教学教具设计

教学教具设计（精选12篇）

教学教具设计 篇1

一、仪器设计背景

现有高中物理教材中关于安培力有两方面的实验：一是如何确定安培力的方向，二是研究安培力的大小取决于哪些因素。

1. 安培力的方向

传统的实验装置如图1所示，用通过电流I的导体ef在水平轨道ab, cd上运动显示它在磁场B中受到了安培力。在此特定条件下，导体运动v的方向恰好与安培力F的方向一致，在初中讨论安培力的方向，如此即可。但在高中，若将磁场B改为非竖直方向 (如图2所示) ，或使导体ef不与轨道垂直 (如图3所示) ，会看到ef仍然沿轨道水平运动。这表明在这种条件下，由v的方向并不足以判定安培力F的方向。原因是其运动受到了轨道的约束。再者，对于I与B不垂直的情况 (如图4所示) ，更没有合适的实验来正确显示F的方向。

安培力定量演示仪解决了上述问题，能够直接、正确地显示F的方向总是垂直于I与B所决定的平面。

定量验证公式：F (28) BILsin。

传统的仪器是20世纪80年代研制的“电流天平”，能够相当精确地验证F与B, I, L的关系。不足之处是：不能验证F与I跟B的夹角θ的关系，使用杠杆平衡测力不便于操作，需要配备大电流 (3～5A) 直流电源。

安培力定量演示仪采用钕铁硼强磁体形成较大空间的磁场，灵敏的数字电子秤测力解决了上述问题，适于做定量测量和全面验证。

二、仪器设计要点

安培力定量演示仪设计新颖，改变了过去常规仪器的束缚，创造了一种新的实验方法。采用钕铁硼强磁体作为磁场源，磁性极强。采用超级电容作为电源，可以产生一般电源不能供给的大电流。加之设计中采用了特殊技术，使金属棒可以跳起明显可见的高度，克服了金属棒在通电的一刹那，作用时间过短，合力的冲量太小，金属棒的动量变化不大的状况。还可以用微小力传感器测量安培力的大小。

安培力公式为F (28) BILsin，使用数字电子秤 (量程2N，感量0.001 N) 测量安培力F与电流I大小的数量关系；改变线圈在磁场中的长度L，可以研究安培力F与L的关系；改变磁感应强度B，可以研究安培力F与B的关系；改变磁场与电流方向的夹角，可以研究安培力F与夹角的正弦值sinθ的关系。用电子表格描绘图像。也可以使用力传感器和电流传感器测量安培力和电流，用软件描绘图像。仪器实物图如图5所示。

三、仪器设计原理

(1) 水平磁场B向左，金属棒中电流I水平向里，金属棒在竖直方向受到两个力的作用：重力G竖直向下，安培力F竖直向上，金属棒受到的合力竖直向上，当合冲量达到一定大小时，金属棒向上跳起 (如图6所示) 。

(2) 如图7a所示，P1, P2为钕铁硼强磁体，a, b为电极，c为空心铜管，其质量约为2.2 g。a, b与超级电容器 (120 F, 2.7 V) 连接，该电容器充电后作为电源，放电时电流很大，能够满足安培力的需要。在铜管与磁感应强度B成某一夹角 (小于90°) 的情况如图7b所示，当铜管中通以电流时，则受到钕铁硼强磁体磁场的安培力，铜管向上跳起。图7b中的铜管c与磁场方向B成某一夹角的情况，铜管仍然能够向上跳起，说明安培力F的方向与磁感应强度B以及电流I所决定的平面垂直，不一定要将铜管中电流方向与磁场方向垂直来说明安培力的方向。此外，该仪器附带有给超级电容器充电的专用直流电源。

四、实验原理和数据

1. 安培力与长度的关系

测量原理如图8所示，长5 cm、50匝、3.0Ω的长方形线圈，其下边与磁场方向垂直，下边通电方向使安培力方向竖直向下，线圈用线悬挂在电子秤 (量程2 N，感量0.001 N) 上，线圈电路串联安培表测量通过线圈的电流。设线圈的单匝中电流为I，则50匝的总电流为50 I，这样可以用较小的电流获得较大的安培力。边长5 cm线圈实测数据见表1，安培力与电流的关系如图9所示，说明安培力与电流大小有很好的线性关系。

换用长10 cm、宽10 cm的正方形线圈，长10 cm、宽8 cm的长方形线圈，长10 cm、宽5 cm的长方形线圈在测量电流相同情况下的安培力与长10 cm、宽4 cm的长方形线圈的安培力进行比较，如图10所示，可知安培力大小与磁场中通电导线的长度有关，长度越大，安培力也越大。图11是4个不同长度线圈，取电流=0.08A时，安培力与载流导线长度关系图像，数据见表2，从图中可以看出安培力与载流导线长度有接近正比的线性关系。

2. 安培力与角度正弦的关系

当电流为定值、磁感应强度为定值时，安培力的大小与电流和磁场的夹角θ有关，用边长为5 cm的线圈，单匝电流为0.30 A时，总电流为15 A，安培力的大小与转角大小见表3。安培力与转角正弦值关系见表4，图像如图12所示。

3. 安培力与磁感应强度的关系

在研究改变磁感应强度B时采用短路磁场的方法，以达到减弱磁场的目的。磁感应强度用高斯计测量，本实验中采用增强磁场和短路磁场的方法改变磁感应强度。短路磁场的方法：用相同长度的粗铁丝若干根组成一组，共用两组。用边长为5 cm线圈，电流为I=0.2 A时的数据见表5，图像如图13所示。

4．从实验数据验证安培力公式：F=BILsinθ

以表6 (图10) 中数据为例说明。取单匝电流为0.24A, 0.40A, 0.44A时，各个线圈的安培力实测值与BIL (θ=90°) 时的计算值对比可知在一定范围内，证明了公式的数量关系。但磁场中电流长度越大，电流越强，则BIL的乘积和测力计示数的误差就越小。测量结果的误差见表7。

五、实验说明

安培力定量演示仪的创新性体现在：

(1) 技术上采用了先进的材料和元件：钕铁硼强磁体和超级电容器使仪器的性能得到极大的提高，实验效果极其明显；使用数字测力计 (量程2 N，感量0.001 N) ，解决了微小的安培力测量问题；使用数字电流表测量电流，可见度明显。

(2) 磁感应强度用符合国家标准的磁感应强度测量仪 (即高斯计) 测量电流线圈长度范围内的平均磁感应强度值，取5个以上点的平均值。

(3) 验证安培力公式的误差比较小，完全符合定量研究的需要。用数字测力计测得的安培力值与磁感应强度B、电流I以及电流与磁场夹角的正弦值的乘积值，两者符合得很好，最大误差大约为20%，最小误差不足3%，这就很好地验证了安培力公式。

(4) 该仪器用于实际教学时获得教师和学生的一致好评 (北京80中、北京22中) 。

教学教具设计 篇2

谭俊峰

由于目前国内沙盘模拟培训中，所采用的沙盘教具多出于对CELEM的某种模仿，故我们常常看到的沙盘模拟培训教具中的生产设备设计为：手工线、半自动线、自动线、柔性线。

2005年人众人公司委托我设计沙盘模拟教具时，我对全面运营模拟沙盘的内在逻辑重新进行了设计，于是，对生产设备的设计也有了些新变化。

主要体现在两点：一是加入人力资源决策要素，从而使整体模拟过程中“研产销人财物”这六项管理核心决策要素都已进入沙盘之中，并将人力资源与生产设备配合起来。二是将柔性生产线调整为专用生产线。

这里要讲一讲为什么我将柔性生产线调整为专用生产线。

从名称上就可以看出，柔性生产线的灵活性很强，而专用生产线基本无灵活性可言。但这还不是调整的主要原因，其实主要原因在于“生产能力”。

而“生产能力”又将影响到沙盘模拟培训教具的整体安排，包括数量、重量、是否方便携带等等。正是出于这种教学及教具上的考虑，而非沙盘逻辑设计的核心，才使得更多的沙盘教具中均与国外一致，它们保留了柔性生产线。

因为，在一般设计中，即模仿国外沙盘的设计中（包括用友ERP沙盘、金蝶沙盘、ITMC沙盘、什么什么沙盘之类），生产能力非常小，因为它的设计中手工生产线需要三个步骤才可以生产出产品来，通常是三个季度，这显然会减少生产能力，为了教学的需要（包括市场需求、小组间竞争、模拟的成效等），沙盘教具应达到一定的产能，才能实现教学目的（比如竞争性及盈利性），于是，这种沙盘中就出现了灵活性及生产效率都非常高的柔性生产线。

但就如同我在其它文章中论述的一样，企业经营决策不等于算术题，更不能用数量数字来影响有效决策，传统的几分之几个产能的模式就无形中增加了数字对管理决策的影响，管理者真正需要通过学习培养的是决策能力，而非数学基础上的某种设计。

基于此，我将手工生产线重新设计为一个季度则可以生产出一个产品，按此逻辑，半自动、自动将大大提高生产能力，于是，也就不需要柔性生产线了，也就改成了专用生产线。

说到底，有两个要点：一是管理者培养决策力需要学习的是什么？我个人认为要简化数字影响，而培养战略性思维，即整体逻辑及经营策略。二是教具安排上如何更适合？我个人认为要尽量简化与经营决策无关的因素，尽管会增加教具的数量，使得携带与管理可能不容易（至少重量多了），但也许更便于学习。

教师自制教具的设计与制作 篇3

一、把握理念，满足教学要求

首先，自制教具的设计要以人为本，必须符合基础教育课程改革的基本理念。通过不断更新教学观念，转变教学方式，努力使人的个性全面、和谐地发展，促进学生的成长和发展，大力推进素质教育。其次，自制教具的制作要符合教学目标和要求。通过自制教具的实践运用能够更好地实现教学目标，满足教学的要求。最后，自制教具的设计要能够满足教师“教”和学生“学”的需要。即在教学过程中，通过自制教具不但能方便开展实验教学，而且能通过培养学生的创新精神和动手实践能力，理解和巩固所学知识，能够灵活运用知识解决实际问题。

二、 科学严谨，符合认知规律

自制教具的设计原理需要体现科学性，能够帮助学生进一步开展探究实验。所谓科学性，就是运用自制教具开展实验所使用和说明的原理要正确的、科学的，要充分体现科学的严谨性。同时，还要遵循学生的认知规律，例如，学生的认知活动遵循从具体到抽象，再到具体的顺序，螺旋式上升的认知规律等。在注重知识与技能的同时，还要强化过程与方法、情感态度价值观。在开展自制教具设计制作和实验的过程中，要充分调动学生的创新积极性、合作意识和团队精神等。

三、 大胆创新，突破传统观念

要设计和制作一套好的自制教具，需要在明确教学目标和要求的基础上，在教学过程中，善于观察和思考，从教学重点、难点入手，发现存在的问题，根据科学原理，突破传统的实验方法，设计出解决问题的方法和思路。例如在八年级物理第一章第三节《声音的特性》教学中，教材中的演示实验要求是将音叉发出的声音信号输入到示波器上，观察不同频率的音叉声音的波形，效果虽然很好，但是在教学条件落后的学校，特别是在农村初中学校一般都没有示波器，甚至音叉都没有。那么如何演示聲波的振动、响度与振幅的关系呢？这就需要突破传统思维和观念，对学科实验器材进行大胆创新，设计出精巧、新颖、价廉的自制教具。其中就有一位农村中学的教师结合第二章《光现象》的教学内容，利用简单的小平面镜、激光笔、空铁罐和橡皮膜等设计制作了一个自制教具，不仅能形象地显示出声波的变化，还能表现出声波震动与响度、振幅之间的关系。

四、 激发兴趣，师生共同参与

在自制教具的过程中，要充分激发学生的兴趣，开创思维，引导学生积极参与到自制教具的设计、制作和使用的过程中来，不但有利于培养学生的互相帮助和合作精神，还有利于学生掌握新知识、巩固旧知识，深刻理解实验原理，并将抽象的原理应用到现实生活中。

五、 简单实用，方便制作使用

自制教具的制作简单、方便实用直接关系到它的推广和使用。特别是农村中小学，在制作材料来源渠道窄、制作经验缺乏的情况下，更需要设计出材料容易找、制作简单的方案，特别是需要学生自己动手的自制教具，更不能提出高要求、高标准的方案。例如，在九年级第十二章第五节《牛顿第一定律》一节的惯性实验内容中，演示实验要求通过簧片把小球和支座之间的木片打出时，小球不会随木片飞出，而是落在支座上，但是簧片和支座都不容易找。有一位教师通过改进这个教具，仅仅使用了一大一小的方形木块，各自通过绳子绑在铁架台上，并叠在一起，在它们同时摆动时，用一块挡板挡住下面的大木块，在上面的小木块继续摆动的现象来说明惯性的现象。不仅简单易操作，而且学生也很容易找到材料自己做实验。另外，设计和制作出的教具还必须安全环保，保障师生的健康和安全，特别是利用废弃的医用材料时需要特别注意。

综上所述，设计和制作自制教具看似简单，其实它是一项小而精的系统工程，是对教师的专业知识、综合素质的整体考验。其设计、制作和运用的过程在提高实验教学效果、促进学生理解和巩固知识、发挥主观能动性、培养学生创造性思维和互助合作的团队精神等方面有着积极而深远的意义，是贯彻和落实素质教育的重要手段和方法。

新型机械机构演示教具设计 篇4

机械结构的学习是学好机械专业的关键, 通过教师的理论讲解, 学生不易理解和记忆。需要自制满足机械结构教学要求且成本低廉的典型机构教具并投入到理论和实践教学中[1,2,3,4], 授课时, 除了用多媒体展示各机构的运动外, 教师可用教具进行直观教学加深学生对理论知识的认识和理解, 激发学生的学习兴趣[5,6]。本文将5套常用机构制作成一种新型的机械机构演示教具。通过机构的联动来为课堂增添乐趣, 并实现了延时与自动运行功能, 安全可靠性高, 操作简便。

1 新型机械机构演示教具主要性能

1.1 趣味性高

整个作品采用联动装置, 由小球下落连通总电路使机构运行, 电磁锁通电锁头缩进, 使架于其上的说明板下落, 展示出机械机构, 给整套装置增添趣味。

1.2 教学效果好

机构运行前, 机构说明板架与电磁锁锁头上固定不动, 板上写有对该机构的解说介绍, 机构运行时, 说明板与实物结合进行教学。

1.3 延时可调, 实现联动

机构运行时, 后四个机构运行由各自的延时继电器与行程开关控制, 且延时可调, 实现联动。

2 新型机械机构演示教具设计

教具装置总体设计:整体由几个可叠装的箱子组成, 装置总体体积不超过1.2×1.2×1.2m, 单块机构演示板290×320mm, 整体装置展开时总长度达到1.5m。教具机构演示板共5块, 分别为齿轮机构、槽轮机构、曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、偏心轮机构。机构说明板用重量轻、美观性好的亚克力板制作, 板上有对机构的介绍。机构安放箱, 选用轻便、强度高的工程塑料板制作。

2.1 控制电路设计

为保证足够的扭矩, 选用蜗轮蜗杆电机来带动机构的运行。电机额定电压U=12V, I=0.3A, 转速n=16r/min。为保证电压稳定, 选用12V、额定功率36W的稳压电源, 机构箱之间电路并联。

下落展示板采用滑轨降落的形式, 并选用常用的延时继电器和行程开关来进行控制。总电源开关选用空气开关保障电路的安全。演示时按下电源总开关, 小钢珠从塑料管下落, 连通电路, 电磁锁通电, 锁头缩进, 机构展示板下落, 触动行程开关, 机构运行。机构通过延时继电器延时控制下一套机构的运行, 依次循环。

2.2 机械机构设计

(1) 齿轮机构:选用行星齿轮机构, 包括内齿, 中心齿, 行星齿轮, 皮带轮等。皮带轮传动比设为1.5。行星齿轮机构如图1所示。

(2) 槽轮机构:选用结构较为简单的单臂外啮合槽轮机构, 它由主动转盘、从动槽轮和机架组成。槽轮机构的转角准0=45°, 槽数Z=4, 拨盘直径d=100mm, 拨盘通过一段阶梯轴与电机连接, 为减小摩擦, 槽轮中心孔处用轴与轴过盈配合。槽轮机构如图2所示。

(3) 曲柄摇杆机构:利用平面四杆机构的构件, 组建了木牛流马的形状。机构运行时, 多个杆件由主动轴的转动而带动。曲柄摇杆机构如图3所示。

(4) 曲柄滑块机构:采用压包机的模型作为曲柄滑块机构的演示范例。压包机中的压包为滑块构件, 电机与转动杆相连, 靠电机转动带动转动杆的的转动, 使滑块上下移动。压包机模型图如图4所示。

(5) 偏心轮机构:运行时, 先由电机带动偏心轮的转动, 使偏心轮推动外框左右平移, 进行往复移动。偏心轮通过阶梯轴与电机连接, 外框通过两个固定支架, 固定于机构板上。偏心轮直径D=80mm, 偏心距l=1.5mm, 最大推程L=30mm。偏心轮机构如图5所示。

3 结论

本文对新型机械机构演示教具的材料及形状尺寸进行了设计和研究, 并通过UG软件绘制了新型机械机构演示教具的效果图和装配图。该机构演示教具具有延时与自动运行功能, 安全可靠性高, 操作简便, 趣味性强, 给学生的学习带来方便等优点, 将有很大的实用价值和良好的社会效益。

参考文献

[1]宋以国.自制常用机构教具提高工程认识教学效果[J].青年与社会:中外教育研究, 2011 (11) :23.

[2]王聪慧, 王顺, 熊健.深化机械原理课程教学改革的探讨[J].教育教学论坛, 2013 (39) :54-55.

[3]武玉和.制作简易多用途教具教学效果明显[J].职业, 2011 (20) :169-170.

[4]马丹萍, 李勇, 梁勤欧.无线遥控智能小车的运动模拟及轨迹绘制[J].浙江师范大学学报:自然科学版, 2015, 38 (1) :116-120.

[5]王晓波, 秦永康.组合连杆的设计[J].河南机电高等专科学校学报, 2012 (1) :6-7.

西岗中学自制教具促教学 篇5

西岗讯（孔令俊 姜新 马晓红孔维明）为充分发挥自制教具在日常教育教学中的作用，西岗中学鼓励理、化、生老师利用业余时间，用废旧物品设计、自制教具。

老师们秉持环保低碳的理念，创造性地变废为宝，减少了垃圾污染。龙斌老师从家里拿来了孩子的空奶粉桶，程志红老师拿来橡皮筋、透明胶布和三个圆柱体，动手制作动能、势能互相转换教具。经过他们的反复实验和不断改进，实验形象直观，效果明显。化学老师李兴强、张中华、韩正强自制了简易的启普发生器……这些自制的教具贴近学生的生活，更容易引起学生的兴趣，增强了学生的环保意识，又给学生提供了充分的动手机会，同时为老师们创造了互相学习、互相交流、互相展示的平台。

小学科学教学的法宝——自制教具 篇6

教具是自制的，教学时得心应手。正如李正道博士所说的那样：“自制的教具，永远比买的好”。 教师的教学方法是多种多样的，甚至五花八门，真可谓：“教学有法，而无定法”。同一教学内容采取不同的教学方法讲授，就会取得不同的教学效益。同时，不同的教学方法，在一定程度上讲，就需要不同的教具。

教师参与自制教具不但有利于教学方法的改革，更重要的是明确制作的目的。小学科学课教师，开展自制教具活动，能促进教师对教材的深入研究。并且在教具研制过程中，对学习课标，吃透教材，拓宽知识领域，促进形象思维，开发教师潜能起到了一定的作用。

二、自制教具可以增强趣味性更好地激发学生求知的欲望

趣味性是吸引学生注意力的极好手段，它对增强学生的好奇心，激发学生的学习兴趣，都起着重要作用。

如在教科版科学四年级下册第一单元《不一样的电路连接》一课的导入时，我将自制的“电路游戏盒”教具拿到讲台上时，学生就感到很惊讶！原因是学生在教科书中没有发现有关介绍“电路游戏盒”的图片和内容，个别学生就问我“老师你拿这个东西干什么？”我说：“一会你就知道了。”这时全体学生带有一种好奇的眼光看着老师要做什么。我开始介绍这个“电路游戏盒”是老师自己做的，有的学生带着惊喜目光说：真好看！接着我将露在盒子外面的两根导线，连接到盒面上同类动物图片和文字的接线点时，小灯泡就亮起来了。这时全体学生“呀！”的一声，我看到了他们的求知欲望被激发了。有的学生马上就问我“老师这是怎么回事？”我没有直接来回答这个问题，而是为激发学生的探索欲望设置了一个悬念。告诉学生：“这就是这节课要解决的问题”。

三、自制教具有利于突破教材的重点和难点，使课堂教学产生良好的效果

如在教科版科学四年级下册 第一单元《不一样的电路连接》一课中，学生对盒内电路的连接情况是不清楚的，原因是肉眼看不透盒内的导线连接情况。如果让学生靠猜测是没有办法来解决的。为此，我再次利用自制的“电路游戏盒”教具给学生进行了演示，当学生看到鸟和鸡、青蛙和两栖动物、鲸和哺乳动物、蛇和爬行动物两点连接时，小灯泡就亮起来了，而其他两点连接小灯泡就不会亮。学生很快地反应出：要想使小灯泡亮起来，连接的两个点必须是形成一个“回路”。这就说明了两点连接后，只要小灯泡亮起来，盒子里面必有导线连接。从而解决了教学的重点和难点，自然使学生获得了探究的知识。将看不见的导线也能看得见了，说不清的原理也能说清了。

四、自制教具可以带动学生较强的参与性，更好地拉近师生的距离

新的课程标准要求科学课程要大力推进教育方式的变革，坚持“学中做”与“做中学”共同发展，大力强化“做中学”。师生通过开展自制教具的研制活动，更要正确认识和处理“做”与“学”的关系外，还要把做出的教具更好用于教学，用好自制教具，才能更好的调动学生的学习积极性，才能更密切师生关系。

如在教科版科学四年级下册 第一单元《不一样的电路连接》一课结束后，部分学生来到了讲台前，高兴地拿起了我自制的“电路游戏盒”教具进行了演示，并且说：“老师，真好玩！我也想做一个电路游戏盒。”我说：“好啊！你们回去准备材料吧！有鞋盒、图钉、导线、小灯泡、电池、胶带，我一定会帮你们做成功的。”他们高兴极了！看来自制教具能有效培养学生学习的主动性，对学生的后续学习有着巨大的帮助。

五、自制教具可以提高自身的创新能力，体验创造的成就感

物理自制教具设计与制作 篇7

一、物理自制教具的设计要求

(一 )科学性

物理自制教具应该有正确的物理学思想,科学性要高。给学生以准确的物理学知识,并且在基本知识到位的基础上,在内容方面力求新颖;给学生以智慧和启迪,注重启发学生的思维,激发学生的创造精神;给学生以方法,努力让学生从死记硬背、应试教育的模式中挣脱出来,受到思维训练和科学方法的熏陶;培养学生积极的进取精神,提倡献身科学的精神,勇于探索,不怕挫折,锲而不舍。

(二 )直观性

物理自制教具是用来更好地演示物理现象、物理规律的目的是要让全班学生都能清楚地观察到物理数据、规律、现象的变化,能见度要高,因此自制教具的尺寸要大些,结构要简单明了,重点是能突出要演示的现象。如果自制教具比课本上安排的还要复杂,学生观看了实验却一头雾水,不能理解实验目的、实验原理,收获很少,那么自制教具的设计就是不成功的。物理自制教具要力求让学生较容易地看懂教具要演示的物理知识,能让学生在原有的知识基础上产生迁移,从而更好地理解新的物理知识。

(三 )趣味性

物理自制教具在演示过程中要适当带点趣味性与娱乐性。就像玩魔术那样,让学生观察到意想不到的现象,那样就能大大激发学生的好奇心,发挥学生的想象力与创造力,最终透彻地搞清物理原理,就可以使学生对物理学产生浓厚兴趣也就可以使学生养成积极主动学习的习惯。

(四 )安全性

自制教具在使用时必须有良好的安全性与稳定性。在演示过程中不能产生有毒、有害的气体,不能发生爆炸、爆裂现象。自制教具本身不能有锋利边角,电学上的自制教具不能直接使用高压电,要选用低于安全电压的低压电源。要有良好的自我保护意识,同时要保护好讲台下仔细观察的学生,防止意外事件的发生。

二、物理自制教具的制作要求

(一 )自制教具时要紧贴物理教材 , 不能脱离物理教学大纲、新课程标准的要求,要遵循一定的认知规律,也要有一定的创新、创造。

(二 )自制教具时要抓住点滴进行改进。教材上安排的实验,我们要肯定它,不能完全否定,要在教材原有的实验基础上进行改进,起到画龙点睛的作用。

(三 )自制教具时要从实际出发量力而行 。 在教材原有的实验基础上,根据自己的能力、财力、精力进行自制教具的制作,不能因为自制教具而影响正常的教学工作。

(四 )自制教具的材料应该是日常生活中常见、熟悉的废旧材料、废旧物品,要做到少花钱或不花钱,提倡“坛坛罐罐制教具,拼拼凑凑做实验”。这样的自制教具既成本低,又贴近学生日常生活,让学生一眼就能看到材料的来源,在熟悉材料的基础上充分发挥学生想象力, 有利于理解自制教具要演示的物理原理。

三、物理自制教具案例

(一 )讲台的形变

实验设计思路:八年级下册物理教材上的“形变和弹力”这节内容中,气球的形变、弹簧的形变、橡皮筋的形变很明显直观,但是较硬、较大的物体(如讲台、黑板、楼板等)受到力的作用是否也发生形变呢? 这是学生非常感兴趣的、十分想看到的、实际发生的形变。我们可以借用光发射时光斑发生位移放大微小的形变, 这有利于学生理解物体受到力的作用会发生形变这个知识点。这个显示微小形变的演示实验装置简单易操作、效果显著。

1. 实 验器 材 : 激 光 笔 ( 玩 具 手 枪 上 的 激 光 瞄 准 器 )、 平 面镜、铁架台、双面胶、学生用的透明胶带。

2.实 验原理 : 利用激光笔形成的光线在平面镜上反射后形成的光斑,通过光斑移动把微小的形变放大。

3.实验操作过程 :1把平面镜放在讲台台面中央 ,用双面胶固定好镜面,确保平面镜和讲台台面一起同步运动。2用学生透明胶带把激光笔固定在铁架台上,置于另一张桌面上。3调节激光笔的高度和入射光线的角度, 使激光笔发出的光线能在平面镜上形成光的反射,而且反射后的光斑要成在学生都能观察到的白墙上。4用力压讲台台面,学生通过观察激光反射后形成的光斑发生的移动,说明讲台台面发生微小的形变。

4.实 验结论 :力可以使物体发生形变 。

5.实验的扩展 : 这个实验还可以用于演示声音是物体的振动产生的。

(二 )探究影响电流热效应的因素

1.教材简介 : 物理教材上对这个实验的安排几年来都有变动。有用两根电阻值不同的电阻线圈串联后分别插上相同的火柴棒,通电后比较哪一根电阻线圈先点燃火柴,先点燃火柴的电阻线圈温度升高得多,产生的热量也就多;有在橡皮塞上插上两个电极(铜丝)和细长玻璃管,电极下面接不同电阻值的电阻丝,橡皮塞塞紧烧瓶,调节细长玻璃管中的煤油液面等高,通电电阻丝加热烧瓶中煤油,煤油温度升高、体积膨胀,通过观察煤油在细长玻璃管中上升情况比较电流产生热量的多少;近几年也是用电阻丝加热煤油,只是把细长玻璃管改成温度计了, 直接通过观察煤油的温度升高情况比较电流产生热量的多少。这些实验在教师准备时、学生操作时较繁琐,不利于学生观察,特别是用于实验演示。

2.对实验的改进 :把教材上出现过的几个实验综合起来,取之优点,对现在九年级下册教材上的“探究影响电流热效应的因素”实验演示加以如下改进:主体部分不改变,还是用现在教材上的烧瓶、橡皮塞、电阻丝加热方法。把橡皮塞上的温度计改为细长玻璃管,细玻璃管中吸入(高1~2厘米左右的)红色液柱,因为温度计中温度变化能见度低,只限于温度计附近的少量学生能看清,后面的大多数学生根本看不清温度计的液面变化, 而观察细长玻璃管中的红色液柱变化就容易多了,能见度也高了,在玻璃管后衬上有刻度的白屏观察液柱升高情况效果更佳; 把烧瓶中加热煤油改为烧瓶中加热空气, 因为空气的比热容比煤油的比热容小,加热时空气吸热升温比煤油吸热升温快得多,更有利于节省宝贵的课堂教学时间,提高课堂教学效率。此实验改进后,电阻丝通电发热,瓶内空气温度迅速升高,空气发生热膨胀,使细玻璃管中的红色液柱上升,这样直观明显,见效快,教室内的学生都能观察到,课堂教学效果大大增强。

3.实验操作过程 :1在加热前要调节两烧瓶细玻璃管中的红色液柱高度相同,这样便于观察比较液柱升高快慢情况。橡皮塞要塞紧烧瓶口,预防漏气而影响实验。2保持电流大小相同,通电一段时间时,让学生观察比较两细玻璃管中红色液柱升高情况, 比较两只烧瓶中电流产生热量的多少和电阻大小有关。3保持通电时间相同,调节划动变阻器改变通过电阻丝的电流大小,观察电流增大时,同一根细玻璃管中红色液柱升高情况, 比较同一只烧瓶中电流产生热量的多少和电流的大小有关。4保持电流大小相同,延长通电时间,观察同一根细玻璃管中红色液柱升高情况, 比较电流产生热量的多少和通电时间有关。

4.实 验结论 : 电流通过电阻丝时产生的热量与电阻丝本身的电阻,通过电阻丝的电流,以及通电时间

有关。早在1840年英国科学家焦耳通过实验 研究发现了上述规律:电流通过导体时产生的热量,与电流的平方成正比 ,与导体的 电阻成正 比 ,与通电时 间成正比 ,这就是焦耳定律。

教学教具设计 篇8

电路结构见图1。AN-手闸(AN34-2型),RD-保险管(BLX:5 A),JC4-中间继电器(JZ7-44型),JC6-旋转阳极启动继电器(JS7-44型),E-延时器(JSB-10型),W-电位器(WS20:0.5～3.3K),D-硅二极管(2CZ:400 V/10 A),C-电容器(CZJD.2:400 V/20μF),D禄-旋转阳极管电动机[1,2,3,4]。

2 电路设计的工作原理

电路设计见图1。工作原理:按下手闸AN,中间继电器JC4工作,工作电路为:1→RD→JC4(线圈)→AN→0。JC4常开触点(3、4)闭合,接通延时器E的电路,工作电路为:1→RD→E→JC4(3、4)常开→0。延时器E(5、6)常闭触点断开,通过降压电阻W,同时接通JC6继电器电路,工作电路为:1→RD→JC6(线圈)→JC4(1、2)常开→0。继电器JC6得电工作,其常开触点(11、12)闭合,JC6(21、23)常闭触点断开,定子绕组得电,旋转阳极启动运转。定子绕组得电电路是:1→RD→W→{→JC6(11、12)常开→YQ1(运转)//→JC4(5、6)常开→C→QQ(启动)}→0。

松开手闸AN,中间继电器JC4失电,JC4常开触点(3、4)断开,导致JC6继电器失电。JC6触点(11、12)断开,JC6(21、23)闭合,但JC6(22、24)尚需延时6 s断开,此时运转绕组尚未切断,并由1→RD→E(5、6)常闭→JC6(22、24)→D→JC6(21、23)常闭→YQ1→O,提供一脉冲直流电流,产生制动力矩,使旋转阳极立即停转。6 s后JC6的延时触点(22、24)断开,电路恢复起始状态[1,2,3,4,5,6]。

3 实验板的制作及设计

实验板由两部分组成。旋转阳极管电动机和旋转阳极X线管设计为一个实验板,长宽根据X线管管套的长宽而定,旋转阳极X线管、定子绕组、X线管管套全部用旧元器件制作。将管套的中间锯开直径的1/2,其宽度在12 cm左右,露出X线管的定子绕组,用弧形状透明的有机玻璃罩住开口,在实验中方便学生观察X线管旋转阳极启动、运转、延时及制动的工作过程,将X线管管套用螺钉固定在一块实验板上。在实验图1中,将剩余的元器件全部设计在另一块实验板上,其长宽在60 cm×40 cm左右,将元器件的布局设计固定并用导线连接好。2块实验板间用螺旋插头插座导线连接在一起,即将定子绕组线圈0、Ⅰ、Ⅱ共3根线引出,焊接在螺旋插座内,并固定在管套的实验板上;另一块实验板从JC6(12)触点与电容器(2)端引出线,焊接在螺旋插座内,通过连接线将2块实验板连接成一个完整的电路,如图1所示。可以将装有继电器等元器件的实验板固定在墙壁上,方便地进行实验示教[1]。

4 实验内容的设计

4.1 方法及步骤

(1)将实验电路板与旋转阳极定子绕组的3个接线柱(0、Ⅰ、Ⅱ)连接线接好。

(2)在启动(QQ)电路中串入10 A交流电流表和启动电路两端并入电压表。

(3)接通电源,按下手闸AN,X线管阳极启动并读出启动电流、运转电流、启动电压及运转电压的数据。

(4)将延时器E的延时时间调长至2～2.5 s,重复上述第3步骤[2,3,4,6]。

4.2 列表记录如下数据,并进行比较

(1)电流表串入0线、Ⅰ线、Ⅱ线时启动电流值。

(2)电压表并入0线-Ⅰ线、0线-Ⅱ线、Ⅰ线-Ⅱ线时启动电压值。

(3)分别测量正常运转后的电流值和电压值[2,3,4,5,6,7]。

4.3 启动线圈与运转线圈直流电阻值的测量

单独测量并分别写出0-Ⅰ、0-Ⅱ、Ⅰ-Ⅱ线号间的直流电阻数据。

4.4 讨论

(1)X线管旋转阳极启动时间为什么不宜过长?

(2)当JC6延时触点(22、24)始终为断开状态,松开手闸后,会产生何现象?

(3)当JC4常开触点(1、2)始终为断开状态,会产生何现象?

(4)当按下手闸AN时,JC4线圈不得电怎样检修[1,2]?

参考文献

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[2]付建国,裴作升,黄泉荣,等.医学影像设备学[M].北京:高等教育出版社,2005:125-137.

[3]王德华,程远大,王树云,等.医用X线机构造和维修[M].北京:人民卫生出版社,2003:306-307.

[4]钱晓凌.旋转阳极控制器工作原理[J].医疗卫生装备,2006,27(2):70.

[5]张生.KFⅡ-200X线机旋转阳极启动电路故障1例[J].医疗卫生装备,2007,28(10):91.

[6]裴作升.KB-500型X线机控制电路故障检修1例[J].医疗卫生装备,2006,27(7):95-96.

教学教具设计 篇9

目前市场上气动PLC控制教具多以实验桌的形式出现。其优点是综合了气动控制与PLC控制的实训内容, 可容纳较多的元器件, 在实训中可以根据需要更换元件便可完成不同的实训项目, 对同一科目通用性较强。但实验桌所占空间比较大, 而且跨科目实训通用性不强。在土地资源越来越珍贵的今天, 很多院校受场地的限制, 对这些教具望而止步———并非购买不起, 而是采购回来后没有足够的空间放置。因此, 在社会经济不断从粗放型向集约型转变、资源配置要求合理化的今天, 如何设计教学仪器设备, 在不增加土地和教室等资源消耗的情况下, 又能满足实验实训的要求, 有着十分重要的意义。

设计思路与要求

我院电工实验实训室不仅可完成电气控制线、照明电路以及电度表的安装与调试, 还可以实现机床电路维修、电子电路板焊接、PLC控制、传感器以及变频器安装与设定等多门课程的典型实训项目。一间小小的实验室为什么可以完成那么多的实训项目?究其原因, 主要是这些教具大多没有使用目前市场上热卖的实验桌, 而是采用活动型的电路板块。这些电路板块在不使用时, 可以叠放保存, 占用空间少, 便于管理, 可腾出空间来完成其他种类的实验实训项目。受此启发, 我们可以设计一款既可以在气动控制教学中使用, 也可以在PLC控制教学中使用, 甚至还可用于传感器部分教学内容的教具。设计这一款教具的基本出发点是:要求在能够保证设备功能综合性的同时, 使其占用空间尽可能少。

从教学要求上看, 我们设计的教具, 首先应该具备开设气动控制基本项目及部分扩展项目实训的功能。气动控制实训的基本项目主要有:换向回路、流量控制回路以及压力控制回路三种基本气动控制回路的安装与调试。而开设这些实训项目, 需要双作用气缸、二位五通电磁阀、节流阀、减压阀等气动元器件。除了满足基本回路安装与调试的实训外, 教具还应适应更高层次实训项目的需求。在这里我们增加了三种回路:时间控制回路、同步回路和顺序动作回路, 并把它们作为教具的高级功能。其次, 教具要利用PLC作为控制器来控制这些气动回路的运行。因此, 在PLC控制教学中, 所需开设的实训不仅包括自锁电路、互锁电路以及延时通电电路等基础电路的程序设计、电路接线及调试, 还应包括几种不同方法顺序动作电路的程序设计、电路接线及调试等综合性实训项目。再次, 使用磁性开关 (一种传感器) 作为该教具控制系统的输入元件。磁性开关需要带磁性活塞的气缸与之配合使用, 其作用与行程开关一样, 用于行程控制。

设计方案

根据上述设计思路与要求, 我们确定这款教具需采用三个气缸来组成一个自我循环的工作系统, 同时由PLC完成对这三个气缸的控制, 从而实现一种教具多门课程共同使用的功能。该教具实际是一个简化了的、由PLC控制的、自我循环的气动物料搬运系统, 如图1所示 (图中箭头旁数字与工作过程步数一致) 。其工作过程可描述为:第一步, 所有气缸复位;第二步, 启动运行, 气缸2带动装料盒至装料位置, 并停止;第三步, 气缸1推动物料进入装料盒, 然后复位;第四步, 气缸2复位;第五步, 气缸3推动气缸2移动至最大行程位置并停止;第六步, 气缸2带动物料盒至出料位置并停止;第七步, 气缸1推动物料至供料点并复位;第八步, 气缸2复位;第九步, 气缸3复位, 工作循环完成一个周期。由于物料可使用比较轻的物品, 因此气缸带载能力不需要太高, 这里可以选择横截面积、行程都比较小的气缸, 且全部需要活塞带磁性的类型。根据搬运系统工作过程可以得知, 至少需要两个按钮分别用于启动和停止, 至少需要六个磁性开关分别安装在三个气缸两端的极限行程位置。

设计与实现

(一) 硬件设计

由于实验室已经有一定数量的单台PLC主机, 并且此教具需要使用的外部接线端数量也控制在了目前市场常见的最小PLC所提供的点数范围内, 因此, 作为主控制器的核心元件PLC并不需要重新购买。根据设计方案, 可以得到组装该教具各元件清单及价目, 如表1所示。表1中的各元件均可在学校附近的机电市场采购到, 使得作为经常拆装的教具在出现元器件损坏时可方便地更换。综合上述硬件需求, 一套这样的元件成本可以控制在600元以内, 比起一些动辄上万元一台的专用教学实验桌, 成本大大降低, 使得“少花钱, 多办事”成为可能。

根据前文对该教具设计要求的描述, 可得这款教具的PLC控制系统通道分配, 如表2所示。其中, 系统工作过程的第七步, 可以通过定时器定时, 并可通过适当调节气缸1的运动速度来实现气缸1完成第七步的往复运动。

教具的支架加工及组装都是精度要求很高的工作。在这里, 支架选择截面为38×25mm、壁厚为1mm的不锈钢方管作为原材料。底座部分按照“竖横竖”的方式排布焊接在一起, 从而在中间形成一个物料移动导向槽。支架本身全部采用点焊连接方式, 并在气缸安装处预留通孔, 用于安装气缸。根据表2中的通道分配, 可以得出PLC的外部电路接线图, 如图2 (a) 所示, 各气缸磁性开关安装位置如图2 (b) 所示, 气动回路设计如图2 (c) 所示。由图2可以看出, 电路接线并不复杂, 容易实现, 而且可以在非常短的时间内完成。

由于气缸3位置的特殊性, 除要求其运动轨迹为直线外, 活塞连杆是不能发生旋转运动的, 否则将会出现气缸2不垂直导轨现象。同时, 气缸2由于连接着装料盒, 活塞连杆也是不能发生旋转运动的。因此, 在设计过程中, 可采用活塞连杆为正六边形的气缸作为气缸2和气缸3的标准配备。当然, 也可以采用双缸气缸或者是平行双气缸同步控制回路来实现这两个位置的直线不旋转运动。其中, 后者成本因气缸数目的增加而增加, 显得教具的性价比并不是那么突出, 同时对支架的加工及气缸的安装这两项工作的精度要求将会变得更高。比如平行气缸的安装一定要保证气缸平行, 且在工作时必须同步推出或者缩回, 否则容易出现磨损, 平行度差时甚至会出现自锁现象而无法运行。

(二) 软件设计

根据前文所述的系统工作过程, 可用顺序控制编程方法进行编程。主要方法有:步进指令、起保停电路以及以转换为中心的编程方法。在本设计中我们采用步进指令方法进行编程。其顺序功能如图3所示。其中S0为系统复位待机状态, 状态转移条件为X1即启动按钮接通;S20为物料盒进入装料位状态, 状态转移条件为X5即气缸2下限位磁性开关接通;S21为推料进盒状态, 状态转移条件为X2即气缸1左限位磁性开关接通;S22为推料复位状态, 状态转移条件为X3即气缸1右限位磁性开关接通;S23为物料盒抬升状态, 状态转移条件为X4即气缸2上限位磁性开关接通;S24为物料盒右移状态, 状态转移条件为X7即气缸3右限位磁性开关接通;S25为物料盒下降状态, 状态转移条件为X5即气缸2下限位磁性开关接通;S2为出料状态, 状态转移条件为T0即定时器延时常开触点接通;S27为出料复位状态, 状态转移条件为X3即气缸1右限位磁性开关接通;S28为物料盒抬升复位状态, 状态转移条件为X4即气缸2上限位磁性开关接通;S29为物料盒左移复位状态, 状态转移条件为X6即气缸3左限位磁性开关接通。

根据顺序功能图可轻松地转化为梯形图程序。

(三) 程序仿真与调试

完成了梯形图程序设计, 在真正用于控制系统前, 还必须经过仿真软件进行模拟调试, 除了观察每一步是否在相应的转移条件下能够顺利转移之外, 还应注意输出线圈是否能够顺利接通。确定了调试核对目标便可完成对程序设计进行仿真检测这一项设计内容。

(四) 教具的组装与调试

程序仿真与调试成功后, 就可进行教具的组装与调试了。在组装时选择的是行程最大为150mm的气缸, 所以整套设备横过来放置长度不超过800mm, 高度不超过400mm, 宽度也不超过200mm, 因此体积较小。而且由于这样的体积, 普通课桌的桌面都能放置得下, 即使加上PLC主机模块也能容纳得下。

结语

设计组装完成后, 使用该系统可以完成气动控制回路安装实训、PLC控制电路安装实训、PLC控制程序设计等实训项目。由于PLC控制程序可更改, 该搬运系统的工作流程也可以随之改变。从组装结果来看, 体积满足了设计要求, 不至于有太大元件难以放置, 从而实现了设备小型化、合理利用教室资源的目标。

摘要：针对目前市场上气动PLC控制教具多以实验桌的形式出现, 占用空间较大, 而且跨科目实训通用性不强这一突出问题, 提出了气动PLC控制教具应当在满足实验实训要求的情况下尽量小型化、跨科目通用化的设计思路。根据这一设计思路, 本文简要阐述了一款小型化气动PLC控制教具的设计、安装与调试过程, 旨在通过使用这样的教具提高实验实训室的使用效率。

关键词：气动PLC控制,教具,小型化,设计,实现

参考文献

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[2]吕景泉.自动化生产线安装与调试[M].北京:中国铁道出版社, 2008.

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[4]周鸿杰, 等.基于PLC的工业取料机械手系统设计[J].工业仪表与自动化装置, 2010, (3) .

教学教具设计 篇10

在学生学习 《机械设计》、《机械原理》 课程过程中, 老师在讲解各种传动机构时, 往往拿最简单的教具或者是直接讲解理论, 认识非常不直观。而一些教学仪器公司设计的综合实训装置价格教贵、功能非常综合、占用空间也很大, 不方便每个学生单独进行操作训练。很多教具都不适应现代高职教育中“项目导向、学做一体”的教学模式。

德国慧鱼创意组合模型为“项目导向, 学做一体”的教学模式提供了最佳教学载体, 既能让学生在动手做的过程中学习到知识, 还能根据他们的创意进行创新设计, 结合第六届全国大学生机械创新设计大赛“幻梦课堂”主题, 针对现在教具中存在的一些问题, 参考数控机床刀库及自动换刀装置和旋转式立体车库的工作原理, 设计了“机械传动机构教具百宝箱”, 本作品获得第六届大学生机械创新大赛慧鱼组一等奖[1,2]。

1 传动机构教具百宝箱功能及结构

本百宝箱包括各典型传动机构、旋转机构库、提升演示装置和控制系统四部分。典型传动机构共十种, 包括链传动、带传动、四杆机构、齿轮传动等各种传动机构;旋转机构库主要作用是放置各传动机构并将被选用传动机构输送至提升演示装置位置;提升演示装置的作用是将被选用的典型传动机构提升到演示位置。

当按下需要选用机构的控制按钮后, 旋转机构库旋转, 将被选用的机构旋转到升降机的位置, 升降演示机构自动将被选用的机构提升到演示位置, 在此位置可以通过控制开关单独展示该机构的运动效果, 或者将其单独拿下展示、讲解。展示完毕后, 按下其他传动机构按钮, 升降机构将当前展示机构放回原位, 旋转机构自动将下一个被选用的机构送到升降台位置, 准备下一种机构的演示。

本作品主要创新点有:

(1) 将齿轮传动、带传动、丝杠螺母传动等多种典型传动机构组合到一起, 学生能够将知识点承上启下的贯穿起来学习;

(2) 提升演示机构有独立供电系统, 每种传动机构在演示位置都能够进行自动控制;

(3) 有机地将机械和自动控制结合起来, 更能激发学生的学习兴趣;

(4) 教具组合到一个大的箱子里, 更容易保管与摆放。

2 旋转机构库设计

旋转机构库的作用是放置典型传动机构, 并根据需要将被选用传动机构旋转至合适位置供提升机构提取。本机构库共分上下两层, 分别由两个直流电机拖动旋转;下层由于承重大, 由电机连接蜗轮蜗杆传动机构带动整层装置的旋转, 传动比大, 保证了整个机构库运转的平稳性;上层由电机连接齿轮传动机构带动整层装置的旋转, 保证了各零件的紧凑型。每层有五个工位, 可分别放置五种传动机构, 此百宝箱共放置了包含带传动、链传动、丝杆机构、齿轮传动、凸轮机构等在内的十种典型传动机构。根据慧鱼创意模型的灵活性, 还可根据需要调整层数和每层工位的个数[3,4]。

3 提升演示装置

提升演示装置的作用是将所选用的传动机构从机构库中提取出来, 并将其提升到装置顶端的演示位置;由提升机构和演示台两部分组成。提升机构由电机连接齿轮齿条传动机构带动演示台运动, 提升机构的立柱上方和下方各安装一个行程开关, 限制演示台的两个极限位置;为了使所选传动机构在演示位置能够自动控制运动方式, 演示台上安装两个金属片和电源的正负极相连, 能够给传动机构独立供电, 如图2 所示, 避免了每个传动机构上连接过多的电线。

4 典型传动机构设计

本机构库共包括了十种典型传动机构, 包括:带传动、齿轮传动、齿轮减速箱、曲柄摇杆、链传动、凸轮机构、曲柄滑块、蜗轮蜗杆、丝杠螺母、行星轮系。每个机构由底座、机构支架、传动机构和驱动电机四大部分组成;在学习过程中, 也可以根据学习进度与兴趣, 自己设计与安装更多的机构。每个机构都有手动演示和自动演示两种模式;当选择手动演示模式时, 机构脱离开驱动电机即可;当选择自动演示模式时, 每个机构下面有两个金属柱和电机正负两级相连, 机构在演示台位置时, 两个金属柱和金属片连接, 驱动电机回路导通, 机构即可自动演示, 如图2 (b) 所示。

5 控制系统设计

5.1 硬件组成

本作品共13个直流电机, 两个应用于旋转机构库的旋转驱动, 这两个电机带有内置编码器, 可根据反馈脉冲个数计算所需旋转的角度, 一个应用于提升机构驱动演示台的上下运动, 十个应用于单个传动机构的自动控制演示;十二个控制按钮:十个应用于单个机构的选择, 一个复位按钮, 一个演示开始按钮;两个限位开关, 限制演示台的上下行程;因输入信号较多, 共用三个控制器。

5.2 控制流程图

本教具百宝箱的工作流程是, 当按下某一个传动机构, 旋转工作台将被选机构旋转至提升机构提取位置, 提升机构电机带动演示台上升;将被选机构提升到演示位置, 当演示开始按钮按下, 机构上电机转动, 带动被选机构自动演示;当按下另一个机构选择按钮, 当前演示机构停止, 由提升机构放置到原位, 机构库将下一个被选机构旋转至正确位置, 再次由提升机构提升到演示位置;当按下复位按钮后, 机构停止演示, 放置到机构库原位后所有装置回复原位。如图4 所示为本作品控制流程图[5]。

6 结论

本作品将机电有机地结合起来, 除了能够学习机械原理、机械设计等机械基础类课程, 更适合机电类专业机电综合应用能力的培养。本作品结构更紧凑, 既解决了功能综合性的问题, 还方便实训室的设备管理。

摘要：为了更好地学习典型机械传动机构、培养学生实践动手能力, 利用慧鱼创意组合模型, 设计组装了机械传动机构教具百宝箱。详细阐述了机械结构和工作原理、控制流程及设计创新点, 并通过实验和机械创新大赛验证了本设计的实用性。

关键词：慧鱼模型,传动机构,教具,旋转

参考文献

[1]慧鱼工程技术实验手册[Z].北京中教仪科技有限公司, 2007.

[2]慧鱼实验机器人、移动机器人搭建手册[Z].北京中教仪科技有限公司, 2007.

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自制教具优化化学课堂教学 篇11

[关键词]：自制教具 优化课堂 学习兴趣 创新精神

化学是一门以实验为主的自然科学，化学实验是教学的必要辅助，实验中奇妙的现象和五彩缤纷的色彩变化都能引起学生的好奇心和对化学探索的极大兴趣。随着课程改革的有效推进和不断深入，培养学生的创新能力和关心社会、热爱科学的科学素养，已成为现代教育的一大目标。自制教具因其兼有教育性、直观性、趣味性和创新性，不仅能提高教学质量，而且能激发学生的创造精神、培养学生的实践能力，为了响应新课标中要求学生多动手，从试验中自己得结论的精神，应多鼓励学生利用废旧物品来自制教具，并对课本中的实验加以改进，使之操作简单，环保性好，不出危险，现象明显。对课堂教学起到了极大的优化作用。

一、利于激发学生的学习兴趣

我们如果把实验教学改为“探究式”，把演示实验改为学生实验，把大多数课堂试验改为边讲边实验，这样就会大大加强学生学习的浓厚兴趣，变被动学习为主动学习，记忆会更加深刻。这时如果自制教具设计微型实验，会节约大量药品，现象尽量要求明显。让大家在学习的过程中，从单纯的好奇心转变为自主的去探索化学世界的奥秘。趣味性是吸引学生注意力的极好手段，它对增强学生的好奇心，激发学生的学习兴趣，起作重要的作用。

如果在实验课引入一两个带有趣味的实验，比如“火山喷发”，“水点酒精燈“等，对于提高整节课的教学效果是极有利的，自制教具在这方面有着巨大的优势，它虽不“正规”，但完全可以从身边发生的自然现象中寻找素材来设计一些有趣的实验，这也是化学教师经常采用的方法。自制教具利用生活中的材料，呈现科学现象，探索科学规律，学生感到十分亲切，感到科学就在自己身边。在自制教具的过程中，加深了对化学实验的理解，在表演和介绍中，加深了对化学知识的理解，学生的概括能力和表达能力，思想素质也能得到提高。因此，这样可以促进学生保持创造的兴趣，对自制教具投入热情，甚至会把创造发明作为自己的理想去追求。还可以开发学生的思维，时间长了，会积累许多的实验知识，对在高考题中出现的实验题的解答也会大有帮助.要知道，兴趣才是最好的老师，学生对化学产生了浓厚的兴趣，这种动力是教师要求不来的，是自发的，它将推动学生自主的在化学领域进行更深的探索。

二、利于培养学生的创新精神

用生活中易得的材料，物品或废旧材料充当实验器材或稍加简单的加工制成教具，仪器，并用于教学之中，这本身就是潜在的对学生进行创造教育。一件自制教具的作品的完成，要经过构思，设计，选材，加工和调试等多个环节，不理想之处又可以促使学生产生“如何才能做得更好”的创作动机。特别是自制教具中蕴含的创新思路，无不潜移默化的启迪着学生，自制教具能够引发学生用“科学”的观点去从新认识环境中的事物和现象，同时启发学生的发散性思维。学生在课上观看了教师利用自制教具改进的实验后，在感到新奇和佩服之后，会产生强烈的创造动机，在课后会自己尝试对课堂实验的各种改进。但一件自制教具的完成需要学生充分的调动创造性思维能力，敏锐的观察力和丰富的想象力。所以一个学生若能设计一个实验，不管如何粗糙，也应受到鼓励，因为有新思想在里面，表现了学生创新的积极性。若教师再经常有意识的嫁衣引导，学生的创造性就能得到很好的提升。

三、自制教具有利于弥补现有教具不足，使实验课上得更精彩

（1）自制教具可以减少空气污染

在探究白磷和红磷的着火点差异时，若按课本中实验方案：将红磷和白磷同时放在铜片上，再将铜片放在60度热水的烧杯上，白磷燃烧产生的白烟直接进入空气中，引起空气污染。如果改为把白磷和红磷分别放在硬质直玻管的两端，密闭玻管，加热红磷，发现白磷先燃烧，既可证明白磷着火点低，又不会造成环境污染。

（2）自制教具使实验现象更直观，学生更容易

如在进行H2S和SO2反应时，若按教材进行实验，不仅浪费药品，而且不便于控制，容易污染环境，我们若把实验微型化并加以改进，在广口瓶中放入两个微型烧杯，分别放入Na2S固体和Na2SO3粉末，密闭广口瓶，这时用废弃的注射器向Na2SO3粉末中加入稀H2SO4，产生SO2气体，这时还可以利用先前放入的试纸检验SO2的性质，比如使湿润的品红试纸褪色，使湿润的PH试纸变色等，然后再向Na2S固体中加入稀H2SO4产生H2S气体，与SO2气体反应，生成S单质，附着在瓶壁上，效果明显，简单易行，节约药品。

四、自制教具要在教学实践中不断研发和完善

初中生物教具教学的作用 篇12

一、教具教学可提高课堂教学效率

1.创设情境 ,导入新课

好的开始是成功的一半,导入新课是课堂教学的关键。利用教具展示导入, 教具形象直观的特点可以吸引学生的注意力,激发他们的学习兴趣,使他们积极主动地投入到课堂教学中,课堂就会变得开放、活跃,气氛热烈,教学效果自然很好。例如,在讲“鸟类适于飞行的特点”时,我请两名学生分别扔一张纸和一个叠好的纸飞机,看谁扔得更远,一下子活跃了课堂气氛,学生一看便知道是纸飞机扔得远,因为它能在空中“飞”行一段时间,由纸飞机学生立即联想到鸟类。此时便可乘机导入新课:“今天我们探究鸟类适合飞行的特点。”这样,利用自制教具创设情境,大大激发了学生的求知欲,使接下来的新课教学顺理成章。

2.激 发兴趣 ,提高学生参与面

面向全体学生是初中生物教学的基本理念之一, 教具教学形象生动的特点刚好可以把学生吸引到课堂上, 提高学生的课堂参与度。如“开花和结果”一节中,学生对于花的结构既熟悉又陌生,为了使学生更进一步掌握花的结构及功能,课前让同学们每个人准备一朵百合花带到课堂上。上课时先请几位学生根据生活经验说说一朵花都有哪些结构, 然后让每个同学对照课本中桃花的结构熟悉百合花的结构。不仅充分发挥学生的主观能动性,更让学生全身心投入到课堂教学中,提高学生课堂参与。

3.形象直观 ,突破难点

教具教学对突出教学重点、突破教学难点效果非常显著。我在教学“人体内废物的排出”中有关肾小球的重吸收过程时,如果利用传统教学手段,则学生通常只能知道肾小球具有过滤作用,经常忘了其过滤作用,即把什么物质滤到肾小囊中形成原尿。为了突破这个难点和重点,使学生形象记忆,我选取生活中一些大小不一的种子和沙粒代表血液中的物质。然后找到一个筛子, 这个筛子孔的大小刚好只能让部分种子和沙粒通过。课堂上在讲到肾小球的过滤作用时,我把种子和沙子混合后放入筛子过筛时,学生露出期待的神情,迫切地想知道到底哪些颗粒经过了筛子,哪些颗粒还留在筛子上。不仅激发了学生的求知欲,更把抽象、难懂的知识通过教具的演示变得具体、简单,又增添新奇感,从而突破本节的重难点,提高课堂教学效率。

二、教具教学有利于学生的终身学习

1.培养学生学习兴趣

“浓厚的兴趣能弥补智能的不足 ,持久的兴趣会导致发明创造”。实践证明,制作教具时呈现出的新奇生物现象和成功制作,能引起学生浓厚的兴趣,激发他们的探究欲望。而且制作一旦有所收获、有所创新,就会使兴趣更稳定,就会继续探索,从而喜欢生物,热爱科学。师生一起努力制作教具可以提高学生的学习兴趣,更能激发学生的聪明才智。凡是有兴趣的事物,学生总会想办法接近它、认识它、获得它。所以,“兴趣是最好的老师”。因此兴趣是学习的起始动机,也是有效学习的保证。

2.培养学生的创新精神

素质教育的根本理念是培养创新精神。教学中合理使用好教具,有利于发挥学生在教学中的主体作用,让他们在课堂操作中亲自动手,通过不断发现、提出、解决问题,分析归纳,表述结论等,发展和培养学生的创新意识。例如,我在讲授七年级《动植物细胞结构》时,按教材规定完成教学任务后,布置课外活动,要求学生回家后做细胞模型。第二天就有好几个同学拿着自己做的细胞模型来了, 有的是平面的, 有的是立体的。当然了花样百出要属细胞内各个结构的材料选择,如细胞核有的用乒乓球、有的用橡皮泥、有的用鸡蛋壳等。从他们多种多样的取材,形态各异的造型中,发现他们已经具有了一定的创造力。

3.培养学生的科学态度和勤俭意识

生物教具不仅能反映出所要学习的生物现象, 更要帮助学生理解所学生物理论, 同时它的制作又必须遵循一定的科学理论,这就要求学生在制作教具的过程中把生物知识很好地应用于实践。然后再总结经验,检验、检查自制教具的合理性、科学性及不足,通过来回、反复反馈,既应用理论解决实际问题,又用实践证明理论的正确,从而培养学生正确对待知识的科学态度。同时在教具制作中还要引导学生注意如何变“废”为“宝 ”,利用生活中一些废弃物 , 如废铁纸盒、木材下脚料、饮料罐子、饮料吸管等,制作出各种各样的教具,既节约了资金,降低了教育成本,又培养了学生勤俭节约、勤劳俭朴的优良品质,对学生进行了积极的情感教育。