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生活中的发明创造
——研究性学习辅导课例

一、教学设计部分

1.1案例题目
生活中的发明创造

1.2活动主题设计
学生围绕“生活中的发明创造”这个主题，结合通用技术《技术与设计I》的课程内容，进行创新性的设计。
选题指导：教师引导学生多观察，发现日常生活中的问题并提出解决方案，可以从“环保”、“节能”、“更方便”、“更舒适”、“更安全”、“扩大功能用途”等方面选择切入点去捕捉课题。
初步确定课题后，指导学生从三个方面进行分析：
1、需要性。即有实际应用的价值，能切实改善生活或解决生活中的实际问题。
2、创造性。发明就是要创造出新的事物或方法。但这不意味着一切要从零开始，可以在别人发明创造成果的基础上加以补充、改进、变化或重新组合。
3、可行性。一方面要切实可行，有科学依据，符合科学原理；另一方面要考虑实现这个发明创造所需的条件是否已经具备，如实验室、器材设备条件、自身知识能力水平、人力物力支持、导师指导等。

1.3教学目标设计
1、知识与技能目标
经历研究性学习的全过程，学会自主设计及模型的制作；开阔视野，拓宽知识面；学会团队间的分工合作，锻炼自身合作、协调、交流等能力；学会合理运用搜集的信息资料，能将各种信息进行加工处理。
2、方法与过程目标
亲身体验科学探究的一般过程，掌握基本的研究手段和研究方法；学会综合运用各学科的知识，与实际研究相结合；培养学生自主学习、实践的能力。
3、情感与价值观目标
调动学生主动进行科学探究的积极性，激发好奇心和求知欲；培养创新精神、探索精神、务实精神和自主意识；正确认识团队合作的积极意义，养成善于观察的习惯。

1.4活动过程设计
阶段
具 体 教 学 目 标
学 生 活 动
一
1、培养发现与明确问题的能力；
2、学会分析解决设计问题的能力、条件与要求；
3、学会信息的收集与整理。
1、形成初步构想；
2、定题，撰写开题报告；
3、收集有关资料。
二
1、学会制定设计简案；
2、培养团队意识，增强合作、协调能力；
3、能够进行初步的设计交流，锻炼表达能力。
1、形成初步设计简案；
2、明确活动计划、分工；
3、向其他研究性学习小组展示设计简案。
阶段
具 体 教 学 目 标
学 生 活 动
三
1、学习基本工具的使用；
2、掌握基本的工艺，能够对材料进行初步加工；
3、学会材料的挑选。
1、学习、掌握基本工艺；
2、明确模型、原型制作所需工具、设备、材料；
3、购买材料。
四
1、进一步巩固基本工艺；
2、掌握模型或原型的制作；
3、学会对模型或原型进行测试、优化。
1、进行模型、原型制作；
2、测试；
3、改进优化。
五
1、学会撰写技术发明报告；
2、学会撰写产品说明书；
3、自我反思、总结。
1、撰写技术发明报告；
2、撰写产品说明书。
六
1、学会设计的交流、展示；
2、能够对设计发明作品进行简单评价。
1、在班里进行展示，介绍自己的设计作品；
2、自我评价。

1.5活动成果展示设计
活动成果展示包括以下几个部分：
1、技术发明报告。
包括：课题由来、研究过程、项目特色及创新点、进一步改进设想、以及收获和体会几个部分。
2、制作的模型或原型。
3、产品说明书。
4、PPT展示文稿。

1.6评价及学分认定
评价项目及比重如下表，成绩合格即可获得学分。
评价
项目
技术发明
报告
模型或原型
的制作
产品
说明书
交流与
展示
其他
表现
比重
35%
35%
5%
5%
20%
其他表现包括：
评价项目
学习态度
创新探究精神
合作意识
比重
10%
5%
5%

二、学生研究性学习案例

2.1研究课题
“水帘式”节能百叶窗

2.2研究人员
严君、谭栩轩

2.3研究背景及目的
炎热酷暑的时候，由于太阳的照射室内会变得闷热，此时风扇起不到很好的降温效果，因此人们很自然地会用空调来降温，同时关窗、下窗帘。这时会有如下的两个问题：
1、关窗后空气不流通，造成空气质量下降，同时容易引起流行性病毒的传播。如果不关窗，由于室内外空气的转换和热的传递，又会影响室内的降温效果，耗费额外的能源；
制作完成后的实物模型照片
2、下窗帘同样会影响空气的流通，同时由于窗帘阻挡了阳光，白天也需要灯光照明，同样造成能源的浪费。如果不下窗帘，由于太阳直射，室内的气温上升，
室内的降温效果就会大打折扣。
那么，有没有解决上述两个矛盾的方法呢？带着对这个问题的思考，我们从窗户的设计入手，发明了一种新型的百叶窗，我们把它称为“水帘式”节能百叶窗，并初步完成其模型的制作。

2.4研究过程
1、确定课题
酷热夏天，上课时课室的风扇已经起不到有效的降温作用，然而由于成本及耗能的原因，学校不可能在所有的课室和宿舍安装使用空调。这时我们就萌生了一个想法：“有没有办法在成本低、耗能少的情况下实现较好的降温效果？”
于是，我们尝试着考虑各种解决的方案，并最终决定从窗户入手，结合“百叶窗空气流通性好”、及“水有较好的隔热效果，及反射、散射部分光线的作用”等思路，设计一种具有能耗低、隔热、通风、透光性能好等特点的新型窗户。
2、收集资料，确定具体设计方案，并完成设计图
带着我们的思路，我们首先通过网络查找有关百叶窗的资料，了解其结构功能特点。我们发现：一般的百叶窗虽然有通风的作用，但没有起到隔热的作用。因此，将水的隔热性能与百叶窗结合起来的构思值得尝试。
我们的设计方案是这样形成的：
1）初步构想。我们设计在窗户内侧上方装上带密集细孔的水管，利用水泵抽水进行垂直喷撒。这种设计有两个缺点：一是喷撒水流不好控制，水珠四溅，造成水资源的浪费；二是百叶窗的玻璃没有直接接触水流，无法有效散热，在太阳的照射下仍旧会积累热能，影响隔热降温效果；
2）改进。我们设想在百叶窗的每一片窗叶上方都装上带密集细孔的水管，这样玻璃散热效果明显改善，达到了较好的隔热效果，同时也满足了我们原来设想的“能耗低、隔热、通风、透光性好”等性能；
3）最终方案。有了上面的构思后，我们又进一步思考：能不能改进我们的设计，在功能不减的前提下，使窗户结构更加简单、耗能更少呢？
于是我们又对设计方案作了改进，使百叶窗的部分窗叶可以转动（从上至下，奇数窗叶固定，偶数可转动90度），构成一个内流系统，从而使水流可以顺着所有窗叶流下来。这样只需最上方的一根喷撒水管就能达到原先的效果，结构上简化了，所需水泵的功率也减小了。
4）完成设计图。根据方案我们完成了设计图，并确定我们要制作模型的各部件尺寸。
3、确定并购买制作材料
我们结合网络查找的相关资料，在指导老师的帮助下，依照设计方案确定了制作模型所需的材料，然后分头去各五金、铝材、电机等店铺购买。
4、模型制作及试验
在老师的带领下，我们把模型分为窗体和水槽两个部分，利用学校通用技术实验室、维修部的设备，自己动手制作。我们用了一个多月的时间完成了模型从零件加工、到连接组装、再到细节处理的过程。
制作模型的过程我们解决了几个实际问题：
1）窗体和水槽两个部分的连接。由于水槽是不锈钢材料制成，怎样和窗体连接且保证不漏水是一个很大的难题。我们在请教了几位金工师傅之后，放弃最初用玻璃胶连接的设想，决定在水槽的上边缘打出三个细孔，采用铆接的方式与窗体固定，这样在不引起漏水的同时，使连接更加牢固。
2）水泵功率过高。市场上能购买到的水泵最小功率的都有25W，然而由于模型比实际产品小，不需要这么大的功率。在找不到更小功率的水泵代替的情况下，我们只好想办法解决水流过快的问题。
首先我们尝试用风扇的旋钮式开关来控制水泵的实际功率，结果调节后水泵运转不理想。经过检测，我们发现原因是功率调小后水泵两端的实际电压也降低了，这样就达不到水泵的额定电压（220V-240V）了。因此这种方法行不通。
于是我们把思路转向了如何减少水的流量。我们决定给水流增加阻力。在权衡了“水管里塞海绵”和“水泵进水口堵布料”两种方案的利弊后，我们选择了第二种，因为后种方案便于我们调节水的流量。
然而由于制作水平及设备的局限，在模型制作的过程中尚有几个问题有待解决：
1）需在水槽底部增加一个可开关的出水口，用于更换水槽中的水，保持水的清洁。
2）需增加一套机械转动连杆，用于控制可转动的窗叶，让窗户的使用更加方便。
模型完成后，我们对其进行了试验。经过多次的调试，窗户各部分运行状况良好，基本达到了我们预想的效果。
5、撰写论文，作进一步改进的设想
我们对整个活动过程进行了总结，撰写报告，并作出了进一步改进本项目的设想。

2.3项目特色
1、在节能的情况下实现多种功能
我们将水帘具有的隔热、透风、滤光等性能结合应用到百叶窗上，使窗户在耗能低（普通900mm×500mm的单扇窗所需的水泵功率不足20W）的情况下具有良好的隔热、通风及滤光效果。
2、适应性、实用性强
我们设计使百叶窗的部分窗叶可以转动：即从上至下，奇数窗叶固定，偶数可转动90度。这样，在平时或雨天天气时窗户可以还原成普通的百叶窗，既通风又防雨，同时防止雨水流入水槽；在热天可以转动偶数窗叶，所有窗叶与水槽、水泵、水管一起构成一个内部的水循环系统，起到隔热、通风、滤光等效果。
3、成本低，结构简单
整个模型的材料、制作经费不足200元，因此可以预计正式使用的实际产品成本也不高。此外，我们的设计结构简单，有利于投入批量生产。
4、美化家居，用途广
本设计非常适合用于厨房、厕所等有一定通风要求的地方，同时可以应用于大厅、起居室等处，与落地窗、灯光等相结合，起到美化家居的作用。

2.4进一步改进设想
以下是我们进一步改进本项目的设想：
1、结合光电转换或热电转换设备。
利用太阳的光和热来发电，从而实现隔热、降温，达到更好的节能和环保效果。
2、增加温度、湿度感应及电机控制系统。
通过温度、湿度感应系统来控制水泵和机械转动连杆的运行状态，使窗户能根据室外天气情况实现两种模式智能切换的功能。

2.5收获和体会
回过头来细细品味我们的创新历程，虽然觉得有点辛苦，特别是制作的过程遇到了很多挫折，但是在我们的努力下总算可以如期完成，心里十分高兴，获得了很大的满足感。
通过这次有意义的创新活动，我们最深刻的体会是，科学创新是一个不断改进和完善的过程。这个过程需要时间，需要我们每一个人坚持不懈的努力、坚持、克服。
曾经，我们为未知的将来而迷茫，但我们坚持着，在陌生的领域朝着目标奋斗不懈。一次又一次地讨论，一次又一次地推翻原有的设计，不断改进，最终完成制作与试验，这其中的每一个过程无不凝结着我们辛勤的汗水。在这里我们确切的认识到了自己的不足，同时学到了许多课本上没有的知识比(如机械结构），懂得团结合作的重要性。我们相信，这一次难得的经验将对我们以后的生活和学习有很大的帮助。
犹记得最初那两个可爱、幼稚、却满怀热情期望、为一点点小成功就欢喜不已的少年，终于成长，成为了他人口中的“师兄”了。

2.6致谢
东莞中学的李敏老师对我们这次设计发明进行了全面的辅导，在此表示衷心的感谢。同时，还要感谢在模型制作过程中给了我们许多宝贵意见的几位金工师傅，以及所有在我们研究过程中帮助过我们的人。

【教师点评】：
“生活中的发明创造”这个课题能够锻炼学生的创新意识，学生在思考发现问题、提出设想、对比和落实具体方案、模型制作、实践检验的一系列过程中得到知识的拓展，自身实践能力、动手能力得到提高，同时培养了一定的技术素养。
严军等同学所设计的“水帘式”节能百叶窗，紧贴“生活中的发明创造”这个主题，解决了生活中的实际问题——节能，降低能耗实现室内的降温。虽然这个设计作品模型制作的难度很大，但研究小组的成员通过自身的努力很好地完成了这一次的研究性学习任务，并在这个过程中体会到了自主探究，团结合作的乐趣，这是开展研究性学习的最大收获。
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