郭晶

為了更好地打造探索飛翔奧秘之旅，天津科技館把2014年的“玩轉(zhuǎn)空氣秀1”與2016年的“玩轉(zhuǎn)空氣秀2”完美結(jié)合，重新打造了“微風(fēng)飛翔——空氣動力學(xué)初體驗”項目。同一個主題、同一個知識點，分別用強勁和微弱的空氣展現(xiàn)伯努利原理，強烈的反差對比，能給學(xué)生帶來完全不同的感受。通過知識與探究、互動與參與、動手制作與競技游戲相結(jié)合，讓學(xué)生充分感受伯努利原理的神奇之處。

項目概述

充分利用科技館展品資源，確立項目主題。天津科技館展廳有3件展品，渦旋、旋轉(zhuǎn)飛秋和龍卷風(fēng)，用不同的2種介質(zhì)——水和空氣為大家展現(xiàn)了同一個原理，那就是流體力學(xué)的伯努利原理。學(xué)生可通過觀察現(xiàn)象、體驗感覺、動手制作、競技比賽充分感受和體驗。

知識與技能教學(xué)目標(biāo)

知道空氣的流動會產(chǎn)生氣流，氣流是一種流體。

了解流體的伯努利效應(yīng)，即流體速度加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減小，反之壓力會增加。

知道飛行器能夠運行是由于氣流的伯努利效應(yīng)造成的升力，這是空氣動力學(xué)的基礎(chǔ)原理之一。

會運用伯努利效應(yīng)制作簡單的飛行器。

教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境需要有計算機、投影儀、網(wǎng)絡(luò)、實物投影儀、桌椅。教學(xué)實驗應(yīng)準(zhǔn)備流速測量表、大功率吹風(fēng)機、小功率吹風(fēng)機、各種不同材質(zhì)不同大小的球、氣球、玻璃瓶、蠟燭、火柴、木棍、卷紙、不同形狀的紙盒、不同形狀的礦泉水瓶。在動手制作環(huán)節(jié)要準(zhǔn)備資源包、剪刀、透明膠帶。另外還需要準(zhǔn)備活動手冊、學(xué)習(xí)單。

項目內(nèi)容

第1節(jié)課：初識

結(jié)合展品引入活動，參觀相關(guān)展品在科技館展廳有3件展品——渦旋、旋轉(zhuǎn)飛球和龍卷風(fēng)，用不同的介質(zhì)——水或空氣為學(xué)生展現(xiàn)了伯努利原理。通過展品演示的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么漩渦中心的力量巨大？小球為什么不會向周圍逃跑？為什么水霧會形成龍卷風(fēng)的形態(tài)？學(xué)生親身體驗在氣流產(chǎn)生時，不同位置的氣流流速是不同的。通過觀察展品所展示出的現(xiàn)象，提出問題，帶著問題進入活動環(huán)節(jié)。

互動比賽，體驗現(xiàn)象2014年的“玩轉(zhuǎn)空氣秀1”還停留在我演你看的形式上，有參與和互動，但沒有探究。新的“微風(fēng)飛翔”項目把探究性活動設(shè)定為重點。開場設(shè)計為互動比賽形式，通過小球疊疊高、乒乓球迫擊炮比賽活動，讓學(xué)生在玩中思考為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是否與我們剛才看到的展品有關(guān)聯(lián)。然后馬上引入自己動手制作體驗環(huán)節(jié)，通過紙紙相吸、伯努利錐形、淘氣的紙團實驗，讓學(xué)生親自動手體驗。這些環(huán)節(jié)過后，提出問題，聽取學(xué)生反饋，引導(dǎo)他們得出結(jié)論，引出活動主題“伯努利原理：流速快的地方壓強小，流速慢的地方壓強大”。

初識之后的思考環(huán)節(jié)在以前的科學(xué)秀中，說到空氣我們有個順口溜：“空氣看不見摸不著，不香不臭沒味道，說它珍貴處處有，動物植物離不了?！笨諝庠谖覀冃哪恐惺菬o形的，可其實我們的每一個微小動作都會引起氣流的變化。紋影攝影技術(shù)是近幾年逐漸被大家認(rèn)識的一種攝影技術(shù)，它的原理是利用氣流對光波的擾動，將不可被肉眼看見的氣流的變化，轉(zhuǎn)化成可以被看見的圖像。通過這種非常有趣的光學(xué)攝影技巧，能讓人們看到空氣流動的樣子，看到平時肉眼看不到的氣流形態(tài)。流速快的地方壓強小，流速慢的地方壓強大，是伯努利原理最核心的點，我們用風(fēng)速壓力儀讓學(xué)生有直觀的感受。知道了伯努利原理，那它在生活中的具體體現(xiàn)是什么呢？聽話的小球、沖鋒的紙卷、隔瓶滅火，通過現(xiàn)場與學(xué)生的系列互動實驗，讓他們了解空氣流動的特點，以及空氣動力學(xué)效應(yīng)的存在，并引導(dǎo)他們思考。伯努利原理產(chǎn)生的升力可以讓幾百噸的飛機在藍天翱翔，而這種神奇的力量對于在地面上高速行駛的汽車卻又是極其致命可怕的。怎樣利用伯努利原理讓時速300多千米的一級方程式賽車?yán)卫蔚刭N在地面上行駛而不會翻車呢？把這些問題作為思考題，留待下節(jié)課展開討論。

第2節(jié)課：探究

交流心得根據(jù)第1節(jié)課留的思考題，聽取回饋，交流想法。然后通過播放飛機引擎的力量視頻，讓學(xué)生了解幾百噸的飛機飛上天空需要多大的力量。飛機機翼模型實驗讓他們知道伯努利原理是如何讓飛機飛上天空，又讓時速300多千米的賽車緊緊貼在地面上行駛的。

切入主題，微風(fēng)飛翔 飛機飛上天空需要機翼和巨大的引擎，那在天空中飛翔的鳥、花叢中的小蜜蜂，甚至很小的蚊子，一切可以飛的東西，它們都是怎么飛起來的呢？微風(fēng)也可以飛翔嗎？干冰氣流實驗可以看到微風(fēng)下上升氣流的產(chǎn)生；翻滾的海浪實驗可以看到非常弱的氣流就可以讓“小海浪”在空氣的“海洋”中浪花翻滾。提到紙和飛，大家馬上就會想到紙飛機，其實只要明白伯努利原理，做出來的東西符合空氣動力學(xué)原理，任何形狀的東西都可以飛起來。飛行器的飛行狀態(tài)完全取決于它的造型，此時科技教師會給大家展示飛環(huán)和“海浪”。

動手動腦，展開制作科技教師用PPT展示不同的飛行器，并分享制作指導(dǎo)視頻，然后帶領(lǐng)大家一起做自己設(shè)計的飛行器。學(xué)生們需要利用學(xué)到的知識自己設(shè)計飛行器，并制作一個無動力滑翔機。

第3節(jié)課：成果展示和飛行挑戰(zhàn)賽

自制飛行器大比拼學(xué)生們自行設(shè)計的飛行器做好以后，進行展示和比拼活動。

無動力滑翔機飛翔大PK材料是1張薄薄的紙，通過調(diào)整機翼角度、形狀等，使滑翔機能夠在空中飛翔，以飛行時間最長、距離最遠為勝利。

活動總結(jié)

本項目引領(lǐng)學(xué)生通過科學(xué)探究過程獲取科學(xué)知識。過程具體表現(xiàn)為：圍繞已提出和聚焦的問題收集信息分析信息獲取證據(jù)經(jīng)過推理得出結(jié)論有效表達自己的探究結(jié)果并與他人交流。

在此過程中，學(xué)生初步運用分類、抽象、類比、量化等思維方法；提高了運用科學(xué)語言和與他人溝通、交流的能力；了解了通過科學(xué)探究達成共識的科學(xué)知識在一定階段是正確的，但是隨著新證據(jù)的出現(xiàn)，研究結(jié)果會不斷完善和深入，甚至?xí)l(fā)展變化。此外，學(xué)生將體會到科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)才能改造周圍環(huán)境、方便日常生活、創(chuàng)造豐富多彩的人工世界，科學(xué)技術(shù)推動著人類社會的發(fā)展和文明進程。