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慧鱼科技创新工作室活动手册1-4

慧鱼科技创新工作室活动手册

目录

活动手册简介 (2)

慧鱼科技创新工作室简介 (3)

主题一机械原理 (9)

1.1机械结构 (9)

?背景知识 (9)

?活动项目1 凳子(重物支撑) (10)

?活动项目2 房子(刚性) (12)

?活动项目3台灯(稳定性) (15)

?活动项目4 杠杆 (19)

?活动项目5 水轮 (22)

1.2机械传动 (23)

?背景知识 (23)

?活动项目1 万向节传动 (24)

?活动项目2 涡轮蜗杆传动 (25)

?活动项目3 齿轮齿条传动 (27)

?活动项目4 齿轮传动 (28)

?活动项目5 连杆机构传动 (31)

?活动项目6 带传动和链传动 (35)

主题二气动技术 (37)

?背景知识 (37)

?活动项目1 空气压缩机(气泵) (40)

?活动项目2 挖掘机(手动气阀) (42)

?活动项目3 气动门(电磁气阀) (43)

主题三新能源技术 (45)

?背景知识 (45)

?活动项目1 水轮发电机 (46)

?活动项目2 风力发电机 (47)

?活动项目3 太阳能起重机 (47)

?活动项目4太阳能小车(能量的存储) (50)

?活动项目5氢燃料电池 (52)

主题四电子技术 (53)

?背景知识 (54)

?活动项目1 烘手器(光电传感器) (57)

?活动项目2 交通信号灯(触碰传感器) (61)

?活动项目3 车库门(磁性传感器) (64)

?活动项目4 凉蛋器(温度传感器) (71)

?活动项目5 分拣机(颜色传感器) (73)

活动手册简介

《慧鱼科技创新工作室活动手册》它涵盖了计算机、传感、智能信息处理、控制和机械等技术,体现了信息技术与机械技术的综合、软件技术与硬件技术的结合,体现了知识和技能的综合应用,有利于拓展学生技术学习的视野,培养学生的创新精神,提高学生的实践能力。

《慧鱼科技创新工作室活动手册》是为配合学生开展科技创新活动而配备的,它既是教材的补充材料又是对教材中活动的延伸和拓展。同时也是为培养学生在探究活动中科学地记录观察研究过程和结果,形成良好的技术探究习惯。

本手册依据慧鱼机械、能源、气动、机器人等各主题的教材和各组合包中安装图册编写而成,为青少年提供了若干有趣的设计制作活动,通过每项设计制作活动来不断地拓展青少年科技创新学习的视野,养成科技创新的精神,并提高技术实践能力。

本手册中的活动项目首先要求学习者在Robot CAD软件上进行活动设计,然后进行仿真测试,最后则是实物操作验证阶段,“用技术改善学习方式,用技术促进学生发展”是我们设计软件实验活动的宗旨。

本手册共有六个主题:“机械原理”、“气动技术”、“新能源技术”、“电子技术”、“汽车技术”、“机器人技术”,各主题都有背景知识介绍,内容循序渐进,分层次地让学生学习硬件、软件、机械、电子和控制的知识,并在一定程度上进行技术的综合实践;每个主题由多项活动组成,本手册共51个活动项目,每个活动项目都是希望通过青少年对慧鱼模型实物操作让他们在进行思考和创新之后对其进行实物验证,这也是本手册的主要教学目的之一——使学习者经过由以上两个模块所组成的活动项目来掌握现代工业设计制作的一般流程(总体设计→结构设计→控制软件设计→运动与控制仿真→实体搭建→总结提高);进一步强化、系统、控制、结构、流程等重要的设计思想。本手册用的软件是慧鱼的ROBO PRO软件,它的编程思想和具体的编程模块的描述详见主题六(6.2)。

慧鱼科技创新工作室简介

一、背景

胡总书记指出:“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。”加强创新教育,提高全民族,尤其是切实培养和提高青少年的创新能力,是关系到持续增强国家创新水平和综合竞争力的一项基础性工作。

近几年来,党和政府十分重视青少年创新教育,并就如何贯彻落实这项工作作过多项指示。在中共中央国务院下达的《关于加强科学技术普及工作的若干意见》中强调:“要多形式、多渠道地为青少年提供科普活动阵地,培养他们的思维能力、动手能力和创新能力,帮助他们树立正确的科学观、人生观和世界观。”由科学技术部、教育部、中宣部、中国科协和共青团中央,联合印发的《2001—2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要》通知中,也就如何实施这项活动的目标、内容及类型作了明确指示及具体要求。

二、创立青少年科技创新活动室的必要性

这几年,社会各界围绕着创新教育这一主题,就如何健全创新教育环境、完善活动设施、丰富活动内容等方面作了积极地尝试与探索,并取得了一些成果。但是,由于教育观念、活动内容和形式等方面相对陈旧落后,导致广大公众,特别是青少年在创新精神和实践能力的培养上,与党和政府的要求仍有很大的差距。目前,突出的问题是缺少内容丰富,形式新颖的设施和手段。例如:在国内不少学校的科技实验室中,现普遍采用的仍旧是陶艺、造纸术、四驱车等科技含量较低的活动项目;对本市中小学课外科普活动的调查发现:目前能满足中小学探究性课程、课外科普创新活动的配套教具还不足20%;另外,社区活动室的情况更是不容乐观。手段的匮乏,设施的短缺,是影响科技创新活动开展的重要因素之一。

三、科技创新工作室作用

科技创新工作室是实现创新教育的理想平台,非常适合于中小学校和校外活动场所的创新教育,通过设计一系列与学科相关的开放性实验课程,使学生在验证理论知识的同时,也能在实验过程中开发创新思维和创新方法,从而实现理论知识和实践动手的完美统一。

“科技创新工作室”的推出,将从一个侧面弥补目前设施手段上的不足。这对完善学校的实验教育功能,丰富青少年的创新实践内容,促进全民开展科技创新活动,会起到拾遗补缺的作用。

适合青少年的科技创新工作室以慧鱼创意组合模型为主体,能够很好培养青少年对工程学科的兴趣,发掘青少年的创新潜能,使青少年从小建立科学的理念和实践方法。慧鱼专

为青少年设计制造的系列组合包产品趣味强,涉及知识面广,并配有完备的教材,能够建立起青少年对结构基础、机械原理、气动技术、能源概念、电子技术以及机器人技术的初步认识,在玩中能获得知识,非常适合我们国家的青少年活动中心作为创新科技主题产品使用,建立隶属于青少年活动中心的各省市慧鱼创新工作室,是目前我国创新教育中一种非常有益的尝试。

四、慧鱼创意组合模型介绍

1)慧鱼创意组合模型创新教育的理想学具

慧鱼创意组合模型(fischertechnik)源自德国的品质和技术,是技术含量很高的科技创新类智趣拼装模型,是展示科学原理和技术过程的理想教具,也是体现世界最先进教育理念的学具,为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。

2)随意拼装,创意无限

慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造,尺寸精确,不易磨损,可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度;构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接,独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。

慧鱼创意组合模型的组合包系列涵盖了工程结构、机械、汽车技术、气动、能源技术、电子技术和机器人技术等领域和高新学科,每个包都配有模型彩色安装手册,提供4-48种体现不同知识点的模型图例,鼓励学生在模仿的同时能够创新,拼接出属于自己创意的作品。3)品种丰富的慧鱼机器人

机器人是具有创新性的、战略性的、对国民经济和国家安全有巨大影响的高技术,是21世纪经济技术的制高点之一。为了培养我们国家自己的机器人领域的研究型人才,从孩子抓起,众多中小学校开展多种多样的机器人创意比赛,慧鱼机器人系列结合当今机器人领域发展的最前沿技术,推出了诸如工业机器人、气动机器人、仿生机器人、移动机器人等体现气动学、仿生学等学科的多品种机器人,成为各学校开展机器人教育的必不可少的学具。4)灵活的机器人控制方式

慧鱼以其专业灵活的机器人控制方式获得众多高校涉及控制技术的相关院系的青睐,目前慧鱼模型的控制方式主要有三种:①PC控制—RS232接口连接慧鱼的ROBO接口板控制,慧鱼的图形化软件为电脑系统控制机器人提供实践②PLC控制—可编程控制器,慧鱼工业模型可作为其控制对象为学生提供编程对象③单片机控制。针对中小学的机器人编程,我们主要推荐第一种控制方式,采用慧鱼特有的ROBO接口板和编程软件,具有控制简单,编程易学的特点。慧鱼ROBO接口板自带微处理器,带有USB接口,马达实现8级调速,增加了2

个0-10V电压输入端口,2个距离传感器输入端口和1个红外线输入端口,具有128K闪存,可以实现程序的下载线下运行。

5)简单易懂的图形化编程模式

慧鱼图形化的编程软件基于WINDOWS系统,具有方便易学的特点,它将各种程序语句集中成具有各种控制功能的模块,学生编写程序时,只需将各种功能模块连接起来形成流程图即可,可以非常容易实现预想的控制。

6)专业的慧鱼教材资源库

我们提供由资深专家利用慧鱼创意组合模型创新和专业特点开发的多项专业课程,并在此基础上形成了丰富的资源库,一定时间内结合学校课程与专业对慧鱼教材进行更新。目前我们能提供如下教材:

?慧鱼科技创新工作室活动手册(为全国青少年校外活动中心专门编写)

?慧鱼工程技术实验手册(结构基础/机械原理/电子技术)

?慧鱼万能组合包教材(结构基础、汽车技术)

?慧鱼技术实验手册(汽车技术/气动技术/自然能源/电子技术)

?慧鱼机器人技术实验手册(ROBO移动机器人/仿生机器人/气动机器人/实验机器人

/工业机器人/探索机器人)

?慧鱼机器人创意指导书(上海交通大学老师编)

?机械基础教程(华南理工大学编)

?汽车技术(上海大学老师编)

?机械原理与机械设计慧鱼实验指导书(浙江大学老师编)

……

五、慧鱼产品应用情况

1)遍及全国的中小学的慧鱼科技创新工作室

典型青少年活动中心、科技馆、中小学用户:

上海市青少年活动中心上海卢湾青少年活动中心

上海普陀青少年活动中心北京密云青少年活动中心

北京顺义青少年活动中心北京西城中小学生劳技中心

中国科技馆宋庆龄儿童科技馆北京宣武青少年科技馆昆明市青少年宫合肥市青少年宫上大附中

上海南洋中学上海向明中学北师大附中

南开中学北京海淀中关村一小无锡一中

格致中学长安小学……

2)遍及全国的重点高校慧鱼创新实验室

体现不同学科知识点的慧鱼创意组合模型,被200多所重点理工类大学的工程训练中心广泛应用于不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动。

清华大学北京交通大学北京理工大学

上海交通大学四川联合大学西南交通大学

西安理工大学兰州交通大学重庆大学

西安交通大学华南理工大学哈尔滨工业大学

浙江大学南京师范大学南京理工大学

南京航空航天大学同济大学合肥工业大学

昆明理工大学北京航空航天大学武汉大学

华中科技大学湖南大学……

3)全国性的慧鱼创新大赛

1.由教育部关工委和中国发明协会主办的“全国中小学信息技术创新与实践活动”中智能机器人创新设计项目由我单位协办,大赛组委会推荐使用“慧鱼机器人”参加比赛。

2.由教育部高教司主办,全国机械原理学会、全国机械设计学会、金工学会、中国教学仪器设备总公司承办的全国大学生机械创新设计大赛中,专门设有机械创新设计大赛“慧鱼组”比赛组。

3.由教育部和天津市政府主办的全国职业院校技能大赛中,高职高专组机器人挑战赛组委会推荐使用“慧鱼机器人”作为参赛平台。

4.各省、市的科协以及科技活动中心举办“慧鱼机器人”挑战赛,各高校举办校内的慧鱼创新大赛。

以国内各种大赛为平台促进推动创新教学,从而发掘和培养创新型、科技型的复合人才。

七、慧鱼科技创新工作室开展活动建议

第一阶段开放活动

·活动形式:开放活动

·活动内容:将部分模型组合好,部分模型以散件形式放置。以自由\开放的活动形式组织活动。

·活动要点:以器材的趣味性吸引青少年加入活动,以“未来工程师”“创新工程设计”

为主题,让学生体验科技的魅力。

·教育理念:感知、兴趣

第二阶段科普讲座

·活动形式:科普讲座

·活动内容:以我们身边的科学为主题,对生活中的机械知识、能源技术、工程技术、机器人技术进行探究。

·活动要点:为主题班准备理论基础

·教育理念:认知、探究

第三阶段主题班培训

·活动形式:主题班培训

·活动内容:以创新智趣园为主题开班使用,分别以机械原理、气动技术、新能源技术、机器人技术为不同的专业开四个主题班。将学生分组(3-4人为宜),进行组合体验。

·活动要点:不同的主题可连续、可分别进行。我们建议根据青少年的兴趣分别进行,同时应特别重视学生的成就感培养。

·教育理念:实践、成就

第四阶段创新活动

·活动形式:创新活动

·活动内容:以生活中的现象为立题,让学生创造。可以是单人,可以是多人团队。·活动要点:工程理念,培养未来的创新工程师

·教育理念:创新、卓越

第五阶段创新比赛

·活动形式:创新工程设计竞赛、工程技术家庭体验

·活动内容:在创新主题基础上组织比赛,并让家庭融入。

·活动要点:总结活动的开展情况,同时可将作品作为奖励。

·教育理念:人格、亲情

以上五个阶段可以分开进行,也可以依次按照“开放体验--科普讲座--主题培训--创新实践--比赛阶段”,最终能达到青少年创新能力的提高。

慧鱼科技创新工作室活动手册1-4

主题一机械原理

1.1机械结构

背景知识

结构是指一种能承受负载的东西。它必须能承担得起自重和足够的负载。如果有一把椅子,人一坐上去就会倒塌的话,那它也没什么用处。自然界中到处存在着“结构”,象你的骨骼就是一种结构,它必须要能承担起本身的重量以及你身体其他组织的重量,它也要有能力承受额外的重量,比如你的背包等。结构还能根据构成情况分作两类---框架结构和壳形结构。框架结构是由许多部分结合在一起而产生的,这些组成框架结构的部分称为构件,例如,人的脊骨就是骨骼的一个构件。有一点要记住,所有的结构都必须能承受自重以及它的负重,所以强度高,份量轻的结构才是最实用的。

活动项目1 凳子(重物支撑)

慧鱼科技创新工作室活动手册1-4

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活动项目2 房子(刚性)

慧鱼科技创新工作室活动手册1-4

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慧鱼科技创新工作室活动手册1-4

活动项目3台灯(稳定性)

慧鱼科技创新工作室活动手册1-4

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活动项目4 杠杆

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