大家好,這個部分是基礎原理部分,機械入門部分,樂高官方給機械結構劃分了四個部分:齒輪,輪軸,槓桿,滑輪。上次,我們說完了槓桿;這次,我們來說最後一個部分—「滑輪」。
內容取自樂高官方簡單機械套裝原理模型,教學材料。
滑輪:
滑輪通常指帶纏繞皮帶或繩子用的凹邊的輪。連接滑輪的皮帶可能會「滑移」,這意味著作用力沒能得到有效利用。當滑輪皮帶太松或者滑輪尺寸不同時,這種情況就會發生。
另一方面,如果滑輪皮帶太緊,皮帶會在滑輪上製造無用的摩擦力。(滑輪傳動主要靠摩擦力。)
滑輪有以下幾個作用效果:
幾個作用
1、改變拉力的方向。
2、改變旋轉方向。
3、改變旋轉運動的方向。
4、增加拉力。
5、增加或降低旋轉速度。
6、增加旋轉力,也稱作力矩。
(第1點即是定滑輪的作用,第4點即是動滑輪的作用。剩下的作用和齒輪傳動差不多。)
學會以上幾種作用,發現其中有哪些轉動秘密,我們需要從以下三個模型入手:
1、原理模型
2、主要模型
3、問題解決模型
1
建立概念
初識簡單機械,舉出一些滑輪在日常生活中運用的例子。
比如:風扇皮帶、電梯、蒸汽鏟、旗杆、晾衣繩滑輪、起重機、老式水井、滑輪組、卷揚機、拉線機和軟百葉窗。
2
提供詞彙
1、驅動輪:由外力轉動的滑輪。
2、從動輪:當驅動輪通過皮帶轉動至少一個其他滑輪時,則被驅動的滑輪被稱為從動輪。
3
原理模型
1、搭建(皮筋「0」字型傳動):
結論
兩皮筋「0」字型傳動,兩滑輪轉向相同。
兩滑輪的轉速相同,因為兩滑輪的大小相同。
2、搭建(皮筋「8」字型傳動):
結論
「8」字型皮筋傳動,會讓兩滑輪的轉向變得不同。轉速的話還是只跟驅動輪和從動輪的大小有關。
3、搭建(增加轉速):
結論
依舊記住「大帶小加速,小帶大減速」。圖中,我們轉動的是大滑輪,所以大滑輪作為主動輪,大滑輪轉得較慢,而小半軸套則轉動很快。
4、搭建(降低轉速)
結論
這次,就是轉動小軸套,帶動大滑輪,那麼小軸套轉動的快一點,而大滑輪會轉動得慢一點,整個過程是一個減速過程。
5、搭建(定滑輪)
結論
當我轉動收線器的時候,重物就會向上移動,這就是所謂轉變了移動方向。
具體原理明白了,我們在教小朋友的過程當中,或者在家裡帶著孩子玩的時候,肯定不能給孩子這麼幹巴巴的原理。
而樂高的教育理念就好在這裡,興趣為本,以孩子為中心。具體實施就是「4C」辦法:聯繫(connect)、建構(construct)、反思(contemplate)、延續(continue)。
我們搭建帶著孩子搭建主要模型的時候就要按這個步驟進行:
1、降低轉速;
2、增加轉速;
3、旋轉方向;
4、改變旋轉方向。
讓孩子能夠認出以下與槓桿相關的詞彙:
1、驅動輪;
2、從動輪;
3、滑移。
瘋狂地板
1聯繫
山姆和莎莉喜歡去趕集。那裡有一個有趣的遊戲,需要玩的人掌握好平衡。旋轉板很瘋狂!它們會以不同的速度和方向移動。隨著旋轉板轉動並試著不被轉暈或掉下去非常有趣。
你能很好地保持平衡嗎?
你見過移動的地板嗎?
要使瘋狂地板工作需要哪些簡單機械?
讓我們一起搭建瘋狂地板!
2建構
可以帶著孩子做這麼一個簡單的旋轉模型,皮筋傳動不夠穩定。我自己做了一個,用馬達帶動,只有使用「減速」裝置才能帶得動。
so sad。。。
3反思
注意,這部分就要拿原理模型裡的「滑輪皮筋傳動」的知識拿來實驗了。
調整這兩個滑輪的不同安放位置,可以得到「大帶小,小帶大,還有大帶大」的各種運動方式。讓孩子自己親自感受一下,轉動過程中的感覺。
一、兩邊小人轉速相同,且轉向相同:
二、兩邊小人轉速不同(自己觀察一下,應該能發現小男孩快很多,但是容易轉脫皮筋):
三、兩邊小人轉速相同(同樣的都是平速傳動):
四、兩小人轉速相同(不過,這次,都是減速傳動)
4延續
鼓勵孩子測試多次。鼓勵孩子多問為什麼。嘗試滑輪的不同用法。
鼓勵學生用自己的語言討論滑輪裝置對瘋狂地板的影響,提出問題來給他們提示,比如:
描述轉動把手時會發生什麼情況。
要使瘋狂地板轉動一圈,需要搖動多少圈把手?你是怎麼想的?
描述模型的工作原理。
你如何確保觀察結果準確無誤?
問題解決模型
如果孩子藉由「瘋狂底板」已經掌握住了基本原理模型裡面的一些滑輪知識,那麼他就可以帶著這些知識去解決一些問題。
當把集市清理出小鎮時,山姆和莎莉喜歡看大型起重機吊一些很重的東西。山姆和莎莉想要自己搭建一輛起重機,假裝他們是集市的工作人員。
讓我們來幫助山姆和莎莉吧!
搭建一個如圖所示的起重機。
設計概要如下:
搭建一個平衡性良好的起重機。
在起重機上使用定滑輪。
搭建一個可以讓繞線機構保持鎖定的機構。
完成後,測試你的起重機。鎖定系統的性能如何?你的起重機可以提起多重的阻力點?評估起重機移動阻力點的難易程度,以及起重機的穩定性。影響阻力點移動難易程度的因素是什麼?
如果是家長帶著孩子玩的時候,這個時候就要放手讓孩子自己動了。讓他做出一個令自己十分滿意的作品。
家長在其中扮演引導者的角色:
鼓勵孩子對他們要著手解決的現實生活中的問題和/或他們準備使用的簡單機械類型做一些研究:
確定需求或問題:
利用觀察結果作出解釋
測試、評估和重新設計模型
設計過程中需要仔細掌握住起重機的特點。比如高柱子,長機械臂這些都是它最顯著的特點,抓住了這個特點,那麼做出來的,別人就能夠認出這是起重機了。
模型給個參考,最好不要按下面做:
今天的簡單機械「滑輪部分」,我們就說到這,掌握住基本原理之後,帶著孩子玩的時候,就能夠給他解決很多問題。請注意,是孩子帶著問題來探索,並非我們強行把知識灌輸給孩子。
這樣,我們的「簡單機械部分」就說完了,總共四大模塊,符合小學一年級的孩子學習,切不可超前學習,容易讓孩子失去興趣和信心。
好的,就醬,有空多陪陪自己的孩子!
溫馨提示
我會經常分享樂高機器人的案例。分享給其他人一起來頑機器人,想要獲得我,希望我的內容能對你有幫助。