邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:10.00

“科技馆活动进校园”项目案例:微风飞翔——空气动力学初体验

郭 晶/天津科技馆

2018-08/总第269期

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为了更好地打造探索飞翔奥秘之旅,天津科技馆把2014年的“玩转空气秀1”与2016年的“玩转空气秀2”完美结合,重新打造了“微风飞翔——空气动力学初体验”项目。同一个主题、同一个知识点,分别用强劲和微弱的空气展现伯努利原理,强烈的反差对比,能给学生带来完全不同的感受。通过知识与探究、互动与参与、动手制作与竞技游戏相结合,让学生充分感受伯努利原理的神奇之处。

项目概述

充分利用科技馆展品资源,确立项目主题。天津科技馆展厅有3件展品,涡旋、旋转飞秋和龙卷风,用不同的2种介质——水和空气为大家展现了同一个原理,那就是流体力学的伯努利原理。学生可通过观察现象、体验感觉、动手制作、竞技比赛充分感受和体验。

知识与技能教学目标

●  知道空气的流动会产生气流,气流是一种流体。

●  了解流体的伯努利效应,即流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小,反之压力会增加。

●  知道飞行器能够运行是由于气流的伯努利效应造成的升力,这是空气动力学的基础原理之一。

●  会运用伯努利效应制作简单的飞行器。

教学准备

教学环境需要有计算机、投影仪、网络、实物投影仪、桌椅。教学实验应准备流速测量表、大功率吹风机、小功率吹风机、各种不同材质不同大小的球、气球、玻璃瓶、蜡烛、火柴、木棍、卷纸、不同形状的纸盒、不同形状的矿泉水瓶。在动手制作环节要准备资源包、剪刀、透明胶带。另外还需要准备活动手册、学习单。

项目内容

第1节课:初识

结合展品引入活动,参观相关展品 在科技馆展厅有3件展品——涡旋、旋转飞球和龙卷风,用不同的介质——水或空气为学生展现了伯努利原理。通过展品演示的现象,引导学生思考为什么漩涡中心的力量巨大?小球为什么不会向周围逃跑?为什么水雾会形成龙卷风的形态?学生亲身体验在气流产生时,不同位置的气流流速是不同的。通过观察展品所展示出的现象,提出问题,带着问题进入活动环节。

互动比赛,体验现象 2014年的“玩转空气秀1”还停留在我演你看的形式上,有参与和互动,但没有探究。新的“微风飞翔”项目把探究性活动设定为重点。开场设计为互动比赛形式,通过小球叠叠高、乒乓球迫击炮比赛活动,让学生在玩中思考为什么会产生这种现象,这种现象是否与我们刚才看到的展品有关联。然后马上引入自己动手制作体验环节,通过纸纸相吸、伯努利锥形、淘气的纸团实验,让学生亲自动手体验。这些环节过后,提出问题,听取学生反馈,引导他们得出结论,引出活动主题“伯努利原理:流速快的地方压强小,流速慢的地方压强大”。

初识之后的思考环节 在以前的科学秀中,说到空气我们有个顺口溜:“空气看不见摸不着,不香不臭没味道,说它珍贵处处有,动物植物离不了。”空气在我们心目中是无形的,可其实我们的每一个微小动作都会引起气流的变化。纹影摄影技术是近几年逐渐被大家认识的一种摄影技术,它的原理是利用气流对光波的扰动,将不可被肉眼看见的气流的变化,转化成可以被看见的图像。通过这种非常有趣的光学摄影技巧,能让人们看到空气流动的样子,看到平时肉眼看不到的气流形态。流速快的地方压强小,流速慢的地方压强大,是伯努利原理最核心的点,我们用风速压力仪让学生有直观的感受。知道了伯努利原理,那它在生活中的具体体现是什么呢?听话的小球、冲锋的纸卷、隔瓶灭火,通过现场与学生的系列互动实验,让他们了解空气流动的特点,以及空气动力学效应的存在,并引导他们思考。伯努利原理产生的升力可以让几百吨的飞机在蓝天翱翔,而这种神奇的力量对于在地面上高速行驶的汽车却又是极其致命可怕的。怎样利用伯努利原理让时速300多千米的一级方程式赛车牢牢地贴在地面上行驶而不会翻车呢?把这些问题作为思考题,留待下节课展开讨论。

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第2节课:探究

交流心得 根据第1节课留的思考题,听取回馈,交流想法。然后通过播放飞机引擎的力量视频,让学生了解几百吨的飞机飞上天空需要多大的力量。飞机机翼模型实验让他们知道伯努利原理是如何让飞机飞上天空,又让时速300多千米的赛车紧紧贴在地面上行驶的。

切入主题,微风飞翔 飞机飞上天空需要机翼和巨大的引擎,那在天空中飞翔的鸟、花丛中的小蜜蜂,甚至很小的蚊子,一切可以飞的东西,它们都是怎么飞起来的呢?微风也可以飞翔吗?干冰气流实验可以看到微风下上升气流的产生;翻滚的海浪实验可以看到非常弱的气流就可以让“小海浪”在空气的“海洋”中浪花翻滚。提到纸和飞,大家马上就会想到纸飞机,其实只要明白伯努利原理,做出来的东西符合空气动力学原理,任何形状的东西都可以飞起来。飞行器的飞行状态完全取决于它的造型,此时科技教师会给大家展示飞环和“海浪”。

动手动脑,展开制作 科技教师用PPT展示不同的飞行器,并分享制作指导视频,然后带领大家一起做自己设计的飞行器。学生们需要利用学到的知识自己设计飞行器,并制作一个无动力滑翔机。

第3节课:成果展示和飞行挑战赛

自制飞行器大比拼 学生们自行设计的飞行器做好以后,进行展示和比拼活动。

无动力滑翔机飞翔大PK 材料是1张薄薄的纸,通过调整机翼角度、形状等,使滑翔机能够在空中飞翔,以飞行时间最长、距离最远为胜利。

活动总结

本项目引领学生通过科学探究过程获取科学知识。过程具体表现为:围绕已提出和聚焦的问题收集信息—分析信息获取证据—经过推理得出结论—有效表达自己的探究结果并与他人交流。

在此过程中,学生初步运用分类、抽象、类比、量化等思维方法;提高了运用科学语言和与他人沟通、交流的能力;了解了通过科学探究达成共识的科学知识在一定阶段是正确的,但是随着新证据的出现,研究结果会不断完善和深入,甚至会发展变化。此外,学生将体会到科学原理转化为技术才能改造周围环境、方便日常生活、创造丰富多彩的人工世界,科学技术推动着人类社会的发展和文明进程。

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