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[科教展台]机械传动结构设计与制作项目学习案例

朱凌侠/浙江省温州市第二十二中学

2024-03/总第336期

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项目概述

普通高中通过技术实践活动践行劳动教育,培养学生适应新时代的劳动技能和劳动素养。工程技术领域的机构传动堪称技术专业的基础支柱,但对高中生而言,他们对机构传动的认识较为有限。因此,强化高中生在机械传动装置领域的探索与学习,显得至关重要。

本次项目式学习活动以工程技术方向为主,结合各学科的STEAM劳动教育活动。活动针对高一年级共计800多名学生开展,持续1学期,涵盖9个课时。学生在活动中学习设计草图制作、三视图及尺寸标注、木工加工工艺,亲历设计及制作全过程,打造1个以摇杆为动力、通过凸轮和摩擦轮传动、实现目标物体上下平动及水平转动的机械传动装置。


项目情景设置

当前,很流行一种木质机械玩偶automata(自动机械装置)——利用机械原理再现某种场景、或模拟生物动作、或完成某种预定任务的机械玩具。学生看到这么好玩的装置觉得造出这些装置的人非常厉害,教师适时提出项目任务——自己设计、制作1个类似的机械传动装置。


项目实践规划

实施对象:普通高中1年级学生。

实施空间:教室、木工实践教室。

实践材料:木工加工工具、厚度8 mm的松木板、直径6 mm木棍、木工钉、木工胶等。

实践时长:9课时。


项目主线

项目学习活动逻辑线

本项目结合“学习—实践—创新”学习模型开展,主线按照提出问题—制订方案—项目实施—测试评价—改进提升的设计思维方法展开。

项目实践活动内容

实践活动包括绘制设计草图、绘制三视图、标注尺寸、学习工具使用、制作加工模型、展示交流和评价6个阶段。

教学主线

本项目的教学方案设计从核心问题开始,根据项目式学习实施的流程依次展开。根据方案设置教学结构(表1),再将项目核心任务进行分解,最后根据任务设置评价策略。


项目目标

本项目通过探究性实践、技术性实践(设计)、审美性实践、社会性实践、调控性实践培养学生问题解决、创见、决策、实验、系统分析等高阶思维,提升学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等核心素养。

具体的STEAM学科目标

科学:掌握凸轮传动的机械原理。技术:了解高中技术学科,对技术和工程产生兴趣,激发学生的学习热情。工程:学会用木工工艺制作木质结构,学会通过测试发现和解决问题。数学:学会具体尺寸的设计、测量和计算,掌握基本几何图形的绘制和组合。艺术:学会有创意、有主题的造型表达。


项目实施过程

核心任务1.绘制设计图纸

驱动性问题:如何有效地将创意转化为可视化表达?

活动1.绘制草图

活动目标:学会绘制立体设计草图。

活动时长:1课时。

活动过程:教师引导学生讨论构思,分步练习绘制草图,强化学生对设计草图重要性的理解,并应用于实践。

活动2.绘制三视图

活动目标:掌握正投影原理和三视图规则,学会绘制物体的3个正投影面。

活动时长:1课时。

活动过程:通过情境导入让学生明白如何利用平面图纸指导立体物件的加工,通过练习和讨论使学生熟练掌握三视图的绘制方法。

活动3.形体的尺寸标注

活动目标:学会正确标注尺寸。

活动时长:1课时。

活动过程:学生通过发现自行标注尺寸时存在的不统一和误解问题,认识到标准的重要性,并跟随教师学习尺寸标注的基本要求和圆弧尺寸标注方法。

核心任务2.加工制作模型

驱动性问题:如何物化设计加工图?如何用工具加工模型?

活动4.了解木材特性

活动目标:识别不同木材类型及其性能特点,选择适合的木料进行加工。

活动时长:0.5课时。

活动过程:教师引导学生观察实物木料,收集资料,探究木材力学特性,最终确定使用松木作为加工材料。

活动5.认识几种常用的木工加工工具

活动目标:认识画线工具、刀具、木工锉、木工砂纸。

活动时长:0.5课时。

活动过程:学生通过动手试用主要加工工具,了解其使用方法和注意事项,并接受必要的安全教育。具体工具包括角尺、刀锯、锉刀、砂纸、木工钻等。

活动6.学习木工加工工艺

活动目标:学习木工加工的具体工艺——画线、锯割、挫削、表面处理。

该项目获得第37届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科技教育创新成果一等奖


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