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第4.2课《无动力小车智造-实施总结阶段》教学设计
课题 无动力小车智造-实施总结阶段 单元 第一单元 学科 综合实践活动 年级 八年级
核心素养目标 价值体认：通过参与风驱动小车、太阳能小车的制作与实践，深入感受清洁能源在交通领域的应用潜力深化对绿色能源理念的认同。责任担当：在学习“无动力小车智造-实施总结阶段” 活动的过程中，主动参与无动力小车的探究，为新型节能汽车发展贡献力量。解决问题：通过设计对比实验，查阅资料、请教他人，收集数据并分析，提升发现问题、分析问题和解决问题的能力。创意物化：结合所有考察成果，鼓励在造型设计上大胆创新，将创意想法转化为实际的小车作品，实现从创意构思到实物创作的转化。
教学重点 通过参与风驱动小车、太阳能小车的制作与实践，深入感受清洁能源在交通领域的应用潜力深化对绿色能源理念的认同。
教学难点 结合所有考察成果，鼓励在造型设计上大胆创新，将创意想法转化为实际的小车作品，实现从创意构思到实物创作的转化。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第4.2课 《无动力小车智造-实施总结阶段》1、板书课题。2、播放视频。 观看教学视频。 将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 一、实施阶段板书课题。2021年，以“风能利用和无动力赛车制作”为主题的第七届全国青年科普创新实验暨作品大赛先后在各地进行了初赛和复赛；一些大学也多次开展了无动力汽车的创意设计比赛。这类活动倡导“创意无限，低碳随行”，向同学们传播了创新、低碳的理念，营造了良好的科技创新氛围。我们要积极参加这类活动，设计出更加环保、有创意的无动力小车。实施阶段：任务一 风驱动小车制作风是自然存在的，风能是大自然的固有能源，如果能找到一个利用风能驱动汽车、火车等交通工具的方法，那么将对未来交通的发展有极大的帮助。如何用风来驱动小车呢？让我们展开风驱动小车的探究活动吧！1、探究在设计制作风驱动小车前，我们来探究、学习风能转化的基本原理，然后思考自己要设计怎样的风驱动小车。风的动力以两种形式作用于物体，当空气流动快的时候，在正面挡住它的物体就会受到空气的冲击，这种冲击产生的压力叫动压力。风帆小车顺风行驶就是空气对帆的动压力推动其前进。同时，气体流选小的地方会对流达大的地方产生一个侧向压力，这个力叫静压力。当风帆小车迎风行驶时，其正是在风的静压力推动下前进的。气体流动速度越大的地方，动压力压强越大，而静压力压强越小。反之，流选越小的地方，动压力压强越小，而静压力压强越大。工具箱牛顿第三运动定律在同一条直线上，相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反的。也就是说作用力越大，反作用力也就越大。将这个定律应用到我们的风力小车上，风力越大，小车得到的动力也就越足，跑起来也就越快。（出示图片）2、设计任务明确后，我们就要着手制订具体的活动方案，因为方案关系到活动开展的成败，所以在制订时要尽可能考虑全面，不仅要查找资料、请教专业人士，还要具备学科的相关知识以及较强的动手能力。风驱动小车设计方案材料准备车轮、胶水、A4复印纸、泡沫板、尼龙线、车轴等基本工具热熔枪、剪刀、电钻、木锯、砂纸、画料、透明胶等设计图纸人员分工小航、小天：负责查找风动力相关知识、小车结构设计案例小蝶、小柔：利用工具裁剪泡沫板做车架，用 A4 复印纸做风帆，安装车轮、车轴小月：测试小车在不同风力下的行驶情况，调整风帆角度等注意事项使用电钻、热熔枪时需成人陪同，防止受伤；胶水、热熔胶涂抹要均匀，避免过多或过少影响连接牢固度；裁剪材料时注意安全，保持边缘整齐；测试时选择空旷、风力稳定的场地，防止小车失控工具箱风驱动小车设计（出示图片）小提醒设计制作的注意事项1.做好准备工作，包括各种工具、材料的收集以及人员的分工等。2.制作过程中必须注意安全，妥善利用和保管工具，最好有专人监督。3.学会调节心情，要有耐心、有细心、有信心。4.制作结束后，收拾好制作场地，物归原位。3.制作可以根据小组的设计思路，安排好制作风驱动小车各个部件的人员，如有的做风帆，有的做车身，有的安装车轮，有的拼装帆骨，然后进行组装。小车做好后，可以在电扇的风力驱动下开始测试。风帆对小车的速度和载重有很大的影响，你能找到最佳的方案吗？不同风帆材质对小车运行速度的影响（出示图片）不同风帆数量对小车运行速度的影响（出示图片）工具箱风速风向仪风速风向仪主要由支杆、风标、风杯、风速风向感应器组成。我们可以用风速风向仪测量风驱动小车运行时的瞬时风速和风向。（出示图片）4.调试你找到的最佳方案是什么？根据测试数据，分析原因，并对小车进行改进。在班里开展一次风驱动小车比赛，记录比赛的过程。最佳方案为：风帆材质选择塑料板，风帆数量为 2 片。风驱动小车10米跑比赛记录组别风帆的材质风帆的数量时间第一组纸板1 片15 秒第二组A4 打印纸2 片12 秒第三组塑料薄膜2 片8 秒第四组塑料板3 片14 秒5.交流你的小车制作成功了吗？如果失败了，原因是什么？请从速度、性能、外观等角度对自己小组和其他小组的小车进行评价，并进行经验交流。风驱动小车设计制作小结遇到的困难风帆材质选择不当，风阻大且易破损解决的办法更换为轻薄且坚韧的塑料板做风帆记忆深刻的环节反复测试不同材质风帆，对比效果对小车的评价速度还不错，但外观可更美观制作感悟选材很关键，要兼顾性能与实用性挑战任务风驱动小车能逆风行驶吗？怎样才能让风驱动小车逆风行驶呢？风驱动小车实现逆风行驶，主要通过四方面设计：优化风帆形状：用弧形或可变形结构改变气流与压力，产生向前分力。调节风帆角度：以手动或自动方式将其设为 30°-60°，分解风力获向前动力。改进小车结构：低重心增稳定性，优化车轮与传动系统减摩擦、提效率。采用多风帆组合：多方向捕风形成向前合力，也可联动调节提升效果。资料链接：逆风行驶原理风驱动小车逆风行驶主要是利用了空气动力学原理中的 “伯努利原理” 和 “矢量分解”。当风作用于小车的风帆时， 风帆两侧的空气流速不同会产生压力差。即使是逆风，通过合理设计风帆的形状和角度，能将逆风的作用力分解为使小车前进的分力 ，从而实现逆风行驶。实施阶段：任务二 太阳能小车制作太阳能小车制作是一个充满挑战性的项目，既能带我们了解太阳能的知识，满足我们操索新能源世界的好奇心，又能培养我们的创新能力、动手能力及解决问题的能力。那么，我们对太阳能小车了解吗？该怎样开展太阳能小车的设计制作活动呢？1.探究太阳能小车是利用贴在车体外表的太阳能电池板，将太阳能直接转换成电能后驱动小车行驶的，小车的行驶速度由输人电动机的电流控制。小组合作，深人了解太阳能小车的驱动原理，为设计制作太阳能小车做好准备。在线搜索太阳能电池分类太阳能电池依据所用半导体材料的不同，通常分为硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等，其中最常用的是硅太阳能电池。2.设计请教指导老师或汽车修理厂专业人员，了解汽车结构、机械制动以及五金、木工方面的专业知识，制订具体可行的太阳能小车设计制作方案。太阳能小车设计制作方案活动主题太阳能小车的设计与制作小组名称逐光科创小组成员甲、乙、丙、丁、戊、己活动时间9.14活动地点学校通用技术教室、校园空地活动内容及人员分工活动环节负责人具体内容器材准备甲购置太阳能电池板、直流电机、车轮、木条、螺丝螺母等材料场地联络乙协调通用技术教室的使用时段，划定校园空地上用于小车测试的跑道草图设计丙设计太阳能小车的车架形状，规划太阳能板的安装角度制作测试丁安装太阳能板，完成太阳能小车整体制作，在校园空地测试小车行驶速度、太阳能转化效率等，根据测试情况调整小车部件结构搭建戊按照草图，用木条搭建小车车架，安装车轮电路连接己连接太阳能电池板与直流电机的电路，安装开关等控制元件，测试电路是否通畅，电机能否正常运转展示形式在班级开展的成果汇报会上，现场操作太阳能小车行驶，展示制作过程的照片、视频，讲解设计思路与技术要点3.制作根据小组方案，分工合作，完成太阳能小车的制作。想一想：怎样制作才能确保作品完成得又快又好 第一步：寻找合适的零部件。第二步：根据小组创意进行组装。第三步：测试、总结、学习、改进。第四步：呈现成品小车。我们的活动记录1.成员分工，分别挑选匹配的材料和元件，沟通确保兼容性。2.先搭建并固定车架，安装车轮并调轮轴，连接电路、装太阳能板，遇困难共同讨论解决。3.空地测试发现车速慢，分析后微调太阳能板角度、润滑传动部分，再次测试车速提升。4.美化小车，班级展示时演示行驶、讲解制作与改进。小锦囊制作太阳能小车可能用到直尺、角尺等测量工具，美工刀、小手锯等切割工具，螺丝刀、剪刀、热熔胶枪等组装工具，以及万用表等调试工具，分别用于测量、切割、组装和电路调试等环节。4.测试太阳能小车初步制作完成后，制定相应的比赛规则，进行坡道负重测试和比赛。通过测试，分析小车运行时的摩擦力和阻力，以及太阳能转化的效率；对照小组的设计制作方案，对作品进行评估和反馈；听取同学的建议，改进自己的太阳能小车。制作运用的技术太阳能光电转换技术机械传动技术电路连接技术小车的优点：太阳能板光电转化效率较高，能较快为小车提供动力；车架结构稳固，行驶时不易变形。小车的缺点：摩擦力较大，影响行驶速度；太阳能板角度固定，不能根据光照自动调整，光能利用不够充分。改进的方法：进行润滑处理，减少摩擦；给太阳能板安装可调节角度的支架，提升光能利用率。挑战任务（出示图片）资料链接：太阳能小车的工作原理太阳能小车的能量转化与行驶流程如下：太阳能电池板吸收太阳光，经光伏效应将光能转为电能；电能可经导线传输之后电能驱动电动机转动，电动机通过传动装置把动力传给车轮；最后车轮借助与地面的摩擦力带动小车行驶，且可通过控制电路调节行驶速度与方向。二、总结阶段经过无动力小车的设计制作，我们从天马行空地想象构思，到结构化地执行方案，从毫无头绪地尝试，到井然有序地开展制作，在一次次的尝试中体会到了失望、羡慕、惊喜等各种情绪。活动接近尾声，我们要对照设计思路进行总结反思，找到继续改进的方向，提高自己的设计制作水平。档案袋探究活动结束后，除了无动力小车作品，我们还有许多的过程资料，以及宝贵的心灵感悟。将这些收集起来，进行梳理、筛选，形成属于自己的手工制作活动档案袋。它能帮助我们回顾活动过程，为今后的设计制作提供活动依据和技术支持。我的档案袋文字材料：方案表、作品说明书、制作过程记录、活动反思日志图片材料：作品照片、团队制作合影、制作关键步骤照片实物：风驱动小车、太阳能小车、制作过程中废弃的原型部件其他材料：制作工具使用清单、与指导老师的交流记录交流会交流、展示无动力小车设计制作过程中的成果；汇报小组在制作过程中的成功经验和失败感悟；分享设计制作的小窍门，尤其要介绍制作过程中在技术上碰到的困难及解决困难的方法；还可以对未来的汽车进行展望······无动力汽车交流会发言1无动力小车靠流线型减阻，解决摩擦；未来车更智能环保。发言2算重心稳小车，换材料解启动难，盼未来车全自动零污染。发言3调车轮角度斜坡稳行，正解决转向不灵活问题。发言4优传动让车远行，解部件配合难，盼未来传动更高效。资料链接：概念车概念车可以理解为未来汽车，是一种介于设想和现实之间的汽车。设计师们利用概念车向人们展示新颖、独特、超前的构思，反映人类对先进汽车的梦想与追求。展示台面对一个真实的任务，我们没有详细的说明书，也没有专业的技术图纸，完全依靠自己的探索、尝试去实现。我们在实践中学习，在失败中提高，在奇思妙想中拓展智慧。如此天马行空的创意、五花八门的材料，值得宣传！我们要借助短视频、黑板报、集会展览、校园公众号、校园网站、校园电视台等多种媒体展开宣传活动，让更多的人了解无动力汽车，无发无动力汽车，为国家的汽车产业、技术创新和教育振兴做出努力。我会这样宣传：举办一个新车发布会、给我的无动力汽车拍广告、在校园橱窗挂我绘制的新概念汽车海报、利用校园公众号发布无动力汽车制作故事知识拓展1.风驱动小车的制作2.设计太阳能小车需要考虑哪些因素？太阳能板：选高效类型，固定角度适配光照，保证发电量。储能装置：搭配适配电池，存储电能供阴天或夜间用。动力系统：选合适电机传动部件确保动力与能耗平衡。车身设计：轻量化、流线型，减少阻力，降低能耗。控制系统：装光伏控制器，稳定电流电压，保护电路。稳定性：合理布局重心，优化车轮，保证行驶平稳。3.制作无动力小车可以选择哪些传动方式？直接连接传动：车轮直接固定在车架转轴上，无中间部件，结构简单易制作，缺点是难灵活调整速度与动力。皮带传动：用皮带连接车架上的主动、从动带轮，可缓冲动力冲击、通过带轮直径变速，缺点是皮带易打滑。齿轮传动：靠相互啮合的齿轮传递动力，传动比精准、动力传递可靠。链条传动：以链条连接主动、从动链轮，能传较大动力且不易打滑，缺点是工作有噪音、需定期润滑。4.无动力小车的制作步骤有哪些？确定设计方案：明确小车的目标（如行驶距离、承载能力等），规划车身形状、车轮数量与大小、传动方式等，可绘制简单草图。准备材料：根据设计选取合适材料，如车架用木棍、塑料板等，车轮用瓶盖、玩具车轮等，还需胶水、剪刀、小刀等工具。制作车架：用所选材料搭建小车的主体框架，确保结构稳固，可通过粘合、捆绑等方式固定。四、课堂练习问：对比风驱动小车与太阳能小车的动力来源差异，若在阴天环境下，哪种小车更易正常运行？请说明理由。答：风驱动小车依赖风能，而太阳能小车依赖太阳能。阴天环境下更易运行的是风驱动小车，理由如下：风驱动小车的动力条件易满足：阴天虽缺阳光，但仍可能有自然风或可通过风扇等人工造风，只要有气流就能推动风叶运转。太阳能小车受阴天限制大：阴天光照弱，太阳能板发电量不足，若无储能电池或电池没电，电机无法获足够动力，小车易停滞。 进行风驱动小车的制作。完成探究活动。学习工具箱。开展设计活动。学习工具箱。学习小提醒。开始制作。学习工具箱。开始调试。开展交流活动。完成挑战任务。学习资料链接。进行太阳能小车制作活动。进行探究活动。学习在线搜索。进行设计，完成表格设计方案。进行制作。学习小锦囊。开展测试活动。完成挑战任务。学习知识链接。进行实验总结。学习档案袋。开展交流会。学习资料链接。观看展示台。进行知识拓展。进行课后练习。 引入本课内容为本课研究打下基础。完成关于风驱动小车的设计，为本课研究提供理论基础。学习牛顿第三运动定律，为后面设计奠定理论知识。带动学生活跃思维进行设计活动，提升学生的思维能力。拓宽所学。在设计活动前，老师告知相关注意事项，帮助学生减少错误的次数。学习理论知识后，进行实践制作进一步发现不足，并弥补。认识风速风向仪。制作完成后，开始展开测试，深度地认识了解课堂知识并熟练掌握。完成表格，反思活动过程中的问题，加深对知识的吸收。帮助学生锻炼逆向思维，深入思考。带领学生进入风驱动小车的深层次学习。带领学生进行新任务，学习新知识。为开展活动奠定理论知识的基础。拓宽所学。在指导老师和专业人士的指导下，进行创新的设计融会贯通。引导学生进行直观的实践，锻炼动手能力。认识制作时所需工具，为制作做好前期准备。运用前面制作的小车进行测试，完成报告的撰写和总结。进行观赏。认识太阳能小车的工作原理，延展学生对太阳能小车的相关知识。引导学生进行成果梳理，总结实验过程和结果。引导学生在活动中总结和强化所学内容和进一步提升学习能力。引导学生用多样的方式进行本次活动研究主题的内容宣传，号召更多人认识无动力小车。认识概念车，引入新知识。任务完成制作后的活动，进行思索探究以多种形式进行认识。拓展学生知识面。巩固和考察本节课所学的知识。
课堂小结 无动力小车智造-实施总结阶段制作风驱动小车制作太阳能小车进行归纳和分享实验总结与交流进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 用家中常见材料（如硬纸板、瓶盖、吸管、小风扇等）制作一辆简易风驱动小车，要求能在桌面被小风扇吹动后直线行驶 3 米以上。完成后记录：①如何设计风叶形状和安装角度以提升动力？②制作中遇到的最大问题及解决方法，下次改进会调整哪些结构？结合课堂所学知识，分析太阳能小车在晴天能正常行驶，但阴天很快停驶，列出 2 个导致该问题的可能原因（如储能、太阳能板设计等），并针对每个原因提出 1 种具体优化方案，说明优化原理。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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