风力使者

李佩宁

“创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。创客以用户创新为核心理念，是创新2.0模式在设计制造领域的典型表现。创客运动最重要的标志是掌握了自生产工具。创客们作为热衷于创意、设计、制造的个人设计制造群体，最有意愿、活力、热情和能力在创新2.0时代为自己，同时也为全人类去创建一种更美好的生活。因此，创客是一群新人类，即坚守创新、持续实践、乐于分享并且追求美好生活的人。简单地说，创客是一群喜欢或者享受创新的人，他们追求自身创意的实现，至于是否能够实现商业价值，不是他们的主要目的。

在美国，有许多书籍专门介绍能人巧匠们如何对身边事物进行个性化的改造，从猎奇求变的“乒乓球手套”到精巧实用的“户外电池打火器”，或者仅仅是简单地用遥控汽车改装一个“遥控吸尘器”。或简单、或复杂、或可靠实用、或仅仅是博人一笑的DIY，无所不在的创意编织了许多年轻人的生活。当然，其中最优秀的一部分也为他们带来了职业的机遇与财富。

一、课程重点

本课程通过一项小课题，介绍创客的理念，使学生通过对学习生活中所用到的一个小物件的改装，了解创客的思维和思考方式，进而期望学生将其越来越多地运用到生活中，解决实际生活问题，也为生活带来更多的色彩。

【涉及领域】工程、社会学、数学

【建议年级】小学高年级

【建议时间】125分钟

二、课程任务

通过对能源利用知识的学习，结合身边的事务，以创客精神鼓励学生在给定的条件下设计利用风力驱动的创新产品，以此培养学生的合作能力和创新意识。

三、课程步骤

1.导入（15分钟）

第一步，解释什么是能源危机和新能源。能源危机，指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。这通常涉及到石油、煤碳或其他自然资源的短缺。能源危机通常会造成经济衰退。换言之，由于传统能源中的石油、煤碳的供应不足，导致很多商品难以生产和运输，一些地区出现缺衣少食、难以供暖、交通不便等问题。新能源，又称非常规能源，是指传统能源之外的各种能源形式，包括开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能和核聚变能等。这是为了代替传统的不可再生能源，以防止它们迅速枯竭导致威胁人类生存的巨大问题。

第二步，通过强调新能源的重要性，引出创客的概念，鼓励学生都成为创客的一员。由于利用和开发新能源就是一种创造性的活动，这和本节课提到的创客理念是一致的。这里，尤其要强调创客概念和理念的来源，即源于美国麻省理工学院微观装配实验室的实验课题，该课题以创新为理念，以客户为中心，以个人设计、个人制造为核心内容，参与实验课题的学生即创客。创客特指具有创新理念、自主创业的人，而本节课重在培养学生用创客的思维方式去思考、学习和创造，鼓励学生成为创客。

2.宣布任务一及评价量规（10分钟）

【宣布任务】利用各种材料，先画出设计草图，进行简单说明，然后制作一个利用风力驱动的能打井水的辘轳（要求能拉动5个10克的钩码）。宣布任务后，呈现评价量规（见表1）。

【材料】小卡子、热熔胶枪、木棒、大头针、纸杯、黏土、硬纸板、线、尺子、剪刀、胶带、台扇、钩码

3.任务一的执行（20分钟）

正式执行制作辘轳的任务。要求学生依照评价量规，并考虑以下内容。

（1）總体设计是怎样的？有什么思路？

（2）整个装置分为几部分？是完整的一个整体，还是每个部分各有分工？

（3）如何运用风力？如何改装使装置在风向变化的时候也能使用？

（4）用何种传动装置可以使一个平面上的旋转力转化为与该平面垂直的另一个平面上的旋转力？或者说，能否用一个平面上的某个装置的转动带动另一个与之垂直的平面上某个装置的转动？

（5）如何进行各部分的固定？

（6）为了达成目的，线绳要如何固定？

（7）线绳固定的滚轮是什么样子？要如何制作这个滚轮？

4.总结和反思（25分钟）

全部小组完成后，组织讨论以下问题。

（1）在你制作的装置中，风力较小时是否还能用？试一试。

（2）如果要设置一个“刹车装置”使辘轳在需要的时候就能够停下来，要如何改装设计呢？

5.宣布任务二及评价量规（10分钟）

【宣布任务】利用各种材料改造日常通用的转笔刀，画出设计草图，进行简单说明，然后制作一个利用风力来驱动的转笔刀。宣布任务后，呈现评价量规（见表2）。

【材料】转笔刀、小卡子、热熔胶枪、木棒、大头针、纸杯、黏土、硬纸板、线、尺子、剪刀、胶带、台扇

6.任务二的执行（20分钟）

正式执行制作转笔刀的任务。要求学生依照评价量规，并考虑以下内容。

（1）通过完成上一个任务，在机械方面有什么启发？

（2）风力转笔刀总体设计是怎样的？有什么思路？

（3）整个装置分为几部分？是完整的一个整体，还是每个部分各有分工？

（4）如何运用风力？运用风力的部分是应该固定在铅笔上还是转笔刀上？

（5）风扇要多大功率才能产生足够的力旋转和推进铅笔？

（6）如何进行各部分的固定？对转笔刀是否需要进行固定？怎样固定？对铅笔是否需要固定？怎样固定？

（7）为了达成目的，是否需要考虑对铅笔进行一些加工？或者“预处理”？

（8）可以一边做，一边在设计图上增加细节，尤其是关于各种部件的相互固定，看看有什么规律，又有什么新想法。

（9）像是齿轮组合之类的传动装置，除了可以改变运动的方向和所在平面，是否还可以改变传动时力的大小呢？怎样改变？

教师可以结合以往实践经验，在学生遇到无法解决的困难时进行适当的提示和点拨，以维护学生思维的积极性，激发学生自身的潜能，使其摆脱对传统课堂的依赖。比如，教师可以提示学生用硬纸板剪切扇叶时，要尽可能做成全等梯形，与轴倾斜角约60度;扇叶分布要对称;如果扇叶被固定在转笔刀上，必须保证转笔刀小巧，且旋转中心与转笔刀笔孔中心在同一直线上，并在转笔刀本身的质量分布不均匀时最好利用黏土来进行一定的配重处理;扇叶大小要适当，可使用传动装置增加力，以能够互相咬合的大小齿轮为例，用风扇带动小齿轮再由小齿轮带动咬合的大齿轮可以增加旋转力，该项也是在“实用性”上评分的重点内容。

7.总结和反思（25分钟）

全部小组完成后，组织讨论以下问题。

（1）风力转笔刀更适合削新铅笔，还是更适合削已经削过的铅笔？

（2）为什么风吹扇叶会使扇叶旋转，并且能够把铅笔推进转笔刀中？

（3）大小齿轮咬合传动的方式和杠杆有无类似之处？有哪些类似之处？

（4）拓展思考：生活中还有哪些东西可以利用风能来进行改造？能否利用风能来开坚果？