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CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车

2021-05 08

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图1)

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图2)

  CPS Program

  设计驱动小车

  力迈CPS课融数学、物理、化学、生物……多学科于一体,自带一种神秘的科学光谱,吸引同学们乐在其中,流连忘返。当CPS的光谱照到“罗马宴会”时,呈现出的是金色的光,同学们还原了古罗马时期的风貌;当CPS的光谱照到“人体消化系统”时,呈现的是紫色渐变光,同学们见证了酸碱中和时的变化之美;当CPS的光谱照到朴拙的小车上时,呈现的什么样的光芒呢?

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图3)

  上周,周老师带领同学们,

  穿越到了中世纪,

  体验了一把人类做出第一辆小车时的惊喜。

  科学综合实践学分挑战课

  CPS Program

  为了提高学生的个人能力、社会归属感和成就感,经过精心的准备,力迈高中本学期新开设了科学综合实践学分挑战课这门课程。

  科学综合实践学分挑战课,简称CPS Program。该课程得到英国课程与资质委员会Ofqual官方认证,是ASDAN与谢菲尔德哈勒姆大学自然科学研究中心合作研发设计,帮助学习者学GCSE的科学项目,同时激发他们对于自然科学的好奇心。本课程包含6个循序渐渐、相对独立的活动课题,包括数学、物理、化学、生物、运动、天体运动。

  而用橡皮筋自身产生的动能,为小车提供动力,则是力迈高中CPS Program的成员们,在第8-9周将要完成的课题。

  自从有文字记载以来,无数的先驱就开始梦想

  有朝一日能乘坐机械跑起来,飞起来……

  “什么?自己制作一辆小车,仅用橡皮筋就让小车跑起来!这怎么可能?”

  “这真是开脑洞的想法。”

  同学们七嘴八舌,对周老师提出的任务表示不可思议,又激动万分。

  周老师没有像教授传统课程一样,特意找来现成的小车图片让同学们看,而是让同学们展开想象,天马行空,激活思维的火花,做一个自己动手设计的小车。“你们可以向家人、同学、老师请教,”周老师鼓励同学们。

  随着项目的推进,同学们的脑洞越开越大,他们在野餐会上找来了一些废弃物:塑料瓶、易拉罐、雪糕棍、蜡烛、石头、木板……还搜集来了曲别针、订书机、家里废弃的旧唱片、纽扣……同学们前前后后找来几十种材料,天知道这里面有没有能用上的东西。橡皮筋,大家找来的粗的、细的、宽的、窄的都有好几十根。

  调查、探索、绘图、修改、制作、再修改……每一步都严格遵循CPS Program课的学习步骤,记录在技能表格上。每个环节结束,小组总结、反思,记录在实验纸上。看似苛刻呆板的实验步骤,背后凝聚的却是严谨求实的科学精神。

  同学们做出了一个个奇形怪状的车,这大概就是历史上最早出现的小车雏形吧!

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图4)

  CPS Program

  设计驱动小车

  同学们面临的另一挑战是:怎样利用橡皮筋让小车跑起来呢?

  一开始,有几个同学们的想法跑偏了。他们以为利用橡皮筋发动小车跑起来,就像打弹弓一样,皮筋狠狠地弹一下,小车就能快速地跑起来。

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图5)

  周老师赶紧把同学们“拽”回来,是要小车在橡皮筋的驱动下自行运动,如果是利用橡皮筋自身的势能,小车如何跑起来呢?周老师让同学们观察一些现象:呼啸的狂风将大树连根拔起,奔腾的江水驱动水轮转动,踢飞的足球把玻璃打碎…… 这些都是什么能量呢?势能、动能、热能……

  周老师指出,这些运动的物体都具有能量,那么,小车或其他物体在运动的情况下有能量吗?如何把橡皮筋积蓄的弹性能量转化为使小车运动的动能呢?

  能量守恒与转化定律:也叫能量守恒和转换定律,自然科学中最重要的一条普遍规律,它可表述为在自然现象中能量不能创造,也不能消灭,而只能在总数值不变的原则下,由一种形式转变为另一种形式,或由一物体转给另一物体。能量守恒和转化定律的发现,使哲学上运动不灭原理以及运动形式相互转化原理获得了自然科学的证据。

  同学们来了精神,各个小组行动起来,思考如何利用橡皮筋本身积蓄的力量带动小车跑起来。

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图6)

  同学们一下课就聚集在一起讨论,吃饭的时候还在为车轮材料用蜡烛还是金属片争执不休。有的同学干脆跑到高年级去请教有经验的同学。

  渐渐地,周老师看到,有的学生显示出探索的毅力,有的学生不怕麻烦,一遍一遍地修改设计方案,有的小组出现了问题,一起找解决办法……

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图7)

  第一组,仅用塑料瓶和电池做出的小车跑得最远,足足跑了7米远,令人出乎意料。

  周老师最看好的是第二小组,他们在小车上加了一个螺旋桨,利用风能,让小车跑起来了。

  第三组虽然跑得不是很远,但是车身更像是一辆车的雏形,设计得到了同学们的称赞。

  第四组同学们的想法特别奇妙,用蜡烛做轮子,实验证明小车着地时减少了摩擦力,跑起来更顺畅,也取得了4.67米的好成绩。

  伴随着兴奋、雀跃,同学们陷入了沉思:为什么有的小车跑得快,有的慢?还可以如何改进?经过激烈的讨论,大家得出了结论:小车的速度跟小车的质量、体积,还有运动方式都有关系。

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图8)

  周老师不无感慨地说:“兴趣是最好的老师,兴趣最浓的一组,实验结果最好。”

  如何评判学生们的作品?

  周老师特意设计了一套评判标准:

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图9)

  同学们在设计作品前已对标准了然于胸,如何将原始数据转化为具有不同权重的分数,并进行比较呢?这个环节特别考验同学们的数学分析和计算能力。

  最终Reach小组拿到了最高分。

CPS Program Ⅳ|力迈学子带你玩转橡皮筋,多种设计驱动小车(图10)

  小车跑起来了,同学们的心也飞扬起来了。在一次次的CPS课上,同学们不仅了解到现象背后蕴含的科学原理,还迸发出强烈的探究欲望。关于天空、大海、陨石、恒星……的答案,就藏在永不止息的发现之旅中。期待CPS课给同学们带来更多精彩的发现,耀眼的光芒!

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