風力使者

李佩寧

“創客”一詞來源于英文單詞“Maker”，是指出于興趣與愛好，努力把各種創意轉變為現實的人。創客以用戶創新為核心理念，是創新2.0模式在設計制造領域的典型表現。創客運動最重要的標志是掌握了自生產工具。創客們作為熱衷于創意、設計、制造的個人設計制造群體，最有意愿、活力、熱情和能力在創新2.0時代為自己，同時也為全人類去創建一種更美好的生活。因此，創客是一群新人類，即堅守創新、持續實踐、樂于分享并且追求美好生活的人。簡單地說，創客是一群喜歡或者享受創新的人，他們追求自身創意的實現，至于是否能夠實現商業價值，不是他們的主要目的。

在美國，有許多書籍專門介紹能人巧匠們如何對身邊事物進行個性化的改造，從獵奇求變的“乒乓球手套”到精巧實用的“戶外電池打火器”，或者僅僅是簡單地用遙控汽車改裝一個“遙控吸塵器”。或簡單、或復雜、或可靠實用、或僅僅是博人一笑的DIY，無所不在的創意編織了許多年輕人的生活。當然，其中最優秀的一部分也為他們帶來了職業的機遇與財富。

一、課程重點

本課程通過一項小課題，介紹創客的理念，使學生通過對學習生活中所用到的一個小物件的改裝，了解創客的思維和思考方式，進而期望學生將其越來越多地運用到生活中，解決實際生活問題，也為生活帶來更多的色彩。

【涉及領域】工程、社會學、數學

【建議年級】小學高年級

【建議時間】125分鐘

二、課程任務

通過對能源利用知識的學習，結合身邊的事務，以創客精神鼓勵學生在給定的條件下設計利用風力驅動的創新產品，以此培養學生的合作能力和創新意識。

三、課程步驟

1.導入（15分鐘）

第一步，解釋什么是能源危機和新能源。能源危機，指因為能源供應短缺或是價格上漲而影響經濟。這通常涉及到石油、煤碳或其他自然資源的短缺。能源危機通常會造成經濟衰退。換言之，由于傳統能源中的石油、煤碳的供應不足，導致很多商品難以生產和運輸，一些地區出現缺衣少食、難以供暖、交通不便等問題。新能源，又稱非常規能源，是指傳統能源之外的各種能源形式，包括開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、風能、海洋能、地熱能、生物質能和核聚變能等。這是為了代替傳統的不可再生能源，以防止它們迅速枯竭導致威脅人類生存的巨大問題。

第二步，通過強調新能源的重要性，引出創客的概念，鼓勵學生都成為創客的一員。由于利用和開發新能源就是一種創造性的活動，這和本節課提到的創客理念是一致的。這里，尤其要強調創客概念和理念的來源，即源于美國麻省理工學院微觀裝配實驗室的實驗課題，該課題以創新為理念，以客戶為中心，以個人設計、個人制造為核心內容，參與實驗課題的學生即創客。創客特指具有創新理念、自主創業的人，而本節課重在培養學生用創客的思維方式去思考、學習和創造，鼓勵學生成為創客。

2.宣布任務一及評價量規（10分鐘）

【宣布任務】利用各種材料，先畫出設計草圖，進行簡單說明，然后制作一個利用風力驅動的能打井水的轆轤（要求能拉動5個10克的鉤碼）。宣布任務后，呈現評價量規（見表1）。

【材料】小卡子、熱熔膠槍、木棒、大頭針、紙杯、黏土、硬紙板、線、尺子、剪刀、膠帶、臺扇、鉤碼

3.任務一的執行（20分鐘）

正式執行制作轆轤的任務。要求學生依照評價量規，并考慮以下內容。

（1）總體設計是怎樣的？有什么思路？

（2）整個裝置分為幾部分？是完整的一個整體，還是每個部分各有分工？

（3）如何運用風力？如何改裝使裝置在風向變化的時候也能使用？

（4）用何種傳動裝置可以使一個平面上的旋轉力轉化為與該平面垂直的另一個平面上的旋轉力？或者說，能否用一個平面上的某個裝置的轉動帶動另一個與之垂直的平面上某個裝置的轉動？

（5）如何進行各部分的固定？

（6）為了達成目的，線繩要如何固定？

（7）線繩固定的滾輪是什么樣子？要如何制作這個滾輪？

4.總結和反思（25分鐘）

全部小組完成后，組織討論以下問題。

（1）在你制作的裝置中，風力較小時是否還能用？試一試。

（2）如果要設置一個“剎車裝置”使轆轤在需要的時候就能夠停下來，要如何改裝設計呢？

5.宣布任務二及評價量規（10分鐘）

【宣布任務】利用各種材料改造日常通用的轉筆刀，畫出設計草圖，進行簡單說明，然后制作一個利用風力來驅動的轉筆刀。宣布任務后，呈現評價量規（見表2）。

【材料】轉筆刀、小卡子、熱熔膠槍、木棒、大頭針、紙杯、黏土、硬紙板、線、尺子、剪刀、膠帶、臺扇

6.任務二的執行（20分鐘）

正式執行制作轉筆刀的任務。要求學生依照評價量規，并考慮以下內容。

（1）通過完成上一個任務，在機械方面有什么啟發？

（2）風力轉筆刀總體設計是怎樣的？有什么思路？

（3）整個裝置分為幾部分？是完整的一個整體，還是每個部分各有分工？

（4）如何運用風力？運用風力的部分是應該固定在鉛筆上還是轉筆刀上？

（5）風扇要多大功率才能產生足夠的力旋轉和推進鉛筆？

（6）如何進行各部分的固定？對轉筆刀是否需要進行固定？怎樣固定？對鉛筆是否需要固定？怎樣固定？

（7）為了達成目的，是否需要考慮對鉛筆進行一些加工？或者“預處理”？

（8）可以一邊做，一邊在設計圖上增加細節，尤其是關于各種部件的相互固定，看看有什么規律，又有什么新想法。

（9）像是齒輪組合之類的傳動裝置，除了可以改變運動的方向和所在平面，是否還可以改變傳動時力的大小呢？怎樣改變？

教師可以結合以往實踐經驗，在學生遇到無法解決的困難時進行適當的提示和點撥，以維護學生思維的積極性，激發學生自身的潛能，使其擺脫對傳統課堂的依賴。比如，教師可以提示學生用硬紙板剪切扇葉時，要盡可能做成全等梯形，與軸傾斜角約60度;扇葉分布要對稱;如果扇葉被固定在轉筆刀上，必須保證轉筆刀小巧，且旋轉中心與轉筆刀筆孔中心在同一直線上，并在轉筆刀本身的質量分布不均勻時最好利用黏土來進行一定的配重處理;扇葉大小要適當，可使用傳動裝置增加力，以能夠互相咬合的大小齒輪為例，用風扇帶動小齒輪再由小齒輪帶動咬合的大齒輪可以增加旋轉力，該項也是在“實用性”上評分的重點內容。

7.總結和反思（25分鐘）

全部小組完成后，組織討論以下問題。

（1）風力轉筆刀更適合削新鉛筆，還是更適合削已經削過的鉛筆？

（2）為什么風吹扇葉會使扇葉旋轉，并且能夠把鉛筆推進轉筆刀中？

（3）大小齒輪咬合傳動的方式和杠桿有無類似之處？有哪些類似之處？

（4）拓展思考：生活中還有哪些東西可以利用風能來進行改造？能否利用風能來開堅果？