古代農(nóng)具推動演示儀

本文格式為Word版，下載可任意編輯——古代農(nóng)具推動演示儀余斌

研究背景

我在長期的小學(xué)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，一方面湘教版科學(xué)教材中有大量古代農(nóng)具的運(yùn)轉(zhuǎn)、能量的利用、齒輪傳動的運(yùn)用等知識點(diǎn)無法給學(xué)生講解明了;另一方面當(dāng)小學(xué)語文教學(xué)到石磨、石臼、石碾等古代農(nóng)具的內(nèi)容，我只能利用圖片進(jìn)行模糊的講解，無實(shí)物展示和運(yùn)轉(zhuǎn)演示，學(xué)生聽得“云里來，霧里去〞。為此，我想制作一臺古代農(nóng)具推動演示儀，不僅能讓學(xué)生認(rèn)識一些古代的農(nóng)具，了解古代勞動人民如何利用水力驅(qū)動農(nóng)具運(yùn)轉(zhuǎn)節(jié)省人力，而且通過演示電力推動古代農(nóng)具的運(yùn)轉(zhuǎn)，其工作效率和水力推動形成顯明的對比，讓學(xué)生切實(shí)感受到科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步給人們生活帶來的便利。

設(shè)計(jì)制作

演示儀長80cm、寬50cm、高50cm，絕大部分采用木料制作，部分采用榫卯結(jié)構(gòu)加工而成（圖1）。推動演示儀設(shè)計(jì)水力推動古代農(nóng)具（石臼、石碾）和電力（電機(jī)）推動古代農(nóng)具（石臼、石碾、石磨）兩種模式。兩大推動系統(tǒng)可獨(dú)立工作，也可同時(shí)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)集中演示和比較效果。同時(shí)，還制作了水力推動木頭人，增加教具的趣味性。

水力推動古代農(nóng)具部分

演示儀水力推動農(nóng)具部分見圖2。采用循環(huán)水模式，用小水泵將水通過管道抽到高處，模擬高山（高處）水流下落的過程推動水輪轉(zhuǎn)動，水輪帶動連桿（8mm螺絲桿代替）轉(zhuǎn)動，連桿轉(zhuǎn)動帶動相應(yīng)農(nóng)具的轉(zhuǎn)動。

推動石臼運(yùn)動：用木料制作石臼、支架和木輪，木輪上安裝荷木小棒，運(yùn)用杠桿原理帶動石臼運(yùn)動。

推動石碾運(yùn)動：制作2個木齒輪，把連桿（螺絲桿）推力作90°的方向轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)石碾的平面運(yùn)動。此部分是制作水力推動部分成功與否的關(guān)鍵。

推動小木人的運(yùn)動：小木人在連桿帶動下作前后運(yùn)動。

制作此部分的關(guān)鍵點(diǎn)包括：①水流量的大小、速度決定是否能推動石臼、石碾和小木頭人的運(yùn)轉(zhuǎn)，這是將水力（水能）轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;②抽水機(jī)將蓄水箱中的水抽到高處，需制作有機(jī)玻璃水箱，以利于搬動和儲存水;③制作中要盡量減少摩擦力，可在需減少摩擦力和阻力的關(guān)鍵點(diǎn)使用軸承，使演示效果更明顯;④水輪推動連桿轉(zhuǎn)動的力要轉(zhuǎn)換90°方向，需經(jīng)過反復(fù)計(jì)算和調(diào)試，才能轉(zhuǎn)換成平面推動的力;⑤要統(tǒng)一考慮演示儀的尺寸及空間設(shè)計(jì)，以便為電力推動農(nóng)具轉(zhuǎn)動部分留下空間。

電力（電機(jī)）驅(qū)動古代農(nóng)具部分

電力（電機(jī)）帶動連桿轉(zhuǎn)動，連桿帶動相應(yīng)農(nóng)具轉(zhuǎn)動。電力（電機(jī)）驅(qū)動部分見圖3。

帶動石碾轉(zhuǎn)動：石碾的運(yùn)動是平面轉(zhuǎn)動，同時(shí)又要帶動連桿轉(zhuǎn)動，故使用雙輸出90°換向器，一路力的輸出經(jīng)過90°換向后帶動石碾轉(zhuǎn)動，一路力的輸出帶動連桿轉(zhuǎn)動。

帶動石臼運(yùn)動：通過反復(fù)試驗(yàn)電機(jī)扭力大小、演示儀的空間大小，使用3個石臼及支架;同時(shí)制作3個木輪并安裝上小荷木棍，運(yùn)用杠桿原理推動石臼運(yùn)動。

帶動石磨轉(zhuǎn)動：石磨運(yùn)動是平面運(yùn)動，同樣涉及90°方向力的換向后的推動問題。采用2個木齒輪作90°力的換向，然后再推動石磨轉(zhuǎn)動。石磨用形象逼真的樹脂材料制作。

制作此部分的關(guān)鍵點(diǎn)包括：①考慮到演示儀用電安全性，要選擇適合的小電機(jī)且電機(jī)扭力要大，電機(jī)和水泵均采用12V直流電壓，并選用便利、安全、大功率的開關(guān)電源②小電機(jī)的轉(zhuǎn)動需要帶動連桿（仍舊使用8mm螺絲桿作連桿）的轉(zhuǎn)動，電機(jī)和螺絲桿使用軟軸連接器;③考慮到空間問題，3個石臼和木齒輪（作為石磨的換向器）的尺寸要適合;④本部分電力驅(qū)動涉及材料多、空間小、有2次換向等問題，要充分考慮作品空間的安排。

附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)思考

考慮到密封問題和美觀性，制作水箱時(shí)采用專用四氯化碳黏結(jié)劑，同時(shí)在水箱內(nèi)安裝12V自變光發(fā)光二極管，連接在開關(guān)電源上;考慮作品的安全宣傳和教育性，在作品空間較高處用銅線和焊錫制作安全設(shè)施——樓梯和銅線欄桿;對工件上漆和上色，以便作品的長期保存及美觀。

教學(xué)用途與方法

水力推動古代農(nóng)具工作部分

使用方法：開啟左側(cè)水泵開關(guān)，將有機(jī)玻璃水箱中的水通過管道抽到高處，模擬自然界的高山（高處）流水，水流往下流推動水輪轉(zhuǎn)動，水輪轉(zhuǎn)動再推動連桿轉(zhuǎn)動。一是帶動水箱外的木輪工作，使石臼杠桿做上下運(yùn)動;二是通過2個木齒輪作90°力的運(yùn)動方向轉(zhuǎn)變，帶動下方石碾工作;三是可帶動小木人做前后運(yùn)動，增加了科技作品的趣味性。此部分可以很好地向?qū)W生展示水能機(jī)械能轉(zhuǎn)換、杠桿原理、傳動中力是如何改變運(yùn)動方向的。

電力（電機(jī)）驅(qū)動農(nóng)具工作部分

使用方法：開啟左側(cè)電機(jī)開關(guān)，帶動連桿工作。一方面，連桿通過換向器將一部分力傳送到上部，推動石碾工作;另一方面，通過換向器將另外一部分力通過連桿傳送，連桿上安裝的3個木齒輪相應(yīng)地帶動3個石臼杠桿運(yùn)動，3個石臼作延時(shí)上下運(yùn)動;與此同時(shí)，通過木齒輪作90°力的換向，帶動上方的石磨做平面運(yùn)動。關(guān)閉電機(jī)開關(guān)，此部分中止工作。

本演示儀的2部分同時(shí)工作時(shí)，一部分是水力推動（古代人們解放人力的方法之一）古代農(nóng)具工作，效率不高;另一部分是電力（現(xiàn)代人們解放人力的方法之一）推動古代農(nóng)具工作，效率高，2部分有對比明顯的比較效果。

創(chuàng)新點(diǎn)

作品在制作中運(yùn)用了對比多的科學(xué)原理，如杠桿的工作原理、齒輪傳動的工作原理、水能