚機實現(xiàn)吊鉤的上升和下降。

2.1.3 功能

該學具用于學習電動機的原理，能量轉(zhuǎn)換；定滑輪、動滑輪的特點作用；增大有益摩擦的方法；機械效率的提高方法；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、到父母單位實地考察龍門式起重機結(jié)構(gòu)、運行情況，在物理教師的耐心指導下，基本上了解起重機的結(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、齒輪、減速器、卷揚機、控制電路、行走機的尋找、替代和設計，都始終堅持用最簡單、最常見的原材料，實現(xiàn)最優(yōu)化的性能。

門架、主梁、小車采用透明塑料板按照設計尺寸下料、組對、粘接。安裝小車驅(qū)動齒條，設計中采用電腦舊光驅(qū)中的齒條作為小車行走驅(qū)動部件，較好地解決了小車左、右行走移動的問題。安裝小車行走減速器，小車行走速度必須快慢適中，動作柔和。采用了舊玩具汽車中的齒輪，適當組合，實現(xiàn)了兩級減速。制作卷揚機、安裝起重電機，從舊玩具汽車中拆下齒輪和電機，適當組合，實現(xiàn)卷揚機功能。安裝配電盒，配電盒采用玩具汽車的電池盒，簡單方便。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)動電路控制起重機小車，實現(xiàn)左右行走功能，利用行走驅(qū)動電路控制起重機起重電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)重物的起升和下降。較好地解決了起重機左右和上下4個方向動作的難題。

2.1.5 制作的重難點

制作過程的難點在于控制電路的設計。需要控制小車左右行走，又要控制起重作業(yè)上下動作，也就是需要控制左、右、上、下 4個方向的動作。筆者查閱了很多資料，電機的正反轉(zhuǎn)切換一般情況都是采用接觸器或者 PLC控制器來實現(xiàn)的。這些器件如果用于模型控制中，會變得過于復雜。通過借鑒遙控小汽車利用轉(zhuǎn)向控制輸出的原理，控制起重機小車行走電機的正反轉(zhuǎn)，最終順利解決了轉(zhuǎn)向切換問題。

起重機小車行走機構(gòu)的制作是另一個難點。真正的起重機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，小車根本動不起來。筆者受到電腦光驅(qū)托盤可以自由進出活動的啟發(fā)，拆解研究后，發(fā)現(xiàn)其運動機制為：依靠齒條和齒輪傳動。由此，將齒條粘接在起重機大梁上，又利用3個齒輪制作出減速器裝置，安裝上電機，成功帶動小車在齒條上實現(xiàn)了行走。

圖1 龍門式起重機學具Fig.1 Gantry crane model

2.2 物理學具制作2——采油樹學具(見圖2)

圖2 采油樹學具Fig.2 Christmas Tree model

2.3 物理學具制作3——鉆井架學具(見圖3)

圖3 鉆井架學具Fig.3 Drilling derrick model

2.4 物理學具制作4——電動吊車學具(見圖4)

圖4 電動吊車學具Fig.4 Electric hoist model

2.5 物理學具制作5——升降式電梯學具(見圖5)

圖5 升降式電梯學具Fig.5 Elevator model

3 “愛油區(qū) 學物理”活動——物理學具比賽流程

3.1 講述父母在油區(qū)的工作

講述鉆井工人野外作業(yè)餐風露宿、斗酷暑、戰(zhàn)嚴寒，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 談學具制作過程

談學具的構(gòu)思和設計，材料的選取，制作的難點，教師提出的改進點和個人的感受等。

3.3 展示物理學具

操作學具，介紹學具的功能，應用的物理原理、規(guī)律，解決的實際問題等。

3.4 評委評獎

由 1位主管教學的校領導、1位教務主任、3位物理教師做評委，綜合考慮學生的演講，物理學具的趣味性、科學性、可操作性、創(chuàng)新性和安全性等，依據(jù)評價標準(演講、學具各占50%,)當場打分，評出一等獎(上交作品的 10%,)、二等獎(上交作品的20%,)、三等獎(上交作品的50%,)。

4 可能出現(xiàn)的問題及解決預案

4.1 可能出現(xiàn)的問題

組織管理的難度很大。

4.2 解決預案

在校長的大力支持和教務的協(xié)調(diào)幫助下，充分利用學?？萍脊?jié)平臺開展活動；學科組長負責，八年級物理教師全員參與，分工明確；利用校本課程時間，每周二下午第七節(jié)在物理實驗室對科技小組學生集中指導；在校物理教師課余隨時指導學生，每天晚上8至9點QQ網(wǎng)上指導。

5 參加第30屆天津市青少年科技創(chuàng)新大賽

5個科技作品參加了第 30屆天津市青少年科技創(chuàng)新大賽，其中“龍門式起重機學具”獲天津市二等獎(齊斌)；“采油樹學具”獲濱海新區(qū)二等獎(孫津碩)；“鉆井架學具”獲濱海新區(qū)三等獎(李光耀)。此外，“升降式電梯學具”(劉堃)、“電動吊車學具”(張嘉鈺)獲校級一等獎。

6 科技活動收獲

6.1 感恩師長

學生根據(jù)父母工作單位的生產(chǎn)設備和生活設施制作物理學具、參加科技活動，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；同學間交流討論，促進了學生自主學習、合作學習，培養(yǎng)了團隊精神；教師指導學具的制作、改進、完善過程，組織物理學具比賽，贏得學生的尊敬，使學生更加尊師重教。

6.2 立德樹人

通過“延續(xù)性科技教育活動”，鼓勵學生在今后的學習和生活中，利用身邊的廢舊材料開展科技制作，對學生養(yǎng)成勤儉節(jié)約和環(huán)保意識很有益處，幫助立德樹人。

6.3 科技創(chuàng)新

整個活動始終以科技教育為主線，突出科學、技術(shù)、創(chuàng)新；學生參加活動經(jīng)歷了查閱資料、設計、改進、制作，再設計、再改進、再制作的過程，不斷思考、交流、請教，提高作品的美觀性和節(jié)能高效性。學生勇于參與科技活動，在校園內(nèi)形成了良好的科技氛圍，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才進行了有益的嘗試。

7 結(jié) 語

把物理學科教育、學?？萍蓟顒雍吞旖虻目破栈顒拥热诤系揭黄穑詫W生常見的油區(qū)生產(chǎn)設備、生活設施為基礎，以學科知識為出發(fā)點，以科技活動為載體，以科技活動延續(xù)性為特點的延續(xù)性科技教育，作為教學活動新模式培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，促進了學生科學素質(zhì)的提升。筆者學校將進一步研究與實踐，更好地貫徹落實新課標?！?/p>

［1］中華人民共和國國務院.全民科學素質(zhì)行動計劃綱要(2006-2010-2020)[Z].2006.

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

［3］李軍.加強學?？萍蓟顒?培養(yǎng)學生實踐能力[J].天津科技，2014，41(5)：41-43.