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中学生创客课程的开发与设计

2021-04-18 21:20:17高中论文 233人已围观


中学生创客课程的开发与设计
    航模运动是一项在全国范围内深受青少年喜欢的运动,航模的制作和试飞,可以更好地培养学生细致入微的观察力,丰富他们的想象力;增强学生的动手操作能力,锻炼他们分析问题和解决问题的能力。不仅为学生的知识应用和个人才能的展示与发展提供了自由的活动空间,也为现代科技的普及与应用创造了条件。本课题对航模运动探索可以使更多的学生从中受益,进一步发扬学 生动手参与、制作应用的科技热情。通过常规活动和比赛的锻
炼,使学生找到能充分发挥其潜能、磨练其意志、培养其能力的 崭新天。树立学生热爱科学、献身科学的远大理想和目标,以便 将来成为社会的有用人才。
关键词:
创客;航空模型;素质拓展
一、活动背景
   《中小学综合实践活动课程指导纲要》明确指出,中学阶段综合实践课程的具体目标是培养学生的价值体认、责任担当、问题解决和创意物化的能力。而基于项目的素质拓展课是学生在活动参与、项目设计、问题解决中进行的实践活动。综合实践活动在增强人文素养、培育理性思维、养成主动学习意识、提升个体觉悟、强化问题解决等方面具有积极意义。

   习近平总书记在 4 月 24 日我国的首个航天日,对青少年提出希望:“树立报国之志,传承航天精神,为实现中国梦、航天梦贡献力量。”在学校开展“航空模型”素质拓展课程基础上,带领八年级学生以“利用阳光、水、空气为动力的遥控模型飞机”项目研究作为子课题进行实践探究。活动旨在引导学生通过探索、调查、分析、创造等活动深入探寻适用于遥控模型飞机的新型能源。在主动探索的沉浸式跨学科学习过程中培养学生“中国学生发展核心素养”,从而提升其全球竞争力。
二、 具体实施
1、项目准备
(1)KFm 翼型
   KFm 是 Kleine-Fogleman 翼型的缩写。该翼型由理查·克莱恩和弗洛伊德·福格勒门共同设计的,最近几年在世界范围内广泛使用和实验的一种突破传统空气动力学理论的翼型,如图 1.1 和图 1.2。
   KFm 翼型是在弦长 50%的位置上设置一个台阶,气流经过台阶后,会形成一个涡流。涡流与整个翼型组成了一个传统平凸的克拉比翼型的形状,减小了阻力。并且整个翼型从前缘到后缘都能提供升力,所以 KFm 翼型的升阻比非常大。
图 1.1 为传统的平凸翼型(克拉比 9%)
图 1.2 为 KFm-3 翼型
目前,KFm 翼型共有 12 个类型,分别是 KFm-1、KFm-2、KFm-3、KFm-4、KFm-5A、KFm-
5B、KFm-6、KFm-7、KFm-8、KFm-9、KFm-10、KFm-11。
   不同的翼型有着不同的适用范围,如图 1.3 KFm-2 翼型,是一种升力大,不易失速, 适用面较为广泛的翼型。如图 1.4 KFm-6 是一种适合于低速飞行的练习机,它易于制作, 不易失速。
   本次实验的模型飞机采用的是如图 1.5 KFm-3 翼型,这种翼型有两个台阶,分别在整个弦长的 50%和 75%处。它提供的升力非常大,飞行性能优异,适合用做滑翔机或者高荷载的模型飞机上,但缺点是制作比较复杂。
图 1.3 KFm-2 翼型
图 1.4 KFm-6 翼型
图 1.5 KFm-3 翼型
   KFm 翼型适用于各种速度的模型飞机上,更能兼顾高荷载和高速度。用 KFm 翼型制作的飞翼,在做“降落伞”动作时候,能仅靠副翼就可以平稳控制飞翼。传统的翼型在翼型的每个部分都有阻力,但是 KFm 翼型只有在台阶的部分有阻力;并且台阶后部的涡流能 够提高升力,这就使得 KFm 翼型有非常大的升阻比。目前 Russ 40 遥控特技飞机就
是使用的 KFm-3 翼型。因为 KFm 翼型的诸多优点,未来有可能将此翼型运用在军用无人机上,不仅能够平稳飞行,还能够搭载更多的武器或者侦查装置。
   我们为了验证新型的 KFm 翼型的升力以及载荷能力要优于传统的平凸的克拉比翼型, 做了如下测试。我们提出了能否做一个风洞实验,所以我们因地制宜的使用了初二物理 课中用到的机翼升力演示器,如图 1.6。这个仪器可以在出风口的地方提供一个稳定的气流,能在一定幅度里改变风力的大小。当风力足够大的时候,使得机翼模型升起一定 的高度。
图 1.6 机翼升力演示器
同时我们用 KT 板制作了两种翼型的模型,并且使两种翼型的升力面积、自身重
量、体积、俯仰角度、风力大小等其他因素相同。两个翼型的弦长都是 140 毫米,质量均为 4.71 克。经过试验得知,新的 KFm 翼型的升力要大于传统平凸的克拉比翼型,所以能够有较大的载荷量。如图 1.7 和图 1.8。
图 1.7 KFm 翼型升力演示

图 1.8 传统平凸翼型的升力演示
(2)水火箭
   由于目前我们暂时没有能够匹配的高度计使用,所以我们无法具体测得模型飞机的升空高度。对于这种情况,我们近似的使用水火箭测试飞行的最佳参数作为我们带模型飞机上天的水火箭的参数。影响水火箭飞行距离的主要因素为发射气压、瓶内液体占瓶子体积的比例,发射角度。还有一些其他因素,比如实验当天的风力、风向因素、以及水火箭的外观。通过研究其他人的论文,我们最终确定我们的水火箭使用两个小可乐瓶子串联作为动力舱,发射气压为 4 个大气压,瓶内液体为清水,瓶内水的体积约占瓶子的 1/3,发射角度为 50 度。
(3)发射装置
我们的发射装置为以前留存下来的仪器,经过改装适应了我们的实验。
   最初我们是用手来控制发射开关的,这样就带来了问题:不仅操作手和发射手之间存在协调与同步的问题,还会弄得发射手衣服湿透。如图 1.9。
图 1.9 用手动控制开关
   经过请教老师,将自行车线闸的原理运用在此处。线闸的钢丝部分,用塑料扎带和开关相连接,另一部分连接在脚踏板上。这样就可以让操作手一个人独立完成,并且能够远离水火箭的喷嘴部分。如图 1.10。
图 1.10 改进后用脚踏远程控制
(4)超级电容、太阳能电池板
   我们的供电装置使用的是 10F 的超级电容,能够为模型
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