玩转投石机_参考网

玩转投石机

2020-04-06喻承

中国科技教育 2020年11期

喻承

投石机是古代的经典攻城器械，涉及诸多物理知识，如力矩、机械能的转化和守恒、抛体运动、力的合成与分解等，是一项非常值得开发的活动素材。活动以投石机为线索，从问题解决、创意物化入手，设计符合初高中学生的活动区域的循序渐进式的项目式学习活动。活动设计中突出对问题解决的思维导向性和创意物化在各环节的落实。

活动目标

知识与技能：了解投石机的种类、基本结构及发展历程，建立简单模型还原投石机基本工作过程，设计制作可投射的实体模型；掌握杠杆、力矩、抛体运动相关知识；会使用绘图、切割、黏合、CAD设计、激光雕刻、3D打印等方法设计制作投石机；能综合使用物理、工程技术手段设计实验，进行改进设计；能使用智能电子硬件实现部分自动化或趣味特效；采用绘画和立体造型艺术，使创意作品具有美感。

过程与方法：体验设计和测试、修改的迭代式设计过程；体验使用逻辑思维、发散性思维、聚合性思维方法，结合思维导图分析投石机改进中所需解决的问题；通过小组学习，体验合作与分工的探究方法。

情感、态度、价值观：在了解古今中外科技与运用现代科学技术的过程中增进民族自豪感与民族自信；在学习和使用科技的过程中感悟理论联系实际的思想；在合作和分工中学会相互关心，提升责任感，感受团结合作的作用。

学科领域

本活动在体验过程中涉及科学、技术、工程、艺术、数学多个学科领域（见表1），相关的知识点有杠杆与力矩、力的合成与分解、各种材料特性、建模计算、机械结构、图像研究法、实验数据处理、误差分析、智能控制、程序设计、平面美术、造型艺术、历史建筑等。而且，随着探究和自主学习的深入，在问题解决和创意物化的过程中可能还会根据学生自身的需要学习更多其他的知识。

活动内容

活动分为研究性学习实践活动和区域竞赛与展示交流活动两大门类，均包含数个模块供选用，详见表2。

下面，以“活动模块A 自制投石机”进行研究性学习实践活动的介绍。

活动模块A 自制投石机

模块目标：了解投石机的杠杆、力矩（高中）等原理；掌握制作的基本技能；完成一个投石机的制作。

过程简介：以小组形式完成投石机的制作；了解杠杆在投石机上的应用方法和特点。

活动材料：90 cm×120 cm KT板1块，长1 m、直径2 cm的PVC水管1根，纸杯1个，自行车辐条1根，铁丝、彩色贴纸、橡皮筋若干，热熔胶，双面胶。

活动工具：手锯、美工刀、尖头钳、热熔胶枪。

应急预案：在制作过程中须全程穿着围裙，佩戴手套、护目镜；使用电动工具前，必须充分了解其使用方法并在教师指导下进行；使用热熔胶枪要注意防止烫伤，每次使用后都要利用热熔胶枪支架放置在前方。

活動步骤：①布置任务——观察投石机图片，分析讨论投石机的基本构成要素，并完成投石机的模仿制作；知识准备（杠杆、力矩）。②问题分析，详见图1。③模仿制作——教师提供参考样图，学生根据分析的要点，按步骤进行设计制作。④测试——对射程、牢固度多个方面进行测试。⑤分享与拓展——比一比谁投得远，并探讨如何增加射程。