机械设计实例——旋转飞椅
来源：上海市新中高级中学
发布时间：2018年02月27日
[教学内容] 第4章 机械设计基础 4.2机械设计实例
[教学目标]
一、知识与技能：1、了解机械设计的一般过程。
2、以有关传动机构的知识为依托，培养为设计方案配置传动机构的能力。
二、过程与方法：1、利用乐高器材，进行“旋转飞椅”机械传动机构的设计和搭建。
三、情感与价值观：1、通过学生分组实践活动，培养和提高学生的合作意识。
2、通过学生的实践活动，培养和提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力，培养学生的观察能力和实际应用的能力。
[教学重点和难点]
重点：运用有关传动机构的知识，设计和改进机械，掌握机械设计的一般方法。
难点：机械设计方案的优化。
[教具学具]电脑、投影仪、展示台、多媒体课件、乐高器材
这节课采用的教学方法是项目教学法。利用配套器材，进行“旋转飞椅”机械传动机构的设计和组装，掌握和运用有关机械传动知识，通过对机械传动机构的改进，加强知识的巩固，培养实际应用的能力，掌握机械设计的一般过程。通过学生的分组实践活动，培养和提高学生的合作意识；学生在实践活动过程中，培养和提高动手能力、观察能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的实际应用、解决实际问题的能力。
第一， 引入部分的设计。
引入部分运用的教学素材是学生非常熟悉的音乐盒。首先，引导学生注意观察，生活中司空见惯的事物也蕴含着很多人类的智慧和技术；其次，小小的音乐盒，综合了多种常见的传动机构，精确地控制着机械的运作，可见机械设计并非遥不可及，根据我们的使用要求，对机械的结构、运动方式等进行设计制作，就能使机械具备特定的功能。
第二， 课程内容“机械设计一般过程”的构思。
用旋转飞椅的机械设计，贯穿起“机械设计一般过程”的内容。
机械设计过程的第一步是“收集有关信息”。学生通过自身的感受以及观看视频，讨论并明确需要解决的问题，A、旋转方向改变90度；B、旋转的速度；C、机械的运作必须平稳可靠安全。
机械设计过程的第二步“拟定设计方案”是这节课的重点，也是机械设计过程中的重点。教师引导学生把设计过程分解为三个步骤，方向、速度和安全性。
用冠齿轮实现改变方向的目标，同时，学生合作完成旋转飞椅基础结构和飞椅的搭建。学生实践一完成后，就呈现了旋转飞椅的基本雏形，帮助学生确立思考问题的方向，建立完成设计项目的信心。
旋转飞椅速度的设计分为两部分，一是选择哪种传动方式，二是传动比的计算和应用。首先教师用带传动做示范，学生模仿搭建带传动的传动方式，并实践体会带传动的特点，分析在旋转飞椅中运用带传动的可行性；其次，学生在这个基础上改进机械设计，运用到链传动和圆柱齿轮传动，并讨论链传动的特点，确定用圆柱齿轮传动作为旋转飞椅的传动机构。在学生模仿、实践、改进、探索的过程中，综合运用了带传动、链传动和圆柱齿轮传动，掌握在实际应用中各种传动的特点和要求。
旋转飞椅的传动比计算贯穿整个设计过程，使学生学会机械设计结果的量化计算。在为学生提供的配套器材中，准备足够的的圆柱齿轮，让学生尝试各种齿轮的组合设计，以提高旋转飞椅的旋转速度，掌握多级传动比的计算方法。
旋转飞椅运作平稳、可靠、安全，是旋转飞椅机械设计的第三部分。学生讨论各种可行方案，并改进机械装置。通过实践，探索各种方法。
机械设计过程的第三步是“设计方案比较”。这部分的内容通过展示学生的实践成果进行详细分析，学生理解机械设计应按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。
机械设计过程的第四步是“绘制设计图样”，学生了解绘制设计图样是机械设计的过程的一个步骤，但目前还未具备图样绘制的能力，在本节中不做展开。
学生在这节课的学习过程包括4个环节：联系-建构-反思-延续。
教师选用的项目素材是学生熟悉的事物，他们接触到有吸引力的内容，会迫切想学习和尝试新的知识，在学生实践的过程中，贯穿传动机构的知识点，又融合新的内容，结合成一个整体。
进行旋转飞椅基础结构的搭建时，教师做有指导的研究，学生们跟着一步一步的介绍来搭建模型，然后用这些模型来解决问题；解决旋转速度的问题时，教师对学生解决问题的实践活动无限制，学生们按照自己的设计来搭建模型，以实现挑战设置的目标。
在每个实践活动前后设置反思这个环节，都有一些问题需要学生思考。通过反思他们的机械设计，使学生们更深刻的理解了他们之前碰到的概念。在他们反思的时候，他们会将之前想法和体验结合起来。这些问题要求学生找到现实世界的，与他们在活动中的体验之间的关系。
旋转飞椅的机械设计共设置了4个实践环节，每个环节都需要解决相应的问题，为学生的实践活动提供一种恰如其分的挑战，学生挑战成功并获得成功的喜悦，以及完成工作的成就感，就自然的激发了学生开始更多的更难的工作，能很好地激励学生探索、研究、不断地学习，学生会有种高度的享受感，这也是最佳的学习状态。人类具备与生俱来的好奇心。恰如其分的挑战就是要助长学生的学习欲望，培养学生们努力探索的自然禀赋，使学生处于面临最佳挑战时的情感满意状态，或畅流状态，激发他们的学习。
学生的学习方法是根据自己的设计想法，去组织模块，实现功能，并且，可直观地验证这种功能，抽象的理论的概念变得更直观。因此学生有一种强烈地愿望：创造一种设计，实现这种设计。他可能在这个过程中遇上很多问题，可以向老师请教，可以自己想办法，也可以与同学商量，这些过程会使他们进步。结合引导和鼓励的学习方法，让学生接受能力所能承受的最大的挑战，他们会主动的去探索、理解和继续学习，会使他们提高动脑、动手能力，也会学到一定的交流能力，会使学生具有自信心，有了学习的兴趣！
[教学目标]
一、知识与技能：1、了解机械设计的一般过程。
2、以有关传动机构的知识为依托，培养为设计方案配置传动机构的能力。
二、过程与方法：1、利用乐高器材，进行“旋转飞椅”机械传动机构的设计和搭建。
三、情感与价值观：1、通过学生分组实践活动，培养和提高学生的合作意识。
2、通过学生的实践活动，培养和提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力，培养学生的观察能力和实际应用的能力。
[教学重点和难点]
重点：运用有关传动机构的知识，设计和改进机械，掌握机械设计的一般方法。
难点：机械设计方案的优化。
[教具学具]电脑、投影仪、展示台、多媒体课件、乐高器材
这节课采用的教学方法是项目教学法。利用配套器材，进行“旋转飞椅”机械传动机构的设计和组装，掌握和运用有关机械传动知识，通过对机械传动机构的改进，加强知识的巩固，培养实际应用的能力，掌握机械设计的一般过程。通过学生的分组实践活动，培养和提高学生的合作意识；学生在实践活动过程中，培养和提高动手能力、观察能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的实际应用、解决实际问题的能力。
第一， 引入部分的设计。
引入部分运用的教学素材是学生非常熟悉的音乐盒。首先，引导学生注意观察，生活中司空见惯的事物也蕴含着很多人类的智慧和技术；其次，小小的音乐盒，综合了多种常见的传动机构，精确地控制着机械的运作，可见机械设计并非遥不可及，根据我们的使用要求，对机械的结构、运动方式等进行设计制作，就能使机械具备特定的功能。
第二， 课程内容“机械设计一般过程”的构思。
用旋转飞椅的机械设计，贯穿起“机械设计一般过程”的内容。
机械设计过程的第一步是“收集有关信息”。学生通过自身的感受以及观看视频，讨论并明确需要解决的问题，A、旋转方向改变90度；B、旋转的速度；C、机械的运作必须平稳可靠安全。
机械设计过程的第二步“拟定设计方案”是这节课的重点，也是机械设计过程中的重点。教师引导学生把设计过程分解为三个步骤，方向、速度和安全性。
用冠齿轮实现改变方向的目标，同时，学生合作完成旋转飞椅基础结构和飞椅的搭建。学生实践一完成后，就呈现了旋转飞椅的基本雏形，帮助学生确立思考问题的方向，建立完成设计项目的信心。
旋转飞椅速度的设计分为两部分，一是选择哪种传动方式，二是传动比的计算和应用。首先教师用带传动做示范，学生模仿搭建带传动的传动方式，并实践体会带传动的特点，分析在旋转飞椅中运用带传动的可行性；其次，学生在这个基础上改进机械设计，运用到链传动和圆柱齿轮传动，并讨论链传动的特点，确定用圆柱齿轮传动作为旋转飞椅的传动机构。在学生模仿、实践、改进、探索的过程中，综合运用了带传动、链传动和圆柱齿轮传动，掌握在实际应用中各种传动的特点和要求。
旋转飞椅的传动比计算贯穿整个设计过程，使学生学会机械设计结果的量化计算。在为学生提供的配套器材中，准备足够的的圆柱齿轮，让学生尝试各种齿轮的组合设计，以提高旋转飞椅的旋转速度，掌握多级传动比的计算方法。
旋转飞椅运作平稳、可靠、安全，是旋转飞椅机械设计的第三部分。学生讨论各种可行方案，并改进机械装置。通过实践，探索各种方法。
机械设计过程的第三步是“设计方案比较”。这部分的内容通过展示学生的实践成果进行详细分析，学生理解机械设计应按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。
机械设计过程的第四步是“绘制设计图样”，学生了解绘制设计图样是机械设计的过程的一个步骤，但目前还未具备图样绘制的能力，在本节中不做展开。
学生在这节课的学习过程包括4个环节：联系-建构-反思-延续。
教师选用的项目素材是学生熟悉的事物，他们接触到有吸引力的内容，会迫切想学习和尝试新的知识，在学生实践的过程中，贯穿传动机构的知识点，又融合新的内容，结合成一个整体。
进行旋转飞椅基础结构的搭建时，教师做有指导的研究，学生们跟着一步一步的介绍来搭建模型，然后用这些模型来解决问题；解决旋转速度的问题时，教师对学生解决问题的实践活动无限制，学生们按照自己的设计来搭建模型，以实现挑战设置的目标。
在每个实践活动前后设置反思这个环节，都有一些问题需要学生思考。通过反思他们的机械设计，使学生们更深刻的理解了他们之前碰到的概念。在他们反思的时候，他们会将之前想法和体验结合起来。这些问题要求学生找到现实世界的，与他们在活动中的体验之间的关系。
旋转飞椅的机械设计共设置了4个实践环节，每个环节都需要解决相应的问题，为学生的实践活动提供一种恰如其分的挑战，学生挑战成功并获得成功的喜悦，以及完成工作的成就感，就自然的激发了学生开始更多的更难的工作，能很好地激励学生探索、研究、不断地学习，学生会有种高度的享受感，这也是最佳的学习状态。人类具备与生俱来的好奇心。恰如其分的挑战就是要助长学生的学习欲望，培养学生们努力探索的自然禀赋，使学生处于面临最佳挑战时的情感满意状态，或畅流状态，激发他们的学习。
学生的学习方法是根据自己的设计想法，去组织模块，实现功能，并且，可直观地验证这种功能，抽象的理论的概念变得更直观。因此学生有一种强烈地愿望：创造一种设计，实现这种设计。他可能在这个过程中遇上很多问题，可以向老师请教，可以自己想办法，也可以与同学商量，这些过程会使他们进步。结合引导和鼓励的学习方法，让学生接受能力所能承受的最大的挑战，他们会主动的去探索、理解和继续学习，会使他们提高动脑、动手能力，也会学到一定的交流能力，会使学生具有自信心，有了学习的兴趣！
沪ICP 备 号
沪公网安备
31010602002223号