綜合實(shí)踐活動《水上垃圾收集船的探研與設(shè)計(jì)》活動案例

1、水上垃圾收集船的探研與設(shè)計(jì)活動案例隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，人們的生存能力得到很大的提高，生存空間得到很大的改善，但是人類生存的環(huán)境同時(shí)也受到了很大的破壞，現(xiàn)在我們所生存的空間，環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，它不僅將影響我們的生活健康，也影響我們生活的質(zhì)量的提高，因此，關(guān)注環(huán)境污染問題，積極控制和消除環(huán)境污染問題，積極控制和消除環(huán)境污染，是我們每個公民義不容辭的責(zé)任。一、課題產(chǎn)生及目的意義假期的一天，我們帶領(lǐng)同學(xué)們一起到公園去劃船，發(fā)現(xiàn)水面上漂浮著許多垃圾，不遠(yuǎn)處還有一位工人叔叔駕著小船用網(wǎng)袋在費(fèi)力地?fù)评罅康乃芰蠌U棄物被網(wǎng)上來，令人作嘔。看到那位叔叔那么費(fèi)力地?fù)评?，同學(xué)們議論紛紛：“這么多的垃圾怎

2、樣才能徹底清除？”“我們要是能設(shè)計(jì)一條小小垃圾船，用專用船來收集垃圾會很省力，及早地清除河面湖邊的這些垃圾，還它們往日那道美麗的風(fēng)景線。”同學(xué)們的議論引起我們的注意，這是個好的研究課題，利用學(xué)生對生活中一些具體問題的想法來成立課題組進(jìn)行研究是研究性學(xué)習(xí)的一大特點(diǎn)，于是我們故意說：“你這個想法很好，但這是一件復(fù)雜的工程，是我們大人的事情，也是環(huán)保部門的事情，現(xiàn)在應(yīng)好好讀書，等長大了再想吧?！蓖瑢W(xué)們一個個頭搖得象貨郎鼓：“老師，你們不是經(jīng)常說保護(hù)環(huán)境應(yīng)從孩子抓起，保護(hù)環(huán)境人人有責(zé)嗎？”孩子們的認(rèn)真勁真讓我們高興，于是，“水上垃圾收集船的探討與設(shè)計(jì)”課題組就成立了。研究本課題的目的意義在于：1、培養(yǎng)

3、學(xué)生善于觀察、發(fā)現(xiàn)問題的能力，并能夠勇于提出問題。2、通過自主調(diào)查，探討科學(xué)的奧秘，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生與人交往、溝通、合作能力。3、通過活動，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識，提高解決實(shí)際問題的能力。點(diǎn)評：提出一個問題要比解決一個問題更重要。善于發(fā)現(xiàn)并提出一個新鮮而深刻的問題，對認(rèn)識的發(fā)展，社會的進(jìn)步具有非常重要的意義。目前，我國還沒有真正能下水的理想垃圾船，因此，本課題的研究很有創(chuàng)新價(jià)值。二、成立課題小組，設(shè)計(jì)實(shí)施方案在老師的提議下，結(jié)合學(xué)校開展的“小愛迪生科技創(chuàng)作活動”，同學(xué)們組織成立了船模研究攻關(guān)小組。并且根據(jù)各自的特長和愛好進(jìn)行了分工：王超同學(xué)有美術(shù)特長，負(fù)責(zé)船體結(jié)構(gòu)方面的資料收集，數(shù)據(jù)運(yùn)

4、算，繪圖測量工作。宮倩穎同學(xué)受家庭影響愛拍照，又擅長社交，是個聰明伶俐的女孩，她擔(dān)任我們的隨隊(duì)小記者和采訪員?！靶⊙坨R”和“小博士”是我們班上次小科研發(fā)明的兩位優(yōu)勝者，他們分別擔(dān)任書記員和調(diào)研員，我們實(shí)行了分工責(zé)任制，又要求各組密切配合，在指導(dǎo)老師的統(tǒng)一組織下，經(jīng)過討論、協(xié)商，最后設(shè)計(jì)出具體的可行的實(shí)施方案：探究內(nèi)容小組分工主要負(fù)責(zé)人成員訪問造船廠，探討造船工藝1組：了解垃圾船所需的材料2組：了解造船所需的技術(shù)參數(shù)宮倩穎王超王林婷 王德磊等高冰潔 耿騰飛等野外調(diào)查河中垃圾，測量垃圾船的吃水量3組：去河中測垃圾的位置和深度4組：運(yùn)用船的構(gòu)思，初測垃圾船的吃水量劉雪曹紋路宋金嶺 姜博等許昌 辛一嵐

5、等設(shè)計(jì)關(guān)于垃圾收集的方案采用的主要探究方法是：對家用電器及有關(guān)機(jī)器的原理進(jìn)行剖析。于蕭 宋金洋刁鵬 王君等制作實(shí)驗(yàn)將各自收集的資料進(jìn)行匯總、討論；尋求的材料進(jìn)行加工、制作。全體成員三、探索過程：（一）參觀造船廠對于船的知識，我們了解得很少，只是以前從書中或電視中知道一點(diǎn)簡單的知識。幸好乳山口有個大型造船廠，它的造船工藝也許會為我們的研究提供理論和技術(shù)上的幫助。10月3日，我們來到乳山口造船廠。技術(shù)員王叔叔帶領(lǐng)我們參觀，指著那些快要下水的船跟我們介紹：乳山口造船廠實(shí)力雄厚，技術(shù)先進(jìn)。平均每十天就有一艘漁輪下水。近幾年，由于大量引進(jìn)科技人才，工廠的生產(chǎn)能力及技術(shù)含量較高，造船的種類越來越多，船型也

6、由小到大，“造船一般都要用些什么材料呢？”小眼鏡插嘴問！“一個國家的造船業(yè)，直接反映了他的綜合國力。是一項(xiàng)非常復(fù)雜的綜合性工程。我們所用的船殼現(xiàn)在大部分采用的是鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)船型的功能要求，選用不同的材質(zhì)，比如，我們曾用水泥、玻璃鋼作船體材料，它的優(yōu)點(diǎn)是抗腐蝕，維護(hù)費(fèi)用低，木材、鋁材、質(zhì)輕，造船也是上等的好材料，但造價(jià)高，我們還用塑料和橡膠來造塑料艇和橡皮艇，他的優(yōu)點(diǎn)是抗腐蝕性強(qiáng)，又具抗撞擊性，維護(hù)簡單、經(jīng)濟(jì)?！毙〔┦亢舻恼酒饋碚f：“這不就是我們要找的造垃圾船的理想材料嗎？”（二）提出初步設(shè)想造船的材料找到了，可收集垃圾的船應(yīng)該是什么樣子的呢？我們湊在一起反復(fù)地觀賞著各類船型的精美照片，它們都

7、不是我們想象中的水上垃圾船，那我們的船在哪里呢？它又會是個什么樣子呢？。同學(xué)們苦苦思索著，我們及時(shí)啟發(fā)學(xué)生：“生活中還有哪些工具能夠收集垃圾？從這些工具中去發(fā)現(xiàn)它伴隨的共同點(diǎn)，來幫助我們尋找問題的答案吧！”于是，同學(xué)們分頭調(diào)查了垃圾收集車、家用吸塵器的收集垃圾方法，發(fā)現(xiàn)了這樣一個共同點(diǎn)：它們在收集垃圾時(shí)，都是運(yùn)用吸力來達(dá)到收集的目的。由此，他們產(chǎn)生了一個念頭：在原有船型基礎(chǔ)上，進(jìn)行船體改造，在船頭部位增設(shè)一個大型吸塵器，來進(jìn)行垃圾收集。可是，船的構(gòu)造和原理又是什么呢？在這個問題的牽引下，我們又一次來到了造船廠。 （三）再訪造船廠。二次進(jìn)廠并不感到陌生，就象進(jìn)了自己的船廠，把自己溶于廠中的一員，

8、張廠長聽了我們的設(shè)想之后，高興地說：“我國現(xiàn)在船型上百種，唯獨(dú)還沒有垃圾收集船，這是一項(xiàng)創(chuàng)舉，你們的設(shè)想很有價(jià)值。需要我為你們做些什么呢？”小眼鏡說：“你就跟我們談?wù)劥??！彼盐覀冾I(lǐng)進(jìn)船模展覽室：“你看這些模型各異，這都是根據(jù)它的用途和使用范圍來設(shè)計(jì)的，各方面的性能要求，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，船體結(jié)構(gòu)都有所不同，拿遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船來說吧！他有雜修船、滾裝船、散裝船、油船和集裝箱船，近海內(nèi)河還有客船、拖船、駁船，最近我國要造一條從湛江至海南島?？谑械幕疖囘\(yùn)載船，造出這樣大噸位的火車渡船，也是我國造船史上的一個創(chuàng)舉。”小博士馬上插嘴問：“叔叔什么是噸位呢？”“噸位就是重量，也叫排水量，排水量有兩個概念：一是空載排

9、水量，二是滿載排水量，船的重量在水中所排出水的重量就是排水量，船的噸位越大，排水量也就越大，他們的關(guān)系成正比?！蓖醭钢枺骸笆迨鍨槭裁疵織l船上下都要用兩種顏色的油漆呢？”張廠長一一介紹：“紅色的是水線以下應(yīng)用防銹漆，起抗腐蝕作用。水線以下的白色數(shù)碼是吃水標(biāo)記?！薄俺运鞘裁匆馑寄?？”在單位重量下，船底接觸水面的面積越大船的吃水越小，排水量不變，通過前后吃水線標(biāo)尺可以計(jì)算出船的載重量?！蓖ㄟ^今天的采訪，同學(xué)們知道了造船所需的技術(shù)參數(shù)很多，要做穩(wěn)性、韌性、抗體、裝載量，及吃水量等多方面的模擬試驗(yàn)，才能造出理想的船。（四）野外調(diào)查：第二天，我們各隊(duì)分別行動在乳山寨河、崔家河、距隅山水庫、河濱公

10、園進(jìn)行第一次調(diào)查統(tǒng)計(jì)，調(diào)查結(jié)果表明：地點(diǎn)泡沫類%異類%塑料紙袋類%有機(jī)物%其它%漂浮深度(cm)乳山寨河812156058崔家河12182040106距隅山水庫520205235河濱公園525303557 以后的幾天，同學(xué)們又去了育黎河、耿家河、南山水庫、諸往河進(jìn)行了第二次調(diào)查統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下： 地點(diǎn)泡沫類%異類%塑料紙袋類%有機(jī)物%其它%漂浮深度(cm)育黎河915126046耿家河20171239127南山水庫25151533125諸往河4262040108分析：1、各河的有機(jī)物、塑料袋占有比例較大。2、水面垃圾漂浮深度為5-10厘米。3、主要分布在岸邊水面。通過這次多方面的調(diào)查，使我們弄懂

11、了垃圾收集船吸引垃圾的部位深度必須在5-10厘米左右，這樣才能保證垃圾收集的高效。調(diào)查活動不僅增強(qiáng)了我們對科學(xué)探索的興趣，而且使我們明白要學(xué)會善于觀察生活，也正如法拉第所說的一句話： “沒有觀察，就沒有科學(xué)，科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明，誕生于仔細(xì)的觀察中?！保ㄎ澹y吃水量。根據(jù)對船的構(gòu)思和掌握的數(shù)據(jù)，同學(xué)們開始了初步的實(shí)驗(yàn)工作。他們找來一個底面積243平方厘米，重千克的塑料箱子，放在水中看他的吃水是厘米，分別5次，每次往箱內(nèi)加水1千克，看到的吃水量分別如圖所示：次數(shù)重 量（千克）吃水量（厘米）14.782345同學(xué)們反復(fù)實(shí)驗(yàn)了3次，誤差率在厘米。這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了船身重量與船吃水深度之間的關(guān)系，為我們設(shè)

12、計(jì)一艘吃水淺，能適應(yīng)江河湖岸邊作業(yè)的小小垃圾船提供了第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料。點(diǎn)評：在研究中，同學(xué)們學(xué)會了考察、實(shí)驗(yàn)等科研方法，兩次實(shí)驗(yàn)的有效數(shù)據(jù)確切，反映了學(xué)生在研究中的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。（六）設(shè)計(jì)垃圾收集方案怎樣才能實(shí)現(xiàn)垃圾的收集呢？如何解決這個技術(shù)上的問題，又是擺在同學(xué)們面前的一個巨大困難。同學(xué)們投入了很大的人力物力，查資料、跑社會，四處尋找答案，幾天來都沒有收獲，研究陷入了困境，我們及時(shí)給學(xué)生指導(dǎo)，要求學(xué)生張開雙眼，仔細(xì)觀察生活中的事物，也許會給我們一些啟迪。比如，大街上的垃圾清掃車，家庭用的吸塵器，還有農(nóng)民們的小麥?zhǔn)崭顧C(jī)等。接著，同學(xué)們分頭行動。A組去農(nóng)村帶著相機(jī)拍實(shí)物，咨詢農(nóng)機(jī)手，他們還討回了

13、一本小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的說明書。B組在街上跟著清掃車轉(zhuǎn)了三天。C組在家把各個吸塵器拆開，探討究竟。匯總時(shí)大家各抒己見，根據(jù)這些觀察結(jié)果，同學(xué)們提出很多設(shè)計(jì)意見，尤其提出收集垃圾的分類加工和再利用問題的設(shè)想。發(fā)表了考察后自己的感觀，找到了解決問題的焦點(diǎn)。接著，同學(xué)們開始設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過多次篩選，選出兩種最佳設(shè)計(jì)方案：名稱優(yōu)點(diǎn)不足渦輪抽吸式適應(yīng)收集輕質(zhì)垃圾重質(zhì)及岸邊垃圾收集不徹底，制造工藝復(fù)雜，造價(jià)高，尤其對后期實(shí)現(xiàn)垃圾分類造成困難刮板收集式利用機(jī)械收集原理，實(shí)現(xiàn)垃圾收集，工作效率高，便于后期分類，制造簡單，造價(jià)低各個部件固定麻煩，有可能不牢固對這兩種方案同學(xué)們又進(jìn)行了詳細(xì)的分析比較，決定采取第二種方案來進(jìn)

14、行垃圾收集船的實(shí)驗(yàn)和制作。點(diǎn)評：報(bào)告的科技含量高，在調(diào)查采訪時(shí)留下的記錄寫得很詳細(xì)。采用比較得方法，最后選定用刮板收集式這套方案，充分論證了用這種方法得依據(jù)。（七）制作實(shí)驗(yàn)以后的日子里，同學(xué)們在“小實(shí)驗(yàn)室”里反復(fù)切、割、粘、裝、漆，一艘簡易的垃圾收集船模型終于問世了。同學(xué)們利用仿生學(xué)的原理，依照鯨進(jìn)食的過程，把船體設(shè)計(jì)如下圖。船頭似鯨張開的嘴，平時(shí)是關(guān)閉的，當(dāng)遇到垃圾時(shí)在操縱下可以張開。它的全部設(shè)備分三個系統(tǒng)。1、滾鈀收集系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)：在船頭前面兩側(cè)設(shè)計(jì)一個上下調(diào)整的伸縮臂，兩臂之間橫向（類似小麥?zhǔn)崭顧C(jī)的前鐮刀一樣）裝一組鈀狀弧形爪。作用是：用來將岸邊的垃圾爪入水中。使用材料：富彈性的鋼絲。 2

15、、收集系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)：在船頭吃進(jìn)口左右兩側(cè)分別設(shè)一組縱向扇形刮板輪，兩輪葉片相距可調(diào)量10-80cm，葉輪的高度和長度視船體噸位大小及收集工作量而定，左右兩個葉片輪，轉(zhuǎn)向分別為：左輪順時(shí)針，右輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)速同步每分鐘設(shè)定20轉(zhuǎn)，葉片吃水距離在總量的三分之一處，不超過20cm。作用是：葉片轉(zhuǎn)動形成水流，水流又輔助葉片將漂浮在水面的垃圾送入船前吃進(jìn)口。使用材料：塑料及用支架加固的廢舊汽車外胎內(nèi)層。3、傳送系統(tǒng)。在葉片下部設(shè)一左右相平前后相斜，前低后高的傳送系統(tǒng)（水利用斜坡自然流下）傳送帶呈牛舌狀，波浪式以使垃圾能順利輸入艙內(nèi)。采用材料：農(nóng)用帶線筋的可卷曲的費(fèi)用橡皮水管。船體，我們利用廢舊塑料板、三

16、合板等。經(jīng)測定：吃水為船首5cm，船尾9cm，排水量為千克，未計(jì)算裝載量，動力為三面驅(qū)動，后為前推進(jìn)，左右為橫向驅(qū)動，以利橫向收集順利。開始實(shí)驗(yàn)了，同學(xué)們屏住呼吸，目不轉(zhuǎn)睛地盯著水面次數(shù)結(jié)果原因改進(jìn)措施第一次失敗電機(jī)觸水而不轉(zhuǎn)動重新加漆密封，使其具有抗水性第二次不徹底收集系統(tǒng)沒有固定牢固換螺絲，重新固定，扭牢。第三次成功同學(xué)們歡呼著、跳躍著、擁抱著，喜悅的淚水情不自禁地流下來。盡管這個船模并不完善，但它卻凝聚了我們?nèi)M同學(xué)的心血，它是我們心中的水上垃圾船，也是我們向科學(xué)進(jìn)軍的第一步。點(diǎn)評：在收集材料、調(diào)查訪問的過程中，孩子們不辭勞苦跋山涉水，同學(xué)們懂得了互相協(xié)作、團(tuán)結(jié)的重要，很多方面都是各小組共同完成，使他們的能力得到了鍛煉。四、探索中成長： 12月26日，同學(xué)們帶著自己的作品參加了威海市科技比賽，榮獲一等獎，并引起了各級領(lǐng)導(dǎo)的廣泛關(guān)注。但是同學(xué)們并沒有滿足，在對垃圾船的探研過程中，他們還提出了很多大膽的設(shè)想，如對垃圾收集的同時(shí)對垃圾進(jìn)行分類，將垃圾有效利用等。這些都是今后探索的方向和目標(biāo)。下一步同學(xué)們想對垃圾的分離與提取進(jìn)行重點(diǎn)研究：1、分離系統(tǒng)：可利用各種垃圾的各種成份比重不同，實(shí)現(xiàn)離心式分離。2、提取系統(tǒng)：我們