#最熱門的STEAM生活科學團購 ~ 3/14(日)止【STEAM生活科學小創客 (共31個機械手作教案)】
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✅ 適合學校沒有STEAM課程或是無安親無課後無社團的小學生
✅ 最適合中年級之前的機械手作遊戲
三大系列31個教案,剛好可以規劃一個學期全部玩完
【三大系列】
⭕ 系列一: 好好玩的生活科學(3個主題14個教案)
1⃣ 好好玩的生活科學1:有趣的簡單機械與教學實驗
▶ 5種科學實驗 - 認識 #力學基礎 #槓桿原理
1. 翹翹板
2. 伸縮鉗子(剪刀)
3. 投籃機
4. 動定滑輪
5. 賽車
📘 小筆記:
簡單機械指的是機械中最基本的單位。它是我們生活中一切科技發展的基礎與最基本的元件,也是孩子接觸牛頓力學(向量力學)前的重要前導。簡單機械共包含了有(1)桿槓(2)輪軸(3)滑輪(4)斜面(5)螺旋,幾種基本元件組合而成的。人類從古至今,就一直利用這些簡單機械的基本元件,發展出能幫助我們生活更便利、更省時省力的複雜機械。現在,就讓我們帶領著孩子,一起進入到我們生活中去看看與學習這些有趣又好玩的生活科學吧!
2⃣ 好好玩的生活科學2:有趣的動力傳動學習與教學實驗
▶ 5種科學實驗 - 認識 #動力傳送 (齒輪傳動+鏈條傳動+皮帶傳動+液體傳動)
1. 齒輪
2. 行星齒輪
3. 鏈條傳動+皮帶傳動
4. 坦克車
5. 液壓升降台
📘 小筆記:
動力傳送就是將某一種物品產生的力量,傳至另一個地方。它包含了風力、水力、人力、電力、火力……等等。動力傳送最大的用途,就是將所有力量,經過動能轉換成機械能,幫助我們達到省力、省時,改變運動方向,使操作簡便的機械。其中,最為簡單、也最為我們常見的就是齒輪組的運用。
3⃣好好玩的生活科學3:運動定律的學習與教學實驗 - 認識 #運動力學
1. 伽利略單擺
2. 戰鬥陀螺
3. 重力小車
4. 風力車
📘 小筆記:
運動定律就是施加於物體的外力與物體所呈現出的運動彼此之間的關係。大家最熟悉的就是牛頓的三大運動定律,以及伽利略的單擺運動。
⭕ 系列二:小創客的科學教育與實驗製作系列(13個主題)
1⃣ 3合1液壓挖土機 #槓桿原理 #帕斯卡原理
📘 小筆記:
3合1液壓挖土機有挖土機、抓魚爪、破壞夾三種可以交換的工具頭。組裝過程可以體驗挖土機手臂利用流體(液態)傳送所產生的動力,並且在槓桿原理的輔助運用下,達到力量放大,以及真實的實踐「槓桿原理」及「帕斯卡原理」
2⃣ 四輪驅動車 #輪軸原理
📘 小筆記:
輪軸是由兩個不同大小的圓輪,固定在同一軸心上,這種機械稱為輪軸。大圈的圓叫「輪」,小圈的圓叫「軸」,輪軸是槓桿的變型運用。組裝過程中可以認識到兩個後輪的「輪軸原理」及利用皮帶,驅使後輪帶動前輪的動力傳送構造
3⃣ 雙翼滑行機 #輪軸原理
📘小筆記:
雙翼滑行機是利用螺旋槳使飛機滑行的原理。螺旋槳是一種有中央輻射形槳葉的裝置,每一槳葉都組成螺旋面的一部分。早期英國人把螺旋槳稱為「空氣螺絲」,因為扭轉的螺旋槳葉片就跟一般的螺絲有著相似的原理,它的運動方式是旋轉向下又向前
4⃣ 可愛機器狗 #槓桿偏心輪軸原理
📘 小筆記:
偏心輪軸指的是輪與軸的中心點位置不在旋轉點上,一般指的是圓形輪,當圓形沒有繞著自己的中心旋轉,就成了偏心輪軸。一般來說偏心輪主要的目的是產生振動即可,像是我們手機裡面的振動器都是用偏心輪,來達到震動模式。組裝過程可以認識到偏心輪軸所產生的推力以及槓桿原理,機器狗前腳帶動後腳,使機器狗能夠向前走動的原理。小朋友還可以調整偏心輪軸的角度,觀察這將會使機器狗走動時,產生如何的改變喔!
5⃣ 手持吸塵器 #大氣壓力原理
📘小筆記:
吸塵器的原理是利用風葉片在馬達上高速運轉,在內部將空氣抽走,使吸塵器內部的大氣壓力與吸塵器外部的大氣壓力相比之下,產生負壓,從而將吸塵器外部的灰塵、細小垃圾等物質經吸入吸塵器內,達成吸取灰塵的目的
6⃣ 水陸兩用車 #大氣壓力與浮力原理
📘 小筆記:
水陸兩用車就是利用浮力,以及螺旋槳使車子滑行的原理。當螺旋槳在水中或空氣中旋轉時,就產生拉(推)力,使車子、船或飛機作前進運動。這也是利用大氣壓力所形成的的一種動力。空氣流過螺旋槳時,會使一側的壓力小於另一側,這會產生一個向較低壓力方向的反作用力,促使雙翼滑行機向前滑行。水陸兩用車遊戲過程中,除了認識到螺旋槳所產生的推力,更能認識到水的浮力,以及空氣中作用力與反作用力的運用喔!
7⃣ 工程壓路機 #輪軸傳送 #重力與壓力
📘 小筆記:
壓路機擁有著巨大的滾輪,是用於道路、機場跑道、等大型工程壓實地面作業的工程車輛。它的作用是藉由壓路機鋼輪的重量,來壓密物體表面(利用壓力來滾壓)
8⃣ 鋼琴音樂盒 #彈性物體變形與動能轉換 #槓桿力矩
📘小筆記:
當音樂盒發條被上緊時,發條前端的槓桿力矩最長,發條前端輸出的力量也最大。運行一段時間後,緊緊盤在發條軸上的發條會慢慢鬆開,它的能量隨之下降。當能量即將耗盡時,發條末端的槓桿力矩最短,力矩也最小,輸出的力量也隨之變小,直至發條恢復原狀為止
9⃣ 紙飛機發射器 #認識輪軸與磨擦力
📘 小筆記:
紙飛機發射器是利用兩個圓輪與紙飛機之間的摩擦力,來固定住紙飛機(所謂摩擦力,是指一物體在另一個物體表面上滑動或將要滑動時,這兩個物體在接觸面上會產生阻止相對運動的作用力,這種作用力稱為摩擦力。試試看用不同厚度的紙張摺紙飛機,看看紙飛機與發射輪在不同摩擦力之下,會有什麼樣不同的反應及效果
🔟 古代明輪船 #齒輪傳送以及輪軸原理 #體驗水的浮力 #作用與反作用定律
📘小筆記:
明輪船是指在船的兩側裝有類似輪子、能旋轉的槳輪,由於槳輪的一部分露在水面上邊,因此被稱為明輪船。當流體的浮力>物體的重力(密度)時,物體將會上浮。當明輪船的槳輪在水中旋轉時,會對水產生一股推力(作用力),同時,水也會以反方向對槳輪產生一股反作用力,使船作前進運動。
❶❶ 旋轉木馬音樂盒 #槓桿力矩原理
📘小筆記:
遊戲過程中可以學習到發條的工作原理是屬於槓桿力矩原理而運作的:當發條被上緊時,此時發條前端的槓桿力矩最長,所以發條前端輸出的力量也最大。運行一段時間後,緊緊盤在發條軸上的發條會慢慢鬆開,它的能量隨之下降。當能量即將耗盡時,發條末端的槓桿力矩最短,所以力矩也最小,因此輸出的力量也隨之變小,直至發條恢復原狀為止。
❶❷ 浪漫的摩天輪 #動力傳送 #槓桿力矩原理
📘小筆記:
遊戲過程中可以學習「皮帶」所產生的動力傳送,以及槓桿力矩原理而運作的發條工作原理:當發條被上緊時,發條前端的槓桿力矩最長,所以發條前端輸出的力量也最大。運行一段時間後,緊緊盤在發條軸上的發條會慢慢鬆開,它的能量隨之下降。當能量即將耗盡時,發條末端的槓桿力矩最短,所以力矩也最小,因此輸出的力量也隨之變小,直至發條恢復原狀為止。
❶❸ 消防雲梯車 #巴斯卡原理 #流體力學
📘小筆記:
消防車又稱救火車,是專門用作滅火或其他緊急用途的救災車輛。按功能可分為抽水車、雲梯車、搶救車及其他專門及支援車輛。消防雲梯車是屬於消防的高空作業車,通常被用於高空灑水及救人。雲梯的主要運作方式,是利用了流體力學中的巴斯卡原理(液壓傳動),來操作雲梯的伸縮。
⭕系列三: 讓孩子著迷的遊戲製作與實驗(4個主題)
#認識偏心輪軸的推力 #槓桿原理
1⃣ 腕龍
2⃣ 無齒翼龍
3⃣ 三角龍
4⃣ 暴龍
#STEAM #SCENICE #TECHNOLOGY #ENGINEERING #ART #MATHEMATICS #科學 #科技 #工程 #藝術 #數學 #小創客
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我們的下一代和美國pk科技,能贏在起跑線上嗎?
分享一篇我的好朋友談教育的文章,作者郝景芳是大陸知名新銳科幻作家、教育企業「童行學院」的聯合創始人,比較東西方在兒童基礎教育思維上的差異,探討我們的下一代需要什麼、而我們能為他們做什麼?
文章轉載自郝景芳的微信公眾號:晴媽說(id:qingmashuo),已獲作者轉載授權。
前一段時間,有一所學校招生的新聞悄無聲息佔據了很多關注教育的人目光C位,紛紛議論:如果是你,會送孩子去這所驚世駭俗的學校嗎?
▎從一所學校引發的討論
這是一所什麼樣的學校呢?原來是矽谷鋼鐵俠 Elon Musk 埃隆.馬斯克給自己孩子建立的私人小學,現在對外公開招生了。
消息一經發出,瞬間擠破頭。加州有1000個以上家庭遞交了申請。 (注意!這只是本校Ad Astra的分校Astra Nova,雖然課程和模式照搬了本校,但畢竟只是子品牌,就已經如此轟動了。)為什麼?
我們先來看一下這所學校入學考什麼:
試題一:首次殖民火星任務需要一位隊長。以下為六位候選人自評及他評的創造力、合作力、尋找資源力、定力、學習力、體力、意志力,七個方面的數值。
1.1 請問哪位候選人最適合擔任隊長來完成以下任務:
“存活並在火星建立基地,在兩年後返回地球。”
1.2 如果任務變成以下,誰又更適合:
“存活並在火星建立基地,使用火星的資源建立能源工廠。永久待在火星並等待三年後第二批殖民者。”
1.3 我們是否應該派人去殖民火星?為什麼?
試題二是一款自創的策略桌遊,讓孩子跟對手對戰二十次,摸清桌遊規律,並尋找出最佳策略。
哇哦,這樣的入學測試題,是不是耳目一新呢?你家小朋友會如何回答呢?
馬斯克原本建立的Ad Astra學校,只是給他的SpaceX員工家的少量小朋友辦的”子弟校“,也算是承襲了我們社會主義祖國”企業辦校“的優良傳統,有著濃濃的SpaceX企業風。那麼這所學校日常如何教學呢?
Ad Astra的學生:
- 不分年級:8-14歲的孩子一起上課
- 側重科技:學習的科目主要是編程、AI、倫理和工程
- 練習創業:每人都會建一家虛擬公司,使用學校的虛擬貨幣進行創業和交易
- 接受複雜性挑戰:模擬、案例研究、製造和設計項目、Astra Nova開發的實驗室和企業合作夥伴;學生被複雜性和解決未知問題的能力所吸引。
- 每年更新:每年根據學生和每個項目、實驗室、討論或戰略計劃的經驗教訓來重新設計。
- 讓孩子們喜歡上學:如果學生被認真對待,他們的時間被充分利用,會怎麼樣呢?
哈哈,就是赤裸裸地培養科技創業企業家啊!說不准其中就有SpaceX的繼承人,或是下一代矽谷獨角獸公司創始人。
很想了解一下,這樣直奔主題、前沿酷炫、自由創新、前途未卜、不走尋常路、偏科嚴重的學校,如果是你,會給孩子報名嗎?
▎從科技之爭引發的思考
Ad Astra對科技的重視,讓我們想到近期另一個持續火爆的話題:中國大陸的科技和西方發達國家之間到底有多大差距?
我們都知道,自從去年華為被美國針對性封鎖以來,中國科技面臨著前所未有的挑戰:敵人像窮凶極惡的野狼一樣圍追堵截,而我們在關鍵性技術——尤其是芯片上——受到了極大掣肘。美國進入了麥卡錫主義,對所有與科研有關的華人採取排擠和封鎖政策。這讓人議論紛紛、憂心忡忡、怒氣沖衝。
這引發了很多討論:大陸和發達國家的科技差距,最主要的來源是什麼?
對這個問題,我曾經寫過兩篇文章,從資金投入、資金結構、產業結構角度進行了分析:《創新中國仍然缺失的必要環節》和《特朗普貿易戰,為什麼是個教育問題》,在此不多展開。
在此只想分析一種說法:“中國科研起步晚、投入少,暫時落後很正常,只要持續花錢投入,假以時日,一定能全方位超越歐美髮達國家。”
這種說法聽起來很有道理,但是深入分析就會發現問題:如果認為中國20年後科研水平將全方位超越歐美發達國家,那就意味著,20年後,中國的科研主力軍實力水平要全面超越於歐美髮達國家科研主力軍之上,進一步推論,這就意味著,今天10歲的中國孩子,未來的科研能力要全面超越於今天10歲的歐美孩子。
是這樣嗎?我們的少年真能贏在科研的起跑線上嗎?
我向大家推荐一本書:《Cycles of Invention and Discovery——Rethinking the Endless Frontier》,是一本深入回顧科學和科技創新的研究,有不少紮實的工作和洞見(尤其推薦其中講貝爾實驗室的部分)。
這本書裡詳細回顧了現代半導體和通信工業的發展歷程,其中重大的成果節點包括:
- 1956年諾貝爾獎(1947/48年成果):晶體管的發現/發明;
- 1964年諾貝爾獎(1954/58年成果):量子電子學的發展引發激光的發現/發明;
- 1985年諾貝爾獎(1980年成果):量子霍爾效應的發現;
- 1998年諾貝爾獎(1982年成果):帶有分數電荷的新型量子流體的發現;
- 2000年諾貝爾獎(1957/63/70年成果):半導體異質結構的發明;
- 2009年諾貝爾獎(1966年成果):光纖波導的發明;
可以看得出來,這裡面有兩個非常明顯的現象:
1)發達的信息工業背後,是強大的基礎研究作為水下冰山;
2)發現和發明往往先於工業應用很多年。
晶體管的發現/發明(1948年)先於英特爾公司成立20年(1968年),更早於286芯片上市(80年代)。再往前追溯,晶體管的前身電子管,是1884年的想法,1904年的專利。是100多年持續不間斷的強大的基礎研究才導向今天發達的工業應用。那是什麼力量帶來了這樣強大的基礎研究?
基礎研究不同於應用研究。應用研究通常是把所有能獲取的科學成果整合在一起。結果是可控的、時間是可控的、成本是可控的、方向是可控的。但是基礎研究不是這樣。基礎研究方向是完全不確定的,它的目標就是發現和理解,是向未知前行。站在歷史節點上,我們會發現:
半導體的發現不是為了電腦,是法拉第發現了異常電阻現象;電磁波的發現不是為了手機,是麥克斯韋從數學上整合電現象和磁現象;流體力學方程不是為了飛機,是伯努利為了解釋水流速不同的現象;激光的預言不是為了光纖和武器,是愛因斯坦發現的光電效應和量子力學能級理論的推演。
所有這些帶來劃時代改變的重大發現,都是為了解釋自然現象、探索基本規律,背後是抽象思想帶來的快感,是科學家對自然不斷追問的樂趣。
▎教育系統需要作出的改革和困難
從前面的梳理我們可以看到,真正劃時代的重大發現,都是去解決未知問題。但是我們目前的教育,讓學生練習的都是“解決已知答案的問題”,而不是“解決未知答案的問題”。我們練就了孩子們猜測出題人心思的能力,但是真正面對複雜未知的自然,該如何思考和探索,孩子們是毫無概念的。
真正好的基礎教育,是讓孩子學習探索未知問題。這種教育需要教孩子的是探索問題的方法,而不是直接記住答案。
馬斯克在接受采訪時說過,如果你想教別人如何使用引擎,你應該把引擎給他們,讓他們自己動手拆卸,而不是簡單地在教科書上閱讀螺絲刀和汽車的知識。如果一個孩子把引擎拆開,他們會明白所有的部分是如何一起工作的,他們會明白整體,而不是部分。
我們的傳統教育是告訴孩子電磁感應定律是什麼,然後讓孩子通過左右手定則做練習題,而真正培養創新者的教育,應該反過來:讓孩子理解法拉第到底在探索什麼問題,他觀察到什麼,他是怎樣想問題的,是怎樣提出理論猜想,怎樣做實驗驗證,遇到什麼挫折,又是怎樣找到答案,最後得出電磁感應定律。
也就是說,傳統教育是從知識出發,培養創新者的教育是從探索出發,讓知識作為結果。
我們有多少課堂帶孩子了解過科學定律的發現過程?我們有多少學生知道,胡克是為什麼研究彈簧?伽利略是為什麼研究慣性?如果不知道科學探索背後的思維邏輯,就很難做出未來的創新。可是引領孩子探索知識的發現過程太花時間了,沒有哪個課堂有這樣的耐心。
對比中美教育創新,會發現,我們的基礎教育改革實在是太慢了、太難了,不要說一所像Ad Astra這樣顛覆式創新的學校,就連做一些教材和教學法方面的改革,都舉步維艱。
制度政策先不說,人才培養方面,能夠做“以問題為引導”“探究式教學”設計的老師就十分稀缺;考核方式方面,目前之所以只強調應試,是因為其他教學方式缺乏統一評價標準,給舞弊開了口子;教育出路方面,現在仍然只有高考一條路能導向好的職場發展,缺乏和新興職場發展的鏈接;社會環境方面,現在整個大環境都急功近利,讓父母也充滿焦慮。這些方面都讓真正開創性的教育探索困難重重。
▎致力培養下個時代的革新者
我之所以創辦童行學院,就是希望在中國也能做一些面向下個時代培養創新者的事情。辦學校不容易,我們就辦課外學校。
童行學院採取線上課的方式,給孩子項目制的實踐機會,培養孩子知識、視野、思維,並讓孩子感受並學習科學、人文、藝術背後的思維方法。童行學院的所有課程和引導理念,都是以問題為出發,問題驅動的學習。我們在時空之旅課程裡,帶孩子探訪科學家,回到科學發現的現場,跟科學家一起發現知識。這種“問題驅動——激發好奇——引導思考——培養思維——學習知識”的教學思路,是一種從根本出發的教學方式。
在童行學院的“火星探索”項目制學習營中,有一個環節是讓孩子探索“如何讓火星車減速,安全抵達火星”。我們讓孩子準備一個煮雞蛋,用生活中各種能想到的材料,想辦法讓煮雞蛋從高空中落下而不摔碎。孩子通過動手,再和老師討論,會真正理解火星探索過程中的挑戰,也會對重力/空氣阻力/緩衝等等物理概念充滿好奇,熱情發問。
我們希望有更多同路人參與,我們會積極尋找志同道合的合作者,也希望更多家庭和孩子加入我們。
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