廣東省中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)新圩小學(xué)(528463) 練海燕

一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)總是由許多零部件通過不同種類的結(jié)合部聯(lián)結(jié)而成，而齒輪則是機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要部件之一，利用齒輪制造的傳動機(jī)械在生活、工業(yè)、國防等方面起著舉足輕重的作用?！缎W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求小學(xué)生：①觀察常見的傳動裝置，了解其作用；②通過探究知道齒輪傳動的特點，并注意觀察生活中的帶傳動和鏈傳動。

目前在以“齒輪傳動”為代表的常見的機(jī)械傳動裝置的教學(xué)中，存在一些問題。第一，盡管生活中普遍存在著齒輪傳動裝置，如鬧鐘、電腦光驅(qū)、汽車變速器、變速馬達(dá)等，但是學(xué)生普遍沒有細(xì)致地觀察過這些齒輪傳動裝置，更別提拆開這些傳動裝置，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。第二，生活中普遍存在的這些齒輪傳動裝置并不能被直接應(yīng)用于教學(xué)，一方面是因為這些齒輪傳動裝置普遍較小，實驗演示效果不明顯；另一方面是因為這些齒輪傳動裝置普遍較為復(fù)雜，在新授課的過程中難以被學(xué)生接受。

可見，目前關(guān)于傳動裝置的教具存在實驗效果不直觀、實驗改裝性差等問題。筆者自制了一系列齒輪傳動教具，貼合一線教學(xué)，實現(xiàn)了系列化、直觀化、多功能化、可拆卸等特點。結(jié)合齒輪傳動的系列實驗教具資源開發(fā)與運(yùn)用，談一談筆者的幾點思考。

1 齒輪傳動的系列實驗教具開發(fā)的意義

1.1 給予學(xué)生豐富的感性認(rèn)識

觀察和實驗是科學(xué)探究產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)，實驗在科學(xué)教學(xué)中的作用自然不言而喻。針對齒輪傳動中各類問題，提供豐富、直接的感性認(rèn)識，適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知層次，有助于學(xué)生更加深刻的理解抽象科學(xué)概念。

1.2 激發(fā)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣

科學(xué)以其豐富多彩的實驗為培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提供了條件。利用創(chuàng)新的教具創(chuàng)造有趣直觀的科學(xué)現(xiàn)象，給予學(xué)生極大沖擊力，能激起學(xué)生好奇心與求知欲望，讓課堂生動而富有樂趣。在教學(xué)中融入現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)，更能夠讓學(xué)生體會到現(xiàn)代技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思考能力。

1.3 加強(qiáng)理論與實踐的相結(jié)合

本文所述的創(chuàng)新教具原理清晰，操作簡單安全，可讓學(xué)生親自動手操作，使學(xué)生在掌握教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，吸取實驗經(jīng)驗和實際知識來充實自己對理論的理解，提高運(yùn)用理論知識來解決實際問題的能力，從而掌握比較全面的知識體系。

1.4 提高了儀器的使用率，改善實驗效果

利用本文創(chuàng)作的齒輪傳動系列創(chuàng)新教具能夠最大限度地在課堂上模擬齒輪傳動的各類問題，密切貼合教學(xué)實際，現(xiàn)象明顯，操作簡單，而且實現(xiàn)了一物多用，極大地提高了教具的使用率，適用于多個教學(xué)內(nèi)容，能讓不同層次的學(xué)生挖掘出不同的科學(xué)知識。

2 齒輪傳動實驗原理

2.1 齒輪傳動工作原理

當(dāng)主動輪傳動時，主動輪上的齒給從動輪上的齒一個力，這個力對從動輪的軸產(chǎn)生力矩，使從動輪轉(zhuǎn)動(見圖1)。

圖1 齒輪傳動工作原理圖

2.2 齒輪傳動改變轉(zhuǎn)速原理

由傳動比公式可以發(fā)現(xiàn)，相互嚙合的兩個齒輪能夠根據(jù)齒數(shù)不同而獲得不同的轉(zhuǎn)速，齒數(shù)多的轉(zhuǎn)速反而小。

常言道：“少年強(qiáng)，則國強(qiáng)。”作為祖國未來發(fā)展的強(qiáng)大的后備力量的職高女生們，她們是否擁有一個良好的體育素質(zhì)，無論是對于孩子們自身的發(fā)展還是祖國未來的發(fā)展都是十分重要的。作為一名合格的職業(yè)高中的體育老師，我們應(yīng)該加強(qiáng)對體育課堂的建設(shè)，扭轉(zhuǎn)女生們的觀念，創(chuàng)新體育課堂的教學(xué)模式，鼓勵更多的少數(shù)民族女生們參與到體育鍛煉中來，提升體育教學(xué)的質(zhì)量。

2.3 齒輪傳動改變轉(zhuǎn)動方向原理

齒輪傳動除了能改變轉(zhuǎn)速大小，還能改變轉(zhuǎn)動方向。平行軸傳動中，若兩輪外嚙合，則能在同一平面內(nèi)改變轉(zhuǎn)動方向(如由順時針變?yōu)槟鏁r針)；齒輪齒條傳動中，能將轉(zhuǎn)動變?yōu)槠絼?；相交軸、交錯軸傳動能在不同平面內(nèi)改變轉(zhuǎn)動方向。

3 自主開發(fā)的齒輪傳動系列實驗教具

3.1 實驗教具裝置圖

實驗教具裝置圖如圖2～5所示。

圖2 自制砂輪切割機(jī)模型

圖3 多功能齒輪傳動探究裝置

圖4 時鐘模型

圖5 修正帶模型

3.2 實驗教具特點及用途

3.2.1 自制電動砂輪片切割機(jī)模型

設(shè)計意圖：為了模擬真實砂輪切割機(jī)的運(yùn)作過程，引出通過齒輪能提高轉(zhuǎn)速的作用，創(chuàng)新設(shè)計了一組由同一個電機(jī)驅(qū)動的兩臺自制砂輪切割機(jī)，可以實現(xiàn)以下兩方面的作用：

(1)用途一：導(dǎo)入新課

一臺切割機(jī)的砂輪片a直接由電機(jī)帶動；而另一臺切割機(jī)的砂輪片b安裝在滑動軌道上，通過滑動軌道可以將電機(jī)驅(qū)動的大齒輪與砂輪片b上的小齒輪嚙合，從而帶動砂輪片b轉(zhuǎn)動。真實的砂輪切割機(jī)也是用類似的原理來將鋼筋切斷的，借助自制的砂輪切割機(jī)，直觀化了其工作原理，學(xué)生一目了然。但同時也會產(chǎn)生好奇：“為什么加了齒輪來驅(qū)動后就提高了帶有小齒輪的砂輪轉(zhuǎn)速呢？齒輪之間是怎樣改變轉(zhuǎn)速的呢？”帶著問題，順勢進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

(2)用途二：引出齒輪傳動的定義

通過滑動軌道可以將電動機(jī)移動到不同的位置，一方面可以實現(xiàn)兩個齒輪的嚙合與不嚙合兩種狀態(tài)，另一方面可以區(qū)別主動輪與從動輪，在明確主動輪、從動輪、嚙合等概念的基礎(chǔ)上可以引出齒輪傳動的定義。

3.2.2 多功能齒輪傳動探究裝置(見圖6)

設(shè)計意圖：為了更直觀有效地探究齒輪傳動的特點，制作了此多功能齒輪傳動探究裝置?？梢詫崿F(xiàn)以下三方面的作用：

圖6 多功能齒輪傳動探究裝置

(1)用途一：分析齒輪傳動的工作原理

轉(zhuǎn)動主動輪，可以觀察主動輪是如何帶動從動輪的，從而得出齒輪傳動的工作原理。

(2)用途二：探究齒輪傳動速度的關(guān)系

①我們在齒輪的齒上標(biāo)了數(shù)字，便于學(xué)生準(zhǔn)確地數(shù)出兩齒輪轉(zhuǎn)動時各自轉(zhuǎn)過的齒數(shù)。轉(zhuǎn)動主動輪，觀察兩輪嚙合部分的輪齒，發(fā)現(xiàn)兩輪轉(zhuǎn)過的齒一一對應(yīng)。接下來從齒數(shù)過度到圈數(shù)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)一一對應(yīng)的情況，推測大齒輪轉(zhuǎn)過一圈時，小齒輪轉(zhuǎn)過幾圈。

②由于驅(qū)動主動輪時，小齒輪的轉(zhuǎn)速很快，學(xué)生難以準(zhǔn)確數(shù)出其轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。因此，筆者借助了樹莓派及霍爾傳感器，通過感應(yīng)初始齒輪上的磁鐵來完成齒輪轉(zhuǎn)過圈數(shù)的讀取。

(3)用途三：探究齒輪傳動中的方向關(guān)系

轉(zhuǎn)動主動輪，觀察兩輪的轉(zhuǎn)動方向，可以發(fā)現(xiàn)兩輪的轉(zhuǎn)動方向不同。

3.3 多功能齒輪傳動探究裝置(拓展探究——時鐘模型)

設(shè)計意圖：在原有齒輪傳動探究裝置的基礎(chǔ)上，加裝兩個齒輪，四個齒輪分成兩組，一組實現(xiàn)3∶1的傳動關(guān)系，另一組實現(xiàn)4∶1的傳動關(guān)系，兩組之間通過聯(lián)軸器連接，最終實現(xiàn)12∶1的傳動比，即實現(xiàn)了手表分針和時針的轉(zhuǎn)速關(guān)系，同時直觀地演示多級齒輪傳動是如何改變轉(zhuǎn)速的。

3.4 齒輪傳動與帶傳動——修正帶模型

設(shè)計意圖：通過模擬放大直觀化了的修正帶的工作過程，使用過的修正帶會被卷回修正帶的盒子里。同時體現(xiàn)了齒輪傳動與帶傳動的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

盡管生活中普遍存在著齒輪傳動裝置，但由于這些齒輪傳動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點并不能被直接應(yīng)用于教學(xué)。本次創(chuàng)新的齒輪傳動系列教具，貼近一線教學(xué)，具有系列化、直觀化、多功能化、可拆卸等特點。現(xiàn)象明顯，操作簡單，而且實現(xiàn)了一物多用，極大提高了教具的使用率。以其直觀有趣的科學(xué)現(xiàn)象，給予了學(xué)生極大的視覺沖擊，能夠很好地激起學(xué)生的好奇心與求知欲望，讓我們的課堂更加有趣生動而高效。