高瞻课程主题（四）：机构玩具的探究实验教具与课程设计
授课教师：汪殿杰老师（台北市立大同高级中学）
课程内容：课程透过游戏体验方式了解物体重心与重力矩变换关系，设计能在斜坡摆荡
的自走玩具，提供学生理解力矩与平面运动机构的科学应用概念，提升学生
应用科学概念动手实作与问题解决能力。
王馨贤（初三礼）报道
汪殿杰老师首先自我介绍，他于1984年开始在大同高中授课，迄今已有20余年。他表示自己在小时候不算是会念书的学生，由于汽车修复的技能才保送台师大（国立台湾师范大学）。在教学生涯中，他一面教学一面自学生身上学习如何教书，近年来则积极投入研究学生实作和STEM的跨科技整合，使学生在实作中了解如何学习。
接着，汪殿杰老师向大家介绍“斜坡自走玩具”。斜坡自走玩具是机构设计的一种，利用木板制作一个具有2只脚的玩具，前脚固定于玩具，后脚上方钻一孔洞，再利用轴销穿入，形成一个可以活动的后脚，此时玩具的后脚可以活动，将自走玩具放在斜坡上，运用重力及斜面摩擦力，能利用地心引力和位能释放的动力产生摆荡运动，让自走玩具自行走动，其中包含许多数学和科学原理。
汪老师让学员们观察斜坡自走玩具如何运作，他表示让学员们制作斜坡自走玩具前，需要通过各种实验让学员们了解其中的理论，才能引导他们进行制作，斜坡自走玩具更是应用了大量的力学理论。除此，我们也可以利用数位教学工具，引导学员快速理解关于力学、电学的知识。
汪老师介绍所应用到的相关学科内容，主要分为3种：结构设计、机构设计和机电控制。他表示生活科技这门学科变得热门，是因为大学的各种课程都牵涉到生活科技，加上全世界认为动手做的能力越发重要，台湾教育界也开始大力推动此学科的发展。近年来台湾推行了一系列相关科学比赛，恰巧今年的主题便是斜坡自走玩具。
接着，汪老师进一步介绍跨科技整合STEM的概念，这是一门以理论和工程相融合的课程。他说，我们可以利用力学计算二维度，但是三维度却复杂且难以计算。老师在教导学生时，要利用科学化的教法使学生了解课程内容与知识。他随之与在场的学员们分享3D教学策略与教具设计原则，他经常利用3D软体使学生更加了解机构理论，并通过实作来启发学生的思考模式。
接着，汪老师介绍了重心自走玩具机构设计。这项设计分为统整性、实用性、趣味化和弹性化。他说趣味化是其中较为重要的环节，因为这是吸引学生学习的重点。他还介绍了跨科技STEM探究实做教具的设计原则（S：重心、重力矩 T：结构设计应用 E：静力平衡、结构力学 M：对像镜像）。汪老师与大家分享如何提升学生学习物理知识的方法，包括尝试错误法 （Trial and Error）和预测分析法（Predictive Analysis）。尝试错误法是一种解决问题、获取知识的方法；而预测分析法则是根据客观对象的已知信息，对事物在将来的某些特征、发展情况的一种估计或预算活动。此外预测分析法可以让学生在制作自走玩具时更为精准。汪老师也提到自走玩具的设计制作关键在于其重心，我们可利用垂心法来求取一个不规则形状物体的重心。
汪老师建议各位老师利用3D运算软体来教导学生。这个软体可以让老师们在设计自走玩具的同时进行分析，使自走玩具的准确性更高。他建议自走玩具可使用3片式设计，简化制作自走玩具的困难度。他介绍了自走玩具的两种制作方法。一是三片式自走玩具、二是外脚式自走玩具。外脚式自走玩具做法比三片式自走玩具更为困难、复杂。接着，他为老师们介绍制作自走玩具所需的辅助工具，例如线锯、带锯和钻床，并为老师们解释其构造与操作示范。
汪老师播放一些自走玩具的作品案例，让大家更进一步了解自走玩具。在播放影片的过程中，他与大家分享本身让学生们利用自走玩具成立竞赛，除了提高学生们对自走玩具的兴趣，更启发他们研究如何让自走玩具走得更快且稳，从而使学生们掌握做实验的条件。
其后，汪老师教导大家制作简易的自走玩具，并示范如何应用软件来设计自走玩具。制作过程中，大家都很尽兴，努力探索制作自走玩具，失败了再重新钻研。本环节结束后，汪老师进一步介绍基本的机构学三个阶段，那便是杠杆秤、凸轮玩具和测距仪。最后，汪老师分享其他国家所制作的自走玩具，让大家大开眼界，丰富的学习内容对老师们甚有启发，大家满载而归。
No comments:
Post a Comment