乐高动力机械 ——教案

Power Machine II

Johnson Zhang

前言：

动力机械II Power Machine II

乐高设计与技术活动包含动力机械、结构与力、能源基础三大部分。各部分又按照探索、研究、解决问题来划分级别。孩子们在活动中循序渐进地理解相关知识，并能够将这些知识与现实生活联系在一起。

动力机械II——研究部分，是孩子续动力机械I探索活动的深入。活动以具体研究生活中某些事物，学生先通过设计，然后动手搭建，反复改进来加深对事物的理解，从而学习些机械原理和物理原理，体会数学的运用。

动力机械II活动中还让孩子们调加动力，将原来手动的模型改进成动力的模型，让它按一定的速度和节奏运行，从而体验速度、节奏等概念，为他们进入动力机械III——解决问题，做好知识与技能上的准备。

设计与技术系列: Design and technology

󰂆 动力机械I

Power Machine I 󰂆 结构与力

Structure & Force 󰂆 能源基础I

e-LAB III

󰂆 动力机械II

Power Machine II 󰂆 能源基础II

e-LAB II

󰂆 动力机械III

Power Machine III 󰂆 能源基础III

e-LAB III

目录

1

单元

活动名称

活动目标

理解三角形是刚性的。推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果。利用三角形来搭建一把折叠椅。

知识点

三角形、刚性、联接、折叠，椅子

折叠椅

2

3

坐起来 活动吊桥

运用马达来控制杠杆的运动。 学会马达的控制。

知道矩形是挠性的。理解矩形可以通过加固而达到刚性的效果。 推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果

马达、杠杆、床

四边形、挠性、三角形、联接、活动、桥

结构

Structure

4

活动的城门

运用马达来控制挠性结构。 学会马达的控制。

马达、挠性、城门

5

敲鼓器 电动敲鼓机

理解杠杆可以改变力的方向的作用。掌握杠杆可以增大移动的距离的作用。

杠杆，支点，力，敲鼓器，钢琴

6

认识马达及其应用。马达是如何反复推动杠杆进行运动的。为什么滑轮的打滑效果可以起到安全作用。

杠杆，支点，力，钢琴,马达

7

杠杆

Levers

8

汽车刮雨器

理解相连的杠杆原理(复合式杠杆)。掌握通过旋转运动来带动杠杆。理解杠杆可以增加移动距离的作用。

杠杆，力，支点，汽车雨刷，复合式杠杆

电动刮雨器

知道马达是如何和滑轮与齿轮一起驱动杠杆的。掌握马达如何使杠杆的反复地运动。

杠杆、马达、传动、雨刷、反复运动

9

飞轮车 电动车

知道飞轮，理解飞轮的能量。知道摩擦力，理解摩擦力的作用。研究汽车上的轮轴作用。

轮轴、摩擦力、转动、能量、汽车、飞轮

10 11

掌握马达是如何驱动车辆运动的。 轮轴、马达、车辆、理解车小对车辆速度的影响。 设计并制作一种提升装置。运用齿轮原理。运用齿轮来增加扭距并锁住绞盘。

速度

轮轴、滚筒、滑动的斜面、传送带、曲柄把手

轮轴、马达、传送、滚桶、

滚桶式传送带电动滚桶式传送带

12

轮轴

Wheels & Axles

掌握如何用马达驱动滚筒的。理解电动传送带能以多快的速度运送。物体。理解物体重力和惯性的作用。

13

人口计数器 电动门

深刻理解齿轮作为传动装置的功能与作用。了解齿轮在十字转门中的应用，研究十字转门。

齿轮，传动比，角度，十字转门

蜗轮、齿条、速度、力量，电动门

14

用马达来控制门的开启和关闭。掌握用马达产生低速运动。知道速度与力量之间的关系。

15

齿轮

Gears

16

旋转飞椅

知道皮带打滑现象。知道齿轮不会打滑。

理解并运用加速传动。知道如何将旋转方向改变90度。

齿轮，传动，速度（大小、方向），打滑、旋转90度

齿轮，传动，速度（大小、方向），离心现象

单位计算、滑轮，传动，速度（大小、方向），

电动旋转飞椅

皮带式传送带

搭建一个电动的旋转木马。研究马达是如何驱动具有链传动装置的齿轮。

17

知道滑轮可以改变运动方向。 会运用滑轮来加速或减速。

18

19

滑轮

工厂流水线

掌握马达是如何驱动带传动系统的。

理解传送带如何才能以匀速运动。 团队合作研究一条流水线的操作。

规划、合作优化、流水线

Pulleys

起重机

定滑轮和动滑轮。用齿轮来增加拉力。

运用棘爪和棘轮机构来保证提升物体时的安全。

齿轮，传动，速度（大小、方向），起重装置

20

电动起重机

设计并制作一种提升装置。运用齿轮原理。运用齿轮来增加扭距并锁住绞盘。

结构、速度、起重装置

教学过程

联系：引导孩子们自己去联系，引导他们的思维兴趣进入活动。

建构：初步的常识。

Design:

培养孩子们先设计后思考的习惯，设计是为更好地搭建，同时也是培养孩子们后面的反思做准备。

Building:

搭建方法是丰富多彩的, 没有一个正确答案。不要低估孩子们的想象力！

反思：对初步建构所出现的问题思考，进一步改进。

延续 ：Challenge

给每个学生足够的符合其各自能力的挑战，所以在每个活动中孩子们都会找到适合自己的那个挑战.就象摘苹果一样,让孩子摘到适合自己高度的的那个苹果.

教学准备：

动力机械（95）：

这套器材是乐高教育部的有悠久历史的经典套装。是笔者的最爱！

200多块组件，包括各种齿轮、马达、能建造上百件与日常生活有关联的工业机械系统模型，是法国“动手做”课程的指定教学工具之一。

组件套装(99):

如果在活动中出现零件缺失或部分活动需要更多的零件,9618中的零件不能满足孩子们的需要,组件套装中的零件足够是老师可以使用.

搭建卡:

我们在教学中鼓励学生自己去发挥想象力,在教参中我们有提示老师如何来合理地搭建,搭建卡为那些无从下手的同学提供帮助.

活动手册:

活动手册没个孩子人手一本,活动手册更多的是孩子们的成长手册,每个活动的进步都呈现在上面.

教学过场中,活动手册也提供了孩子们设计的提示和设计的环境.也是孩子们回家继续延续的参考.

关于这本教参：

《动力机械II》活动由20个活动内容组成，由浅入深。每个活动内容为1小时，所以进行完所有活动需要20小时。活动的年龄对象为8岁以上，无需乐高搭建基础. 当然最佳的教学状态时孩子们已近学习过设计与技术的动力机械I或者7岁年龄段的其它两门活动。

这本教学参是提供给上《动力机械II》活动的老师的。只是活动的说明，不是教案。

老师在教参的基础上拓展出自己上课的风格和方法,作为教参,里面的每个活动都力争给老师们足够的资源.

教参如果有任何问题，联系人：

章森 zhangsen@semia.com

本教参版权归西觅亚科技有限公司

违者必究

折叠椅

学习目标:

理解三角形是刚性的。

推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果。 利用三角形来搭建一把折叠椅。

所需材料: SPM95， 词汇:

结构基础、三角形、刚性、联接、折叠，椅子

1． 你的家里一定有椅子，椅子是什么样子的呢？ 2． 什么样的椅子才是比较舒服的呢？

3．什么样子的椅子才可以是比较坚固的呢？

4．椅子可以折叠吗？折叠椅一般用在什么地方，有什么作用呢？

5．有什么办法可以让椅子既坚固又舒服，又可以折叠呢？

Design：

我们需要设计一把椅子，而且椅子的靠背能够前、后移动。椅子靠背移动的时候,仍然要保持坚固.

你在哪里会看见这样的椅子？

Building：

按照搭建卡蓝1，搭建一个折叠椅。（初级阶段需要给学生模仿。）

1．用手用力向下和后压椅子的靠背与座位，为什么椅子一直是坚固的呢？

将折叠椅的靠背推到不同的位置。当你在椅子的侧面看得时候，会看到什么形状？ 我们会看到一个三角形。

把三角形的边往里推，会发生什么情况？ 没有任何物体发生移动，三角形形状未发生任何变化。我们把三角形称为“刚性”！

当学生们推或者拉三角形模型上的任意两边，第三边都会撑住它们之间的夹角，阻止它发生变化。这就

是说这个模型的形状不会发生变化。三角形是刚性的结构。

2.把折叠椅模型调到不同的位置。为什么无论什么位置椅子都不会倒塌呢?

因为在所有的不同位置上都会有三角形构成,三角形是刚性的,坚固!

而且椅子与地面也构成了一个三角形,来支撑椅子的重量.

如果学生观察到这是一个由座位，靠背和调节杆构成的三角形，就表明他们已经理解了三角形是一种刚性的形状这一概念。

3.将黑色的轴从你的椅子里抽出来。拿掉椅子的后背。将轴插到不同的孔里后把椅子重新折叠在一起。将折叠椅展开。看看这时候椅子和之前有什么不同？

椅子的靠背比第一个向下倾斜的更厉害。

轴的两端用轴套连接,可以使它更加牢固.

三角形也有各种不同的样子,一条边的倾斜度也是可以不一样的.但是都是刚性结构.

4．这里有家人家，他们的一些家具有点不牢固了，你科研帮助他们来维修一下吗？

1. 折叠椅一般会用在海边的沙滩上,人们会在沙滩上,打开折叠椅,一边喝喝饮料,一边晒晒太阳.但是太阳太大的时候,会太刺眼睛,对身体也不太好.你有什么办法吗?

给折叠椅加上一把遮阳伞!

2.如何可以让加上的遮阳伞和椅子一样可以根据阳光的强弱来调节角度,同时又是比较坚固呢?

和靠背一样,利用三角形是刚性的特点来使得遮阳伞也是坚固的.而且也可以调节角度.

遮阳伞的角度可以根据阳光的强弱来调节.

阳光强时候,就把伞的角度向下调低,当阳光弱时,就把伞的角度调高.

(注意:使用灰色的销,不能够使用黑色的销.因为黑色的削摩擦大,不容易转动.)

3.如果有更多的时间,为你的椅子设计一些附属装置，如扶手或者搁脚的踏板。

4.你设计的折叠椅还有什么其它特殊功能吗？

5..一种形状在推力或拉力的作用下形状不会改变，它就是刚性的。你能在桥梁、过山车、房屋和其它结构上发现这种形状。你还可以举出一些例子吗?

坐起来

学习目标:

运用马达来控制杠杆的运动。 学会马达的控制。

所需材料: SPM95， 词汇:

马达、杠杆、床

医院里面病人起床不是很方便,他们想有时候能够坐起来,看看窗外的景色.吃吃东西,喝喝饮料!

Design：

设计并搭建用马达来控制靠背角度的一张床,可以让病人自动坐起来和躺下去.

Building：

引导孩子们，将注意力从马达上引入到关键功能的实现，保证可以将床摇起来！ 让学生先完成手动的，再在手动的基础上装上马达即可！

杠杆臂：

中间是轴孔，是非常好的抬起床头的一个零件；

（套装中的每个零件都有其特殊的作用！）

重积木起稳定重心的作用！

齿轮箱，速度慢，力量大。 而且有自锁作用。

（简单介绍，让学生可以在活动中体会，以后活动会加深他们对它的认识。）

转动齿轮箱上的手柄，窗头也会跟着调节角度。（可以让学生观察齿轮箱的自锁现象）

让学生认识马达、导线和电池箱之间的连接方法！ （可以用电厂——电线——家里的风扇来做比喻，让学生记住！）

将马达加到模型上去！

马达与转轴之间的连接，可以使用轴连接！

1．你的模型中最重要的部分是什么？

杠杆和固着装置。

2．病床是病人专用的，医院的病人是有病在身的特殊的人群。所以这床一定要坚固，稳定。你是用了什么办法呢？（想想之前我们做的结构活动）

之前的探索和研究只中我们已经接触过了LEGO积木搭建的标准结构。

（两块板+上下个一根梁+竖直的梁+销）标准结构是一个比较牢固的结构。

我们也可以运用已经学过的“三角形是刚性”的结构基础的知识点来解决咳调节病床的牢固问题。只需要在病床的床架上构成三角形。

枕头部位可以和床架构成可以活动的三角形。由于三角形是刚性的，所以整个床就会比较坚固。

3．观察马达控制靠背的角度与时间的关系.

坐起来 90度 时间: 秒

45度 时间: 秒

躺下: 0度 时间: 0 秒

Challenge：

一个病床还需要什么呢? 轮子、护栏、楼梯、茶具台等等。医院里面轮椅也是需要的，为病人设计并搭建把轮椅。

活动吊桥

学习目标:

知道矩形是挠性的。

理解矩形可以通过加固而达到刚性的效果。

推力(压力)和拉力(张力)作用于物体上，会产生不同的效果。 所需材料: SPM95， 词汇:

结构基础、四边形、挠性、三角形、联接、活动、桥

1.你知道世界上有哪几座著名的桥梁? 中国呢?

2.你可以画出桥的图样吗?

3.桥梁一般都是笔直的,但是如果有一艘巨大的万顿轮要开过桥,但是船太高了,过不过去?你有什么办法吗? 大家都会想到：活动的吊桥

Design:

设计并搭建一座非常坚固的桥，但是桥身是随时可以抬起来的，是一座可以活动的吊桥！

Building:

按照搭建卡，让我们来搭一座可以活动的吊桥。搭建到第9步。

1．你的桥可以活动吗？

桥可以从一低抬到高。

2．为什么桥可以活动呢？

从侧面来观察吊桥，从吊桥的桥身上我们可以找出四边形。

那么四边形有什么作用呢？

它的形状可以从矩形变成平行四边形和直线。没有任何的边撑住了夹角。很容易的改变它的形状。 我们称四边形这种容易改变的形状为“挠性”。

一个挠性的形状是可以改变的。有的时候挠性的形状也是有用的。 吊桥之所以可以活动，就是因为有四边形的形状容易改变，是挠性的。

3．向下按平衡物（黑色的加重块）来把吊桥升起来。当吊桥上升的时候，四边形的形状是如何改变的？

平摆着的菱形变成了立着的菱形。

当学生们升起或放下吊桥时，从侧面他们看到四条边的形状是如何改变的，正是这个挠性的形状才使得吊桥能够运行。

4.我们上次学习了三角形是刚性的，在吊桥上有没有利用三角形的刚性呢？

从侧面来观察吊桥，从吊桥的基座上找出三角形.

如果学生们能指出蓝色卡片2中的吊桥模型的底座上的三角形的，这表明他们已经知道吊桥的这一部分是刚性的。

世界上的许多桥梁都用到了三角形的钢性的特点来建造桥梁的桥墩和底座.

许多国家在建造斜拉桥的时候,就是考虑到了三角形的钢性.

（让学生说出自己身边的斜拉桥.）

5.桥是越坚固越好,你有什么办法使这座桥可以变得不再可以活动,要非常地坚固呢?

可以加两根梁上去。

6.现在你再次升起吊桥发生了什么？为什么会这样呢?

我们无法将吊桥升起。因为在桥身上,有了三角形,三角形是钢性的,形状不会改变.

这个桥梁模型是一个刚性的结构。学生们可能会指出由加在两边的交叉梁构成的三角形阻止了吊桥的运动。这表明他们已经理解了三角形是一种刚性的形状的这一概念。

7.原来的形状可以改变的四边形,为什么会变成形状不会改变呢?

矩形形状并未发生改变。因为矩形里面还有三角形。 推或者拉相对的两个角，交叉的梁会阻止模型的形状发生变化。

可以用梁或者轴来组成三角形.

矩形不是刚性的形状。但是可以通过增加内部的三角形使矩形变成刚性的。 三角形越多,坚固的程度就越高. 数一下,在你的桥上有几个三角形?

如果学生们能够指出由交叉的梁构成的两个三角形，那么他们就可能明白了这个概念。

连接方法注意: 用连接器来连接两根轴. 连接器也可以将轴与梁连接在一起.

8.下面的五边形和六边形都不是很坚固，把它们变得坚固一些！

图中有几个三角形?

一种让学生强化三角形意识的思维训练!

Challenge

1.三角形是坚固的，形状不会发生改变，我们在实际应用中是非常多见的。那么四边形的形状会发生改变，那么它在实际中有用吗？

有种升降机也是利用四边形地形状会发生改变的特点来工作的。

敞棚车的车棚就是利用了四边形的形状可以发生改变而制作的。

延续中的联系,为以后利用形状来解决问题做准备!

2,比比看,谁的活动桥可以延伸得最长?

(注意在有限的材料中使用,培养学生合理使用材料的意识与能力)

坚固吗？活动性能好吗？ （活动时候其实是根杠杆）

合理地使用板、梁等零件。

桥面（板）、桥身（梁）、桥墩（梁） 注意梁之前用板来连接！

3．活动桥对接（团对游戏）

游戏引导孩子们去同意桥面的高度和对接空的宽度。

4．设计一种转动摇柄，可以控制桥身的升起和下降。

引导孩子们自己去想出这个方法！ 可以利用“齿轮箱+连杆”

摇动手柄，桥身被抬起，由于齿轮箱自锁作用， 所以桥身不会落下来。

活动的城门

学习目标：

运用马达来控制挠性结构。 学会马达的控制。 器材： SPM95 关键词：

马达、挠性、城门

童话中的城堡的故事，大家想毕都听说过。

现在就有这么一座城堡，它有个大门。城堡的外面是一条河，没有桥。你可以把它的门变成两用的吗？既是桥又是门？

Design:

设计并搭建一座城门桥，要坚固，可以用马达来控制桥身的抬起和放下。

桥身是很重的，你用什么方法来是马达可以抬起桥身呢？

Building:

参考搭建方法：

马达

用齿轮箱控制，

速度慢，但是力量大！

电池箱，可以稳定重心！（里面有6节5号电池） 桥面，通道

桥的主体结构用三角形形成刚性结构！ 马达转动，通过滑轮，用绳子来拉起桥面！

也可以设计成双面通道！

1．如果没有齿轮箱，你怎么办？

黄色的齿轮箱是专门用来放24齿齿轮和蜗杆，让它们啮合的一个零件。

它的作用就是让24齿齿轮和蜗杆准确地咬在一起。从而可以非常好地形成力量大的一个传动。（城门一般很重的）

通过这个活动来认识齿轮箱和加深对蜗杆的作用的意识！

蜗杆就相当于一个牙齿的齿轮，所以当和24齿齿轮啮合一起时，速度很慢，但是力

量就会很大了。

由于它的形状就象根螺丝，所以具有自锁功能。

所以如果没有齿轮箱，可以让学生自己使用积木搭建一个齿轮箱，只要让蜗杆和24齿轮啮合在一起！

2．如何可以提高回收城门的速度呢？

在城门的顶端，可以使用橡皮巾来增加回收的速度（利用橡皮巾的拉力！）

孩子们一起讨论，测试，改进？ 谁收回来的速度最快呢？

Challenge

1．和伙伴们合作，搭建“双塔活动桥”，两座桥是湖泊，而且很宽，宽度有两套套装盒子的宽度，两座桥要非常好地能够合拢和抬起。

可以拿辆重力小车来试验一下！看看结构牢固吗？

2．城堡游戏：

自己制作一个城堡（用积木或是也可以用纸），演示并介绍自己的活动的城门！

3． 如果一场战争出现了，你去攻打一座城堡，城门关着，进不进去，怎么办？

橡皮筋起到传送作用。 转动手柄，向上传送！

平台

利 用 三 角 形 形 成 坚固的结构。

转动式敲鼓器

学习目标:

理解杠杆可以改变力的方向的作用。 掌握杠杆可以增大移动的距离的作用。 所需材料: SPM95， 词汇:

杠杆，支点，力，敲鼓器，钢琴

1. 大家都喜欢音乐吗？

2．你可以说出几种乐器呢？例如：钢琴，鼓等等。 3．钢琴是如何来发音的？

钢琴又是靠什么来发音的呢？ 它和鼓又有什么相同的地方呢？

让我们研究一下钢琴是如何来产生声音的。

Design:

设计并搭建一架可以敲打出声音的机器。一根鼓锤的！

Building:

搭建蓝色卡片3上的模型，但是只做到第6步。

曲柄半径小越省力支点

注意：齿轮只能往一个方向旋转。这一部分机械装置类似于棘爪与棘轮机构。

1． 试着旋转黑色的把手几次，先向一边旋转，再向另一边旋转，看看分别发生了什么？

当向一边旋转的时候，模型发出敲击的声音。 把手无法向另一边旋转。

2．请找到你模型中的杠杆。把它画下来并标上：作用力，支点和负载。

敲鼓器就是一根杠杆。销的位置就是支点。鼓锤部分就是负载。

学生们可以证明模型中的鼓槌就是杠杆。如果学生能指出齿轮上的那个往下压长梁末端的灰色的连接销就是作用力的话，而敲击的那一端就是负载，那么他们可能已经理解了这个概念了。

2． 杠杆上的力是从哪里传递过来的？让学生找到实力点！

从摇动手柄，再通过齿轮上的销传递到杠杆上。鼓锤的运动方向和力是相反的。

3．不看搭建卡，搭出第二根鼓棒。

当你反复旋转黑色的手柄时，会产生一种什么样的敲击声？

这是一种连续的敲击声，就象水不停地往下滴的声音。当手柄转动一圈，会敲击两次。 两边销的数量是一样的：

两根杠杆，一边一个销，轮流依次对杠杆施力。所以可以听到每根鼓棒敲出来的声音节奏是一样的。

轴套，固定作用

4．在两根杠杆的情况下，观察一下每根杠杆的两端移动的距离。

学生们可能还会指出鼓槌用来敲击的那一端比另一端上下移动的距离要大。这是因为用来敲击的那一端离支点较远。这就是一个杠杆被用来增加上下移动距离的例子。

5．节奏的变化可以音乐动听的体现。

想一个办法，让钢琴演奏出节奏变化的音乐！

观察：销的数量不一样，节奏还一样吗？如果一边是5个销，另一边是3个销，那么节奏是怎么样的呢？

6．“把黑色的重压砖放到其中一个鼓槌的顶部，就可以使敲击声变大。” 你认为这种说法是正确的吗？

我们认为是正确的。试一试! 正确吗? 是的。

Challenge

1． 我们现在用的鼓锤是一样的积木，在套装中有各种不一样的积木块，试一下每块积木，

选出你认为最喜欢的积木作为你的鼓锤。

2． 钢琴的声音非常动听，因为钢琴可以敲打出许多的音符。我们也在模型上试一下，可以

敲打出更加多的音符！三个甚至更多！

有几个音符，就需要几根杠杆。注意，鼓锤处的积木块也可以不一样。

钢琴有几个音符? 两组合作设计出一架钢琴,最多可以设计出几个音符呢?

7个音符的

注意,现在需要敲击的音符要有次序,必须是依次来敲击的,你如何来做到呢?

3． 除了钢琴和鼓以外，还有什么是利用杠杆原理来发音的？

例：打字机

打字机也有许多键，敲打下去也会发出许多的声音，有没有仔细地听过？

4． 游戏：

(1).给学生们分组，让他们画出自己的敲鼓装置的设计图，然后看其它组的同学能否照图纸把它们制作出来。

(2).击鼓传声：老师安排学生轮流敲打自己的鼓。先轮流传一个音。再轮流传几个音乐。

也可以集体演奏进行曲。 (3).全班一起来演奏一曲鼓乐.

电动敲鼓器

学习目标:

认识马达及其应用。

马达是如何反复推动杠杆进行运动的。 为什么滑轮的打滑效果可以起到安全作用。

所需材料:

SPM95，补充资料(用织物、金属、空罐子等来做不同的鼓面) 词汇:

杠杆，支点，力，钢琴,马达

如果不直接用手去控制,你有什么方法来让敲鼓器去击打鼓面呢?

上次活动,我们搭建了一个手动的钢琴。但是钢琴现在出现了许多电子型的。就连打字机也有电子的了。

它们杠杆的原理仍然在利用，杠杆还是它们的工作原理，但是不再手动的简单机械了。它们有了更加好的动力装置。今天我们就来研究这个动力装置如何与杠杆原理在一起运用的！

Design

设计并搭建一台电动式的敲鼓机. (马达控制)

Building:

导线连接

马达

电池箱

滑轮 皮带 滑轮

1.你用什么方式来驱动自己的敲鼓器呢?

马达的传动有时需要皮带和滑轮的组合的传动。但是皮带需要和滑轮在一条直线上，才可以比较好地传动。

滑轮传动.

2.打开马达开关，先让马达朝一个方向转，再朝相反的方向转，会发生什么？

当马达朝一个方向转动时，它带动了大齿轮，从而产生了敲击声。当马达朝相反的方向转动时，齿轮被卡住不再转动。

2.如果敲鼓器的速度太快了,要减慢速度,应该怎么办?

马达以不变的速度推动敲鼓机运动。可以通过不同的方式来改变敲击的速度，比如增加更多的连接销，更换滑轮，或增加齿轮。

当齿轮被卡住时，滑轮上的皮带就会在滑轮上滑动。在马达驱动的机械装置中，打滑为其提供了安全保障。

马达处小滑轮带动大滑轮

齿轮箱+滑轮减速是一个非常不错的方法.(二级减速)(学生可以参考“绿色搭建卡G”)

齿轮箱,速度已经很慢!

小滑轮带大滑轮,再减速!

加上电池箱，成为动力传送装置

先估计一下敲鼓机1分钟能敲多少次？再数一下敲鼓机1分钟内能敲多少次？

体现手动与电动之间的区别,检验你的敲鼓器的减速效果.

我们认为敲鼓机1分钟能敲 60 次。 我们的敲鼓机每分钟敲 58 次。

手动次数

估计次数

马达带动次数

3．如何才能够加快敲鼓器的敲打速度？

(1).在齿轮上增加更加多数量的销.

(2).改变杠杆支点的位置.鼓锤部分离开销越短,就越快!因为移动的距离短了.

(3).改变滑轮传动的滑轮比.

但是马达处最好连接小滑轮,因为扭矩大.

5.如果没有了40齿齿轮,没有了销,同样需要个敲鼓器,该怎么办?可以使用什么零件来达到效果呢?(让孩子们更好地来使用零件,认识零件.)

方法一:凸轮

凸轮上面有四个周孔 上面一半是个圆形,下面是个凸起的地方,一旦转到这里运动会产生一个突变

凸轮每转动一圈就会产生一次凸变，所以，轮流交错使用，就会产生一上一下的效果。

方法二：

一些带“轴孔”的零件在旋转过程中都能产生类似的作用。但是要有一定的长度，才能够触及到鼓棒！

轴孔（十字）

要让孩子们意识到一点，有轴孔的地方就可以穿轴。有轴就可以转动！

Challenge

1.乐器的声音是十分重要的。模型所敲打查的声音与什么因素有关？

（1）.鼓面

我们现在的鼓面是一块板。试着用其它不同的材料做鼓面，比如织物，金属，空罐子和木头。

（2）.鼓锤

套装中有各种积木可以选择,选择出可以制造出一种最动听的声音的积木.

将最好的鼓面和鼓锤组合成最动听的乐器件!

2.和别的组同学一起做。不要让其他人看到你的乐器组建方法。向他们提出挑战，只给他

们听声音，然后让他们用自己的装置复制出同样动听的节奏。

3.你的电动敲鼓器最多可以敲打几根鼓棒呢?

鼓励采用合作的方式!

两组合作,两架敲鼓器合在一起!

当然在合理使用零件的基础上,完全可以一组做出一架可以敲打许多音符的敲鼓器:

你的敲鼓器可以做到依此有节奏地敲打吗? 如何来编辑你的敲打声呢?

4.设计并搭建一辆手推小车,小车上面有台敲鼓器,小车一边前进,同时敲鼓器会敲鼓.

提示:敲鼓器通过滑轮来带动小车轮子上的轴! 链条也可以! 比比看:谁的小车前进得快,同时鼓敲打得响!

汽车刮雨器

学习目标:

理解相连的杠杆原理(复合式杠杆)。 掌握通过旋转运动来带动杠杆。 理解杠杆可以增加移动距离的作用。 所需材料: SPM95， 词汇:

杠杆，力，支点，汽车雨刷，复合式杠杆

1.你有没有乘过汽车?如果汽车在下雨天会出现什么情况? 司机会用什么方法来解决呢？

2.如果雨下得很大的话,司机会怎么办?

3.你知道在汽车窗上的这个可以刮掉雨水的装置叫什么吗?

4.刮雨器又是如何来工作的呢?

Design

为小汽车设计并搭建一把雨刷 (在图上画出你的雨刷驱动方式).

世界上的第一辆装有刮雨器的汽车上只有一根雨刷。

那么我们现在也就做一个有一根雨刷的刮雨器。

Building:

找到蓝色卡片 4，搭建蓝色活卡片4上的刮雨器，只要进行到步骤8

曲柄 转动控制雨刷的运动 24齿齿轮 与销连接来转动梁(连杆机构)

只让孩子们模仿一根雨刷

1. 哪里是雨刷？在模型中指出雨刷的位置。

让学生仔细观察这个机构的运动规律,是不是有点象火车的轮轨?记住这个机构的作用! 指出这根杠杆的支点、力和负载的位置？ 雨刷就是一根杠杆。 支点

2．连续朝一个方向转动黑色的手柄几次，然后再朝反方向转动。转动手柄的时候方刮雨器是如何动作的？

不管我们朝哪个方向转动手柄，刮雨器都是前后摆动。

3．在黑板上画出这根雨刷的轨迹

力，摆动雨刷的运动

孩子们会发现,雨刷运动所产生的轨

迹是一个扇形!

学生们可以分别测量一下刮雨器底端所移动的距离和顶端所移动的距离,并进行比较。取决于不同的测量方式，学生们会发现，刮雨器顶端所移动的距离通常是底端距离的3－4倍。

4．再一次转动黑色的手柄。请注意刮雨器的底端只移动了一点点，而它的顶端却已移动了很大一段距离。为什么要这样？

刮雨器的顶端必须能移动很长的距离，只有这样才能擦干净整块玻璃。

所以，离开支点越远的地方，它移动的距离就越大。杠杆能将运动的距离放大。挡风玻璃上的刮雨器是也是利用杠杆的这个原理来进行工作的。

5． 随着汽车工业的发展，雨刷变成了两根。 不看搭建卡,让孩子们设计并搭出两根雨刷。 指出两根杠杆的支点和

5．为两根雨刷会朝着会朝一个方向摆动？雨刷当中的那根梁有什么作用？

两根杠杆，两个支点。两根雨刷就是一套联动的杠杆。第一根杠杆会通过连杆给第二根杠杆再一个力的作用。

仔细观察一下，要使得两根雨刷朝一个方向摆动，当中连杆的两个销的位置有什么关系？

是在同一个位置的孔上。

6． 在一面玻璃或纸上试一下？

观察一下，两根雨刷和一根雨刷相比，哪个刷的面积大？

让学生明白技术发展的重要性，知道两根雨刷的优点和进步。

1.改变你的模型上支点的位置，变成一个鼓掌的模型。

让学生在图中画出连接梁的连接，圈

出销的位置。

可以一下拍手，再一下就想张开双臂一样。（老师动作演示）

2.如果要让连根雨刷象拍手一样摆动的话，应该如何连接连接梁？

梁的连接就不能在一个位置了,一高一低,让孩子们找出这种方法!

3． 连续转动黑色手柄时，会发生什么情况？

刮雨器的两个雨刷朝相反的方向摆动，就像鼓掌一样。

4．生活中你在车上最常见到的刮雨器是哪种？

5．那么三根或四根雨刷，你可以吗？

要让雨刷样拍手一样，注意连接梁的销与雨刷的支点的位置。 三根以上的雨刷就不可能向相的方向摇手了,只能朝一个方向了!

电动刮雨器

学习目标:

知道马达是如何和滑轮与齿轮一起驱动杠杆的。 掌握马达如何使杠杆的反复地运动。 所需材料: SPM95， 词汇:

杠杆、马达、传动、雨刷、反复运动

我们上节课搭建了一个汽车雨刷模型。但是我们是通过手来摇动来控制雨刷的运动的。但是在真正的汽车上，司机也是这样吗？

在汽车上司机是只要通过一个按钮就可以控制雨刷了。也就是电动的。

Design: 设计并搭建一台由马达来驱动的刮雨器。

Building:

导线连接!

电池箱

马达

1.你用什么方法来驱动你的雨刷呢?

滑轮传动是孩子们最简单,方便的方法.

不用象齿轮那样去凑合适的单位,皮带有一定的弹性!滑轮的打滑想象可以起到保护马达的作用.

孩子们会发现,小的滑轮带动大的滑轮,比较有效果, 因为,所需要带动的雨刷是一个负载,小带大,一般力量大,带得动!

绿色卡片G

上面的马达连接的方法也是孩子们可以求助的.

2. 如果是拍手的雨刷，给马达通电。

先让马达朝一个方向转，再朝相反的方向转，看看分别发生了什么情况？

不管马达朝哪个方向旋转，刮雨器的两个雨刷始终向相反的方向运动，就象拍手一样。

3.先估算一下一分钟内，两个雨刷合在一起的次数。再清楚地数一数刮雨器每分钟合拢的次数。比较一下马达与手动简单机械之间的区别。

我们估计我们的刮雨器每分钟合拢 30 次。但是我们的刮雨器每分钟实际合拢 28 次。

手动次数

估计电动次数

电动次数

4.有什么办法可以让雨刷工作的时候，速度加快？这样汽车玻璃就会更加清晰。

改变支点的位置，从而增加雨刷的工作面积。 改变马达的传动。

让孩子们找出最有效的方法!谁能想出的方法最多? 用的模型来表示出来!

Challenge

1．制作一个拍手模型！让每一个学生或大家一起表演一段节目。（教师肢体演示）

分组表演，采用不同的方式连接你的刮雨器的两个臂。不要让其他组的人看见你们是如何连接的以及所用的零件。打开模型上马达的开关。向别的组同学表演拍手，同学们也一边唱歌，让他们在只看见拍手的两臂顶端运动的情况下，也搭建出同样的模型。 也可以增加手臂数量来表演！

2. 制作一辆带有雨刷的车, 车一边行驶,鱼刷一边可以工作!

注意:只有一个动力装置,

带动雨刷的欢轮传动同时传动小车的轮子!(也可以用链条)

飞轮车

学习目标:

知道飞轮，理解飞轮的能量。 知道摩擦力，理解摩擦力的作用。 研究汽车上的轮轴作用。 所需材料:

SPM95，补充材料（ 任意的尺子，任意的小斜坡） 词汇:

轮轴、摩擦力、转动、能量、汽车、飞轮

1.你乘过哪几种汽车？ 2.汽车为什么会开动？

3.轮子对汽车来说有什么作用？

4.如果车子要开得快的话,它应该是怎么样的?F1为什么会开得这么快?

5.如果一辆车子,它没有汽油和电,你相信它还会向前开动吗? 6.你知道飞轮车吗?

7.驼螺为什么一直可以转下去,转很长时间?

Design:

设计并搭建一辆车子,转动它的轮子,放手后可以让它向前行驶一段距离!

Building:

搭建蓝色卡片5中的车辆模型，只进行到步骤8

只让孩子们模范出一辆飞轮车的底盘结构,飞轮的添加留在反思部分!

底盘有负载的齿轮单位的放置,孩子们可能会出现粗心,为后面的搭建造成一点麻烦,所以要孩子们一开始就要仔细!

1. 在模型车上找到轮轴:

4个轮子就是轮轴。

轮子有两个部分组成：轮胎、轮毂。

轮毂就用滑轮来做。

轮胎是橡胶做的，可以起到摩擦的作用。

2．许多车的轮子比较大，比如说：吉普车。改变模型，在车的后轮换上大轮子。比较一下，大的轮子好吗？

轮子就是一个圆，圆有它的周长。 大的轮子的周长大，小的轮子周长短。

轮子向前滚动一圈就是前进了一个周长的长度。大的 轮子的周长大雨小轮子的周长。

所以大轮子要开得比小的轮子开得远，开得快！

轮子最大的汽车可能就是压路机了。但是由于它的工作是压路面，所以会开得很慢！

3．把模型拿在手上，转动它的一个后轮。 请注意，飞轮是如何被带动起来的。

车顶部的大轮胎就是一个“飞轮”。

把车子放在地面上。让车贴地面，并推动它，使之向前滚动大约1米，然后放开它。

z 你的又车走了多远？48厘米。

z 请写下使你的车走得更远的办法。推得再用些力，再快些。 z 试一试!对吗？正确

4．飞轮：

风车转动，就会产生能量。风车转动得越快，能量也就储藏得越多。我们现在有用风车来发电的。

车也一样，轮子转动得越快，就越难停下来，转动得越快能量就越大。

飞轮是一种加重的轮子。转动的飞轮储存有能

量。正是这种能量使飞轮不停地旋转。 (惯性!)

5.飞轮为何会比四个车轮要滚动得快?

联接轮胎

联接飞轮

这辆车上的飞轮是通过齿轮装置与后轮相连的。转动后轮

同时也带动了飞轮。这种 “加速传动”使飞轮比后轮转动速度要快。飞轮转得越快，它储存的能量就越多。

6.让小车在紧贴地面的情况下，缓慢地推动它。首先学生们会发现有一点阻力，随着飞轮转速的加快，这种阻力越来越小。松开手后，车继续向前运动，直到飞轮停止转动。

7. 学生们可测量一下松手后车移动的距离。比比谁开得最远?

通常飞轮的转速越快，小车跑的距离就越远。由于小车每次滑行的距离都不同，因此学生们可能会想到要把平均值算出来,多赛几次,比比平均值!

Challenge

1.给车再添加一个飞轮!

按刚才那样轻推几下小车，然后放开它。

z 你的车能走多远？92厘米。

z 仔细考虑一下模型本身和它们的运动，哪个模型滚得更远？为什么？

第二个。可能它的飞轮中储存了更多的能量。 z 哪个模型推起来更省力？第一个模型。

1. 在小车安上第二个作为飞轮的大的轮胎，看看效果有什么不同。

推动小车的阻力会比先前的模型大。因为他们要让更大的飞轮转起来。他们会发现，虽然飞轮的旋转速度没变，但是这个模型比第一个滑行的距离远。这是因为这个飞轮的质量更大，储存的能量也更多。

2. 学生可能还想通过更换齿轮，使飞轮转得更快一点。

如果他们预见到这样的一辆车能走得更远的话，他们可能已经明白了飞轮能够储存能量的概念. 一些用来推动模型的能量传递给了飞轮。少部分能量因为摩擦的作用转化为热能，但是大部分能量都已储存在运动的飞轮中。当车滑动时，飞轮中的能量又反过来通过齿轮传递给车轮。

3.比比，最终谁的飞轮车最远?

老师可以从99中，挑选出轮子给孩子们使用，把两个轮子叠在一起，这样他们的飞轮的质量就更大，小车会跑得更远了！让孩子们挑战最远的距离！ （板书上记录成绩）

电动车

学习目标:

掌握马达是如何驱动车辆运动的。 理解车小对车辆速度的影响。 所需材料:

SPM95，补充材料（尺子、小斜坡） 词汇:

轮轴、马达、车辆、速度

我们上次搭建了辆飞轮车，在现实生活中，一般马路上汽车都没有飞轮，它们靠自己的发动机来驱动轮子行驶。

那么发动机是如何来带动轮子的呢？ 让我们一起来研究一下电动车的原理。

Design:设计并搭建一辆有马达驱动的车子.(标示出马达如何驱动轮子转动)

你认为当你在与马达相连的轴上放上大轮子，车移动的会快还是慢？

Building:

孩子们不需要看搭建卡，使用最简单的滑轮传动也能搭建出一两电动车，搭建卡作为基础比较差的孩子们的求助。

1．马达是如何带动四个轮子运动起来的呢？

马达

内部齿轮传动

滑轮传动： 大滑轮带动小滑轮，加速系统

马达驱动——滑轮皮带传动——齿轮传动——轮子滚动

2． 打开马达的开关，先让马达向一个方向转，然后再向另一方向转，分别出现什么情况？

当我们按下一个开关时，车向前走。按下另一开关时，车往后倒。

3． 你认为当你在与马达相连的轴上放上大轮子，车移动的会快还是慢？

我们认为车会移动得更快。大滑轮带动小滑轮是一个加速系统。

4． 试一试！把车的后轮换成大轮子，会出现什么情况？为什麽？

我们的车移动得快了

因为轮子越大，每次转动移动的距离就越大。

轮子就是一个圆，圆有它的周长。 大的轮子的周长大，小的轮子周长短。

轮子向前滚动一圈就是前进了一个周长的长度。大的轮子的周长大雨小轮子的周长。

所以大轮子要开得比小的轮子开得远，开得快！

在一些赛车上，我们是不是能够很清楚地看到后呢？

比比谁的车最快？

Challenge

1．为什么车子上面的轮子要装上轮胎？

轮子有两个部分组成：轮胎、轮毂。

轮毂就用滑轮来做。

轮胎是橡胶做的，可以起到摩擦的作用。

轮胎：

黑色橡胶

让学生把“胎”去掉试一下！

汽车在高速运动时候是十分危险的，橡胶轮胎有摩擦的作用，可以起到保护作用。所以在赛道上我们经常看见黑色的橡胶

高速度行驶的车是危险的，因为气流也是相对高速的，流线型可以将高速的气流压在车上，起到向下压力的作用，是种安全的办法。

2．我们搭的车和真实中的赛车都具有流线型的特点，为何赛车需要设计成流线型呢？

4． 你的小车能爬多陡的坡？

用一块板和几本书，做一个小山坡。

让车在光滑的和粗糙的表面上都试试，比比看，让孩子们意识到不同材料表面的摩擦情况是不一样的。

5．设计并搭见一辆可以行驶出一个圆形的圈的小车，时刻都在转弯的电动小车？

利用齿轮箱，先固定好一个非直线方向行驶。

马达处再利用小滑轮带动大滑轮传动，来增加力量！

滚桶式传送带

学习目标:

设计并制作一种提升装置。 运用齿轮原理。

运用齿轮来增加扭距并锁住绞盘。 所需材料: SPM95， 词汇:

轮轴、滚筒、滑动的斜面、传送带、曲柄把手

1. 你有没有去过工厂？在工厂里面传送货物是用什么来传递的呢？ 2. 有没有看见过传送带？有没有看见过流水线？

4．传送带为什么能够传送货物并且将它们传送到指定的区域呢？ 5．货物为何可以在传送带上面被运走呢？

Design:为一家工厂设计并搭建一条滚桶式(利用轮轴)的传送带.可以根据需要来转变传送货物的角度,可以水平传送,也可以从上下传送.

搭建出你设计的传送带，并确保上面的所有轮轴都能自由地转动。

Building:

让孩子们参考蓝色搭建卡片6中的滚筒式传送带，只做步骤13。确保所有轮子都能自由转动。

1．找到传送带上面的轮轴。

仔细地分清轮态的内侧与外侧。轴套要装在轮胎的外侧。

货物可以在轮轴上，通过轮轴的滚动，来带动货物的传送。

滚筒其实就是套在轴上的轮子，所以它可以自由转动。通常用一组滚筒就可以组成一个传送装置，装置上的物体用很小力便可移动。

2．将滚筒式传送带平放，下面那一种更容易？

在滚筒式传送带上推动黑色的加重积木块。

在桌子上推动黑色的加重积木块。

再用力来推动它。比较一下，两种方法，哪种更省力？

滚筒式传送带通常是水平使用的。学生们搭建第一个模型后，他们就可以研究水平放置传送装置是如何工作的的。当他们把类似于加重积木快物体沿着滚筒推动时，会发现不需要花多大力气。他们还可以用不同长度的物体来做试验。轮轴有省力的作用。

3．有的工厂里面根据工作的需要，要上下地传送。所以需要把传送带调节成一个角度传送。

将滚筒式传送带倾斜着摆放。从顶部把加重积木块放下，会发生什么情况？

加重积木块沿滑到底部。

将滚筒式传送带摆放成一个较缓的斜坡。从顶部把加重积木块放下，会发生什么情况？

加重积木块缓慢地滑到底部。

当学生们使模型倾斜一个角度，滚筒式传送带形成了一个倾斜面。学生们可以研究传送带顶端的物体是如何滑到底部的。他们还可以把物体推上去，同时感受一下最少需要多大的力。

斜面的角度越大，物体就滑下来越快！角度变小，滑下来就慢了。

4．继续制作模型，到蓝色活动卡6中的第15步。

5．当你转动黑色手柄数次，先向一个方向，然后再向另一个方向，结果如何？

转动手柄时所有滚筒跟着一起转动，且与手柄转动方向相同。

通过给滚筒的轴加上皮带，学生们可以将传送带变成一个提升物体的装置。

皮带和滑轮传动，一根皮带传动两个滑轮。两两传动！

红色相皮巾是最紧的。

6．将传送带倾斜摆放，并用它来向高处运送各种乐高元件，那一种较容易被运送？

长的元件较容易被移动。短的元件会卡在两个轮子之间。

可以用不同长度的物体来检验这个装置，他们会发现提升长的物体会比提升短的物体省力。

7．为什么货物会在轮轴上前进？

轮胎的表面是粗糟的，有摩擦力。转动曲柄，也就转动了轮轴，轮轴上的这个摩擦力推动了物体的前进。摩擦力的方向就是轮轴转动的方向。

有些同学可能会观察到，只有与物体直接接触的滚筒才会转动。只有接触时，才会有摩擦力，

提示：一定要让所有轮子都能够自由转动。

和其它的组一起做。把你们的传送带首尾相连，看看传送物体的距离和速度如何。

让两根传送带对接，象一个小山峰一样！

电动滚筒式传送带

学习目标:

掌握如何用马达驱动滚筒的。

理解电动传送带能以多快的速度运送。物体。 理解物体重力和惯性的作用。 所需材料: SPM95，

词汇:

轮轴、马达、传送、滚桶、

一般我们在机械自动化程度高的工厂里面都看不到工人，因为那些传送带都是由机械电动控制的，不需要人为的操作。

我们现在来研究一下，那些电动的传送带是如何来传送的！

Design:设计并搭建一条有马达来控制的滚桶式传送带.

Building:

电池箱，减速，滑轮传动

1．估算一下， 一分钟内传送带能运送多少LEGO元件？

手动传送积木数

估计电动传送积木数

电动传送积木数

2．如何来增加你传送带的传送速度，提高工作效率！

电池箱的地方使用齿轮加速传动，不用减速系统， 或者在轮轴这里多绑些皮带，防止打滑。

3．研究向上传送和向下传送的快慢！

学生们可以研究用滚筒式传送带模型能提升重物的最大角度。超过一定角度，物体与滚筒之间的摩擦力就不足以阻止物体下滑。

向上传送时，物体的重力（惯性）向下。摩擦力向上，重力和摩擦力方向相反。所以会慢！

向下传送时，物体的重力（惯性）向下。摩擦力向下，重力和摩擦力方向相同。所以会快！

曲柄： 转动半径越大，就越省力。 分别向上和向下运送积木，比较哪个先落地！

Challenge

1．和其它的组一起做。把你们的传送带首尾相连，看看传送物体的距离和速度如何。

和同学们一起设计条怪异的流水线，可以上上下下，左转右转，运输一批LEGO零件，全班同学一起来完成这个任务！

2．如果现在需要设计并搭建一条可以跨过一座山脉，把货物传到山的那边去，你的传送带可以吗？

山脉

老师用一些障碍物来设置！

坚固的三角形自然可以支撑起稳定的结构！（孩子们自然会在原由模型的基础上加以改进！）

货物下滑时候采用平板，在研究斜面的

基础上，理解了可以利用重物自重来使其下滑！

旋转飞椅

学习目标:

知道皮带打滑现象。 知道齿轮不会打滑。 理解并运用加速传动。

知道如何将旋转方向改变90度。 所需材料:

SPM95， 词汇:

齿轮，传动，速度（大小、方向），打滑、旋转90度

1． 在娱乐场里面，你们都喜欢玩些什么呢？ 2． 娱乐场里面什么是最好玩的？什么是最经

验惊险刺激的？

3． 有没有玩过旋转木马呢？ 4． 旋转木马为什么可以旋转？

Design 为游乐场设计并搭建一座可以旋转的飞椅. 可以方便地竖直地转动手柄,让椅子飞起来! 玩过音乐盒吗? 旋转手柄,两个小芭蕾舞演员偏偏起舞! Building: 可以让孩子根据蓝色卡片7搭建旋转木马，先做到第9步。 （如何孩子们有动力机械I活动的基础，则不需要搭建卡） 滑轮 曲柄

联接器

齿轮传动

1．找到旋转木马上的齿轮，各用到了哪些齿轮？

学生应该很熟练地区分出各种齿轮，能够很清楚地说出齿数。尤其是能够辨别出冠状齿轮。

冠齿轮是一种可以将旋转方向改变90度的特殊的齿轮.

2.将黑色手柄朝不同的方向转动数次。注意两个冠形齿轮是如何配合的。将手柄两向不同的方向转动有何不同？

转动手柄时，旋转木马随着一起转动。改变手柄转动方向时，旋转木马的转向也随之改变。

曲柄是如何来传动木马的?

先是滑轮皮带传动(1:1);在是大齿轮带动小齿轮(24:40=3:5),在是冠齿轮传动(24:24=1:1)

数一下,手转动模型的圈数与木马转动的圈数相比.哪个快?为什么? (让学生去发现问题!)

齿轮的传动比是不3:5,但是学生在操作时,一定会发现,实际的木马转动的圈数是低于这个数字的,因为有滑轮和皮带会打滑.

3.打滑:

当学生转动第一个模型的手柄时,旋转木马也就开始旋转。然而,如果手柄转得太快,传送带便会打滑，旋转木马会因此变慢，甚至停下来。

学生们也可以直接来研究打滑，让一个学生抓住模型使之无法旋转，另一个学生转动手柄，这时皮带的

打滑就会更加明显。由于皮带打滑现象，学生们无法确定手柄每转一圈，旋转木马可以转动多少圈。如果将手柄转动很慢时，会使这种情况有所好转。

让同伴抓住模型顶部使之无法旋转，再转动黑色手柄，结果怎样？

我仍然能转动手柄。 但是皮带开始打滑。

4．将滑轮和皮带换成一对16齿的齿轮和一根链条。

转动黑色手柄数次，结果怎样？与第一个模型有何不同？

当转动手柄时，旋转木马也开始转动。装在齿轮上的链条是不会打滑。

链条

当学生们转动第二个模型的手柄时，旋转木马会立刻随之旋转。链条传动不会产生任何打滑现象。它使两个分开的齿轮转动效果像啮合在一起转动的效果。

链条是一节节连接起来的.可以连成一个圆.

1．计算旋转木马的传送比;

一些学生可能想研究手柄转动圈数和旋转木马转动圈数的关系。

第一对齿轮是1：1， 第二对是3：5， 第三组对1：1。

三者的乘积是3：5。 这就表明手柄转动3圈，旋转木马就转动5圈。这是一个加速传动的模型。

请学生们给你演示旋转木马转动一圈的过程，他们可以计算通过某一个点的旋转木马的椅子数量来确定旋转木马的转动圈数。如果他们将每把椅子通过该点的次数都进行计算，那么他们数的是旋转木马转动的半圈的数目，因为旋转木马上有两把椅子。

注意两个冠齿轮的大小一样，所以当旋转方向改变90度时，转速并未发生改变。

2．研究如何使用不同的齿轮配合使旋转木马转得更快呢？

4． 改进你的飞椅,使它变得更有趣味性!

电动旋转飞椅

学习目标:

搭建一个电动的旋转木马。

研究马达是如何驱动具有链传动装置的齿轮。 所需材料:

SPM95， 词汇:

齿轮，传动，速度（大小、方向），链传动装置

游乐场里的转动设施都是电动控制的，电动机如何来

控制游乐场里面的旋转木马呢？

让我们来研究一下！

Design：设计并搭建一座由马达来控制的旋转飞椅.

Building:

（不再看搭建卡，在上次活动的基础上发挥想象力！）

马达

椅子

冠齿轮

增加飞椅之间的距离来增添活动的“趣味性”！

1．飞椅子的性能测量：

估计一下旋转木马一分钟能转多少圈？

数一数它究竟一分钟转了多少圈？

注意：

z 模型或许会突然停止或开始转

动,这取决于许多因素，包括电池的电量是否充足, 皮带的寿命等等。 z 学生们可以试着使模型稍微倾斜

一点，再来看看模型运转是否正常。只有基座水平放置时, 模型才可以平稳运转。

2．比比看谁的椅是飞得最高的?有什么办法可以让它飞得更高?

1．设计一种改进旋转飞椅的方法，在速度加快时，添加上安全装置!

现在的游乐公园的游乐项目越来越刺激。最近的两年，全球很多地方都建成了刺激的游乐项目。设计者想让人们体验到在空中飞的感觉。不过，有些地方的这种项目的安全装置仍然十分简单，随着危险性的增加，安全保护措施得到了加强。

降低飞椅的高度，使它尽量地接近地面。可以增加安全系数！

保证结构的稳定性也是安全措施之一！

轴穿过板上的孔，

可以有效地提高飞椅旋转的稳定性，轴不会晃

2．你还可以为娱乐场添加一些其它的一些好玩的娱乐设施吗？

惊险刺激的魔天轮！

重积木，用来稳定重心，因为结构越高就不容易稳定。

不要小看孩子们的想象力！

人口计数器

学习目标:

认识门随着时代而产生的改变。

深刻理解齿轮作为传动装置的功能与作用。 了解齿轮在十字转门中的应用，研究十字转门。 所需材料: 95齿轮 词汇:

齿轮，传动比，角度，十字转门

¾ 家里的门会不会告诉你一天进出有几个人？

¾ 什么样的门可以一次只允许进一个人?

什么样的门只允许进，不能够出？

¾ 在地铁站中每天都有非常多的人流量，我们经常可以看到人口计数器。那么它又是如何来计算进进

出出的人口数量呢？ 它为何只允许行人只往一个方向行走呢？

Design

给地铁站设计一个十字转门.

一次只允许过一个人。而且只能进，不可以出！

Building:

按照蓝色卡片8搭建十字转门的模型，只做到第6步。

1． 试着让手指从不同方向“走”过十字转门，结果如何？多少人通过十字转门才能使黄色指示杆旋转一周？

每走过一个“人“可使门闩转动四分之一圈。这是因为门闩上有4根均匀分布的横杆。

冠状齿轮相互啮合，从而由旋转门带动黄色指针

学生们用手指

走过四个“人“才能使黄色指示杆旋转一圈。

模拟人“走“过第一个十字转门，只能从一个

方向走过，另一个方向就不行。

2. 为什么模型只能朝一个方向转动？

学生们应该仔细观察棘轮和棘爪在模型中起的作用。如果他们在周围见过十字转门（如电影院或足球场），那么其中就很可能有棘爪和棘轮机构以确保人们只能从一个方向通过。学生会观察到如果把棘爪拿起，十字转门就可以向两个方向转动。

棘爪是一种卡在齿轮两齿之间的契子或块。带有棘爪的齿轮称为棘轮。

1．改装你的转门，让经过20个人，才能使黄色指示杆旋转一周。

为什么这个模型计数与前一个模型不同？

黄色指针，可以显示出走过的人数

冠状齿轮，旋转角度改变90度

小齿轮带动大齿轮

（40/8）* 4=5*4=20

黄色指示杆与一个40个齿的齿轮相连。该齿轮被一个与十字转门相连的8个齿的齿轮驱动，齿轮传动比

为5：1。因此，需要有20（4乘以5）个“人“通过十字转门，才能使黄色指示杆旋转一圈。

2．再改装你的转门，让经过100个人，才能使黄色指示杆旋转一周。

小齿轮带动大齿轮，二级传动 传送比：40/8*5=25

所以100（4乘以25）个“人“通过十字转门，才能使黄色指示杆旋转一圈。

3．可以用纸制作一个圆盘，把它放在黄色指示杆后面，并在上面画上刻度用来表示十字转门的转动次数。这样你的十字转门就有咳计数功能。

做一个场地，把学生的所有的十字转门放在上面，虚拟一个地铁站或足球场的入口，让学生来体会他们的十字转门的工作效果。

电动门

教学目标：

制作一个电动控制的门！ 利用马达来解决问题。 增加对门的了解。 教学准备： 95

关键词汇： 门，控制，速度

有些地方的门很重，不是人开的，是自动化的？

你可以说出哪些地方的门是自动化的吗？

Design

设计并搭建一座电动控制的栅栏。 栅栏开启的速度要尽量地慢！

Building:

参考搭建方法：

栅栏

头上只用一个销，积木可以很自然地下垂，作为障碍物！

齿轮箱减速

马达

1．测试你的栅栏！

抬起！

2．为了使栅栏开启的速度尽量慢，你会选择什么零件来传动？如果门很重，驱动得了吗？

齿轮箱中，蜗杆带动24齿齿轮，即能减速，又可以增加力量！抬起大门。

3．

你是用什么方法，把栅栏抬起来的？

一般栅栏用梁来做，如何能将梁抬起来呢，上面都是孔。

因为销孔是不能够固定住的，只有轴孔可以固定从而带动。所以要将梁抬起来，就需要找又有轴孔又能于梁连接的零件！（以下三者为合适的“力臂”零件！）

凸轮 杠杆臂

（对零件作用的认识很重要，为下一步深入学习，解决问题能力培养是基础）

有些地方的门需要水平移动地开启和关闭。

设计并搭建一扇水平移门！

参考搭建方法：

移门

入口

8齿齿轮带动齿条， 速度快了，

后面是齿轮箱与马达传动，力量大！

注意：

齿条是放在梁上面，

梁是和门筐一起移动的，所以下面是滑片，保证门能够顺利移动！

皮带式传送带

学习目标:

知道滑轮可以改变运动方向。 会运用滑轮来加速或减速。 所需材料:

SPM95， 词汇:

滑轮，传动，速度（大小、方向），传送带

我们上次学了一个滚桶式的传送带,用轮轴来传送货物.那么除了轮轴可以做传送带以外,

还有其它的传送带吗?

其它式样的传送带是如何来传送货物的呢? 如何才可以加快一条传送带的传送速度呢? 是不是在传送带上所有的物体都可以传送呢?

Design：设计并搭建一条滑轮式的传送带，可以水平传送大量的小物体。（在图中标示出滑轮的位置）

Building:

按照蓝色卡片9搭建传送带的模型，只进行到第8步时。（在老师一定提示孩子们也能完成）

主动轮和从动轮是大小一样

的滑轮.

1．在模型上找到滑轮.

滑轮是传送带上的传送装置.

轴套也可以成为滑轮.

在套装中,有六种滑轮可以选择,根据具体的需要来选择.

在传送带上,光又滑轮是不行的,还需要有皮带于之配合.

滑轮与皮带传动.

皮带会紧紧地扣在滑轮上,滑轮转动而通过摩擦来来皮带传动.套装中又三种皮带(相皮巾),红色最紧,黑色最松.

2.将黑色的曲柄朝不同方向转动数次。在不同的转动方向，模型各有何变化？ 摇动手柄时，传送带跟着转动。改变摇动方向，传送带也随之改变运动方向。

两个滑轮的大小一样,所以它们的转动速度是一样的,所有轴套的大小也是一样的,所以转动速度是一样的.即:传送带的传送速度与手转动的速度是一样的.

轴套大小都一样

黑色像皮巾传动

两个大小一样的滑轮

黄色相皮巾传动

当学生们转动第一个模型的主动轮上的手柄时，从轮以同样速度朝同一方向转动。这也同时带动传送带朝同一方向转动。

3.如何可以使传送带的传送方向与手转动的方向相反?

如果学生将传动带交叉，这时他们会发现传送带与主动轮上的手柄转动方向相反。

4.滑轮的“打滑”:

用手紧紧地握住这根轴，会发生什么？

还能够传动吗？

学生们可以通过传送带观察皮带打滑现象。让一个同伴握住传送带的末端的轴使之不能转动，另一同伴转动手柄。交叉的皮带要比不交叉的皮带更能防止打滑。如果进行比较，学生会感觉到两者的不同。

5.你们推算要转动手柄多少圈，才可将一个LEGO积木块从传送带一端运送到另一端？

推算必须转动手柄

5圈

试一试！你们的推测正确吗?

很接近

转一圈手柄，传送带上的积木块移动多长距离

2 厘米

1.改进你的模型，使传送带速度增快！

你们估计要转动手柄多少圈，才可将LEGO积木块从传送带一端运送到另一端？

估计必须要转动手柄 试一试！你们的推测正确吗?

3圈

很接近

转一圈手柄，传送带上的积木块移动多长距离

4 厘米

为什么第二种传送带比原来可以快了接近一倍?

主动轮比从动, 速度加快!

当学生转动第二个模型的主动轮上的手柄时，传送带转动得比前一个快。大的主动轮使小的从动轮转速加快。这就使得主动轮上的手柄每转一圈，传送带上的物体移动得更远。

2.学生们也可以研究一个用小主动轮带动大从动轮，速度比较慢的传送带。

小的主动轮带动大的从动轮,传送带速度减慢

3．让孩子们把所有的传送带组合在一起,成为一条流水线.(练习伙伴之间的协调和配合能力)

也可以改变流水线的传送方向

4．想一种办法使模型倾斜，以便它能将积木块运送到较高的位置。这种类似的传送带被用在机场或码头装卸货物。

三角形的改变可以调节角度。 货物下来可以使用“滑“下来的方法，而且速度也快！

可以多组合作，甚至全班合作，搭建条更大的传送带！

工厂流水线

学习目标:

掌握马达是如何驱动带传动系统的。 理解传送带如何才能以匀速运动。 所需材料:

SPM95， 词汇:

滑轮，传动，速度（大小、方向），传送带

在工厂中，任务很多，工人是来不及操作的，他们就启动了电动机来控制传送带，以加快传送速度和工作效率。电动的传送带是如何来工作的呢？

Design：和小伙伴们一起设计并搭建一条流水线，流水线由几条传送带组成。

画出你们的流水线规划图！

出

入

口

口

工厂

Building:

规划好后，每组成员搭建自己的那部分传送带！

1．流水线中每条传送带都是非常重要的。如何来提高整条传送带的工作效率呢？

学生可以通过使用大的主动轮和小的从动轮的方法加快传送带的速度。

你们估计一下你们设计的流水线一分钟能够运送多少LEGO元件。试一试！结果如何？

估计一分钟能运送

流水线在一分钟运送了

找到一种最佳的组合方式，使流水线线的工作效率为最高！ 比如：运输20块积木块，最短时间为多少？

工厂地图是固定不变的，但是传送带的传送方式是可以变化多端的，可以左右，上下地传送！

传送带与传送带之间也是可以东拐西拐地！

起重机

学习目标:

定滑轮和动滑轮。 用齿轮来增加拉力。

运用棘爪和棘轮机构来保证提升物体时的安全。 所需材料:

SPM95，辅助材料（用来充当负载的重量不等的小物体） 词汇:

齿轮，传动，速度（大小、方向），起重装置

1． 你看过起重机吗？

2． 在工地或码头上，用什么来抬起重物呢？

3． 你看见过几种起重机呢？

4． 起重机为什么可以把很重的东西抬起来呢？

5．有没有发现起重机上的那个钩子有什么特别的吗？ 6．有没有在起重机上找到滑轮呢？

Design: 设计并搭建一座可以举起重物的起重机。（标示出滑轮的位置）

Building:

按照蓝色卡片10，搭建起重机模型，只做到第12步。

1． 把起重机放置好，使其吊钩垂落在桌子边缘。

2． 试着转动黑色的手柄，并改变转动方向时，在每个方向都会发生什么情况？

当朝一个方向转动时，可使起重机挂钩上升。除非把齿轮中的红色横梁移开，我们无法将挂钩降下来。棘爪与棘轮就象一把钥匙一样，具有锁定的功能。

棘爪是一种卡在齿轮两齿之间的契子或块。 带有棘爪的齿轮称为棘轮。

当学生们转动第一个模型的曲柄时，他们可以把挂钩拉起。棘爪和棘轮结构阻止挂钩下落。要放下挂钩时必须将棘轮松开。

3．找到起重机上的滑轮和其它的一些机械部件：

定滑轮

重积木，

使得起重机的重心靠后， 增加稳重度

棘爪与棘轮

动滑轮

曲柄

绞盘，轮轴

学生们应该能够指出起重机顶端的是定滑轮，在起重机臂下面悬挂着的是动滑轮。

学生们也许会注意到他们卷起的绳子的长度是物体上升高度的两倍。这是因为动滑轮是靠两根绳子拉动的。学生们在测量绕在轴上的绳子的长度时，应抓住绳子与轴连接点，然后小心地将绳子从轴上取下。

定滑轮：

一边拉力向下，物体也就会向上运动。拉力与物体运动方向相反。 拉力=物体重力

拉动的距离=物体移动距离

动滑轮：

动滑轮一般需要与一个定滑轮组合而成。 一边拉力向上，物体也就会向上运动。拉力与物体运动方向相同。 拉力 < 物体重力

拉动的距离 > 物体移动距离

在起重机的吊钩上我们一般都会看见动滑轮

4.把挂钩完全放下，在挂钩上挂上一个小的负载。你需要转动手柄多少圈才可将重物拉到最顶端？

学生们可以测试各自起重机可以拉起的最大重量。在起重机地后侧有重积木,将重心后移,使得整个起重机十分地稳定.但是当拉动非常重的负载时，他们应按住起重机的底盘，以防起重机翻倒。

1. 改进你的模型，使你摇起手柄的时候可以更加省力。 另外加上的齿轮使之更省力。因为它比绕绳子的轴上的齿轮小。

小齿轮带动大齿轮减速系统

当学生们用第二个模型拉起重物时，会发现比第一个省力。这是因为这个模型采用了一个由8个齿的主动轮一个24个齿的从轮组成的减速传动装置。这同时也意味着必须转动相当于原来3倍（24/8=3）的圈数，才能使重物上升到同样的高度。

2．比比谁的起重机可以吊起来的重物最重？

重积木的稳定是非常重要的

可以吊起一块电池箱吗？

3．给你的起重机加上轮子，使它可以非常稳固地行驶。

4．一般的起重机都是可以36度地调转方向的，你可以吗？

此时的重积木是放在小车的整体的结构重心处！

活动的滑论，在上面通过一些力臂零件来连接上身结构，

滑轮是可以活动的，从而调转起重机的方向。

电动起重机

学习目标:

设计并制作一种提升装置。 运用齿轮原理。

运用齿轮来增加扭距并锁住绞盘。 所需材料:

SPM95， 词汇:

齿轮，传动，速度（大小、方向），起重装置

起重机往往不仅仅用来省力，还是用来完成高空任务的。

Design：设计并搭建一台可以完成高空作业而且可以转动方向的起重机。

Building:

孩子们会建立在过去的搭建经验之上来完成挑战。

1．如何保证起重机能有足够的力量来把重物吊起来。

首先，结构是保证，稳定牢固的结构是起重机的最基本需要达到的要求。

为了吊起重物，可以使用小滑轮带动大滑轮，增加扭力的方法来吊起重物体！

1．设计并搭建一座足够高的起重机。（注意结构的牢固哦！）

电池箱，重积木都用来稳定结构 标准结构（汉堡堡） 齿轮箱，小齿轮带动大齿轮传动

增加力量，使起重机有足够的力量吊起重物。

2．如果这架起重机是放在万吨货船码头上，专门用来吊装集装箱的，你需要做哪些改进？

再加上轮子，使其可以360度地转动方向！