《悬水杯的秘密》教学设计

《悬水杯的秘密》教学设计（精选3篇）

《悬水杯的秘密》教学设计 篇1

【教学目标】

1.科学概念：学生认识到当把一定空间（杯子）内的空气排出，杯子内杯子外的空气的多少不一样的时候，会导致压缩和吸力，这也是大气压强存在的有力证明。

2.过程方法：

学生用水将杯中的空气排除，再用塑料片密封，使得空气无法流通，让学生观察并思考杯子倒过来后放在瓶子口的塑料片为什么不掉下来，并对这一现象能做出多种假设和设计实验验证；

通过分析“吸盘”“吸管”等生活用品，认识生活中气压运用的实例，知道大气压的存在和应用。

学生观察悬水杯模型，明白杯中水的去留是因为受到大气压强的控制。

3.情感态度价值观：

让学生懂得留意生活中一些惊奇的发现，并能通过利用身边的材料来思考设计去验证自己的想法。

了解到生活处处有科学，小小的发现也能成就大大的发明。

【教学重点、难点】

证明气压的存在，以及理解气压之差产生的“力”的现象

【器材准备】

一次性塑料杯，塑料片，水槽，气球皮，针筒，夹子等

【教学过程】

一、揭示课题

1.表演引入：出示悬水杯，教师表演

2.学生提问，揭示课题

看了刚才的表演你有什么问题？

预设：生1：水为什么会留在杯子中；生2：为什么能控制水的流下时间

（板书：悬水杯的秘密）

二、水悬在杯中的秘密

1.探究一：学生初试悬水

给一名学生一次性杯子，灌水试验，了解水受到重力，从上而下从杯中流出

学生用塑料片，将水悬在杯中。

学生对悬水现象做出假设

假设1：水悬在杯中与水的多少有关

假设2：水吸住了塑料片

假设3：杯中的空气的多少有关

2.探究二：深究悬水的因素

学生设计实验验证

（1）与水的多少有关

无水，半杯水，满杯水这样三种情况来验证自己的猜想？

学生尝试实验

对现象做出结论：与水有关；但与多少无关。提示：实验中的两个变量，水多空气少，水少空气多。

（2）与杯中的空气的多少有关

学生更严谨地设计对比实验。

出示材料气球皮，理解气球皮与塑料片的区别就是为了密封，不让空气流通。同时解决水吸塑料片的假设：水如果能吸住塑料片，那么气球皮应该向着杯内变形。

装水，观察气球皮的变化，分析变化原因。

学生抽空气，观察气球皮和水位的变化，分析变化的原因。

学生思考，得出结论：与空气的多少有关，空气越少，气球皮受到的压力就越大。

教师解释大气压强，并且了解一定空间（不流通），空气少低气压；空气多高气压，气压差会表现出“力”现象。

三、控制水流下的秘密

1.学生尝试让水流下，观察发现有空气进入杯内。

2.学生观察悬水杯模型，发现“小洞”。

用刚学的知识小结，“小洞”的作用，解释控制水流下的秘密。

3.学生表演

【板书设计】

悬水杯的秘密

疑问

1.水为什么悬在杯中？空杯 半杯 满杯

与水有关？

塑料片掉落 水不流下 水不流下

与空气有关！

2.为什么可以控制水流下？

大气压强

《悬水杯的秘密》教学设计 篇2

1设计的创新点及解决的主要问题

智能水杯底座具有水温检测、语音提醒、水温调节、节能减排和一座多用五大创新点。

1)水温检测。智能水杯底座能够实时地检测水的温度,并在显示器和流水灯上显示出来。通过水温检测,人们可以及时了解水的实时温度,防止由于水温过高或者过低而造成的操作失误。

2)语音提醒。人们可以根据实际需要设定一个温度,当水温达到这个温度时,蜂鸣器就会播放设定的语音或者音乐,提醒人们喝水。有了语音提醒功能,人们就不用担心由于忙碌而忘记喝水或者由于长时间等待而造成的水温过低无法饮用的情况发生。

3)水温调节。利用制冷片对水温进行控制,当水温过高时可以利用制冷片快速给水降温,当水温过低时,可以给水升温,使我们在最短的等待时间里喝到预定温度的水。

4)节能减排。底座上的温差发电片利用水与外界环境的温差发电,将电储存在蓄电池中,作为系统的辅助电能。这不仅使智能水杯底座可以在没有电的地方使用,更符合节能减排,绿色能源的理念。

5)一座通用。现有的智能水杯并不能脱离传统水杯的桎梏,并且智能化程度不高,价格居高不下,难以进行市场推广。智能水杯底座打破了现有水杯的桎梏,通用性强,一座多用,使普通水杯瞬间变身智能水杯,方便了人们的生活,降低了生产和使用成本,利于面向大众推广,具有广阔的市场前景。

2设计的主要内容

2.1外观设计

智能水杯底座整体形状像文房四宝中的砚台,外方内圆。基座的长方体是木质的,长宽高分别为15 cm,15 cm,5 cm。基座中间有一圆柱形空腔,空腔上的杯托为一个直径可调的铁质圆环,用来放置各种不同的水杯,圆环内放有温度传感器、制冷片和温差发电片。基座的上方有总开关和音乐开关,基座外表面有显示器、制冷片开关、水温调节按键和充电插口,后面则有一排流水灯。智能水杯底座作为一种辅助装置,其外观可以针对不同的人群进行分类设计和包装,通过基座外部图案的变幻体现不同的风格,比如儿童的天真烂漫,年轻人的时尚浪漫,中年人的古朴大方或者老年人的古典实用等。

2.2结构组成

智能水杯底座包括控制系统、检测装置、提醒装置、显示装置、控温装置、发电系统、充电系统和电源控制装置等。

1)控制系统:用stc89c51单片机及其外围电路作为智能水杯底座的控制系统。

2)检测系统:采用18b20温度传感器作为本系统的检测装置。

3)提醒装置:用无源蜂鸣器播放音乐。

4)显示装置:5110显示器和一排LED灯。

5)控温装置:由制冷片和变流电路及其开关组成。

6)电源控制装置:用一个六脚开关作为整个系统的电源控制装置。

7)发电系统:温差发电片和蓄电池。

8)充电系统:USB插口,5 V升9 V,3 V升9 V的直流变压器和蓄电池。

2.3工作流程

将水杯放置于智能水杯底座[3,4]中心的铁质圆环上,首先利用18b20温度传感器检测水温,温度传感器检测到水的温度后,将温度信号传给stc89c51单片机,单片机将温度信号转化为数字信号传送到显示屏,显示屏上显示即时水温,对应的LED灯发光。LED灯有四种颜色,不同颜色代表不同情况,使人们可以更直观地了解水温情况。当水温在70℃以上时,红灯亮,表示水温过高,不适宜饮用,当水温在40℃~70℃之间时绿灯亮,表示水温正好,适宜饮用。当水温在40℃以下时,黄灯亮,表示水温较低,谨慎饮用。当我们通过按键设定一个温度值后,单片机将检测到的温度和设定的温度值作比较,当水温达到设定温度时,蜂鸣器播放提醒音乐,彩灯亮,提醒人们喝水。

制冷片、温差发电片和充电系统独立于单片机的控制之外,制冷片通过开关来对水进行加热或降温。当打开开关,并且水和外界存在温差时,温差发电片发电,并通过升压模块给蓄电池充电。另外,也可以用手机充电器或电脑对底座充电,底座里面的升压系统将5 V的电压升到9 V,给蓄电池充电。

3结束语

随着现代社会生活节奏的加快,饮水时人们同样追求方便快捷,如何能够随时随地喝到温凉可口的水,一直困扰着人们。现如今,水杯底座市场几乎一片空白,智能水杯的智能程度及安全性也不是很高,并且价格居高不下。智能水杯底座具有水温调节和语音提醒功能,通用性强,提醒音乐和外观可针对不同人群进行分类设计和包装,且成本较低,利于面向大众推广,具有广阔的市场前景。

摘要：水杯是必不可少的生活用品,人们可以根据需要进行选择,但是水杯不会自行调节温度,不能根据人的需要随时提供即喝的水。为了使饮水变的更加方便快捷,进行了智能水杯底座的设计,智能水杯底座具有水温调节和语音提醒功能,通用性强,提醒音乐和外观可针对不同人群进行分类设计和包装,且成本较低,利于面向大众推广,具有广阔的市场前景。

关键词：水杯底座,智能,水温检测,语音提醒

参考文献

[1]赵美玲.基于大学生需求的一项产品概念设计—智能人性化水杯[J].中国市场,2013(13):23-24.

[2]聂光辉.智能水杯开发与研制设想[J].发明与创新,2008(9):45-46.

[3]徐娜.创意杯具[J].知识就是力量,2011(6):55-56.

现代水杯设计中的关系因素 篇3

一、人机工程学与水杯设计的关系

人机工程学起源于上世纪40年代，它的研究任务是通过对人、机、环境综合体进行系统的分析后，建立合理且又可行的实用方案，使设计作品操作简便省力、迅速准确、安全舒适。

水杯需要手指捏、手掌握，并依靠手腕的翻转和手臂的活动实现饮水的过程。要想获得良好的使用感受，不能仅凭臆测，很多时候是要依靠人体解剖和工学的科学数据来改善设计。手指、手掌的解剖结构，决定着水杯的大小和形状；另外，手臂的长短、翻转角度决定着饮水这一动作如何调动上肢其他部位进行配合。必须根据人的生理需要来完成造型处理，以更有效和简便的方法迎合人的需求。

手指和手腕活动范围存在一定限度，图“人手活动范围示意图”中反映的是手在空间里的可活动范围和最佳活动范围。这些人类工程学的研究成果，从科学的角度为设计提供了直接依据。人手的自然尺度不仅决定了水杯设计的尺度和极限，同时也决定了人的观察方式和接受方式。把人体参量合理地运用到设计中，才能使设计作品在人·物·环境系统中获得最佳的匹配。

二、人与物的理性要素分析

从理性角度说，水杯最基本的功能是帮助人完成饮水的动作，因此手握的舒适、便于饮用是设计和创造的前提。

呈现在人们眼前的杯子轮廓大多是简单的线条，但看似单纯的外形其实隐藏着颇为复杂的人与物的关系。联系上面的内容，我们可将水杯的几何造型在杯子高度、直径、宽度、斜度和弧度等方面进行异化处理，经过比较，依据人体尺度和审美感觉得出更适合人使用的、合理的形式。它们在不同角度告诉大家，设计水杯从造型上如何获得好的效果。“造型变化分析图”分别以七个方面展开推敲：

1. 底面不变，高度变化

在高度上的增加能够增大容量，扩大接触面积。但随着重心的提高，会令摆放不稳。而且过长的杯子使用时，必须抬臂、仰颈，无疑会增加难度。还有，杯里剩下的水回流，因为落差的关系，它们碰撞在杯壁和杯底通常会有水珠迸溅而出的现象。

2. 高度不变，宽度增加

杯体宽度、直径的扩大，也会带来水容量的增加。口径的增加，会给人以浑厚、敦实的视觉感受。从中国出土文物可以发现，看似低矮的器皿，造型庄重典雅，符合祭礼素雅的要求，渗透着礼治观念。当然口径尺寸需要参照手指长度和关节的比例关系，一般以单手能够握住水杯1/2周长为限，超出这个范围，使用时会有不适感。

3. 口大于底的梯形杯

这类杯子，手和杯子接触的位置面积宽大，每个人可以根据自身手指长短和手形特点选择握点，保证牢牢握住杯子。广口杯方便液体流出，即使饮用的是粘稠的咖啡、奶茶也都可以一饮而尽。生活里常见的“一次性”水杯大多采用3b、3c这种类型。但好的形式也存在限度，例如3d杯口过大，缓冲范围小，水流距离短，饮水时水量较难控制。

4. 头重脚轻的“斗笠杯”

这类杯子在古代被概括为广口，斜直腹，小圈足。形似一只翻转的斗笠，因此俗称“斗笠碗”或“斗笠杯”。这类造型注茶汤时抛物线型的流水可促成更多的“汤花”出现，正好满足了宋代饮茶观其形的要求，在当时广受喜爱。“斗笠”类型用于水杯设计，在现代社会没有被发扬光大，可见人们在界面处理上更注重在美与实用之间寻找平衡点。对于斗笠杯，注汤时宋人只注到十分之六，实测证明，这是一条临界线，超过这个范围，杯子较易翻倒。

5、由直到圆的形式

恰当的圆器意味着圆融、水流顺畅。人手除拇指外，其他四指弯曲45º左右最为自然舒适（手掌自然弯曲捧杯状态图），这一范围里手心与手指自然呈凹陷的弧面形状，底足略圆的造型可以完美的处于此弧面之中，手掌左右凸起的肌肉和肌腱此刻又自然地靠住外壁，起到防止杯子跌落的屏障作用。但是浑圆的杯子使用起来想要倒尽所有的水是有难度的，在清洗内壁时也会带来麻烦。

6. 口沿的弧形外撇

这一类的水杯，在中国古代茶具造型上被广泛采用。“口沿外撇”且“腹部宽深”的造型，不仅容量大，口沿的弧度也适合饮水时入口舒适的要求。

明永乐青花压手杯是流传于今的茶杯代表作品，明人谷应泰《博物要览》一书中说：“永乐年造压手杯，坦口，折腰，砂足滑底……式样精妙，传世可久，价亦甚高。”这件青花缠枝莲纹酒杯，形体古朴敦厚，胎体稍显厚重，器形较小。杯子重心在杯的底部，口沿微微外撇，手握杯时，可将杯覆合于手的虎口处，大小恰合掌心，给人以稳重贴合之感，因而得名“压手杯”。

7. 底脚的处理

如果杯内液体温度较高，底脚位置做成圈足式样，很有必要，既能隔热又可保温。清洗时也能用手指同时卡住口沿和底脚，不易脱手。但是7d的底脚过高，此造型生产过程中容易变形，一定程度上提高了成本。

从“压手杯”上我们可以看到古代工匠的巧思、擅为。功能性是古人造物首先遵循的原则，“百工制器，必贵于用。器而不能用，工不为也”，能用而且善用是处理界面问题压倒一切的造型观念。

三、水杯设计的情感因素研究

1. 日本民艺家眼中的造物原则

民艺俗称为民间艺术，它代表着普通民众阶层特有的文化特点，民间工艺有着取材自然、隐喻自然的特征和单纯亲切的性格。日本著名民艺理论家、美学家柳宗悦认为，手工作业的过程充满快乐，并且可以赋予作品特殊甚至意外的美感，但是机器生产，却是冰冷、简陋又枯燥的。他的观点得到民众的支持，也影响了此后一大批艺术家。他们认识到，设计应该重视生活质量、摆脱盲从、关注人与自然，发掘本民族本地域的优良传统,使本土文化能够超越引进文化。

日本人是重视生活艺术的民族，茶道、花道、日式料理，都讲究将艺术融入生活，悠然的生活状态和精致的生活态度，促成日本人审美观念的形成，决定了器皿的体量、色彩、肌理。陶艺家铃木治精巧的工艺、单纯的外形，以及温暖亲切的触摸感都与日本传统风格一脉相承，甚至作品里蕴含的禅道风格也符合日本精神。滨田庄司是另一位借助日本“民艺运动”而成长起来，并最终赢得国际肯定的艺术家。传统的土窑、釉料和加工方式，并没有束缚他的思想，反而激发了滨田的个人创造力。色彩凝重朴素、造型饱满简洁这些滨田庄司的作品风格，使现代艺术家的创新活动与保持传统交相辉映、镶嵌式发展的同时，令民众重新审视传统手工艺的价值，真正实现了现代艺术设计走向世界的宗旨。

2. 北欧当代设计师的创作意识

经济的全球化，导致文化也出现全球化的局面，注重创意和软实力的北欧国家却能够脱颖而出，走在整个时代的前面。Stefan Lindfors是一位出生在芬兰，同时活跃在艺术和设计界的人物。他曾经参与过非常多的国际雕刻项目，多次在伦敦、巴黎、米兰、纽约、东京等地举办设计和雕塑个展，他还身兼教师、导演等多重身份，也为商铺、饭店作设计。像Stefan这样的北欧艺术家有很多，他们跨越多领域，游刃有余地行走在各个艺术门类，成为艺术创意产业的中坚力量。Tonfish(金枪鱼)是北欧一家新型的设计工作室，它由经过改造的传统茶壶起家，迅速发展起来，他们的理念：“当人们把杯子端在手里的时候，他的感觉是很重要的，饮食是一种温柔的奢侈。”图Tonfish的另一组作品“bar 陀螺”，特殊的杯底带有游戏性，可以在喝完咖啡后，将杯子在桌上转着玩。

北欧的艺术家能保有传统，但这并没有妨碍与时俱进。他们可以将日常生活用品抽象化、艺术化，朴素简约成为总体特征，作品充满丰富的想象力。手拿他们的作品，即使是由机器大量生产的商品，也感觉不到棱角，好像是从传统作坊里精雕细琢出来的做工精良的民间工艺品，你感受到的是柔韧和与人心的贴合。在这里艺术家最常说的是“生活的质量”、“慢慢地使大脑休息”，艺术不仅仅停留在形式上，在完成形式之前的思考也被认为是一种艺术，和其他国家为了单纯竞争而去刻意打造物品不同的是，北欧的设计师和艺术家的造物活动是在追求品质的过程中将其制品化。

2010年4月，在广州美术馆曾举办了一个名为“1001茶杯”的国际陶艺展，这是一个由来自五大洲100位陶艺家共同完成的展览，1001个茶杯蕴含了1001个故事，代表了1001个风格迥异的人生态度。在这里杯子已经不再只是盛装液体的物体，也不是家具卖场美化家居的装饰品。它们有的细腻纤巧，有的质朴古拙，有的粗粝狰狞，站在展台前，观众感觉的是震撼：这些并排的杯子就像不同国籍和肤色的人，并且杯子也可以像人一样具备性格！握着手中的茶杯，仿佛握着大千世界。相对传统水杯的完整、光洁、细腻、功能强烈，探索者将物品变得粗糙，笨重、残缺，甚至把雕塑形式等原本与杯子不搭界的素材引入杯中，杯子变为展示自我的舞台和抒发对客观世界感受的载体。