研究鋼珠和卡紙的奇妙之旅

樂(lè)羊羊

一、指導(dǎo)老師與設(shè)計(jì)者介紹

黃斯華，桂林市臨桂區(qū)匯榮小學(xué)科學(xué)老師。曾榮獲2014年度柳州市青少年素質(zhì)教育工作“優(yōu)秀輔導(dǎo)員”稱號(hào)、第八屆全區(qū)優(yōu)秀自制教具展評(píng)活動(dòng)三等獎(jiǎng)。

唐弋婷，桂林市臨桂區(qū)匯榮小學(xué)科學(xué)老師。在第五屆廣西青少年科技運(yùn)動(dòng)會(huì)“落體緩降項(xiàng)目的研究與思考”的展評(píng)項(xiàng)目中榮獲三等獎(jiǎng)、2020年桂林市臨桂區(qū)秋季學(xué)期遠(yuǎn)辰學(xué)區(qū)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課比賽榮獲二等獎(jiǎng)。

莫子高，六年級(jí)，就讀于桂林市臨桂區(qū)匯榮小學(xué)。負(fù)責(zé)作品的方案制定與調(diào)試。

葉懿明，六年級(jí)，就讀于桂林市臨桂區(qū)匯榮小學(xué)。擅長(zhǎng)裁紙帶，并協(xié)助隊(duì)友拼接作品。

劉雨桐，六年級(jí)，就讀于桂林市臨桂區(qū)匯榮小學(xué)。特長(zhǎng)是畫圓圈、裁剪圓形紙板，并對(duì)半成品進(jìn)行測(cè)試。

二、設(shè)計(jì)故事

2020年9月，老師向我們?nèi)私榻B了落體緩降項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目是用卡紙制作一個(gè)裝置，讓鋼珠在裝置上面運(yùn)動(dòng)，比誰(shuí)的鋼珠運(yùn)動(dòng)得更慢，且要求中途不能停留超過(guò)5秒的時(shí)間。自此，我們?nèi)私M成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，開始了一段研究鋼珠和卡紙的奇妙之旅。

三、需要材料

板型材料、管型材料、線型材料、透明膠、雙面膠、剪刀、裁紙刀、直尺、打孔器。

四、科創(chuàng)過(guò)程

第1步：查閱資料，了解落體緩降裝置的四種經(jīng)典設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

我們經(jīng)過(guò)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，平面式裝置制作簡(jiǎn)單，用時(shí)少，但鋼珠運(yùn)動(dòng)時(shí)間短;鋼珠在立體式裝置上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)，但很容易被卡住;鋼珠在圓筒式的裝置上運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，不易被卡住，但軌道難以制作;簸箕式的裝置制作簡(jiǎn)單，鋼珠運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，但容易被卡住，不穩(wěn)定。

指導(dǎo)老師黃斯華：為了提高比賽成績(jī)，同學(xué)們一開始就堅(jiān)定地選擇立體式裝置結(jié)構(gòu)，雖然達(dá)到了預(yù)期的比賽用時(shí)時(shí)間，但是鋼珠總是在轉(zhuǎn)彎銜接處卡住。在反復(fù)觀看視頻之后，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)圓筒式裝置跟簸箕式裝置很像，只是鋼珠落下的小洞位置不一樣。能不能把這兩種裝置結(jié)構(gòu)合二為一呢？同學(xué)們分析了四種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，最后采用了圓筒式裝置與簸箕式裝置相結(jié)合的裝置結(jié)構(gòu)。

第2步：對(duì)直徑的研究。

確定好裝置的結(jié)構(gòu)，我們?nèi)藢?duì)“圓盤直徑的大小跟鋼珠運(yùn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短是否有關(guān)”這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)圓盤的直徑越大，鋼珠運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)。

指導(dǎo)老師唐弋婷：在研究直徑這個(gè)過(guò)程中，同學(xué)們面臨的最大挑戰(zhàn)是紙張。因?yàn)槭忻嫔洗笥?開的紙張都是卷起來(lái)存放的，所以制作大型作品時(shí)紙張因長(zhǎng)期卷曲而難以變平整，進(jìn)而影響成績(jī)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，同學(xué)們提前幾天就得把要用到的紙張放在桌面上用重物壓平，待平整后才能使用。

第3步：對(duì)紙張的研究。

我們?nèi)搜芯亢蟀l(fā)現(xiàn)：普通的卡紙較軟，且表面粗糙，容易變形;銅版紙雖然紙面光滑，但也容易變形;400克的卡紙?zhí)?，不易剪裁。在多次?shí)驗(yàn)后，我們認(rèn)為用300克的卡紙最好。

指導(dǎo)老師唐弋婷：一開始訓(xùn)練時(shí)，老師給同學(xué)們準(zhǔn)備的是平時(shí)常用的彩色卡紙，但是這種紙?jiān)诒荣惌h(huán)節(jié)就變形了。于是，同學(xué)們采購(gòu)了多種不同硬度的卡紙進(jìn)行研究。

第4步：解決作品不牢固、不方便移動(dòng)的問(wèn)題。

作品在最初完成后松松垮垮的，既不牢固也不美觀，一碰就倒。我們就在作品底下添加了圓環(huán)，用透明膠把圓環(huán)與圓盤粘在一起。

第5步：解決了作品層與層之間粘住后難以調(diào)節(jié)改進(jìn)的問(wèn)題。

我們的解決辦法是：做大小不一的圓環(huán)，一層一層套起來(lái)。

指導(dǎo)老師黃斯華：有一次，我在看積木教學(xué)視頻時(shí)思考：這些積木堆得這么牢固，那么學(xué)生的作品能不能也像積木一樣堆起來(lái)呢？于是我拿了幾塊積木給同學(xué)研究。同學(xué)們的腦子動(dòng)得很快，想到了大環(huán)套小環(huán)的形式。

第6步：解決各層順序容易亂的問(wèn)題。

我們解決的辦法是：做A字形記號(hào)，并在底部加一塊紙板。

指導(dǎo)老師黃斯華：做A字形記號(hào)的方法，是受到木匠在木板上畫排序標(biāo)記的啟發(fā)。因?yàn)檠b置中鋼珠下落點(diǎn)的位置對(duì)成績(jī)有一定的影響，為了確保每次都落到最優(yōu)位置，我們想到了用A字形記號(hào)的方法，這樣既能標(biāo)記層的順序，也能標(biāo)記層與層之間圓環(huán)的相對(duì)位置。

第7步：解決鋼珠下落點(diǎn)難確定的問(wèn)題。

我們想到的解決辦法是在小孔下端加一小段軌道引導(dǎo)鋼珠的運(yùn)動(dòng)。

指導(dǎo)老師黃斯華：同學(xué)們發(fā)現(xiàn)鋼珠每次下落后的運(yùn)動(dòng)軌跡都不一樣，那么能不能設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單的軌道引導(dǎo)鋼珠的運(yùn)動(dòng)呢？同學(xué)們研究發(fā)現(xiàn)，做一個(gè)短的直線軌道引導(dǎo)鋼珠的運(yùn)動(dòng)方向確實(shí)是一個(gè)解決問(wèn)題的好方法。

【總結(jié)】

1.在參加比賽之前，我們?nèi)藳](méi)想到看似簡(jiǎn)單的裁紙有那么多的學(xué)問(wèn)。要想把一張紙裁好不是一件容易的事。

2.參加了這次活動(dòng)，我們知道了自己還有很多需要學(xué)習(xí)的地方，要更加努力。

指導(dǎo)老師黃斯華：通過(guò)參與本次項(xiàng)目活動(dòng)，同學(xué)們?cè)趯?shí)踐中自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，自己尋找解決問(wèn)題的辦法，既學(xué)到了知識(shí)，也鍛煉了動(dòng)手、動(dòng)腦能力。希望同學(xué)們能將不畏艱難、勇于探索的精神應(yīng)用到今后的學(xué)習(xí)和生活中去。