微風飛翔

郭晶

為了更好地打造探索飛翔奧秘之旅，天津科技館把2014年的“玩轉空氣秀1”與2016年的“玩轉空氣秀2”完美結合，重新打造了“微風飛翔——空氣動力學初體驗”項目。同一個主題、同一個知識點，分別用強勁和微弱的空氣展現伯努利原理，強烈的反差對比，能給學生帶來完全不同的感受。通過知識與探究、互動與參與、動手制作與競技游戲相結合，讓學生充分感受伯努利原理的神奇之處。

項目概述

充分利用科技館展品資源，確立項目主題。天津科技館展廳有3件展品，渦旋、旋轉飛秋和龍卷風，用不同的2種介質——水和空氣為大家展現了同一個原理，那就是流體力學的伯努利原理。學生可通過觀察現象、體驗感覺、動手制作、競技比賽充分感受和體驗。

知識與技能教學目標

知道空氣的流動會產生氣流，氣流是一種流體。

了解流體的伯努利效應，即流體速度加快時，物體與流體接觸的界面上的壓力會減小，反之壓力會增加。

知道飛行器能夠運行是由于氣流的伯努利效應造成的升力，這是空氣動力學的基礎原理之一。

會運用伯努利效應制作簡單的飛行器。

教學準備

教學環境需要有計算機、投影儀、網絡、實物投影儀、桌椅。教學實驗應準備流速測量表、大功率吹風機、小功率吹風機、各種不同材質不同大小的球、氣球、玻璃瓶、蠟燭、火柴、木棍、卷紙、不同形狀的紙盒、不同形狀的礦泉水瓶。在動手制作環節要準備資源包、剪刀、透明膠帶。另外還需要準備活動手冊、學習單。

項目內容

第1節課：初識

結合展品引入活動，參觀相關展品在科技館展廳有3件展品——渦旋、旋轉飛球和龍卷風，用不同的介質——水或空氣為學生展現了伯努利原理。通過展品演示的現象，引導學生思考為什么漩渦中心的力量巨大？小球為什么不會向周圍逃跑？為什么水霧會形成龍卷風的形態？學生親身體驗在氣流產生時，不同位置的氣流流速是不同的。通過觀察展品所展示出的現象，提出問題，帶著問題進入活動環節。

互動比賽，體驗現象2014年的“玩轉空氣秀1”還停留在我演你看的形式上，有參與和互動，但沒有探究。新的“微風飛翔”項目把探究性活動設定為重點。開場設計為互動比賽形式，通過小球疊疊高、乒乓球迫擊炮比賽活動，讓學生在玩中思考為什么會產生這種現象，這種現象是否與我們剛才看到的展品有關聯。然后馬上引入自己動手制作體驗環節，通過紙紙相吸、伯努利錐形、淘氣的紙團實驗，讓學生親自動手體驗。這些環節過后，提出問題，聽取學生反饋，引導他們得出結論，引出活動主題“伯努利原理：流速快的地方壓強小，流速慢的地方壓強大”。

初識之后的思考環節在以前的科學秀中，說到空氣我們有個順口溜：“空氣看不見摸不著，不香不臭沒味道，說它珍貴處處有，動物植物離不了。”空氣在我們心目中是無形的，可其實我們的每一個微小動作都會引起氣流的變化。紋影攝影技術是近幾年逐漸被大家認識的一種攝影技術，它的原理是利用氣流對光波的擾動，將不可被肉眼看見的氣流的變化，轉化成可以被看見的圖像。通過這種非常有趣的光學攝影技巧，能讓人們看到空氣流動的樣子，看到平時肉眼看不到的氣流形態。流速快的地方壓強小，流速慢的地方壓強大，是伯努利原理最核心的點，我們用風速壓力儀讓學生有直觀的感受。知道了伯努利原理，那它在生活中的具體體現是什么呢？聽話的小球、沖鋒的紙卷、隔瓶滅火，通過現場與學生的系列互動實驗，讓他們了解空氣流動的特點，以及空氣動力學效應的存在，并引導他們思考。伯努利原理產生的升力可以讓幾百噸的飛機在藍天翱翔，而這種神奇的力量對于在地面上高速行駛的汽車卻又是極其致命可怕的。怎樣利用伯努利原理讓時速300多千米的一級方程式賽車牢牢地貼在地面上行駛而不會翻車呢？把這些問題作為思考題，留待下節課展開討論。

第2節課：探究

交流心得根據第1節課留的思考題，聽取回饋，交流想法。然后通過播放飛機引擎的力量視頻，讓學生了解幾百噸的飛機飛上天空需要多大的力量。飛機機翼模型實驗讓他們知道伯努利原理是如何讓飛機飛上天空，又讓時速300多千米的賽車緊緊貼在地面上行駛的。

切入主題，微風飛翔 飛機飛上天空需要機翼和巨大的引擎，那在天空中飛翔的鳥、花叢中的小蜜蜂，甚至很小的蚊子，一切可以飛的東西，它們都是怎么飛起來的呢？微風也可以飛翔嗎？干冰氣流實驗可以看到微風下上升氣流的產生；翻滾的海浪實驗可以看到非常弱的氣流就可以讓“小海浪”在空氣的“海洋”中浪花翻滾。提到紙和飛，大家馬上就會想到紙飛機，其實只要明白伯努利原理，做出來的東西符合空氣動力學原理，任何形狀的東西都可以飛起來。飛行器的飛行狀態完全取決于它的造型，此時科技教師會給大家展示飛環和“海浪”。

動手動腦，展開制作科技教師用PPT展示不同的飛行器，并分享制作指導視頻，然后帶領大家一起做自己設計的飛行器。學生們需要利用學到的知識自己設計飛行器，并制作一個無動力滑翔機。

第3節課：成果展示和飛行挑戰賽

自制飛行器大比拼學生們自行設計的飛行器做好以后，進行展示和比拼活動。

無動力滑翔機飛翔大PK材料是1張薄薄的紙，通過調整機翼角度、形狀等，使滑翔機能夠在空中飛翔，以飛行時間最長、距離最遠為勝利。

活動總結

本項目引領學生通過科學探究過程獲取科學知識。過程具體表現為：圍繞已提出和聚焦的問題收集信息分析信息獲取證據經過推理得出結論有效表達自己的探究結果并與他人交流。

在此過程中，學生初步運用分類、抽象、類比、量化等思維方法；提高了運用科學語言和與他人溝通、交流的能力；了解了通過科學探究達成共識的科學知識在一定階段是正確的，但是隨著新證據的出現，研究結果會不斷完善和深入，甚至會發展變化。此外，學生將體會到科學原理轉化為技術才能改造周圍環境、方便日常生活、創造豐富多彩的人工世界，科學技術推動著人類社會的發展和文明進程。